Closing Water Cycles in the Built Environment through Nature-Based Solutions: The Contribution of Vertical Greening Systems and Green Roofs

Water in the city is typically exploited in a linear process, in which most of it is polluted, treated, and discharged; during this process, valuable nutrients are lost in the treatment process instead of being cycled back and used in urban agriculture or green space. The purpose of this paper is to advance a new paradigm to close water cycles in cities via the implementation of naturebased solutions units (NBS_u), with a particular focus on building greening elements, such as green roofs (GRs) and vertical greening systems (VGS). The hypothesis is that such “circular systems” can provide substantial ecosystem services and minimize environmental degradation. Our method is twofold: we first examine these systems from a life-cycle point of view, assessing not only the inputs of conventional and alternative materials, but the ongoing input of water that is required for irrigation. Secondly, the evapotranspiration performance of VGS in Copenhagen, Berlin, Lisbon, Rome, Istanbul, and Tel Aviv, cities with different climatic, architectural, and sociocultural contexts have been simulated using a verticalized ET0 approach, assessing rainwater runoff and greywater as irrigation resources. The water cycling performance of VGS in the mentioned cities would be sufficient at recycling 44% (Lisbon) to 100% (Berlin, Istanbul) of all accruing rainwater roof–runoff, if water shortages in dry months are bridged by greywater. Then, 27–53% of the greywater accruing in a building could be managed on its greened surface. In conclusion, we address the gaps in the current knowledge and policies identified in the different stages of analyses, such as the lack of comprehensive life cycle assessment studies that quantify the complete “water footprint” of building greening systems.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

The Circular City of tomorrow | Future visions for a Circular Economy in the built environment demonstrated by utilising resource-saving strategies in urban space.

Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersDie Kreislaufwirtschaft eröffnet einen Paradigmenwechsel: ein nachhaltigeres, regeneratives System, das durch Minimierung des Ressourcen- und Energieeinsatzes geschlossene Produkt-, Material- und Energiekreisläufe aufweist - nach dem Vorbild der Natur, in der nichts grundlos existiert, in der kein unnützer Abfall entsteht, in der geschlossene Kreisläufe herrschen. Unser bisheriger, linearer Ansatz des Wachstums basiert auf der Annahme, dass Ressourcen reichlich vorhanden sind. Dieser Ansatz eignet sich allerdings nicht, um die aktuellen und vor allem zukünftigen Bedürfnisse der Menschheit zu decken und ein lebenswertes Umfeld aufrechtzuerhalten. Vor allem die Aktivitäten der Bauindustrie haben signifikante Auswirkungen auf die Umwelt und bieten ein enormes Potenzial, Stoffkreisläufe zu schließen und Ressourcen zu schonen. Vor allem Städte, als Zentren enormer Materialflüsse, könnten einen Wandel vom Ressourcenfresser zum Ressourcenlager erfahren.Diese Arbeit widmet sich dieser Thematik, versucht ihr auf unterschiedlichen Ebenen zu begegnen und Lösungsansätze vorzuschlagen. Nach gründlicher Analyse der Ist-Situation wird deutlich, dass bereits seit Jahrzehnten der Problematik im Zusammen-hang mit den Auswirkungen der Bauwirtschaft auf den Klimawandel über die Energieeffizienzsteigerung in der Nutzungsphase begegnet wird, selten jedoch mit den Umweltwirkungen über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes. Dennoch sind, mitunter aufgrund der zwingenden rechtlichen Vorgaben, Tendenzen in Richtung Ressourcenschonung im Bauwesen zu beobachten. Dabei nimmt das Konzept der Kreislaufwirtschaft eine zentrale Rolle ein.Um den aktuellen Stand der Technik überprüfen zu können und daraus Entwurfsstrategien für effektive Ressourcenschonung und -nutzung auszuarbeiten, werden Forschungsarbeiten, Beispielprojekte und einschlägige Literatur analysiert. Dabei bestätigt sich, dass vor allem in frühem Stadium des Planungsprozesses eine tiefe Auseinandersetzung mit Materialität und Konstruktion erforderlich ist, um Verwertungsprozesse zu optimieren und eine Kreislaufführung zu ermöglichen. Darauf aufbauen wird anschließend versucht zu klären, welche kreislaufgerechten Strategien durch Planer*Innen im frühen Entwurfsstadium angewendet werden können.Das in Folge der theoretischen Auseinandersetzung entwickelte Toolkit für kreislaufgerechte Planung wird in Kapitel 3 präsentiert und kann als Planungshilfe für zukünftige Neubauvorhaben zur Hilfe genommen werden. Der Fokus liegt hier auf den Ebenen der Materialität und Konstruktion, da auf diesen Ebenen die zirkulären Eigenschaften von Baukonstruktionen abgebildet und die Hauptziele der Kreislaufwirtschaft und des ressourcenschonenden Bauens erreicht werden können. Den Abschluss der Arbeit bildet ein Entwurf, der an ein laufendes Projekt der Stadt Wien zur Etablierung einer Kreislaufwirtschaft im Bauwesen anknüpft und die wesent-lichen Aspekte einer ressourcenoptimierten Bauweise exemplarisch an der Bauaufga-be eines Ausstellungs-Pavillons abbildet. Dabei dient das in Kapitel 3 vorgestellte Toolkit mit materiellen und konstruktiven Handlungsparametern als Kriteriengerüst und Entscheidungshilfe.In der Hoffnung auf Veränderung und eine bessere, zirkuläre Bauwirtschaft!The circular economy introduces a paradigm shift: a more sustainable, regenerative system, that offers closed product, material and energy cycles whilst minimizing the waste of resources and energy - based on the example of nature, in which nothing exists for no reason, in which there is no useless waste and closed cycles dominate. Until now, our linear approach to growth is based on the assumption, that resources are abundant. However, this approach is not suitable for meeting current and, above all, future needs of mankind and for maintaining an environment that is worth living in. The activities of the construction industry have significant effects on the environment and thus offer enormous potential for closing material cycles and conserving re-sources. Cities in particular, as centres of enormous material flows, could experience a change from resource devourers to resource banks. This work is dedicated to this topic, tries to meet it on different levels and suggests possible solutions. After a thorough analysis of the current situation, it turns out that for decades the problem concerning the effects of the construction industry on climate change has been addressed by increasing energy efficiency in the usage phase, but rarely with the environmental effects over the entire life cycle of a building. Nevertheless, due to the mandatory legal requirements, a shift towards resource conservation in the construction industry can be observed. Strategies of the circular economy can play a central role in dealing with this topic. In order to investigate the current state of the art and to elaborate resource-efficient design principles, research work, reference projects and relevant literature is analysed. It becomes clear that, especially in the early stages of the planning process, a deep examination of materiality and construction is necessary. Building on this, an attempt is made to clarify, which circular strategies can be used by planners in the early design stage.The toolkit for circular planning, developed as a result of the theoretical discussion, is presented in chapter 3 and can be used as a supporting planning device for future projects. The focus lies on the levels of materiality and construction, as the circular properties of building structures can be mapped on these levels and the main goals of circular economy and resource-saving can be achieved.The end of the work forms design project that ties in with an ongoing project of the city of Vienna to establish a circular economy in the building industry and depicts the essential aspects of resource-optimized construction on the example of an exhibition pavilion. Thus, the toolkit presented in chapter 3, with its material and constructive parameters, serves as a criteria framework and decision-making aid.In the hope of change and a better, more circular construction industry!23