3. Dezember 2019

Summer in the City: Rekordsommer erfordern Strategien für kühle Städte

Während es draußen anfängt leicht zu schneien und weite Teile Österreichs schön angezuckert erscheinen, lassen wir nochmal den Sommer Revue passieren. Dieser hat sich gleich in mehreren Bereichen in die Rekordlisten eingereiht, bleibt mit Höchstwerten und Temperaturrekorden in Erinnerung.

Die Bilanz der ZAMG: Der Sommer 2019 war der zweitwärmste seit Messbeginn 1767 – er lag um 2,7 Grad über dem Mittel und damit knapp hinter dem Rekord aus dem Jahr 2003. Zudem war es mit 30 Prozent weniger Niederschlag einer der sieben trockensten Sommer der Messgeschichte.

Als Eisbär lässt es sich in Wien sogar im Sommer gut aushalten. Wie aber können die anderen Stadtbewohner effizient vor Hitze geschützt werden? © Tiergarten Schönbrunn/Norbert Potensky

Die Jahre 2010 bis 2019 sind nach Einschätzung der UNO wohl als das heißeste Jahrzehnt seit Beginn der Wetteraufzeichnungen zu bewerten, heißt es in einem Bericht der Weltorganisation für Meteorologie (WMO), der gerade während der Klimakonferenz in Madrid vorgestellt wurde.

Auch der meteorologische Sommer 2019, der am 31. August endete, bestätige den Trend zu immer heißeren Sommern. „Unter den zehn heißesten Sommern der 253-jährigen Messgeschichte liegen neun Sommer aus der jüngeren Vergangenheit“, so ZAMG-Klimatologe Alexander Orlik. Die fünf heißesten Sommer der Messgeschichte gab es alle in den 2000er-Jahren (2003, 2019, 2015, 2017, 2018). Von den 20 wärmsten Sommern liegen zwölf im 21. Jahrhundert.

Für manche erneut ein Sommer zum Genießen, für viele andere wiederum spürbares Leid unter der Hitze. Besonders starke Auswirkungen hat die Hitze dabei in der Stadt. Und dort wird es sehr wahrscheinlich immer heißer in den Sommermonaten. Laut einer Studie, die heuer im Journal Urban Climate erschien, wird gerade Wien zum Jahrhundertende eine der am stärksten von Hitzewellen betroffenen europäischen Hauptstädte sein. Die Begründung ist vielschichtig.

Problemzone Stadt

Klimawandel und Mikroklima in den Ballungsräumen stehen in engem Zusammenhang. Städte haben einen großen Energie- und Ressourcenverbrauch und verursachen hohe CO₂– Emissionen. Gleichzeitig zählen sie zu den kritischen Bereichen, in denen die Auswirkungen des Klimawandels besonders deutlich spürbar sind. Neben Luftverschmutzung, Staub- und Lärmbelastung wirken sich extreme Wetterereignisse, die als Folgen des Klimawandels vermehrt auftreten, negativ auf Gesundheit und Lebensqualität der Bewohnerinnen und Bewohner aus.

Eine Hitzelandkarte der © Stadt Wien: Hitzeregionen sind orange-rot eingefärbt.

Dazu kommt, dass Materialien in der Stadt die Wärme lange speichern, die Stadt viel langsamer abkühlen lassen. Besonders dunkle Flächen absorbieren Wärme. Durch die dichte Bebauung gibt es weniger Verdunstungskälte, die etwa durch Bäume und Pflanzen entsteht. Besonders eklatant zeigt sich das Problem der Hitze in der Stadt des nächtens. So ist es in einer Sommernacht um vier bis fünf Grad wärmer als im Umland. Verschärfte Bedingungen, denen man entgegenwirken muss, um auf lange Sicht lebenswerte Bedingungen in der Stadt gewährleisten zu können.

Das Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) und der Klima- und Energiefonds unterstützen im Rahmen der Programme Stadt der Zukunft und Smart Cities Demo – Living Urban Innovation zukunftsweisende Entwicklungen und integrierte Konzepte für eine smarte, resiliente Stadtentwicklung und die Realisierung von konkreten Infrastrukturmaßnahmen. Wichtiger Fokus liegt dabei auf der Einbindung aller Stadtbewohnerinnen und -bewohner sowie der Vernetzung und Kooperation zwischen Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung.

Forschung und Entwicklung für zukunftsfähige Städte zielen darauf ab, sowohl umwelt- und ressourcenschonende Lösungen für die Smart City voranzutreiben, als auch die Anpassungsfähigkeit städtischer Systeme an den Klimawandel zu steigern, um die Lebensbedingungen in urbanen Räumen nachhaltig zu verbessern. Die Partizipation alller Nutzerinnen und Nutzer auch im Rahmen von Living Labs spielt bei der Entwicklung und Umsetzung neuer Konzepte und Technologien für ein besseres Stadtklima eine wichtige Rolle.

Gegen die Hitzeinseln

Eines der zentralen mikroklimatischen Probleme ist der Anstieg der Temperaturen im Stadtgebiet aufgrund des Wärmeinsel-Effekts (UHI Urban Heat Island). Das Klima in Städten unterscheidet sich grundlegend von dem ihrer Umgebung. Durch die dichte Bebauung und die ausgeprägte Bodenversiegelung ist die Oberfläche der Stadt im Vergleich zu weniger besiedelten Gebieten wesentlich größer. Dächer, Fassaden und versiegelte Flächen nehmen tagsüber mehr Sonnenstrahlung und damit Wärme auf, die in den bebauten Strukturen gespeichert und über Nacht wieder abgegeben wird. Aufgrund der geringeren Vegetation und fehlender Luftzirkulation entstehen sogenannte Hitzeinseln.

Durch den hohen Versiegelungsgrad wird in der Stadt das Regenwasser über Kanalsysteme abgeleitet. Daher ist auch die Abkühlung durch Bodenverdunstung stark eingeschränkt. Besonders in den Nächten kann es zu hohen Temperaturunterschieden zwischen Stadt und Umland kommen.

Vor allem für ältere Menschen, chronisch Kranke, Kinder und sozial Schwache stellen extreme Hitzewellen eine große gesundheitliche Belastung dar. Eine problematische Auswirkung der urbanen Überhitzung ist auch der wachsende Energiebedarf, der für die Kühlung und die Belüftung von Gebäuden entsteht.

Stadtklima verbessern

Bei der Planung von Quartieren und urbanen Infrastrukturen müssen Städte heute Klimadaten und -analysen berücksichtigen und geeignete Strategien zur Anpassung an die zu erwartenden Klimaveränderungen entwickeln. In zahlreichen F&E-Projekten werden in Österreich innovative Konzepte, Tools und Lösungen für nachhaltige, kühle Städte entwickelt. Gezielte Maßnahmen sowohl im Hightech- als auch im Lowtech-Bereich können dazu beitragen, die extreme Hitzebelastung in Städten effizient zu vermindern.

Einheitliche Lösungen gibt es dabei nicht. Wie Schweizer Wissenschaftler im Fachmagazin Nature berichten, wird das Ausmaß des Wärmeinsel-Phänomens insbesondere durch Bevölkerungszahl und Niederschlag bestimmt. Je mehr Niederschlag, desto pflanzenreicher und dadurch kühler ist im Allgemeinen die Umgebung einer Stadt und somit auch die Temperaturdifferenz zur Wärmeansammlung im Stadtraum. Allerdings erreicht dieser Zusammenhang mit dem Jahresniederschlag irgendwann ein Plateau: Bei 1.500 Millimetern Niederschlag pro Jahr, wie beispielsweise in und um Tokyo, ist der Wärmeinsel-Effekt am grössten und nimmt bei mehr Niederschlag nicht weiter zu.

Verschiedene Strategien

Um dem Wärmeinsel-Effekt entgegenzuwirken, braucht es laut der Studie Maßnahmen, die auf die jeweiligen klimatischen Verhältnisse abgestimmt sind. Eine Stadt wie etwa das in einer Wüstenregion gelegene Phoenix, Arizona könnte tatsächlich durch gezielte Bepflanzung relativ einfach kühlere Temperaturen erreichen als in der Umgebung.

Ganz anders sieht es in einer von Tropenwäldern umgebenen Stadt wie Singapur aus. Dort würde sich nur mit sehr viel zusätzlichem Grün der Stadtraum abkühlen – allerdings würde das Stadtklima dadurch noch feuchter. Für tropische Städte wären daher andere Maßnahmen effizienter.

An Möglichkeiten für Tropenstädte zählen die Schweizer Forschenden unter anderem neue hitzeabweisende Materialien oder architektonische Maßnahmen, durch die mehr Schatten geschaffen wird, auf. Außerdem könnte bei der Stadtplanung stärker auf Luftzufuhr durch Windzirkulation geachtet werden. Vieles hängt von der Umgebung und regionalen Klimaeigenschaften ab. Es bedarf zudem weiterer Untersuchungen, welche Pflanzen sich am besten eignen, um Städte zu kühlen.

Wichtiger Teil einer klimasensiblen Stadtplanung ist die Schaffung von kühlen Oasen, etwa durch grüne Infrastruktur, Fassaden- und Dachbegrünungen sowie die Integration von Wasserflächen. Reichlich künstlicher Bewässerung wird von Nöten sein, denn zusätzlich ist der vergangene Sommer auch in puncto Niederschläge rekordverdächtig –  jedoch in negativem Fall durch extreme Trockenheit: Österreichweit brachte der Sommer 2019 um 30 Prozent weniger Niederschlag als ein durchschnittlicher Sommer. Das ergibt einen Platz unter den sieben trockensten Sommern der Messgeschichte. Auch diese Entwicklung muss in der Stadtentwicklung und allen Bewässerungskonzepten künftig wohl stärker berücksichtigt werden.

Ein weiterer Ansatz der Forschung ist es, die Abstrahleigenschaften von Gebäuden und Flächen durch reflektierende Farben und geeignete Oberflächen zu verbessern.

Wege zur kühlen Stadt

Welche Maßnahmen an welchen Orten notwendig sind und welche konkreten klimatischen Effekte diese haben, lässt sich nur mit (mikro-)klimatischen Simulationen nachweisen. Im Projekt Grüne und resiliente Stadt, das unter Leitung der Universität für Bodenkultur BOKU durchgeführt wird, werden verschiedene Klimasimulationsinstrumente kombiniert und für die Landschafts- und Stadtplanung nutzbar gemacht.

Ziel des Projekts ist ein Proof of Concept eines Regelkreises und Tool-Sets zur Steuerung, Optimierung und Evaluierung einer grünen und klimasensiblen Landschafts- und Stadt(teil)planung. Es besteht aus städtebaulichen und freiraumplanerischen Instrumenten sowie Klimasimulationen auf unterschiedlichen Maßstabsebenen. Im Rahmen des Projekts wird das erste mehrskalige Tool-Set für eine grüne und klimasensible Stadt(teil)planung entstehen.

Am Beispiel von zwei Wiener Stadtteilen – dem Stadterneuerungsgebiet Innerfavoriten/Kretaviertel im 10. Wiener Gemeindebezirk sowie dem Stadterweiterungsgebiet Aspern Seestadt – wird die Umsetzbarkeit und Wirksamkeit des Tool-Sets zur Entwicklung grüner und klimaresilienter Stadtteile in der Praxis geprüft.

In der Seestadt wurde der städtebauliche Wettbewerb Quartier Seeterrassen durch das Forschungsprojekt begleitet und der gemeinsame Einsatz der Instrumente erfolgreich getestet. Mit dem Grün- und Freiflächenfaktor wurde ein Zielwert vorgegeben, um einen ausreichenden Durchgrünungsgrad zu erhalten.

Lowtech-Grünfassaden im Test

Im Projekt KELVIN wurden unter Leitung der JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft  unterschiedliche Konzepte zur Reduktion städtischer Wärmeinseln analysiert. Im Zentrum stand u. a. die Frage, wie sich eine Veränderung der Oberflächenalbedo, d. h. des Rückstrahlvermögens von Dächern, Straßen und Parkflächen, auf das Mikroklima in dicht bebauten Stadtgebieten auswirkt. Auch der Einfluss von Gründächern auf den Urban Heat Island-Effekt wurde untersucht. Am Beispiel der Stadt Wien wurden mögliche Folgewirkungen, wie Energieeinsparungen durch einen geringeren Kühlbedarf der Gebäude und CO₂-Emissionsreduktionen, quantifiziert.

Im urbanen Raum wird die eingestrahlte solare Energiemenge stärker als in land- und forstwirtschaftlichen Flächen absorbiert und länger gespeichert. Art und Farbgebung der Oberflächen von Hausdächern, Straßen, PKW-Abstellflächen etc. sowie die Wärmespeicherkapazität der eingesetzten Materialien spielen dabei eine wesentliche Rolle.

Basierend auf hochaufgelösten Topographie- und Landnutzungsdaten wurden flächendeckend für die Region Wien Referenzwerte der Albedo des baulichen Bestands aus Satellitendaten des Zeitraums 2000 bis 2014 erhoben. Mit Hilfe mikroklimatischer Simulationen konnte das Projektteam abschätzen, wie durch die Veränderung der Oberflächenalbedo unterschiedlicher Stadtstrukturen und durch eine verstärkte Verdunstungsleistung von Grünbereichen (z. B. durch den Einsatz von hochreflektierenden Dachdeckungen, Gründächern und Fassadenbegrünungen) die Entstehung von Hitzeinseln reduziert werden kann.

Die Projektergebnisse zeigen, dass die flächendeckende Anwendung hochreflektierender Dachdeckungen mit einem Rückstrahlvermögen von circa 70 Prozent in Kombination mit der vollen Umsetzung der Potenziale für Dachbegrünungen in Wien zu einer starken Abnahme der Anzahl an Hitzetagen (Höchsttemperaturen ≥ 30 °C) führen würde. Basierend auf Klima-Werten der Jahre 1981 bis 2010 ergibt sich für die Innere Stadt eine maximale Reduktion der Hitzetage um 29 und in zentrumsferneren Bereichen um bis zu 20 Prozent.

In Folgeprojekten sollen Methoden für die kostengünstige Übertragung der Modellierung auf andere Städte entwickelt werden. Auch die Umsetzung von Fallbeispielen, beispielsweise Messungen an eingerichteten Dachflächen mit höherer Albedo bzw. Dachbegrünungen, Bepflanzungen von Fußgängerzonen etc. in ausgewählten österreichischen Städten, ist geplant.

Living Lab des AIT

Im Projekt LiLa4Green entwickelt ein Forschungsteam unter der Leitung des AIT Austrian Institute of Technology gemeinsam mit Stadtbewohnerinnen und -bewohnern Konzepte und Lösungen, um der urbanen Überhitzung in Stadtquartieren entgegenzuwirken. Ein grünes Netzwerk aus Parks, Grün- und Wasserflächen, Fassadenbegrünungen und Baumbepflanzungen soll kühle Stadtoasen schaffen und so an heißen Sommertagen für mehr Aufenthaltsqualität sorgen.

Am Beispiel von zwei urbanen Bestandsgebieten im 10. und 14. Wiener Gemeindebezirk wird untersucht, wie sogenannte Nature Based Solutions (NBS) konkret umgesetzt werden können. Die Einbindung und Mitgestaltung der BewohnerInnen spielt dabei eine zentrale Rolle. Ziel ist es, eine hohe soziale Wirkung und Akzeptanz für die Maßnahmen zu erreichen. Sozialwissenschaftliche Methodik in Kombination mit neuesten digitalen Techniken schafft hier eine optimale Einbindung aller Beteiligten. Dabei werde auch neue Formen des Assessments (z. B. Crowdsourcing) und der Visualisierung (Augmented Reality) getestet.

„Im Projekt LiLa4Green verfolgen wir einen gesamtheitlichen Ansatz, der natur- und sozialwissenschaftliche Aspekte mit neuesten digitalen Techniken kombiniert. Das bedeutet, wir bringen das Thema Grün in die Straße und unter die Bevölkerung, indem wir vor Ort in einem „lebenden Labor“ mit der Bevölkerung gemeinsam Lösungen entwickeln und umsetzen“, so Tanja Tötzer vom Ait und Projektleiterin von Lila4green.

Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen in der Folge auf andere Wiener Stadtteile sowie auf weitere mitteleuropäische Städte übertragbar sein.

Cool Leibnitz

Leibnitz ist eine der wärmsten Städte Österreichs. Sommerliche Überhitzung mit Temperaturen nahe der 40 Grad treten seit einigen Jahren häufig auf und verschlechtern vor allem die Aufenthaltsqualitäten in der Innenstadt.

Mit Cool Leibnitz (Clima Optimierierte Offensive Leibnitz) hat die Stadtgemeinde einen umfassenden, partizipativen Prozess für smarte und resiliente Stadtentwicklung gestartet. Zahlreiche themenspezifische Fachkonzepte wurden dafür zu einem integrierten Gesamtplan zusammengeschlossen. Dazu zählen u. a. das Verkehrskonzept, das räumliche Leitbild der Stadtgemeinde, die Neuerstellung des Energiekonzepts, Gartenkonzepte des städtischen Wirtschaftshofes, die Baulandmobilisierung, Hochwasserschutzkonzepte, der Grunderwerb durch die öffentliche Hand sowie ein Konzept des Wirtschaftsverbandes WISTA SÜD. Durch Zusammenwirken von Investoren und Entwicklern, Politik, Verwaltung und BürgerInnen wurden die Rahmenbedingungen für die Realisierung des umfassenden Konzepts geschaffen.

Ein wichtiger Fokus des Projektes lag auf der Entwicklung von Strategien zur Bewältigung extremer Wetterereignisse. Der sommerlichen Überhitzung soll durch den gezielten Ausbau der innerstädtischen grünen und blauen Infrastruktur entgegengewirkt werden. In einem ersten Schritt wurden die bestehenden Grünräume innerhalb der Siedlungsstruktur der Stadtgemeine Leibnitz erfasst und deren Einfluss auf das Stadtklima und die Aufenthaltsqualität analysiert.

Zusammenfassend zeigt die Analyse erhebliche Defizite an öffentlichen Grünflächen im dicht besiedelten Gebiet. Blaue Infrastruktur fehlt im urbanen Bereich zur Gänze. Eine Karte der Hitzeinseln macht deutlich, dass mit zunehmender Zentralität und Nutzungsintensität der Anteil an kritischen Bereichen steigt. Die vorliegenden Zahlen und Fakten schaffen die Grundlagen für zukünftige stadtplanerische Entscheidungen.