Projekt des Schweizer Forschungsinstituts Empa

Computersimulation zeigt effektive Abkühlung urbaner Hitzeinseln

Der Münsterplatz in Zürich ist eine klassische Hitzeinsel. Eine Begrünung wie hier im Rahmen eines Kunstprojekts im Sommer 2019 könnte Abhilfe schaffen. Foto: Peter Baracchi; Stadt Zürich, Kunst im öffentlichen Raum

Ein weiterer warmer Winter geht zu Ende - und im Sommer droht die nächste Hitzewelle. Kann man kühle Orte schaffen, die dieser Tendenz entgegenwirken? Von dieser Frage ließen sich Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz leiten, als sie ein Simulationsprogramm entwickelten, das Abhilfe schaffen soll. Das Programm kann detailliert voraussagen, welcher Bodenbelag und welche Begrünung die besten Erfolge versprechen. Am Beispiel des Münsterplatzes in Zürich haben Empa-Mitarbeiter die Berechnung nun durchgespielt.

Fallbeispiel aus der Zürcher Altstadt

Aytaç Kubilay arbeitet am "Laboratory of Multiscale Studies in Building Physics" der Empa sowie am Lehrstuhl für Baupyhsik an der ETH Zürich. Er ist Experte im Simulieren von Wärmeflüssen in verschiedenen Dimensionen - von einzelnen Poren in Ziegeln, Betonwänden oder Holz bis hin zu ganzen Städten. Zusammen mit seinen Kollegen denkt er über Strategien nach, wie die kommenden Warmperioden gerade in Städten erträglicher gemacht werden können.

Der Empa-Forscher hat sich für seine Computersimulation den Münsterplatz in der Zürcher Altstadt vorgenommen. Ein Großteil des Platzes ist mit Pflastersteinen bedeckt, der Rand bei der Kirche Fraumünster ist betoniert. Es gibt einige Cafés und Sitzmöglichkeiten, aber keine Bäume, die Schatten spenden würden. Zudem ist der Münsterhof auf fast allen Seiten von Gebäuden umgeben. Die Fassaden erhitzen sich durch die Sonneneinstrahlung beträchtlich.

Den Klimawandel erträglicher machen

Die Berechnungen Kubilays zeigen, dass die Temperaturen auf dem Münsterhof deutlich niedriger wären, wenn der Platz nicht gepflastert, sondern mit Erde und Gras bedeckt wäre. Über Nacht würde der Boden dadurch stärker abkühlen und tagsüber weniger Wärme speichern. Das Resultat wäre eine deutlich geringere Aufheizung der Fläche. Um herauszufinden, wie die angenommene Temperaturveränderung auf den Menschen wirken würde, nutzen die Empa-Forscher den sogenannten Universellen Thermischen Klimaindex (UTCI). Dieser gibt an, wie hoch die Temperatur ist, die von Passanten tatsächlich wahrgenommen wird - er berücksichtigt nicht nur die Lufttemperatur, sondern auch die Luftfeuchtigkeit, die Umgebungstemperaturen, die Sonnenstrahlung und die Windgeschwindigkeit. Der UTCI ist der Celsius-Temperaturskala recht ähnlich: Werte von +38 bis +46 bedeuten "sehr starken Hitzestress", von +32 bis +38 ist es "starker Hitzestress", von +26 bis +32 "mittlerer Hitzestress", und im UTCI-Bereich von +9 bis +26 fühlen sich die Menschen am wohlsten und fühlen keinerlei Temperaturstress.

Das Ergebnis: Schon wenn man nur einen Viertel der gepflasterten Fläche am Münsterplatz durch einen anderen Bodenbelag ersetzen würde, wäre der "Backofen" im Sommer entschärft. Möglich wäre etwa ein Belag aus porösen Ziegeln, die bewässert werden könnten und so für Verdunstungskälte sorgten. Auch eine Graslandschaft würde helfen - selbst dann, wenn sie nicht dauernd bewässert und zu manchen Zeiten sogar austrocknen würde. Die Perioden, an denen auf dem Münsterplatz UTCI-Werte von über 32 herrschten - also "starker Hitzestress" -, wären mit alternativen Bodenbelägen deutlich kürzer.

So würde eine Baumgruppe auf der nordöstlichen Ecke des Münsterplatzes die Lufttemperatur in 2 m Höhe verändern – im Vergleich zum Münsterplatz ohne Bäume. Grafik: Empa

Bäume schaffen ein ganz anderes Klima

Noch deutlicher würde das Ergebnis ausfallen, wenn auf dem Münsterplatz Bäume stünden. Kubilay und sein Kollege Lento Manickathan simulierten mit ihrer Software den Effekt von vier eng stehenden Bäumen auf der Nordostseite des Platzes. "Der Schatten der Bäume und zugleich ihre Transpiration würden die Hitzebelastung erheblich verringern", so Kubilay. Die gefühlte Temperatur würde auf weiten Teilen des Platzes um bis zu 2 °C sinken. Dort, wo die Hausfassaden im Schatten liegen, sind es sogar bis zu 4 °C

Die Bäume können jedoch nicht nur den Platz kühlen, sondern auch die vorherrschenden Windrichtungen auf dem Platz nachhaltig verändern. Diese Effekte lassen sich kombinieren und zur Bekämpfung der Hitzeinseln einsetzen. Nach den Modellrechnungen am Münsterplatz wollen die Forscher nun ihr Simulationsprogramm weiter verfeinern, um Stadtplanern detaillierte Voraussagen zu ermöglichen, wie sie dem Klimawandel begegnen können. Empa

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe NEUE LANDSCHAFT 04/2020 .

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