Das Phänomen der städtischen Wärmeinsel

Unser Klima verändert sich, was neue Herausforderungen mit sich bringt. Zu diesen Herausforderungen gehört auch das Phänomen der städtischen Wärmeinseln (Urban Heat Islands, UHI).
Es ist bekannt, dass sich in städtischen Zentren tagsüber Wärme staut, die nachts wieder abgegeben wird, wodurch im Vergleich zu vegetationsreicheren Gebieten ungewöhnlich heiße Bereiche entstehen.

Obwohl das Frühjahr 2024 das zweitwenigste sonnige in der Geschichte der meteorologischen Messungen in Luxemburg war (seit 1947, Quelle: Meteolux), spiegelt dies nicht die Situation auf globaler Ebene wider. Die Messungen des Copernicus-Programms sind eindeutig. Das Jahr 2024 wird aller Wahrscheinlichkeit nach das heißeste Jahr in der Geschichte der meteorologischen Messungen sein.
Als Ingenieure in unserem Konstruktionsbüro LSC Engineering Group sind wir uns der zunehmenden Auswirkungen dieses Phänomens auf die städtische Umwelt besonders bewusst. Die im Pariser Abkommen (COP 21) festgelegte Grenze von 1,5 °C wurde bereits acht Jahre nach Unterzeichnung des Abkommens überschritten. Die Folgen für unsere Breitengrade sind bereits absehbar: Anstieg der Durchschnittstemperaturen, längere Hitzewellen und Dürren, sintflutartige Regenfälle usw.

Auf städtischer Ebene wird sich das Phänomen der Wärmeinseln verstärken. Damit ist ein lokaler Anstieg der Wärme in städtischen Zentren gemeint, insbesondere nachts.

Mehrere Faktoren tragen zu diesem Phänomen bei: anthropogene Faktoren (Fahrzeuge, Klimaanlagen usw.), Sonneneinstrahlung, konvektiver Fluss (Wind), latenter Fluss (Verdunstung und Evapotranspiration in Verbindung mit Vegetation) und konduktiver Fluss (die Fähigkeit von Baumaterialien, Energie eher an den Boden als an die Atmosphäre zu übertragen).

Während der Einfluss des Menschen auf die Sonneneinstrahlung gering ist, gilt dies nicht für alle anderen Parameter:

• Emissionen von warmer Luft in die Atmosphäre durch Industrie, Verkehr und Klimaanlagen
• Verdichtung durch Hochhäuser, die den Frischluftstrom und Windkorridore einschränken
• Entfernung oder Reduzierung von Vegetation und damit der Evapotranspiration
• Auswahl von Baumaterialien (Gebäude und Außenanlagen) mit geringer Fähigkeit zur Ableitung von Wärmeenergie in den Boden und/oder mit hohem Potenzial für Energieakkumulation und nächtliche Ableitung in die Atmosphäre

Aus all diesen Gründen konzentriert sich das Phänomen der städtischen Wärmeinseln, wie der Name schon sagt, natürlich auf dicht besiedelte Stadtgebiete.

Wir haben leistungsstarke Instrumente entwickelt, um die Auswirkungen von UHI zu bewerten und vorherzusagen. Es ist möglich, dieses Phänomen in verschiedenen Maßstäben (Gebiet, Stadt, Stadtteil) und mit unterschiedlicher Detailgenauigkeit zu modellieren. Vereinfachte Modelle konzentrieren sich auf die Bodentemperatur und berücksichtigen keine anthropogenen oder konvektiven Strömungen. Sie bieten einen vereinfachten und schnellen Ansatz und sind insbesondere für Kommunikations- und Bildungszwecke ein nützliches Instrument.

Grundsätzlich werden die Bodentemperaturen für einen theoretischen Hitzewellentag mit maximaler Sonneneinstrahlung (Sommersonnenwende, 21. Juni) berechnet. Bestimmte Oberflächen, wie z. B. Asphalt, können unter diesen Bedingungen Temperaturen von fast 50 °C erreichen. Auch die Farbe der Materialien spielt eine wichtige Rolle. Natürlich sind vegetationsreiche und schattige Bereiche Gebiete, in denen die Temperaturen deutlich niedriger sind. Diese Bereiche bieten sowohl Wildtieren als auch Nutzern Schutz.

Dank unserer Fachkompetenz sind wir auch in der Lage, detaillierte Modelle zu entwerfen, die komplexe Parameter wie Windkorridore und Gebäudefassaden berücksichtigen, um genaue und maßgeschneiderte Empfehlungen zu geben. Die erzielten Ergebnisse sind insofern relevanter, als sie sich eher auf die gefühlte Temperatur als auf die Bodentemperatur beziehen. Dies wird als PET (Physiological Equivalent Temperature) bezeichnet.

Durch die Einbeziehung fortschrittlicher bioklimatischer Ansätze in unsere Studien wollen wir innovative Lösungen zur Minderung der Auswirkungen des UHI entwickeln.

Diese Modelle ermöglichen es uns, die bestehende Situation zu kartieren und Empfehlungen für die prognostizierte Situation zu geben, um das UHI-Phänomen zu verbessern. Diese Verbesserungsmaßnahmen können ebenfalls modelliert werden.

Darüber hinaus ist es bei der Planung eines neuen Stadtviertels möglich, dessen 3D-Modell und Daten zur Infrastrukturentwicklung zu nutzen, um das UHI-Phänomen zu modellieren und bereits in einer sehr frühen Phase des Planungsprozesses Maßnahmen zu ergreifen, um thermische Probleme zu vermeiden.

Dank unserer multidisziplinären Expertise, zu der Landschaftsarchitekten, Botaniker, Hydrologen, Umweltschützer, Stadtplaner, Architekten und Bauingenieure gehören, sind wir in der Lage, die notwendigen Anstrengungen zu koordinieren, um Klimaherausforderungen zu antizipieren und effektiv darauf zu reagieren.

Nur durch koordinierte Arbeit und eine frühzeitige Auseinandersetzung mit dem Thema wird es möglich sein, die Stadtviertel von morgen so zu gestalten, dass sie widerstandsfähig gegenüber den bevorstehenden klimatischen Herausforderungen sind.

Regenwasser ist aufgrund seines Volumens und seiner variablen Durchflussraten nicht für den Transport zu einer herkömmlichen Kläranlage vorgesehen. Ältere Abwassersysteme mischen Abwasser und Regenwasser, was bei Regen zu umweltschädlichen Überläufen führt. Neuere Netze trennen diese beiden Arten von Wasser und speichern das Regenwasser vor der Ableitung, jedoch ohne systematische Aufbereitung.

Es gibt jedoch einfache und robuste Lösungen für die passive Aufbereitung von Regenwasser vor der Ableitung, und Luxplan ist seit über zehn Jahren in diesem Bereich tätig und ergreift entsprechende Maßnahmen.