Möglichkeiten zur Verminderung der Wärmebelastung in der Stadt

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Das Stadtklima
2.1 Der städtische Strahlungshaushalt
2.2 Die urbanen Windverhältnisse
2.3 Die Feuchtigkeitsverhältnisse in der Stadt
2.4 Die städtische Wärmeinsel

3 Möglichkeiten zur Verminderung der Wärmebelastung
3.1 Auswirkungen der Gestaltung einer Stadt auf das urbane Klima
3.2 Auswirkungen von städtischen Grünflächen auf das urbane Klima
3.3 Stadtgestaltungsmöglichkeiten zur Verringerung der Wärmebelastung

4 Zusammenfassung

Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Schema der atmosphärischen Grenzschicht einer Großstadt (Bauer 1999)

Abbildung 2: Zusammenhang von Windgeschwindigkeit, Höhe und Schadstoffkonzentration (Givoni 1998)

Abbildung 3: Horizontales Profil der städtischen Wärmeinsel (US EPA 2006)

Abbildung 4: Schema der Stadtgestaltung in Klimaten mit heiß-feuchten Sommern und kalten Wintern (Givoni 1998)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Stadtmerkmale und dadurch bedingte Modifikationen am unteren Rand der Stadtatmosphäre gegenüber dem ländlichen Umland (Matzarakis 2001)

Tabelle 2: Energetische Ursachen der Urbanen Wärmeinsel bzw. des urbanen Wärmearchipels (Mazarakis 2001)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Untersuchungen und Bewertungen des städtischen Klimas können ihre zunehmende Bedeutung gewiss nicht aus einem hohen Flächenanteil der Städte an der Erdoberfläche begründen. Dieser beträgt nämlich lediglich 0,2 % (Matzarakis 2001). Die Beachtung stadtklimatischer Aspekte wird jedoch durch die Tatsache gerechtfertigt, dass der Anteil der in der Stadt lebenden Bevölkerung immer mehr zunimmt. Im Jahre 2000 lebten 47,3 % der Bevölkerung der Erde in Städten (Geohive 2006). Somit ist etwa die Hälfte der Menschheit den besonderen klimatischen Bedingungen der Stadt ausgesetzt.

Dass sich Menschen Gedanken über das Klima der Städte machen, ist nichts Neues: Schon Hippokrates gab vor über 2000 Jahren Hinweise und Empfehlungen bezüglich des Stadtklimas. Die systematische Stadtklimatologie begann im Jahre 1833, als der Engländer Howard seine Lufttemperaturmessungen an einer Station in London mit den Messungen an einer Station im nahen Umland Londons verglich und dabei das Phänomen der städtischen Wärmeinsel, dem bekanntesten Phänomen des Stadtklimas, entdeckte. Im Laufe des 20. Jahrhunderts trugen zahlreiche Studien über das urbane Klima zur Erweiterung unseres Wissens bei und die Zahl der Publikationen wächst auch weiterhin (Matzarakis 2001, Svensson & Eliasson 2002, Svensson 2002 a).

Dennoch haben stadtklimatologische Erkenntnisse bisher wenig Eingang in die Prozesse der Stadtplanung gefunden. Gründe hierfür sind einerseits, dass das Klima nur einer von vielen Parametern ist, die in der Planung beachtet werden müssen. Andererseits sind die Daten, die von Stadtklimatologen gesammelt werden oft unbrauchbar für Architekten und Stadtplaner. Denn während sich letztere auf die alltäglichen Klimaverhältnisse über Tag, wenn die Einwohner einer Stadt am aktivsten sind, konzentrieren, führen die Klimatologen ihre Untersuchungen meist nur in den relativ selten vorkommenden klaren und windstillen Nächten durch, da in diesen Situationen die Unterschiede zwischen Stadt und Land am deutlichsten hervortreten (Svensson & Eliasson 2002, Svensson 2002 a).

In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die generellen Charakteristika des Stadtklimas mit besonderem Augenmerk auf dem Phänomen der städtischen Wärmeinsel beschrieben. Danach werden stadtplanerische und teils architek- tonische Möglichkeiten zur Verminderung des Hitzestresses, wie er durch die Wärmeinsel verursacht wird, aufgezeigt.

2 Das Stadtklima

Die Weltorganisation für Meteorologie definierte im Jahre 1981 das Stadtklima wie folgt:

„Das Stadtklima ist das durch Wechselwirkungen mit der Bebauung und deren Auswirkungen (einschließlich Abwärme und Emissionen von luftverunreinigenden Stoffen) modifizierte Klima.“ (Zitat bei Bauer 1999 und Matzarkis 2001)

Etwas genauer drückt es Matzarakis (2001) aus. Er beschreibt das Stadtklima als ein Mesoklima, also ein Klima mit einer räumlichen Erstreckung unter 250 km. Dieses spezielle Mesoklima kommt zustande, indem die Stadt mit ihren spezifischen meteorologischen Eigenschaften eine Störung des physikalischen und chemischen Zustands der atmosphärischen Grenzschicht hervorruft.

Das Stadtklima ist also nach den oben genannten Beschreibungen kein eigenes, isoliert zu betrachtendes Klima, sondern ein durch den Menschen modifiziertes natürliches Klima. Dieses ist in die übergeordnete Wetterlage bzw. in das Großklima und die regionalklimatischen Gegebenheiten, wie z.B. Relief, Exposition und Höhenlage, eingebettet (Finke 1976, Bauer 1999, Svensson 2002 a).

Die Stadtatmosphäre wird vertikal in zwei Schichten untergliedert:

- Die Urban Boundary Layer (UBL), oder auch Stadtgrenzschicht, erstreckt sich oberhalb des mittleren Dachniveaus der Stadt und wird durch die Stadt als Ganzes beeinflusst.
- Die Urban Canopy Layer (UCL), oder auch Stadthindernis- bzw. Bestandsschicht, umfasst den Raum vom Boden bis zur mittleren Hausdachhöhe. Sie wird durch die Anordnung von Gebäuden, Freiflächen und Vegetation modifiziert. Die UCL ist für human biometeorologische Betrachtungen von besonderem Interesse, da sie den Bereich darstellt, in dem sich die Einwohner einer Stadt aufhalten (Kerschgens 1987, Givoni 1998, Bauer 1999, Matzarakis 2001).

Abbildung 1 zeigt den schematischen Aufbau der Stadtatmosphäre.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Schema der atmosphärischen Grenzschicht einer Großstadt (Bauer 1999)

Da die klimatischen Bedingungen in der UCL durch die zuvor beschriebenen mikroskaligen Elemente bestimmt werden, kann man kaum von einem in der ganzen Stadt homogen ausgebildeten Stadtklima ausgehen. Das urbane Klima stellt sich wegen der auf engstem Raum stark variierenden lokalen Gegebenheiten als ein inhomogenes Mosaik von Mikroklimaten dar. Natürlich verändert sich die Klimasituation in einer Stadt nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich, im Tages- und in vielen Klimaregionen auch im Jahresverlauf (Bauer 1999, Svensson 2002 a).

Diese starke Variation im Klima der Stadt wird auch in der Definition des idealen Stadtklimas der Arbeitsgruppe „Bioklima in der Stadt“ im Fachausschuss „Biometeorologie“ der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft aus dem Jahre 1988 aufgegriffen und betont:

„Ideales Stadtklima ist ein räumlich und zeitlich variabler Zustand der Atmosphäre in urbanen Bereichen, bei dem sich möglichst keine anthropogen erzeugten Schadstoffe in der Luft befinden und den Stadtbewohnern in Gehnähe (charakteristische Länge: 150m) eine möglichst große Vielfalt an Atmosphärenzuständen (Vielfalt der urbanen Mikroklimate) unter Vermeidung von Extremen geboten wird.“ (Zitat bei Bauer 1999)

Diese Definition stellt allerdings nur ein Leitbild dar, um zumindest ein tolerables Stadtklima erreichen zu können (Matzarakis 2001).

Generell ist das Stadtklima im Vergleich zum Klima des Umlandes folgendermaßen ausgeprägt: Windgeschwindigkeiten, relative Feuchte und Einstrahlung sind geringer, während Temperatur, Niederschlag, Bewölkung und Luftverschmutzung höher ausfallen.

Diese Klimamodifikationen werden vorrangig durch veränderte Oberflächenart und -relief der Stadt, die anthropogene Wärmeproduktion in Form von Heiz- und Prozesswärme und durch die Emission von Luftverunreinigungen hervorgerufen (Finke 1976).

Welche Stadtmerkmale welche Modifikationen zur Folge haben, ist in Tabelle 1 aufgelistet.

Tabelle 1: Stadtmerkmale und dadurch bedingte Modifikationen am unteren Rand der Stadtatmosphäre gegenüber dem ländlichen Umland (Matzarakis 2001)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im Folgenden wird detaillierter auf die Modifikationen von Energie- und Strahlungs- haushalt, Windverhältnissen, Feuchte und Temperatur eingegangen.

2.1 Der städtische Strahlungshaushalt

Generell setzt sich der Energiehaushalt der Stadt aus den kurz- und langwelligen Strahlungsflüssen, den latenten Wärmeflüssen (verursachen keine Lufttemperatur- änderung), den sensiblen Wärmeflüssen (verursachen eine Lufttemperatur- änderung), den Bodenwärmeflüssen und den anthropogenen Energieflüssen zusammen.

Die in der Stadt vorhandenen Luftverunreinigungen verringern die kurzwellige Einstrahlung und wandeln sie zudem teilweise von direkter in indirekte Einstrahlung um. Der durch die Gebäude der Stadt verursachte Schattenwurf erzeugt eine hohe Variabilität der solaren Einstrahlung innerhalb der Stadt. Die größere Oberfläche der Stadt, die höhere Wärmeleitfähigkeit und –kapazität der in der Stadt verwendeten Baumaterialien und die zwischen den Baukörpern vorkommende Mehrfachreflektion bewirken im Vergleich zum Umland, dass ein größerer Anteil der kurzwelligen Einstrahlung in den städtischen Strukturen gespeichert statt reflektiert wird.

Diese erhöhte Wärmespeicherung resultiert in einer höheren Oberflächen- temperatur der Baukörperstrukturen und somit auch in einer höheren Emission von langwelliger Strahlung. Die verstärkte Wärmeemission, die größere emittierende Oberfläche der Stadt und die zusätzliche Horizonteinengung durch die Gebäude- strukturen führen zu einer höheren Wärmeabgabe an die Stadtatmosphäre und gleichzeitig zu einer verringerten Wärmeausstrahlung aus der Stadtatmosphäre heraus. Dadurch kommt es zu einem Temperaturhalteeffekt, der besonders nachts zu spüren ist.

Zusätzlich wird der Temperaturhalteeffekt durch den höheren Versiegelungsgrad der Stadt und geringere Vegetationsanteil im Vergleich zu ruralen Gebieten begünstigt. Aufgrund dieser Gegebenheiten wird weniger Wärmeenergie als im Umland durch Verdunstungs- und Evapotranspirationsprozesse in latente, die Lufttemperatur nicht verändernde Wärme umgewandelt. Stattdessen wird die von den Oberflächen emittierte Wärme in Form von sensibler Wärme an die Stadtatmosphäre abgegeben.

Anthropogene Energieeinträge entstehen bei jeglichen Energieumwandlungs- prozessen in Industrie, Verkehr und Haushalt sowie durch schlechte Wärme- dämmung. Während dieser Faktor in den Sommermonaten eine geringere Bedeutung hat, spielt er in der winterlichen Heizperiode eine nicht unbedeutende Rolle. Die anthropogenen Wärmeemissionen können in dieser Jahreszeit sogar höher sein als der Wert der natürlichen Strahlungsbilanz, (Bauer 1999).

2.2 Die urbanen Windverhältnisse

Der Wind ist von allen klimatischen Elementen dasjenige, das am stärksten durch die Stadt modifiziert wird. Dies macht den Wind aber auch zu dem Parameter, der am leichtesten durch die Stadtgestaltung kontrolliert werden kann (Givoni 1998).

Bei Erreichen der Stadtgrenze trifft der Wind auf eine erhöhte Oberflächen- rauhigkeit, wodurch die Windgeschwindigkeit reduziert wird. Im Jahresmittel ist die Windgeschwindigkeit innerhalb der UCL deswegen um 30% geringer als im Umland auf gleicher Höhe. Über den Dächern nimmt die Windgeschwindigkeit rapide zu und erreicht am oberen Rand der UBL denselben Wert wie in der Umgebung der Stadt. An speziellen Stellen in der Stadt kann es jedoch bedingt durch die Anordnung der Gebäude zu Düseneffekten und somit lokal zu sehr hohen Windgeschwindigkeiten kommen (Givoni 1998, Bauer 1999).

Die tatsächliche Windgeschwindigkeit in der UCL ist also abhängig von der im Umland vorherrschenden Windgeschwindigkeit sowie von der Gestaltung der Gebäude und Straßen in der Stadt, insbesondere von der Höhe der Gebäude relativ zueinander und von der Ausrichtung der einzelnen Gebäude zur Wind- richtung. Von denselben Faktoren wird neben der Windgeschwindigkeit auch die Windrichtung an einer Stelle innerhalb der Stadt bestimmt (Givoni 1998).

Liegt ein gewisser Temperaturunterschied zwischen Stadt und Umland vor und herrschen klare und windstille bzw. windschwache Wetterverhältnisse, kommt es in der Nacht zur Ausbildung eines eigenen urbanen Windsystems, dem sogenannten Flurwind bzw. Urban Heat Island Circulation (UHIC) (Eliasson 1993 b). Dabei handelt es sich um einen schwachen Luftstrom, der in Bodennähe in Richtung des Stadtzentrums strömt. Verursacht wird die UHIC durch den Temperaturunterschied zwischen Stadt und Umland und dem damit einher- gehenden Druckgradienten. Die leichtere, wärmere Luft im Stadtzentrum steigt auf und strömt nach außen. In der Stadt bildet sich in Bodennähe ein Gebiet tieferen Drucks aus. Die schwerere, kühlere Luft des Umlandes sammelt sich nahe dem Boden, weswegen in der Umgebung der Stadt in Bodennähe ein höherer Druck herrscht. Zum Ausgleich der Druckdifferenz strömt die kühle Luft in Richtung des Stadtzentrums (Eliasson & Holmer 1990, Givoni 1998).

Die in einer Stadt vorliegenden Windverhältnisse haben einen direkten Einfluss auf Gesundheit und Wohlbefinden der Stadtbewohner, sowie auf den Energie- verbrauch zum Heizen oder zur Klimatisierung und auf die Konzentration von Schadstoffen in der Luft (Givoni 1998). Der Zusammenhang zwischen Schadstoff- konzentration und Windgeschwindigkeit ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Zusammenhang von Windgeschwindigkeit, Höhe und Schadstoffkonzentration (Givoni 1998)

2.3 Die Feuchtigkeitsverhältnisse in der Stadt

Ob die Feuchtigkeit in der Stadt generell eher höher oder geringer ist als im Umland hängt zunächst davon ab, über welche Kenngröße der Feuchte gesprochen wird. Bezüglich der absoluten Luftfeuchtigkeit bzw. des Dampfdrucks findet man in der Stadt höhere Werte als im Umland. Bei der relativen Luftfeuchtigkeit verhält es sich wegen der höheren Temperaturen in der Stadt jedoch genau umgekehrt. Die Verteilung der Luftfeuchte in der Stadt ist recht heterogen.

Ursachen der erhöhten absoluten Feuchte in der Stadt sind einerseits die anthropogene Freisetzung von Wasserdampf bei Verbrennungsprozessen und andererseits die in der Stadt seltener auftretende Taubildung. Da die Temperaturen in der Stadt meistens höher sind als im Umland, kommt es bezüglich des Feuchtigkeitsgehalts der Luft seltener zur Überschreitung der Taupunktkurve und somit auch seltener zu einem Feuchteverlust durch Kondensation (Bauer 1999).

2.4 Die städtische Wärmeinsel

Das wohl bedeutendste stadtklimatische Phänomen ist die städtische Wärmeinsel. Der Begriff der städtischen bzw. urbanen Wärmeinsel, oder im Englischen Urban Heat Island (kurz: UHI), wurde von Manley im Jahre 1958 geprägt, also erst sehr viel später nach der eigentlichen Entdeckung des Phänomens durch Howard im Jahre 1833. Die urbane Wärmeinsel wird als „die Erhöhung der Lufttemperatur gegenüber den Bedingungen in vergleichbarer Höhe im unbebauten Umland“ definiert (Matzarakis 2001).

Neben dem Begriff der urbanen Wärmeinsel, der zur thermischen Charak- terisierung einer Stadt als Ganzes im Vergleich zum Umland dient, gibt es den Terminus des urbanen Wärmearchipels. Dieser Ausdruck beschreibt die flächen- bezogene innerstädtische Temperaturverteilung. Das Wärmearchipel setzt sich aus vielen so genannten Wärmezellen zusammen (Matzarakis 2001).

Die energetischen Ursachen für die Ausbildung der UHI bzw. des urbanen Wärmearchipels sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2: Energetische Ursachen der Urbanen Wärmeinsel bzw. des urbanen Wärmearchipels (Mazarakis 2001 nach Oke (1982))

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bezüglich der Stärke des Einflusses der verschiedenen Faktoren merkt Matzarakis (2001) an, dass Straßenschluchtgeometrie und veränderte Wärmeleitfähigkeit und –kapazität in etwa gleichbedeutend sind, während die anthropogen erzeugten Wärmeemissionen eine eher untergeordnete Rolle spielen.

Die Intensität der UHI beträgt im Jahresmittel 1 bis 3°C. Die beobachteten maximalen Intensitäten reichen jedoch bis zu einer Überwärmung der Stadt gegenüber dem Umland um bis zu 12°C heran (Bauer 1999, Matzarakis 2001, Eliasson & Svensson 2002).

Diverse Faktoren beeinflussen die Intensität der UHI. Zu diesen Faktoren zählen die Wetterbedingungen, die Größe der Stadt, das Verteilungsmuster der Stadtstrukturen sowie die orographische, topographische und klimatische Lage der Stadt. Weiterhin ist die Intensität der Wärmeinsel tages- und jahreszeitlich variabel. Dabei zeigen sich die Temperaturunterschiede am deutlichsten bei klaren und windstillen Strahlungswetterlagen (Finke 1976, Givoni 1998, Bauer 1999, Matzarakis 2001, Svensson 2002 a, Eliasson & Svensson 2002). Des Weiteren ist die UHI im Sommer stärker ausgeprägt als im Winter, da im Winter insgesamt geringere Energiemengen als im Sommer umgesetzt werden und somit keine großen Temperaturkontraste zustande kommen können (Kerschgens 1987). Ihre maximalen Werte erreicht die Wärmeinsel in der Nacht. Um die Mittagszeit hingegen ist die Temperaturdifferenz zwischen Stadt um Umland nahezu ausgeglichen. (Kerschgens 1987, Eliasson & Holmer 1990, Givoni 1998, Bauer 1999, Matzarakis 2001).

Für den Zusammenhang zwischen Einwohnerzahl (P) einer Stadt und Größen- ordnung der maximalen Wärmeinselintensität (UHImax) stellte Oke (in Matzarakis 2001) für westeuropäische Städte folgende Gleichung auf:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese Gleichung ist nicht auf die Städte anderer Regionen der Erde übertragbar und kann nur für grobe Abschätzungen herangezogen werden.

Bezüglich des Einflusses der Verteilungsstruktur der Stadt konnte Svensson (2002 a, Svensson & Eliasson 2002) den Zusammenhang der Landnutzungsart, also Dichte der Bebauung, Grad der Bodenversiegelung usw., und der Intensität der Wärmeinsel am Beispiel von Göteborg zeigen. So ist die Wärmeinsel in den dicht bebauten Bereichen der Innenstadt stärker ausgeprägt als in den weniger dicht bebauten, suburbanen Stadtbezirken.

Dies hat auch Implikationen für die horizontale Struktur der urbanen Wärmeinsel. Eliasson (1993 a) berichtet ausgehend von Messungen in Göteborg, dass die Lufttemperatur von der Innenstadt hin zu den ruralen Bereichen um die Stadt herum sukzessive abnimmt. Somit folgen die Grenzen der UHI auch den Grenzen der Stadt. Bei leichtem Wind wird die Wärmeinsel in Windrichtung ausgedehnt (Givoni 1998). Abbildung 3 veranschaulicht das horizontale Profil der Wärmeinsel.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Horizontales Profil der städtischen Wärmeinsel (US EPA 2006)

Über die vertikale Erstreckung der UHI sagt Finke (1976) aus, dass die obere Grenze der UHI in einer Größenordnung von etwa 100 m, bei großen Städten sogar bei 300 m liegt. Matzarakis (2001) gibt verschiedene Ergebnisse von Messungen anderer Autoren wieder, die sich zwischen 40 und 300 m bewegen. Als Obergrenze der UHI wird hierbei die Höhe angenommen, ab der in der Nacht die Luft über der Stadt kühler ist als in vergleichbarer Höhe über dem Umland.

Die Auswirkungen der städtischen Wärmeinsel sind vielfältig. Zu den Effekten der UHI zählen eine längere Wachstumsperiode für Pflanzen, die Reduzierung der Heizkosten im Winter und eine höhere Wärmebelastung für die Einwohner der Stadt im Sommer. Auch sind Beispiele von Hitzewellen bekannt, die mit höheren Sterberaten in den Städten einhergingen (Eriksen 1975, Givoni 1998, Matzarakis 2001).

Im folgenden Kapitel werden Möglichkeiten beschrieben, wie die durch die UHI hervorgerufene Wärmebelastung der Einwohner einer Stadt verringert bzw. die Wirkung abgemildert werden kann und somit ein für die Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen günstigeres Stadtklima erzielt werden kann.

3 Möglichkeiten zur Verminderung der Wärmebelastung

Um die Wärmebelastung, die durch die Überwärmung der Stadt verursacht wird, zu vermindern, kann mit verschiedenen Ansatzpunkten gearbeitet werden. Zum einen kann von der Seite der Stadtplanung dafür gesorgt werden, dass die Über- wärmung der Stadt oder zumindest eines Stadtteils verringert wird. Das in der Stadt herrschende Außenklima bestimmt auch das Innenklima in den individuellen Gebäuden. Demnach kann die Wärmebelastung weiterhin, neben der Verbesserung des Außenklimas, mittels einer Melioration des Innenklimas durch geeignete Gestaltung der einzelnen Gebäude gemindert werden.

In dieser Arbeit wird auf die stadtplanerischen Möglichkeiten und die Verbesserung des Außenklimas eingegangen, wobei an der einen oder anderen Stelle auch die äußere Gestaltung der einzelnen Gebäuden miteinbezogen werden muss. Zunächst werden die generellen Auswirkungen der Stadtgestaltung auf das Stadtklima beschrieben. Darauf folgt die Erläuterung des Einflusses von städtischen Parks auf die urbanen Klimaverhältnisse. Zuletzt werden Stadtgestaltungsmöglichkeiten zur Verminderung der Wärmebelastung in verschiedenen Klimazonen aufgezeigt.

3.1 Auswirkungen der Gestaltung einer Stadt auf das urbane Klima

Der Standort der Stadt

Bei schon bestehenden Siedlungen sind Überlegungen über einen geeigneten Standort natürlich hinlänglich. Soll jedoch eine neue Stadt oder ein neuer Stadtteil gebaut werden, ist der Standort der neuen Siedlung der erste Aspekt bei der Stadtplanung, der bedacht werden muss, denn der Standort ist der permanenteste aller Faktoren, die das Stadtklima beeinflussen. Einmal gewählt bleibt der Standort über Jahrhunderte bestehen.

Die unterschiedlichen in Betracht kommenden Standorte einer Stadt können bezüglich der Temperatur, der Windverhältnisse, der Feuchte, des Niederschlags, der Nebelhäufigkeit usw. sehr unterschiedlich sein. Diese Unterschiede können durch Unterschiede in der Entfernung zum Meer, der Windrichtung der Berghänge, der Höhenlagen und durch Varianzen in der generellen Topographie des Gebietes verursacht werden (Givoni 1998).

Klimatische Auswirkungen der Stadtdichte

Die Dichte einer Stadt resultiert aus drei Faktoren, die wiederum das Stadtklima beeinflussen können. Diese Faktoren sind:

- die Landnutzung, also der Anteil an bebauter bzw. versiegelter Fläche an der Gesamtfläche der Stadt,
- die Abstände zwischen den Gebäuden sowie
- die durchschnittliche Höhe der Gebäude.

Ein größerer Anteil an versiegelter Fläche in der Stadt bedeutet einen geringeren Anteil and Vegetation. Pflanzen haben eine geringere Erwärmungsrate über Tag und eine höhere Abkühlungsrate in der Nacht als Gebäude. Somit geht ein geringerer Vegetationsanteil mit einer höheren Temperatur in der Stadt einher. Weiterhin kommt es in einer Stadt wegen des höheren Anteils an bebauter Fläche zu einer konzentrierteren anthropogenen Wärmeemission durch Wärme gene- rierende Prozesse in Haushalt und Industrie, besonders, wenn eine Bebauung mit hohen Häusern vorliegt (Givoni 1998).

Oke (1981, in Givoni 1998 und Svensson 2002 a) stellte einen Zusammenhang zwischen der Art der Landnutzung bzw. der Stadtgeometrie, ausgedrückt durch den Sky View Factor (kurz SVF, einheitslose Größe, die den Anteil an sichtbarem Himmel an gegebener Stelle angibt), und den Oberflächentemperaturen in der Stadt fest. Svensson (2002 a, 2002 b) untersuchte den Zusammenhang zwischen SVF und der Lufttemperaturverteilung. Dabei fiel die Lufttemperatur umso höher aus, je geringer der SVF war, also je weniger Himmel sichtbar war.

Die Abstände zwischen den Gebäuden sowie die Höhe der Gebäude modifizieren die urbanen Windverhältnisse. Generell wird die Windgeschwindigkeit im Stadt-. gebiet umso mehr verringert, je dichter die Bebauung und je größer somit die Bodenreibung ist. Es ist jedoch möglich durch eine spezielle Gestaltung der Stadt eine große Bandbreite an Windverhältnissen zu erreichen. So ist es möglich bessere Durchlüftungsverhältnisse in einer Stadt mit einer hohen Bebauungsdichte bestehend aus einer Mischung von höheren und niedrigeren Gebäuden zu haben als in einer weniger dicht bebauten Stadt, in der alle Häuser in etwa die gleiche Höhe haben (Givoni 1998).

Einfluss von Straßenbreite und –orientierung

Durch die Straßenbreite werden sowohl Ventilation als auch Sonnenexposition der Straße bestimmt. So verursachen engere Straßen verbunden mit einem kleineren Wert des SVF und einem größeren Verhältnis der Gebäudehöhe zur Straßenbreite (H / W) aufgrund des verminderten Austrags langwelliger Strahlung eine höhere Intensität der UHI in der Nacht. Tagsüber kann sich jedoch genau das gegenteilige Bild einstellen, so dass es in den breiten Straßen wärmer ist als in den engen.

Des Weiteren spenden enge Straßen mehr Schatten für Fußgänger. In etwa der gleiche Effekt könnte jedoch auch durch bestimmte Gebäudegestaltungen und/ oder Baumpflanzungen erreicht werden.

Die Ausrichtung der Straße bestimmt den täglichen und jährlichen Verlauf der Sonneneinstrahlung auf die Straße selbst, auf die Gebäude entlang der Straße und in die Bereiche zwischen den Häusern. Somit hat die Straßenausrichtung Auswirkungen sowohl auf die Sonnenexposition der Gebäude also auch auf das Wohlbefinden der Passanten in den Straßen.

Welche Straßenausrichtung bezüglich der Ventilation am günstigsten ist, hängt von der vorherrschenden Windrichtung ab. Generell gilt jedoch, dass Gebäude entlang einer Straße, die quer zur Hauptwindrichtung orientiert ist, als Windschild fungieren. Die Windgeschwindigkeit in der entsprechenden Straße und zwischen den Gebäuden wird also extrem verringert. Umgekehrt verhält es sich bei einer Straßenausrichtung parallel zur Windrichtung. In dieser Situation werden relativ hohe Windgeschwindigkeiten in der Straße erreicht.

Eine besondere Situation stellt sich ein, wenn die Straße schief zur Windrichtung ausgerichtet ist und die Gebäude entlang der Straße nicht allzu hoch sind. Dann herrschen auf der gegen die Windrichtung liegenden Seite geringe Windge- schwindigkeiten, während auf der in Windrichtung gelegenen Straßenseite eine sehr viel höhere Windgeschwindigkeit erreicht wird.

Ist die Straße senkrecht zur Hauptwindrichtung ausgerichtet, hat die Straßenbreite keinen Einfluss auf die Windgeschwindigkeit. Für parallel oder schief zur Windrichtung orientierte Straßen gilt, dass die Windgeschwindigkeiten in der Straße umso höher sind, je breiter die Straße ist (Givoni 1998).

Beeinflussung der Außenbedingungen durch die Gebäudegestaltung

Eine Verringerung der Hitzeausgesetztheit der Stadteinwohner ist auch durch die Gestaltung der Gebäude möglich. So kann Schutz vor der Sonne, aber auch vor Regen auf unterschiedliche Weise gewährleistet werden.

Zum einen können (1) Vordächer an die Hauswände entlang der Straße angebracht werden. Eine weitere Möglichkeit ist, (2) das Erdgeschoss ein Stück einzurücken und die oberen Stockwerke mit Säulen zu stützen, womit der Bürgersteig an Breite gewinnt. So wird eine Art Arkadengang kreiert. Ähnlich zu diesem Ansatz ist die Idee, (3) einige der oberen Stockwerke über den Bürgersteig hervorspringen zu lassen.

Möglichkeit (1) und (3) ziehen jedoch eine verringerte Windgeschwindigkeit nach sich, da sie die abwärts gerichteten Windströme blockieren. Der Nachteil des Ansatzes (2) ist hingegen, dass er auf schlechte Akzeptanz bei den Bauherren treffen dürfte, da diese durch das Einrücken des Erdgeschosses wertvollen Wohnraum vergeben würden (Givoni 1998). Welche dieser Möglichkeiten am besten geeignet ist, muss im Einzelfall abgewogen werden.

Eine Möglichkeit zur Verringerung der Einwirkung langwelliger Strahlung von den vertikalen Hauswänden auf die Passanten ist die Fassadenbegrünung mit Kletterpflanzen wie z.B. wildem Wein. Bauer (1999) fand bei seinen Untersuchungen heraus, dass die durchschnittliche Oberflächenstrahlungs- temperatur einer unbegrünten, südexponierten Hauswand um etwa 10 K höher ist als die einer mit Wein bewachsenen, ebenfalls südexponierten Hauswand.

Ein weiterer positiver Effekt von Fassadenbegrünung ist die Verringerung von grellem, blendendem Licht in der Straße, das durch die Reflektion des Sonnen- lichts von hellen Hauswänden verursacht wird (Givoni 1998).

3.2 Auswirkungen von städtischen Grünflächen auf das urbane Klima

Parks und kleinere, einzelne Gebäude umgebende Grünflächen wirken sich nicht nur positiv auf die Temperatur in der Stadt, sondern auch auf die Luft-verschmutzung und Lärmbelastung aus. Außerdem bieten öffentliche Grünflächen Platz für soziale Aktivitäten, erfüllen ästhetische Bedürfnisse etc.

Bereiche, die mit Pflanzen bedeckt sind, haben einige Eigenschaften, in denen sie sich von den bebauten und versiegelten Bereichen unterscheiden. So absorbieren Pflanzen den größten Teil der solaren Strahlung, der auf sie auftrifft. Einen geringen Anteil davon (1 – 2 %) verwenden die Pflanzen zur Photosynthese. Da sie einen Teil der Energie absorbieren, verringern Pflanzen die Menge an Energie, die als Wärme an die Stadtatmosphäre abgegeben wird. Dieser Effekt ist aber nur von sehr geringer Bedeutung.

Der größte Teil der Sonneneinstrahlung wird bei der Verdunstung von Wasser aus den sonnenexponierten Blättern verbraucht. Durch den Verdunstungsprozess werden die Blätter und die sie umgebende Luft abgekühlt. Außerdem wird die Sonneneinstrahlung zu einem größeren Teil in latente anstatt sensible Wärme umgewandelt.

Aufgrund ihrer im Vergleich zu versiegelten Flächen niedrigeren Oberflächen- temperatur emittiert die Vegetation weniger langwellige Strahlung. Daher sind Menschen, die sich auf Grünflächen aufhalten einer geringeren Belastung durch langwellige Strahlung ausgesetzt.

Der Einfluss der Vegetation auf die Windbedingungen hängt von der Art der Vegetation ab. Während eine Grassfläche den geringsten Reibungswiderstand und somit gute Ventilationsbedingungen bietet, behindern Büsche den Luftstrom nahe dem Boden. Vereinzelte Bäume konzentrieren den Luftstrom am Boden unter den Baumkronen, besonders wenn es sich um Arten mit einem hohen Stamm handelt. Eine dicht gepflanzte Baumreihe oder –gruppe hingegen fungiert als Windblocker (Givoni 1998).

Die prinzipiellen Eigenschaften städtischer Grünflächen, die ihren Einfluss auf die urbane Umwelt bestimmen, sind:

- die Gesamtgröße der offenen, für die Bevölkerung zugänglichen Flächen in der Stadt
- die Einteilung der gesamten offenen Flächen in kleinere Einheiten
- die Verteilung der offenen Flächen im Zentrum und in den Randbereichen der Stadt
- die Größe der individuellen Grünflächen und ihre Platzierung relativ zu den Wohngebieten
- Planungsdetails der Grünflächen selbst, wie Vegetationsbedeckung des Bodens, Zugänglichkeit etc (Givoni 1998).

Für große Parks kann der nächtliche Temperaturunterschied bei klaren und windstillen Wetterverhältnissen zwischen Park und bebauter Umgebung die gleiche Größenordnung annehmen wie der Temperaturunterschied zwischen Stadt und Umland. Dieser Effekt ist bei kleineren Parks geringer. Nicht nur die Größenordnung der Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland bzw. zwischen Stadt und Park ist ähnlich, sondern auch ihre Auswirkung. Ähnlich der Ausbildung des Flurwindes aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Stadt und Umland, entsteht in der Nacht auch eine Luftströmung aus dem kühlen Park in die umgebende Stadt. Dieser Effekt wird Parkwind genannt (Upmanis 1999).

Insgesamt reicht der Einfluss eines Parks auf die Lufttemperatur nicht sehr weit über seine Grenzen hinaus. Upmanis (1999) stellte bei dem größten von ihr untersuchten Park eine Einflusszone von 1100 m über die Parkgrenze hinaus fest. Bei den kleineren Parks reichte der Einfluss des Parks jedoch nur weniger als 40 m über die Begrenzung des Parks hinaus. Givoni (1998) merkt jedoch an, dass die Parkgröße jenseits eines bestimmt Wertes keine Auswirkungen mehr weder auf die klimatischen Bedingungen innerhalb des Parks, noch auf die Reichweite seines Einflusses hat. Daher hat ein über die ganze Stadt verteiltes Netzwerk mit einer großen Anzahl kleinerer Parks einen größeren Effekt auf das Stadtklima als eine kleine Anzahl großer Parks (Finke 1976, Givoni 1998).

Ein Park kreiert also sein eigenes Klima, das sich vom Klima der umgebenden Stadt unterscheidet. Zur Verminderung der Wärmebelastung trägt ein Park in zweierlei Hinsicht bei:

1. Er stellt der Stadtbevölkerung Flächen mit einem angenehmeren Klima zum zeitweiligen Aufenthalt mit der Möglichkeit der Erholung zur Verfügung.
2. Er beeinflusst das Stadtklima als Ganzes (Givoni 1998, Upmanis 1999).

3.3 Stadtgestaltungsmöglichkeiten zur Verringerung der Wärmebelastung

Verminderung der Wärmebelastung in trocken-heißen Gebieten

Das Klima in trocken-heißen Gebieten wird im Sommer geprägt von einer Kombination aus hohen Tagestemperaturen und einer geringen Luftfeuchtigkeit. Der Himmel ist meistens klar, was zu intensiver Erwärmung durch die eingestrahlte Sonnenstrahlung über Tag und einem großen Wärmeverlust durch langwellige Ausstrahlung in der Nacht bedeutet. Dadurch kommt es zu beträchtlichen Temperaturschwankungen von 15 – 20 K im Tagesverlauf. Die maximalen Tem-peraturen in diesen Gebieten liegen bei 35 – 40°C und die minimalen bei 25 – 30°C bzw. bei 18 – 22°C für die „kühleren“ trocken-heißen Regionen.

Weitere klimabedingte Belastungen in diesen Regionen sind die blendende Sonnenlichtreflexion durch die meistens hellen Böden und Hauswände, sowie das Aufkommen von Staubstürmen.

Somit sind die klimatologischen Hauptziele der Stadtgestaltung in diesen Gebieten die Bereitstellung von Schatten auf den Gehwegen, Spielplätzen etc., die Sicherung von angemessener Durchlüftung der Stadt, die Verringerung von Staub und die Verminderung von grellem Licht (Givoni 1998).

Bei der Wahl eines Standortes für eine neue Siedlung sollte darauf geachtet werden, dass an diesem Standort niedrige Tagestemperaturen und gute Ventilationsbedingungen am Abend bzw. in der Nacht vorhanden sind. Insofern ist eine höhere Lage vorzuziehen, da die Temperaturen umso niedriger ausfallen, je weiter man sich in die Höhe begibt. Bezüglich einer möglichen Hanglage sollte eher die Luv-Seite einer Erhebung gewählt werden, da an dieser Seite höhere Windgeschwindigkeiten, höhere Feuchte und damit auch mehr Niederschlag herrschen. Bezüglich der Windgeschwindigkeit muss jedoch darauf geachtet werden, dass es nicht zu allzu hohen Windstärken kommt. Daraus würde nämlich eine zusätzliche Wärmebelastung der Einwohner durch advektiven Wärmetrans- port mit dem Wind, der meist eine höhere Temperatur als die menschliche Haut hat, resultieren. Eine leichte Brise hingegen vermindert die durch Schwitzen verursachte, als unangenehm empfundene Nässe auf der Haut und sorgt so gleichzeitig für die Abkühlung der Haut (Givoni 1998).

Ob eine erhöhte Gebäudedichte positive oder negative Effekte auf das Stadtklima hat, hängt von der Ausrichtung der Gebäude ab. Liegen die langen Seiten der Gebäude in Ost- und West-Richtung ist ein geringer Abstand zwischen den einzelnen Gebäuden günstig, solange eine gute Durchlüftung der Innenräume gewährleistet bleibt. Auf diese Weise kann die Sonneneinwirkung auf die Haus- wände und damit verbunden eine Erwärmung des Innenraumes verringert werden.

Auch bei einer Nord-Süd-Ausrichtung der langen Fassaden der Gebäude wird eine gegenseitige Beschattung der Hauswände erreicht. Allerdings kann die so erlangte Beschattung der Südseiten der Häuser während der kühleren Wintermonate eher nachteilig sein, da die Möglichkeiten zum Beheizen der Häuser mittels Sonnenenergie, was in diesen Regionen ein großes Potential hat, stark einge- schränkt werden.

Ein weiterer Effekt größerer Gebäudedichte ist die Verringerung von ungenutztem Platz zwischen den Häusern, der zur Staubentwicklung beiträgt. Um die Staubentwicklung zusätzlich zu vermindern, wäre eine Bepflanzung des übrigen Raumes möglich, da dies aufgrund seiner geringen Größe keinen allzu hohen Aufwand an rarem und teurem Wasser bedeuten würde (Givoni 1998).

Givoni (1998) stellt einen Ansatz vor, mit dem er die Verringerung der inner-städtischen Temperaturen durch die sinnvolle Kombination von Bebauungsdichte, Gebäudehöhe und Albedo der Bauelemente für möglich hält. Die Albedo ist der Hauptfaktor, der die Menge an solarer Strahlung, die in der Stadt absorbiert wird, bestimmt. Durch die Gebäudefarbe kann also kontrolliert werden, wie viel Strahlung von den städtischen Strukturen aufgenommen wird. Dabei ist besonders die Farbe der Dächer von Bedeutung, da diese große Anteile an der Stadtfläche in dicht bebauten Gebieten und somit eine wichtige Rolle beim Strahlungsumsatz einnehmen. In einer Stadt, in der alle Dächer weiß sind, kann eine negative Strahlungsbilanz erreicht werden, so dass die Dachoberflächentemperatur und damit verbunden die Temperatur der Luft direkt über der Dachoberfläche geringer ausfällt als die durchschnittliche regionale Lufttemperatur. Mit einer ent- sprechenden Dachgestaltung kann diese schwerere kühle Luft in die unteren Bereiche der Stadt geleitet werden. Dadurch ist es sowohl möglich tagsüber eine niedrige Temperatur in der Stadt zu halten, als auch die nächtliche Abkühlung, die aufgrund der hohen Gebäudedichte eher verlangsamt wird, zu gewährleisten (Givoni 1998).

Die Belüftung der Stadt zur Verminderung der Wärmebelastung ist in trocken- heißen Klimaten von untergeordneter Bedeutung, da eine hohe Wind- geschwindigkeit über Tag wegen der zusätzlichen advektiven Wärmebelastung unerwünscht ist und abends schon leichte Winde zur Abkühlung ausreichen. Außerdem würde eine starke Durchlüftung in einer stärkeren Staubaufwirbelung resultieren (Givoni 1998).

Bezüglich der Gebäudegestaltung ist in trocken- heißen Regionen ein Sonnen-schutz mittels überhängenden Dächern, Arkadengängen oder vorspringenden oberen Etagen, wie im Kapitel 3.1 beschrieben, wünschenswert.

Ein Konflikt ergibt sich bei der Wahl der Gebäudefarbe. Helle Außenwände verbessern das Innenklima des Gebäudes durch verringerte Strahlungsabsorption, produzieren aber durch hohe Reflexion grelles Licht in den Straßen. Dieses Problem kann durch horizontale Überhänge, die nicht nur die Fenster sondern die ganze Wand vor Sonneneinstrahlung schützen, gelöst werden.

Verminderung der Wärmebelastung in heiß-feuchten Gebieten

Heiß-feuchte Klimate weisen das ganze Jahr über gleich bleibende Durchschnitts- temperaturen auf. Während die Monatstemperaturen also in etwa gleich sind, kann es beträchtliche Unterschiede zwischen den einzelnen Tagen geben. Die Durchschnittstemperatur beläuft sich auf 27°C, die durchschnittliche Maximal- temperatur auf 30°C. An klaren Tagen können jedoch auch bis zu 38°C erreicht werden. Die Temperaturschwankungen zwischen den einzelnen Tagen kann bis zu 8 K betragen. Fast über das ganze Jahr herrschen hohe Luftfeuchtigkeit und Niederschläge.

Zu den klimabezogenen Stadtgestaltungszielen gehört auch hier die Bereitstellung von Schatten auf Gehwegen und anderen öffentlichen Flächen. Daneben ist es wegen der hohen Luftfeuchtigkeit wichtig eine gute Durchlüftung der Stadt zu erzielen.

Dies ist notwendig, da bei einer hohen Luftfeuchtigkeit der Schweiß auf der menschlichen Haut nur langsam verdampfen kann. Deswegen geht auch die durch den Verdampfungsprozess bewerkstelligte Abkühlung des Körpers nur langsam von statten. Daher muss eine größere Fläche der Haut mit Schweiß bedeckt sein, um eine ausreichende Abkühlungsrate beibehalten zu können. Die Nässe auf der Haut wird jedoch trotz ihrer Notwendigkeit als unangenehm empfunden. Mit höheren Windgeschwindigkeiten kann ein Teil der evaporativen Wärmeabgabe durch den advektiven Wärmetransport ersetzt und so die mit Schweiß bedeckte Hautoberfläche verringert werden (Givoni 1998).

Der wichtigste klimatologische Aspekt bei der Standortwahl für eine neue Stadt oder Wohngegend in einer feucht- heißen Region sind demnach die Ventilationsbedingungen an gegebener Stelle. Zu bevorzugen sind dem Wind zugewandte Hänge. Außerdem sind Talhänge gegenüber Talsohlen vorzuziehen, da bei ersteren eine Belüftung durch hangabwärts gerichtete Luftströme möglich ist. Auch Lagen am Rande des Meeres oder von größeren Seen sind günstig, da diese tagsüber von den Seewinden und nachts vom Landwind profitieren können (Givoni 1998).

In heiß-feuchten Klimaregionen ist die Stadtdichte der Faktor, der sowohl die Belüftungsbedingungen als auch die Temperatur in der Stadt am meisten bestimmt. Traditionellerweise ist die Bebauungsdichte in tropischen Regionen gering, doch ökonomischer und sozialer Druck verlangen eine zunehmend intensivere Flächennutzung in der Stadt. Mit einer geeigneten Stadtgestaltung kann diesem Druck auch nachgegeben werden, ohne dass das Stadtklima dadurch erheblich verschlechtert wird.

Eine unbedingt zu vermeidende Anordnung besteht aus langen, gleich hohen Gebäuden, die quer zur vorherrschenden Windrichtung stehen. In dieser Gestaltungssituation wirken die Häuser als Windblockade.

Das beste Stadtklima in einer dicht bebauten Stadt mit heiß-feuchten Klima wäre mit schmalen, hohen Gebäuden zu erreichen. Diese sollten soweit wie eben möglich voneinander entfernt platziert werden. Solche turmähnlichen Gebäude vermischen den Luftstrom in größeren Höhen mit dem Luftstrom in tieferen Bereichen und erhöhen auf diese Weise die Windgeschwindigkeit. Ebenso tragen sie zu einer Temperaturerniedrigung am Boden durch Vermischen der kühleren Luft aus den höheren Lagen mit der warmen Luft am Boden bei. Ein weiterer Vorteil wäre, dass mehr Menschen in einem größeren Abstand zum Boden leben und arbeiten würden. Dies ist insofern günstig, als sowohl Luftfeuchtigkeit als auch Temperatur mit der Höhe abnehmen.

Diese optimale Lösung ist jedoch nur theoretisch möglich. Die beschriebene Art von Gebäuden benötigt nämlich eine „hohe“ Technologie sowohl bei ihrem Bau, als auch bei ihrer Erhaltung. Sie sind also recht teuer und deswegen nur geeignet für Menschen mit einem hohen Einkommen. Die meisten Gebiete in heiß-feuchten Klimaten werden jedoch von Entwicklungsländern, in denen Menschen mit niedrigem Einkommen den Hauptteil der Bevölkerung darstellen, eingenommen.

Eine Kompromisslösung wäre es, einige dieser hohen, schmalen Gebäude in der Stadt zwischen niedrigeren Gebäuden möglichst unterschiedlicher Höhe zu verteilen (Givoni 1998).

Auch in den heiß-feuchten Klimaten sollten die Straßen so gestaltet werden, dass den Menschen, die sich außerhalb von Gebäuden befinden, Schatten zur Verfügung steht. Dies kann auch hier durch die Gebäudegestaltung, wie sie schon bei den trocken-heißen Klimaten beschriebenen wurden, oder durch Baum-pflanzungen erreicht werden. Sollte es zu einem Konflikt zwischen den Möglichkeiten entweder Schatten bereitzustellen oder eine gute Ventilation zu gewährleisten kommen, sollte die Umsetzung der Gestaltungsmöglichkeiten zur Erreichung guter Durchlüftungsbedingungen bevorzugt werden.

Die Ausrichtung der Straßen hat nur in dicht bebauten Stadtbezirken einen Einfluss auf die Ventilationsbedingungen. Die Straßenausrichtung, die sowohl für die Durchlüftung der Straßen als auch der Gebäude am günstigsten ist, ist die schräge Lage der Straße zu Hauptwindrichtung in einem Winkel von ca. 30°C. Bei solch einer Anordnung kann der Wind in das Zentrum der Stadt vordringen, während die entlang der Straße liegenden Häuser auf ihrer Front- und ihrer Rückfassade unterschiedlichen Drücken ausgesetzt sind, was die Durchlüftung der Häuser ermöglicht. Eine Orientierung der Straße parallel zur Hauptwindrichtung würde zwar die Ventilation der Straße weiter verbessern, dafür würden aber auf beiden Seiten der Häuser an der Straße gleiche Drücke herrschen. Dies hätte eine Einschränkung des Durchlüftungspotentials der Gebäude zur Folge (Givoni 1998).

Stadtgestaltung in Regionen mit heiß-feuchten Sommern und kalten Wintern Die sommerlichen Temperaturen und Feuchtebedingungen in diesen Klima-regionen sind ähnlich denen des heiß-feuchten Klimatyps. Die Wintertem- peraturen liegen oft unterhalb des Gefrierpunktes. Die Hauptwindrichtungen in diesen Klimaregionen unterscheiden sich zwischen den Jahreszeiten. In den östlichen Vereinigten Staaten kommt der Wind im Sommer aus Süd bis Südwest und im Winter aus dem Nordwesten. In Ostchina herrscht im Sommer Südostwind und im Winter Nordwind.

Die Gestaltungsziele für diese Klimaregionen sind die Erzielung einer möglichst guten Durchlüftung im Sommer und die Vermeidung des Eindringens des Windes in die Stadt im Winter. Obwohl diese beiden Ziele gegenläufig sind, ist eine Umsetzung beider Zielvorstellungen dank der unterschiedlichen Windrichtungen in Sommer und Winter möglich (Givoni 1998).

Um die gegebenen Ziele zu erreichen müssten also zum Beispiel die winterlichen Nordwinde abgeblockt und die sommerlichen Südwinde begünstigt werden. Dies könnte erreicht werden, indem am nördlichen Ende der Siedlung die längsten und höchsten Gebäude als Windblocker platziert würden. Nach Süden hin müsste die Stadtstruktur zunehmend offener mit immer kleineren und niedrigeren Gebäuden werden. Abbildung 4 zeigt ein Schema dieser Anordnung (Givoni 1998).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Schema der Stadtgestaltung in Klimaten mit heiß-feuchten Sommern und kalten Wintern (Givoni 1998)

Auch bei der Straßenausrichtung kann der Vorteil der variierenden Windrichtungen genutzt werden. Im östlichen Teil der Vereinigten Staaten wäre also ein Hauptstraßenverlauf von Südwesten nach Nordosten am günstigsten um hohe Windgeschwindigkeiten im Sommer und reduzierte Windstärken im Winter zu erreichen. Um dasselbe in Ostchina zu bewirken, müssten die Straßen in Ost-West-Richtung orientiert sein (Givoni 1998)

4 Zusammenfassung

Das Stadtklima ist ein durch den menschlichen Einfluss modifiziertes natürliches Klima, das im Vergleich zum Klima des Umlandes über höhere Werte an Temperaturen, Niederschlägen, Bewölkung und Luftverschmutzung sowie ge- ringere Windgeschwindigkeiten, relative Feuchte und Einstrahlung verfügt. Es kann nicht von einem heterogenen Klima, das für alle Bereiche der Stadt gleich ist, ausgegangen werden. Vielmehr stellt sich das Stadtklima als Mosaik aus vielen unterschiedlichen Mikroklimaten dar.

Das bedeutendste stadtklimatische Phänomen ist die urbane Wärmeinsel. Sie wird durch die Auswirkungen der veränderten Oberflächenstruktur und -eigenschaften der Stadt sowie der anthropogenen Wärmeproduktion hervorgerufen. Die städtische Wärmeinsel hat direkte Auswirkungen auf die Gesundheit der Stadteinwohner und den Energieverbrauch durch diese.

Stadtplanerische Elemente, mit denen man Einfluss auf das Stadtklima nehmen kann und so einer Überwärmung der Stadt entgegenwirken kann, sind der Standort der Stadt, die Stadtdichte, die sich aus Landnutzung in der Stadt, Gebäudehöhen und Abständen zwischen den Gebäuden ergibt, sowie die Straßenausrichtung und -breite und die äußere Gestaltung der Gebäude.

Auch mit städtischen Grünflächen kann Einfluss auf das Stadtklima genommen werden, Es ist allerdings zu beachten, dass die Auswirkungen einer Grünfläche auf das Stadtklima, je nach Größe der Grünfläche, nicht sehr weit in das bebaute Stadtgebiet hineinreichen. Daher ist es sinnvoller ein Netzwerk aus vielen, kleineren, über die Stadt verteilten Parks zu installieren als nur wenige große Flächen mit Vegetation.

Das Hauptziel, um die Einwohner einer Stadt des trocken-heißen Klimas vor zu großer Wärmebelastung zu schützen, ist die Verringerung der Sonnen- einstrahlung. In heiß-feuchten Klimaten ist die Gewährleistung guter Ventilations- bedingungen am wichtigsten. Regionen mit heiß-feuchten Sommern und kalten Wintern erfordern eine Reduktion der Windgeschwindigkeiten in der Stadt im Winter und eine Begünstigung des Windes im Sommer. Alle diese Ziele können größtenteils durch Variation mit den oben genannten stadtplanerischen Elementen erreicht werden.

Quellenverzeichnis

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