Handlungsoptionen: Stadtklima verbessern

Gesundheitsgefährdende Wärmeinseln in der Stadt erkennen

Wenn Städte zu warm sind, hängt das auch mit bestimmten Siedlungsstrukturen zusammen. Eine vorausschauende Stadtplanung kann besser gelingen, wenn die kleinräumigen klimatischen Eigenschaften innerhalb der Stadt bekannt sind. So können beispielsweise altersgerechte Wohnviertel identifiziert werden. 

Text: Dr. Julia Hackenbruch (KIT)

Die Temperaturen innerhalb einer Stadt und damit auch die Temperaturunterschiede zum Umland, die mit dem Begriff der städtischen Wärmeinsel beschrieben werden, sind stark beeinflusst von der städtebaulichen Dichte, dem Versiegelungsgrad des Bodens sowie dem Vorhandensein oder Fehlen von Grünflächen.

Für die genaue Kenntnis der klimatischen Verhältnisse in einer Stadt sowie der Unterschiede innerhalb des Stadtgebietes werden räumlich hoch aufgelöste Messungen benötigt. In Berlin, Hamburg und Stuttgart werden im Projekt „Stadtklima im Wandel“, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, mehrere mehrmonatige Intensivmesskampagnen durchgeführt. Mit unterschiedlichen Messverfahren werden dort unter anderem die Temperaturen von Luft und Erdoberfläche, der Wassergehalt der Atmosphäre, das Windfeld sowie die Konzentrationen verschiedener Luftschadstoffe gemessen.

Auch die Stadt Karlsruhe bietet sich für Untersuchungen zur städtischen Wärmeinsel an, da sie in der wärmsten Region Deutschlands liegt, wo im Sommer regelmäßig Temperaturen von über 35°C auftreten. So hohe Temperaturen können die Stadtbewohner belasten und gesundheitliche Beeinträchtigungen hervorrufen (Kunz-Plapp et al. 2016). Eine genaue Kenntnis, welche Bereiche innerhalb der Stadt besonders hohe Temperaturen aufweisen, kann helfen, geeignete Anpassungsmaßnahmen bei Hitze zu planen und umzusetzen. Dies gilt sowohl für städtebauliche Maßnahmen, Maßnahmen an Gebäuden wie beispielsweise das Anbringen von Rollläden und Markisen, als auch für persönliche Bewältigungsstrategien jedes einzelnen Bewohners wie angepasstes Trinkverhalten oder das Verschieben von Aktivitäten in kühlere Zeiten des Tages, um sich vor Hitzebelastungen zu schützen oder diese zumindest abzumildern.

In Karlsruhe liegen außergewöhnlich umfangreiche und detaillierte Messungen für das Stadtgebiet vor. Eine im Normalbetrieb fahrende, von den Wissenschaftlern am KIT speziell mit Messgeräten ausgestattete Stadtbahn, die „AERO-TRAM“, hat in ihrem normalen Fahrbetrieb innerhalb des öffentlichen Personennahverkehrs die Temperatur und die relative Feuchte jeweils kontinuierlich entlang ihrer Fahrtstrecke gemessen. Während knapp 5.000 Fahrten wurden so die kleinräumigen Unterschiede des Stadtklimas zwischen Innenstadt, randstädtischen Bereichen und dem Karlsruher Umland aufgezeichnet.

Um charakteristische Temperatureigenschaften zwischen Stadtstrukturen beschreiben zu können, muss die Stadt in größere baulich ähnliche Einheiten eingeteilt werden, die Hinweise auf die Wärmebelastung geben können. Da sich auf den ersten Blick sehr unterschiedliche Stadtstrukturen jedoch in ihren baulichen Charakteristika wiederholen, können sie von Wissenschaftlern typisiert werden. Es gibt eine charakteristische Baumorphologie und Gebäudeanordnung, aus der sich die so genannten Stadtstrukturtypen ableiten lassen (Blum und Gruhler 2010, Siedentop et al. 2006). Eine Kartierung der Stadtstrukturtypen für Karlsruhe beispielsweise unterscheidet zwölf Stadtstrukturtypen, darunter die geschlossene Blockrandbebauung, lockere Bebauung geringer Dichte mit vorwiegend Einfamilienhäusern und Zeilenbebauung.

Werden die Messwerte der AERO-TRAM getrennt nach Stadtstrukturtypen betrachtet, so zeigt sich, dass die höchsten Temperaturunterschiede zum Umland in der geschlossenen Blockrandbebauung auftreten. Im Sommerhalbjahr war es dort nachts durchschnittlich 1,6 Kelvin wärmer als im Umland, bei einzelnen Fahrten bis über 5 Kelvin. Deutlich niedrigere Temperaturen treten in den lockerer bebauten Stadtstrukturtypen mit Zeilenbebauung und Einfamilienhaus-Bebauung mit um 0,7 Kelvin höheren Werten als im Umland auf. Die geringsten Temperaturabweichungen vom Umland hat die AERO-TRAM im Stadtbereich in Kleingartensiedlungen sowie im Umland, wenn die Bahn an Feldern vorbeifuhr, gemessen.

So könnten Baustrukturen und Wohnquartiere identifiziert werden, die zum Beispiel für den Bau eines Krankenhauses oder von Alten- und Pflegeheimen weniger geeignet sind, weil dort die zu erwartende Hitzebelastung höher ist. Stadtplaner und Architekten können auch besser erkennen, in welchen Teilen der Stadt das Thema sommerlicher Hitzeschutz besonders wichtig ist, um dort gezielt ihr Augenmerk auf die Verschattungs- und Sonnenschutzelemente oder auch die Hausdämmung zu legen. Im Rahmen der Bauleitplanung können außerdem Vorgaben zur zusätzlichen Begrünung von Plätzen, Innenhöfen oder Dächern getroffen werden, um das Stadtklima positiv zu beeinflussen. Denn Grünflächen bilden kleine kühlere Bereiche innerhalb dicht bebauter und stark erwärmter Stadtgebiete. Ebenfalls wichtig ist die Zufuhr von kühler und sauberer Luft aus dem Umland in die Stadt. Daher sollten Frischluftschneisen von neuer Bebauung freigehalten werden. 

  • Wärmeinseln in der Stadt sind beeinflusst von der städtebaulichen Dichte, dem Versiegelungsgrad des Bodens sowie dem Vorhandensein von Grünflächen.
  • Um charakteristische Temperatureigenschaften zwischen Stadtstrukturen beschreiben zu können, muss die Stadt in größere, baulich ähnliche Einheiten eingeteilt werden.
  • So könnten Wohnquartiere identifiziert werden, die etwa für den Bau eines Krankenhauses weniger geeignet sind, weil dort die zu erwartende Hitzebelastung höher ist.
Karte von Karlsruhe und Umgebung

Temperaturunterschiede zum Umland auf einer Fahrt der Stadtbahn AERO-TRAM am späten Abend eines heißen Tages (Tageshöchsttemperatur im Umland von Karlsruhe über 30 °C). Zum Fahrtende betrug die Temperatur im Umland noch 20,3 °C, in der Innenstadt lagen die Temperaturen um über 5 Kelvin höher. Abbildung: Julia Hackenbruch

Quellen

  • Blum, A. und K. Gruhler (Hrsg.) (2010): Typologien der gebauten Umwelt: Modellierung und Analyse der Siedlungsentwicklung mit dem Strukturtypenansatz (Berichte aus der Geoinformatik) 1. Auflage. Aachen: Shaker. 204 S.
  • Hackenbruch, J. (2018): Anpassungsrelevante Klimaänderungen für städtische Baustrukturen und Wohnquartiere. Dissertation am Karlsruher Institut für Technologie. Link
  • Hackenbruch, J.; Schulwitz, M.; Hagemann, R. (2017): Hitze in städtischen Quartieren. Messergebnisse der Karlsruher AERO-TRAM und die Implikation für die Stadtplanung: Transforming cities, 2017 (1), 58-62.
  • Kunz-Plapp, T., Hackenbruch, J., und J.W. Schipper (2016): Factors of subjective heat stress of urban citizens in contexts of everyday life. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 16(4), 977–994. Link
  • Siedentop, S., Schiller, G., Koziol, M., Walther, J., und Gutsche, J.-M. (2006): Siedlungsentwicklung und Infrastrukturfolgekosten: Bilanzierung und Strategieentwicklung - Endbericht (BBR-Online-Publikation). (K. Einig und M. Spangenberg, Hrsg.). Bonn: Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung. Link
  • Projekt „Stadtklima im Wandel – Urban Climate under Change [UC]². Link

Mai 2018