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Durch die Stadt messen!

1. Was Sind Wärmequellen?

Die ansteigende Weltbevölkerung konzentriert sich immer mehr in städtischen Ballungsgebieten. Städtische und industrialisierte Räume zeichnen sich durch starke Veränderung der Oberfläche aus. Natürliche Landschaften (wie Wiesen,Wälder etc.) weichen Oberflächen aus Stein und Beton. Dies hat eine Klimaveränderung in den Städten zur Folge. Temperatur, Niederschläge, Wolkenbedeckung sowie Wärme-Wasserbilanz verändern sich. Diese Veränderung des Klimas erfolgt durch die Anhäufung von Wärmequellen. Wärmequellen sind also Faktoren die zur Veränderung unseres Stadtklimas beitragen.

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Bild 1: wikipedia.de

(Wärmebild eines Hundes! Auch Lebewesen sind Wärmequellen, die Wärme in ihre Umgebung abstrahlen!)

2.1 Typen von Wärmequellen:

  • Art und Dichte der Bebauung
  • Wärmespeichervermögen
  • Versiegelung des Bodens (durch Beton oder Stein)
  • Veränderter Wasserhaushalt
  • Luftschadgase
  • Hausbrand
  • Verkehr
  • Wirtschaft (Kraftwerke)

2.2.1 Speicherkapazität:

Die spezifische Wärmekapazität gibt, bezogen auf das Volumen an, wieviel Wärme 1m³ dieses Stoffes speichern kann, wenn seine Temperatur um 1K (=) erhöht wird. Die Speicherkapazität setzt sich aus dem Produkt der spezifischen Wärmekapazität c (J/kgK) und der Stoffdichte p zusammen. Einheit: J/m³K.

2.2.2 Speicherkapazität verschiedener Stoffe:

a) HausDie meisten Häuser bestehen zum größten Teil aus Ziegeln, Porenbeton und Kalkstein. Die größte Speicherkapazität hat der Porenbeton, da er zu 80% aus Luft und nur zu 20% aus Feststoffen besteht; denn Luftzwischenräume - wie es beim Porenbeton der Fall ist, speichern Wärme am besten. Auch der Kalksandstein besitzt eine hohe Speicherkapazität. Hierbei handelt es sich um ein Kalk-Wasser-Gemisch. Weitere Stoffe die Wärme speichern können, sind organischen oder unorganischen Ursprungs.
Organische Stoffe werden vorallem bei der Dämmung in Dach, Decke und Wand verwendet. Hierzu einige Beispiele:

  • Holzweichfaserdämmplatten: Speicherkapazität: 2000-2100 (J/kgK). Diese werden seit 1990 verwendet und somit weit verbreitet.
  • Holzfasern und Holzwolle: Speicherkapazität:2000-2100 (J/kgK).
  • Holz- und Hobelspäne: Speicherkapazität:2000-2100 (J/kgK). Diese Stoffe werden jedoch erst seit kurzer Zeit angeboten.

Allerdings werden auch unorganische Stoffe verwendet; vorallem zur Verstärkung der Speicherkapazität bei nicht so speicherfähigen Stoffen wie zum Beispiel Ziegeln. Hierbei werden diese Stoffe also als Zuschlag/Zusatz verwendet. Meist werden diese in Putz/Mörtel dazugegeben oder in andere Stoffe beigemischt.
Beispiele:

  • Blähglimmer: Speicherkapazität: 850-1050 (J/kgK). Als Granulat oder Platten erhältlich, als auch als Zuschlag in Mörtel, Putz und Brandschutz (s.o.)
  • Blähton: Speicherkapazität: 1000 (J/kgK). Zuschlagsstoff in Mauerwerken und Leichtbeton.
  • Silikonschaum: Speicherkapazität: 1000 (J/kgK). Weit verbreiteter und oft verwendeter Stoff.
  • Keramikfasern und Keramikschaum: Speicherkapazität: 1040 (J/kgK). Zur Isolierung und Schalldämmung verwendet; jedoch nicht beim Hausbau, sondern im Industriebereich.

b) Bodenversiegelung:

Unter Bodenversiegelung versteht man die Abdeckung der Erdoberfläche bzw. des Bodens mit Gebäuden und Straßenbelägen wie zum Beispiel mit Beton, Asphalt oder Pflastersteinen. Dadurch kann der Boden seine wichtige Funktion als Speicher nicht mehr erfüllen, da an den versiegelten Stellen kein Wasser mehr einsickern kann. Die Bodenversiegelung wirkt sich auf die Bodennutzung, den Wasserhaushalt und das Klima aus:

1. Wasserhaushalt:

Durch die Zerstörung der natürlichen Bodenfunktionen kommt es zu einer Verringerung der Grundwasserspeicherung, was wiederum der Grund für die schnelle Ableitung des nicht versickerungsfähigen Wassers (Niederschlag) in die Kanalisation ist. Die führt nach größeren Niederschlagsereignissen häufig zu Überschwemmungen.

2. Klima:

Versiegelte Flächen heizen sich bei Sonneneinstrahlung stärker auf als offene Böden. Das ist auch der Grund dafür, dass es in den Innenstädten wärmer ist als in ihrer Umgebung, denn die gespeicherte Solarenergie wird vor allem nachts an die Luft abgegeben. Gleichzeitig ist die Luftfeuchtigkeit durch die geringere Verdunstungsleistung Von Pflanzen als auch Böden in der Innenstadt niedriger als in der wenig bebauten Umgebung.

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(Copyright Städtebauliche Klimafibel online)

2.3 Ballungsgebiete - Wärmeinseln:

Definition von Wärmeinseln : Als städtische Wärmeinsel bezeichnet man die außergewöhnliche Tatsache, dass Städte um einige Grad wärmer sind als ihr Umfeld (durchschnittlich 0,5-0,8 °C, im Winter 1,1-1,6 °C ).

Während es in den Großstädten Klimaelemente gibt, die sich bezirksbezogen nur wenig unterscheiden (z.B. Sonnenstrahlung, Niederschlag), weisen andere, wegen der Wärmespeicherkraft der Baustoffe, der Versiegelung der Fläche, dem veränderten Wasserhaushalt, sowie der Wärmeabgabe, teilweise ziemlich große flächendeckende Unterschiede auf (z.B. Temperatur, Windverhältnisse). Kleinräumige Unterschiede sind in Gegenden von Gebäuden, Straßenzügen und freien Landschaften zu finden.

messfahrt_kurzBild 2 : (städtebauliche-klimafibel.de) Temperaturunterschiede bei den Messreihen von München Innenstadt und Hinterbrühl

Eine Anhäufung der Wärme- und Stadtklimaveränderung kommt meist in Großstädten im Stadtkern, dem Punkt mit der meisten Bebauung und der höchsten Schadstoffabgabe vor (siehe Bild unten). Durch die Oberflächenversiegelung und den damit verbundenen geringeren Grünflächenanteil ist die Verdunstung reduziert, was zudem auch eine Erhöhung der Temperatur in den Städten bewirkt.

messfahrt_kurzBild 3 : (www.staedtebauliche-klimafibel.de) Satelliten-Bild der Wärmebelastung Stuttgarts

Diese städtischen Wärmeinseln sind zusätzlich von der dortigen Einwohnerzahl abhängig:

  • 500.000 - 1000.000 Einwohner Temperaturerhöhung von 1,1- 1,2 °C
  • mehr als 1000.000 Einwohner Temperaturerhöhung von 1,2- 1,5 °C

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(Copyright Städtebauliche Klimafibel online)

Weitere Merkmale der Wärmeinseln:

  • Größe und Form der Stadt
  • Hohe Gebäude, die nah aneinander gebaut wurden

3.1 Stadtplan/Messroute (Hofgarten-Perlacher Forst):

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(Orthofoto Copyright www.bayernviewer.de/BLVA)

Die oben eingezeichnete Route zeigt die jeweiligen Stationen auf, an denen gemessen wurde. Wie wir schon vermutet haben, hängt die Temperatur an den verschiedenen Messstationen von den Wärmequellen ab, d.h. an Plätzen mit vielen Wärmequellen wie beispielsweise am Marienplatz ist die Temperatur ein wenig höher, als an Orten mit weniger Wärmequellen (wie z.B. am Perlacher Forst).

Folgende Messergebnisse wurden dabei erzielt:

3.2 Messergebnisse:

MESSERGEBNISSE VOM FEBRUAR 2005   MESSERGEBNISSE VOM JUNI 2005
ORT TAGESZEIT TEMPERATUR   ORT TAGESZEIT TEMPERATUR
             
Hofgarten 06.45 Uhr 1,1°C   Hofgarten 07.00 Uhr 21,0°C
Marienplatz 06.55 Uhr 1,6°C   Marienplatz 07.05 Uhr 22,5°C
Gärtnerplatz 07.00 Uhr 1,1°C   Gärtnerplatz 07.10 Uhr 22,0°C
Fraunhoferstraße 07.05 Uhr 1,2°C   Fraunhoferstraße 07.15 Uhr 21,8°C
Maria-Hilfsplatz 07.10 Uhr 0,9°C   Maria-Hilfsplatz 07.20 Uhr 21,6°C
Kolumbusplatz 07.20 Uhr 0,7°C   Kolumbusplatz 07.30 Uhr 21,3°C
Wettersteinplatz 07.30 Uhr 0,4°C   Wettersteinplatz 07.40 Uhr 21,0°C
St.Qurin-Platz 07.40 Uhr 0,3°C   St.Quirin-Platz 07.50 Uhr 21,0°C
Perlacherforst 07.55 Uhr 0,1°C   Perlacherforst 07.55 Uhr 19,2°C

Die Messergebnisse entsprechen sehr genau den erwarteten Ergebnissen, obwohl die Messumstände nicht optimal waren.
Günstig für Messungen wäre eine Strahlungswetterlage (kein Wind, wolkenloser Himmel), da hier wirklich ausschließlich die städtische Strahlungsinsel ihre Wirkung entfaltet.

Wir mussten aber bei bewölktem Wetter messen, so dass die Abstrahlung der Wärme nicht so stark war wie bei einer Strahlungswetterlage. Nachts sanken also die Temperaturen nicht so deutlich ab.

Trotzdem konnte im Februar eine Temperaturdifferenz zwischen Innenstadt und Umland von 1,5°C gemessen werden. Bei einer Strahlungswetterlage wären über 3° Temperaturunterschied möglich gewesen.

Auch im Sommer ist eine Überwärmung der Innenstadt festzustellen, hier konnte eine 3,3°C wärmere Innenstadt gemessen werden.

Bei den Messungen ist zudem zu beachten, dass innerhalb der Stunde in der gemessen wurde die Temperatur im Wald bereits etwas angestiegen ist!

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