SmaCiSe – Smart City Sensing exakte Analysemethode für thermischen Komfort und urbane Hitzeinseln

Detaillierte Analyse der mikroklimatischen Bedingungen für Personen im öffentlichen Raum

Das Thema des thermischen Komforts im urbanen Bereich gewinnt rasant an Bedeutung. Die Relevanz wird mit dem subjektiven Terminus „Komfort“ vielfach jedoch nur unzulänglich beschrieben, da die Hitze- oder Kältebelastung, welche mit sehr hohen oder sehr niederen Werten der thermischen Komfortindizes verbunden ist, zu objektivem physiologischem Stress führt. Dieser stellt nicht nur eine Behaglichkeitsbeeinträchtigung dar, sondern kann gravierende gesundheitsrelevante Auswirkungen bis hin zu einem Anstieg der Mortalitätsraten haben. Eine Metastudie der WHO Europe (WHO, 2004) unter-suchte die Auswirkungen und Einflussfaktoren von Hitzewellen und empfiehlt eine gezielte Berücksichtigung der mikroklimatischen Auswirkungen bei der Stadtplanung zur Reduktion der Hitzebelastung in Städten. Für zielgerichtete Optimierungsmaßnahmen, welche sich auf die Reduktion der Hotspots in Form von Intra-Urban-Heat-Islands (IUHI) konzentrieren, ist es notwendig die komplexen Zusammenhänge zu verstehen und die wesentlichen Einflussfaktoren zu identifizieren. Zunehmend wird hierfür eine Reihe von mikroklimatischen Simulationstools eingesetzt. Belastbare Simulationen im Bereich der Mikroklimatik durchzuführen ist jedoch auf Grund der vielen Einflussfaktoren und Wechselwirkungen schwierig. Alternativ können vor Ort-Messungen oder thermographische Daten von hochfliegenden Flugzeugen oder Satelliten herangezogen werden. Beide Methoden sind jedoch nur eingeschränkt für die Beurteilung und Optimierung der thermischen Umgebung in urbanen Strukturen geeignet. Bodenmessungen sind aufwändig und können nur für wenige ausgewählte Punkte durchgeführt werden. Auf Basis von Luftaufnahmen wiederum können die thermisch variablen Bedingungen in der Stadt nur unzureichend abgebildet werden, da nicht alle Messgrößen erfasst werden und vertikale Flächen, insbesondere Fassaden nicht oder nur mangelhaft abgebildet werden.

Unsere Methode gestattet es die thermische Umgebung im städtischen Bereich sehr genau abzubilden. Die physiologisch relevante, gefühlte Temperatur wird insbesondere im städtischen Bereich von der sogenannten Strahlungstemperatur dominiert. Es ist deshalb essentiell diese möglichst exakt zu bestimmen. Um dies Aufgabe optimal zu lösen verwenden wir einerseits ein numerisches Modell des menschlichen Körpers, sowie des städtischen Umfelds und andererseits Drohnen welche mit mehreren Kameras bestückt direkt in den urbanen Raum eindringen und dort das Strahlungsumfeld sehr genau messen. Hierbei werden die Ausstrahlungen aller Oberflächen, das ist zum einen thermische Strahlung und zum anderen die reflektierte Solarstrahlung sehr detailliert ermittelt. Mit Hilfe von ergänzenden Bodenmessungen können die weiteren relevanten Messgrößen zur exakten Bestimmung des thermischen Komforts ermittelt werden.

Alle erfassten Messdaten werden schließlich in ein dreidimensionales Stadtmodell übertragen. In diesem kann der thermische Komfort in Form einer gefühlten Temperatur mit Hilfe eines speziellen Berechnungsverfahrens dreidimensional exakt bestimmt werden. In der Regel werden dann horizontale Schnitte zur Darstellung des thermischen Komforts in möglichen Aufenthaltsbereichen (Fußgänger) durchgeführt. Die so angefertigten Kartendarstellungen enthalten einerseits wertvolle Informationen über die örtliche Hitzebelastung und andererseits aber auch Information über die Ursachen (z.B. überhitzte Fassadenflächen, geringer Vegetationsanteil etc.).
Um die Vielzahl der gesammelten und berechneten Information adäquat zur Verfügung stellen zu können, wird diese mit Hilfe einer eigens entwickelten Web-App in interaktives Stadtmodell umgewandelt. Auf diese Weise sind die ermittelten Daten online für alle involvierten Planer und Entscheidungsträger jederzeit abrufbar. Die Daten stellen eine wertvolle Basis zur Identifizierung und Optimierung von thermischen Belastungen im innerstädtischen Bereich dar, da nicht nur die absoluten Belastungswerte sichtbar sind, sondern auch die wesentlichen Einflussgrößen für jeden beliebigen Punkt innerhalb des Auswertebereichs dargestellt werden können.