Studienarbeit WS 07/08Fachgebiet Umwelt- und Raumplanung Institut WAR Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie

TU Darmstadt

betreut durch: Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim LinkeGeodätisches InstitutFachgebiet Landmanagement

Dipl.-Ing. Lena HerlitziusDipl.-Ing. Sonja SchlipfInstitut WARFachgebiet Umwelt- und Raumplanung

bearbeitet durch:Karsten Kutschera

Darmstadt 29. Februar 2008

Handlungsalternativen zur Reaktion auf die Veränderung des Stadtklimas in Darmstadt durch den Klimawandel Fokus: Aufenthaltsqualität im Stadtbereich – lokale Wärmeinseln

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INHAL T

Tabellenverzeichnis ................................................................................................. 3

Abbildungsverzeichnis ............................................................................................. 4

1 Einleitung ................................................................................................................. 6

2 Untersuchungsraum ................................................................................................ 7

3 Klimatheoretische Grundlagen.............................................................................. 10

3.1 Was ist Klima?........................................................................................................ 10

3.2 Klimatische Größenordnungen ............................................................................. 11

3.3 Das globale Klimasystem ....................................................................................... 12

3.4 Der Klimawandel ................................................................................................... 13

3.5 Antriebskräfte der Klimaänderung, Prognosen..................................................... 15

3.6 Regionale Klimasituation Darmstadt..................................................................... 16

4 Stadtklima .............................................................................................................. 18

4.1 Definition des Begriffs Wärmeinsel....................................................................... 21

4.2 Kaltluftströme und lokale Windsysteme ............................................................... 25

4.3 Emissionen und deren besondere Häufung in Straßenschluchten ....................... 29

4.4 Sonnengeometrie .................................................................................................. 29

4.5 Anforderungen an das Stadtklima ......................................................................... 32

4.6 Umgang mit Hitze in wärmeren Regionen der Welt, allgemeine Handlungsansätze.................................................................................................. 36

4.7 Messverfahren....................................................................................................... 38

5 Beschreiben der Ausgangslage in Darmstadt........................................................ 43

5.1 Geeignetes Vorgehen ............................................................................................ 45

5.2 Topographie........................................................................................................... 46

5.3 Kaltluftschneisen ................................................................................................... 46

5.4 Versiegelung .......................................................................................................... 47

5.5 Klimatope............................................................................................................... 49

5.6 Klimatopkarte für Darmstadt ................................................................................ 56

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5.7 Sonnenexposition .................................................................................................. 56

5.8 Lokalisierung der Problemzonen ........................................................................... 56

5.9 Handlungsansätze.................................................................................................. 57

6 Ausblick und Grenzen der Ausarbeitung ............................................................... 69

7 Literaturverzeichnis ............................................................................................... 70

TABELLENVERZEICHNIS

Tabelle 1: Orientierungsschema zur Einteilung der meterologischen Größenordnungen 11

Tabelle 2: Strahlungseigenschaften von typischen Baumaterialien, Stadtflächen und

natürlichen Oberflächen 24

Tabelle 3: Tagesgang der Windgeschwindigkeiten 26

Tabelle 4: Luftleitbahnen und deren Eignung zum Kaltlufttransport 28

Tabelle 5: Predicted Mean Vote PMV Eingangsparameter 33

Tabelle 6: Zusammenstellung der einzelnen Untersuchungsmethoden 43

Tabelle 7: Kaltluftbahnen (dargestellt mit Blauen Pfeilen) in Darmstadt 47

Tabelle 8: Versiegelungsklassen zur Bodenversiegelungskarte 48

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ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abbildung 1: Geographische Lage Darmstadt 7

Abbildung 2: Naturräumliche Gliederung Darmstadt 9

Abbildung 3: Das Klimasystem der Erde (nach verschiedenen Autoren) mit Zeitangaben zu Reaktionszeiten auf äußere Störungen 13

Abbildung 4: Änderung von Temperatur, Meeresspiegel und nordhemisphärischer

Schneebedeckung 14

Abbildung 5: Prognosen der globalen Temperaturveränderung 15

Abbildung 6: Temperaturverlauf in Darmstadt für Messstation Landgraf-Georg-Straße

im Jahr 2003 17

Abbildung 7: Schema des urbanen klimatischen Systems 19

Abbildung 8: Schematischer Aufbau der Grenzschicht über einer Stadt nach OKE 20

Abbildung 9: Skalen der Stadtplanung 21

Abbildung 10: Verhältnis der Wärmeinselintensität zur Einwohnerzahl von Siedlungen 22

Abbildung 11: Sonneneinfallswinkeloptimierte Bauweise 30

Abbildung 12: Selbstbeschattende Fassade in heißen Klimazonen 31

Abbildung 13: Asymmetrische Straßennutzungsaufteilung 31

Abbildung 14: Asymmetrischer Straßenquerschnitt 32

Abbildung 15: optimale Behaglichkeit 33

Abbildung 16: Zuordnung PET und PMV zu thermischem Empfinden und biologischen Wirkungen 34

Abbildung 17: Anzahl der Todesfälle in Paris während der Hitzewelle im Sommer 2003 35

Abbildung 18: Windfangkamine der Stadt Yazd im Iran 36

Abbildung 19: Beschattung Einkaufsstraße Malaga 37

Abbildung 20: Temperaturverlauf verschiedener Flachdächer an strahlungsreichen Sommertagen 38

Abbildung 21: Perspektivische Darstellung von Strahlungstemperaturen im Bereich der Stadt Tübingen 41

Abbildung 22: Flächenbestand in Darmstadt [ha] 44

Abbildung 23: Einteilung Darmstadts nach Versiegelungsklassen 49

Abbildung 24: Beispiel Gewässer-Klimatop: Blick auf den Darmstädter Woog 50

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Abbildung 25: Freiland-Klimatop Oberfeld 50

Abbildung 26: Beispiel Wald-Klimatop 51

Abbildung 27: Grünanlagen-Klimatop Orangerie 52

Abbildung 28: Beispiel für Gartenstadt-Klimatop Eberstadt Nord 52

Abbildung 29: Beispiel Stadtrand-Klimatop 53

Abbildung 30: Stadt-Klimatop um den Roßdörfer Platz 53

Abbildung 31: Innenstadt-Klimatop Luisenplatz 54

Abbildung 32: Gewerbe-Klimatop Otto-Röhm-Straße 54

Abbildung 33: Industrie-Klimatop im Bereich Kirschenallee 55

Abbildung 34: Beispiel Bahnanlagen-Klimatop: Anlage der DB AG im Westen Darmstadts 55

Abbildung 35: Ausschnitt Klimatopkarte, Lokalisierung der Problemzonen (blau) und

Potentialbereiche (grün) 57

Abbildung 36: Luftbildausschnitt Mollerstadt 58

Abbildung 37: Martinsviertel 60

Abbildung 38: Fußgängerzone Elisabethenstraße (links) und Wilhelminenstraße (rechts) 61

Abbildung 39: Karolinenplatz Darmstadt 62

Abbildung 40: Im Brunnen spielende Menschen in Mannheim 63

Abbildung 41: Mögliche Anpflanzung von Bäumen um Brunnen am Luisenplatz 63

Abbildung 42: Mögliche Verlängerung des Grünzuges vom Darmstädter Woog über den Mercksplatz 65

Abbildung 43: Bewertung der Handlungsempfehlungen 68

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1 EINLEITUNG

Die globalen Urbanisierungstendenzen fordern nicht zuletzt ein immer stärker werdendes

Bewusstsein für städtebauliche Rahmenplanung mit dem Ziel der Steigerung städtischer

Lebensqualität. Zukünftig sollten ökologische Faktoren in der Stadtplanung höhere Auf-

merksamkeit erlangen, da die globale Klimaerwärmung bereits auch in gemäßigten Brei-

tengraden Einfluss auf das lokale Klima in der Stadt nimmt. Planungen, die sich mit

Wohnbedingungen und dem Wohlbefinden im Wohnumfeld beschäftigen, werden sich

aus diesem Grund immer stärker mit klimatischen Fragen auseinandersetzen müssen.

In dieser Studienarbeit sollen am konkreten Beispiel der Stadt Darmstadt Handlungs -

alternativen zur Reaktion auf das sich verändernde Stadtklima in der Innenstadt erarbei-

tet werden. Zentrales Augenmerk wird auf lokale Wärmeinseln und deren Auswirkungen

auf die Aufenthaltsqualität in der Stadt gelegt.

Da für die Stadt Darmstadt keine Thermalbefliegungsdaten vorhanden waren, wurde das

Gebiet mit Hilfe von Satellitenfotos und Ortsbegehungen im Hinblick auf die klimatische

Situation untersucht. Die Ergebnisse wurden in einer Klimatopkarte zusammengefasst, die

sich im Anhang der Arbeit befindet. Bei der Suche nach Handlungsalternativen zur Ver-

besserung der kleinräumig betrachteten Klimaverhältnisse wurde untersucht, ob in wär-

meren Gebieten der Erde bereits einfache Strategien zur Verbesserung des thermalen

Stadtklimas zu finden sind.

Im letzten Abschnitt dieser Ausarbeitung werden einige Handlungsansätze und deren

mögliche Ausgestaltung entwickelt und bewertet.

S e i t e | 7

2 UNTERSUCHUNGSRAUM

Darmstadt befindet sich im Rhein-Main-Neckar Raum, einem der am dichtesten besiedel-

ten Räume Deutschlands. Die Stadt liegt ca. 30 km südlich von Frankfurt am Main und

stellt mit ca. 140.000 Einwohnern ein kulturelles und wirtschaftliches Oberzentrum dar.

Die Stadt umfasst am östlichen Rand des Oberrheingrabens im Übergang zum Odenwald-

eine Gesamtfläche von ca. 12.300 ha.1

Abbildung 1: Geographische Lage Darmstadt (Quelle: http://maps.google.de, Zugriff 18.02.08)

Das Darmstädter Stadtgebiet lässt sich fünf unterschiedlichen Naturräumen zuordnen. Im

Süd-Osten der Stadt dem „Vorderen Odenwald“, einem Gebirgsausläufer, der sich in ei-

nem Flachhang bis zur Mathildenhöhe erstreckt. Nach Westen fällt dieser zur hessischen

Oberrheinebene ab. Diese Ebene wird durch Sand und Kiessedimente geprägt und beher-

bergt auf teilweise zehn Meter hohen Dünen eine seltene Kalksandflora. Im Osten geht

die Oberrheinebene in einer Geländestufe zum Messeler Hügelland über, innerhalb des-

1Vgl . Wissenschaftsstadt Darmstadt, 2004

S e i t e | 8

sen sich die nordöstlichen und östlichen Waldgebiete befinden. Im Nord-Westen schließt

sich die untere Mainebene an. Die im Süden Darmstadts beginnende Bergstraße zeichnet

sich durch sehr wärmebegünstigte Hanglagen mit Weinanbaugebieten aus. Abbildung 2

zeigt die naturräumliche Gliederung Darmstadts.2

2 Wissenschaftss tadt Darmstadt, 2004

S e i t e | 9

Abbildung 2: Naturräumliche Gliederung Darmstadt (Quelle: Eigene Darstellung nach Kartengrundlagen von Landschaftsplan

Wissenschaftsstadt Darmstadt, 2004 und GoogleEarth (18.2.08))

In den folgenden Kapiteln werden schrittweise die theoretischen Grundlagen des Klimas

erklärt, um die Basis der Stadtklimatologie zu verdeutlichen.

Oberrheinebene

Mainebene

Messeler Hügelland

Bergstraße

Vorderer Odenwald

N

0 500m 1km

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3 KLIMATHEORETISCHE GRUNDLAGEN

In den vergangenen Monaten erhielt das Thema Klimawandel eine immer höhere globale

Dringlichkeit. Daher wird derzeit auf höchster politischer Ebene, sowohl national, als auch

international die Verminderung des Ausstoßes der klimaverändernden Treibhausgase

diskutiert. Die Begriffe Wetter, Klima und Witterung werden im Allgemeinen Sprachge-

brauch oft verwechselt, daher wird das Thema mit einer kurzen Begriffsdefinition einge-

leitet.

3.1 WAS IST KLIMA ?

Um den Begriff Klima zu erfassen, ist es notwendig, die vorgelagerten Begriffe Wetter und

Witterung zu definieren. Unter Wetter versteht man den auf einen Zeitpunkt beschränk-

ten Zustand der Atmosphäre, der durch die meteorologischen Elemente Luftdruck, Luft-

temperatur, Wind, Bewölkung, Niederschlag und Strahlung, sowie ihre Wechselwirkungen

definiert wird.3 Im Gegensatz dazu werden mit der Witterung das über einen Zeitraum

beobachtbare Wetter und dessen vorherrschender Charakter beschrieben. Der betrachte-

te Zeitraum kann hierbei von einigen Tagen bis hin zu Jahreszeiten reichen. Unter dem

Begriff Klima fasst man schließlich den langfristigen Mittelwert, in der Regel über einen

Zeitraum von 30 Jahren, und die Schwankungen des Wetters zusammen.4

Darauf aufbauend wird unter der Klimaveränderung die Veränderung des Klimas über die

Zeit verstanden. Man unterscheidet anthropogene, das heißt vom Mensch verursachte,

und natürliche Ursachen für die beobachteten Änderungen des Klimas und der Klimapro-

zesse.5 Einzelne Extremereignisse wie Starkregen oder Jahrhundertsommer können nicht

als Signal für eine Klimaveränderung gewertet werden. Die statistische Häufung dieser

Phänomene ist jedoch ein deutlicher Indikator für einen Wandel des Klimas.6

3Vgl . Helbig, et al ., 1999 4Vgl . Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2003 5Vgl . IPCC, et al ., 2007 6 Vgl . Bundesminis terium für Bildung und Forschung, 2003

S e i t e | 11

3.2 KLIMATISCHE GRÖSSENOR DNUNGEN

Je nach Raumauflösung der Untersuchung müssen unterschiedliche klimatisch-

meteorologischen Prozesse beachtet werden.

Für die Zusammenhänge des globalen Klimas und dessen Veränderung, die in Kapitel 3.3

und 3.4 behandelt werden, spielen makroklimatische Faktoren die zentrale Rolle.

Diese bilden den Rahmen für die Modifizierung des ab Kapitel 3.6 behandelten Regional-

klimas durch mesoklimatische Faktoren und des Stadtklimas durch mikroklimatische Fak-

toren.

Die nachfolgende Tabelle verschafft einen Überblick über die verschiedenen meteorologi-

schen Größenordnungen und setzt sie in Bezug zu den Planungsebenen.

Horizontale Erstreckung

Atmosphärische Phänomene

Skalen-bezeichnung

Planungsebene Üblicher Karten-maßstab

über 200 km Planetarische Windsysteme

Makro - Skala Landesplanung Welt- und Konti-nentalkarten

20 km - 200 km Gebirgseinflüsse, Land- und See-

wind Wolken-cluster

Meso - Skala β Landesplanung 1:500.000

2 km - 20 km Urbane Wärmein-

sel, Gewitterzel-len

Meso - Skala γ Regionalplanung 1:50.000

200 m - 20 km Kühlturmschwa-den, Konvektion,

Tornados

Mikro - Skala α Flächennutzungsplanung 1:10.000

20 m - 200 m Bauwerkseffekte Mikro - Skala β Bebauungsplanung 1:500 bis 20 m Kleinräumige

Turbulenz, Bau-

werkseffekte

Mikro- Skala γ Bebauungsplanung 1:500

Tabelle 1: Orientierungsschema zur Einteilung der meteorologischen Größenordnungen (Quelle: Eigene Darstellung nach Mazarakis

sowie eigenen Ergänzungen 2001)

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3.3 DAS GLOBALE KLIMASYSTEM

Um die Wirkung verschiedener Einflussfaktoren auf das das globale Klima prognostizieren

zu können, ist es zunächst notwendig ein systematisches Modell zu entwickeln. Dieses

System gliedert sich in sechs Sphären deren Wechselwirkungen klimatische Ereignisse

hervorrufen. Diese Sphären sind im Einzelnen:

- die Atmosphäre (der Lufthülle um die Erde),

- die Hydrosphäre (Wasser und Ozeane),

- die Lithosphäre (den Gesteinen),

- die Kryosphäre (Eis und Schnee),

- die Biosphäre (Tier und Pflanzenwelt) und

- in einigen Modellen die Anthroposphäre (dem Mensch).7

Klimatische Ereignisse sind das Ergebnis der Wechselwirkungen der Sphären. Diese rea-

gieren mit unterschiedlichen Reaktionszeiten (Latenzzeiten) auf äußere Störungen. Abbil-

dung 3 zeigt eine schematische Darstellung der globalen Zusammenhänge der einzelnen

Sphären, sowie die Latenzzeiten exogener Einflüsse.

7 Helbig, et al ., 1999

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Abbildung 3: Das Klimasystem der Erde (nach verschiedenen Autoren) mit Zeitangaben zu Reaktionszeiten auf äußere Störungen

(Quelle: Hupfer, et al., 2006)

3.4 DER KLIMAWANDEL

Die Veränderung des Klimas ist kein neues Phänomen, so erlebte die Erde in ihrer Ge-

schichte bereits mehrere drastische Klimaänderungen wie z.B. Eiszeiten und Hitzeperio-

den. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass es bereits früher eine solch kurzfristige Verän-

derung des Klimas, wie sie im letzten Jahrhundert statt fand, gab. Der lineare Erwär-

mungstrend der letzten 50 Jahre lag bei 0,013 °C/a und ist nahezu doppelt so hoch wie

der Trend über die letzten 100 Jahre.8

Eine Erwärmung des Klimas ist nach Einschätzung der Wissenschaftler eindeutig, und

kann auf Grund des Anstiegs der mittleren globalen Luft- und Meerestemperaturen, des

ausgedehnten Abschmelzens von Schnee und Eis und des Anstiegs des mittleren globalen

Meeresspiegels nachvollzogen werden. Die in Abbildung 4 gezeigten Graphen des Inter-

8Vgl . IPCC, et al ., 2007

S e i t e | 14

gouvernmental Panel on Climate Change (IPCC), der zwischenstaatlichen Sachverständi-

gengruppe zum Klimawandel, veranschaulichen die Messdaten für die Temperatur, den

Anstieg des Meeresspiegels und den Rückgang der Eisbedeckung der Pole in den letzten

150 Jahren.9

Im Zusammenhang mit der globalen Wärmeentwicklung ist wichtig anzumerken, dass

global ermittelte Temperaturzunahmen auf regionaler Ebene unterschiedlich stark aus-

gebildet sein können. So haben einige Regionen deutlich höhere Temperaturzunahmen zu

verzeichnen.

Abbildung 4: Änderung von Temperatur, Meeresspiegel und nordhemisphärischer Schneebedeckung (Quelle: IPCC,2007)

Im folgenden Kapitel wird auf die Ursprünge der Klimaveränderung eingegangen.

9Vgl . IPCC, et al ., 2007

Beobachtete Änderungen (a) der mittleren

globalen Erdoberflächentemperatur; (b) des mittleren globalen Meeresspiegelanstiegs aus Pegelmessungen (blau) und Satelliten-daten (rot) und (c) der nordhemisphärischen

Schneebedeckung im März und April. Alle Änderungen beziehen sich auf das Mittel des Zeitraums 1961–1990. Die geglätteten Kurven repräsentieren die über ein Jahr-

zehnt gemittelten Werte, während Kreise die Jahreswerte darstellen. Die schattierten Flächen zeigen die geschätzten Unsicher-heitsbereiche aufgrund einer umfangreichen

Analyse bekannter Unsicherheiten (a und b) und aus den Zeitreihen (c).

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3.5 ANTRIEBSKRÄFTE DER KLIMAÄNDERUNG, PROGNOSEN

Die Konzentrationsänderung von Treibhausgasen und Aerosolen (Gemischen aus Luft und

flüssigen oder festen Schwebteilchen), die Veränderung der Strahlungsintensität der Son-

ne und die Modifikation der Landoberfläche nehmen Einfluss auf die Energiebilanz des

Klimasystems. Man fasst diese Änderungen unter dem Begriff des Strahlungsantriebs zu-

sammen.10

Wie aktuelle wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, sind die Konzentrationen der re-

levantesten Treibhausgase Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) in der

Atmosphäre in den letzten 250 Jahren signifikant gestiegen. Der steigende CO2-Anteil

wird hauptsächlich auf den erhöhten Verbrauch fossiler Brennstoffe zurückgeführt, der

Anstieg der CH4- und der N2O-Konzentrationen wird primär durch die Landwirtschaft ver-

ursacht.10

In globalen Klimamodellen rechnet man heute mit einem globalen Temperaturanstieg bis

2100 von 1,4 bis 5,8°C, wobei davon ausgegangen wird, dass fast alle Landflächen sich

schneller erwärmen als der globale Durchschnitt. Nachfolgende Grafik des IPCC verdeut-

licht die Spannweite der Prognosen einer weltweiten Temperaturzunahme. Die farbigen

Verläufe (A2, A1B, B1) repräsentieren verschiedene Szenarien, die jeweils verschiedene

Treibhausgasemissions-Minderungen repräsentieren.10

Abbildung 5: Prognosen der globalen Temperaturveränderung (Quelle: IPCC, et al., 2007 S. 14 )

10 Vgl . IPCC, et al ., 2007

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Auf kommunaler Ebene sind die Möglichkeiten, nachhaltig Einfluss auf die globale Klima-

erwärmung zu nehmen, sehr beschränkt. Nur durch globales Handeln ist hier eine deutli-

che Veränderung erreichbar. Auf Ebene der Kommunen muss daher ein verstärktes Au-

genmerk auf die Klimaadaption gelegt werden, also auf die Anpassung an die klimatischen

Veränderungen, mit Hilfe der aus der Klimafolgenforschung gewonnenen Erkenntnisse.

Auf regionaler und lokaler Ebene wirken sich die globalen Klimaveränderungen unter-

schiedlich stark aus. Im folgenden Abschnitt wird auf die Klimasituation in Darmstadt und

die möglichen Veränderungen eingegangen.

3.6 REGIONALE KLIMASITUATION DARMSTADT

Darmstadt befindet sich an der Schnittstelle zwischen den wärmereichen Hanglagen der

Bergstraße, der trockenen und warmen Rheinebene und dem niederschlagsreichen

Odenwald. Typisch für den Raum sind milde Winter und warme, niederschlagsarme

Sommer. Vorherrschend sind Winde aus westlichen Richtungen, während Ostwindlagen

nur ein Drittel der Zeit überwiegen. Für die lufthygienische Situation sind die mittleren

Windgeschwindigkeiten von 3 bis 4 m/s sehr bedeutend. Windarme Wetterlagen treten

seltener auf.11

Je kleinskaliger die Auswirkungen des Klimawandels betrachtet werden, desto unsicherer

werden die Prognosen der Klimamodelle. Das Umweltbundesamt verwendet in seinem

Forschungsbericht zum Klimawandel in Deutschland das Wettreg-Verfahren, eine wetter-

lagenbasierten Methode, zur Regionalisierung der globalen Klimasimulation des Max-

Planck-Institutes für Meteorologie (ECHAM5/MPI-OMT63L31) und stellt regionale Klima-

szenarios bereit.12 Diese Simulation sieht für den Oberrheingraben, an dessen nordöstli-

chen Ende sich Darmstadt befindet, eine mittlere Temperaturzunahme im Bereich von

+1,5°C bis +2,3°C voraus. Noch wichtiger scheint die Prognose einer besonderen Häufung

von lang anhaltenden Hitze- und Trockenperioden gegen Ende des 21. Jahrhunderts. Au-

ßerdem prognostiziert diese Studie eine deutliche Zunahme der so genannten Tropen-

11 Wissenschaftss tadt Darmstadt, 2004 12 Vgl . Spekat, et al ., 2007

S e i t e | 17

nächte. In diesen Nächten sinkt die Temperatur nicht unter einen Wert von 20°C. Es wird

ein Anstieg auf über 10 Tropennächte pro Jahr gegen Ende des 21. Jahrhunderts erwartet.

Dem gegenüber wird sich die Zahl der jährlichen Eistage, der Tage, an denen die Tempe-

ratur nicht über 0°C steigt, im Bereich des Oberrheingrabens unterdurchschnittlich ver-

ringern. Bezüglich der Niederschlagsmengen wird mit einer für Deutschland durchschnitt-

lich erwarteten sommerlichen Verminderung um 20% und einer für Deutschland leicht

überdurchschnittlichen Niederschlagssteigerung im Winter von 20 bis 40% gerechnet.

Insgesamt muss also mit einer Häufung extremer Klimaereignisse und vor allem mit einer

Häufung von längeren Hitze- und Trockenperioden gerechnet werden. Beispielhaft hierfür

könnte der Hitzesommer von 2003 sein. Abbildung 6 zeigt den Temperaturverlauf für das

Jahr 2003 mit seiner sehr langen heißen Temperaturphase im Sommer.

Abbildung 6: Temperaturverlauf in Darmstadt für Messstation Landgraf-Georg-Straße im Jahr 2003 (Quelle: Eigene Grafik, Datenba-

sis: Deutscher Wetter Dienst)

Die nachfolgenden Kapitel befassen sich mit den Einflussfaktoren und Merkmalen des

Stadtklimas.

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Tagesmaximum

Tagesminimum

Tagesmittel

S e i t e | 18

4 STADTKLIMA

Der Begriff des Stadtklimas ist nicht an den kommunalen Begriff der Stadt gebunden.13

Nach Definition der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) ist das Stadtklima das

durch die Wechselwirkung mit der Bebauung und deren Auswirkungen modifizierte Kli-

ma.14 Stadtklima ist demnach kein Schönwetter-Phänomen, auch wenn eine der bekann-

testen Erscheinungen des Stadtklimas, die städtische Wärmeinsel, bei windschwachem,

strahlungsreichem Wetter am markantesten ausgeprägt ist.15

Die meteorologischen Eigenschaften der Stadt sind nach Fezer16:

- die Wärmeinsel (bzw. Wärmearchipel),

- das durch die Bebauung entstehende Strömungshindernis,

- die unregelmäßig erhöhte aerodynamische Oberflächenrauhigkeit, sowie

- eine erhebliche Emissionsquelle.

Bei der Betrachtung des Stadtklimas als System sind die Wechselwirkungen zwischen der

Atmosphärischen Grenzschicht, den Gebäuden und dem Baumaterial die wesentlichen

Elemente (vergleiche Abbildung 7). So beeinflussen die verwendeten Baustoffe die physi-

kalischen Eigenschaften der Oberflächen. Hierdurch werden die Veränderungen von

Strahlungsreflexion, Strahlungsabsorption und Wärmekapazität hervorgerufen.17 Makro-

klimatische Betrachtungen, wie sie z.B. der Deutsche Wetterdienst erhebt und die zur

Erklärung des Klimas auf interkontinentaler Ebene notwendig sind, spielen eine unter-

geordnete Rolle.

13 Vgl . Helbig, et al ., 1999 14 Vgl . WMO, 1983 15 Vgl . Matzarakis, 2001 16 Vgl . Fezer, 1995 17 Vgl . Hupfer, et al ., 2006

S e i t e | 19

Abbildung 7: Schema des urbanen klimatischen Systems (Quelle: Eigene Darstellung nach Kraus 2007)

Die Phänomene des Stadtklimas haben ihren Ursprung in der anthropogenen Beeinflus-

sung der natürlichen Oberflächengestalt und der Veränderung der Zusammensetzung der

Atmosphäre18. Die Ausbildung des Stadtklimas erfolgt im wesentlichen durch die Modifi-

zierung des Wärmehaushaltes und der örtlichen Windströmungen. Weitere Faktoren sind

die Schadstoffanreicherung der Stadtluft durch verschiedene Emissionsquellen, wie z.B.

Verkehr und Industrie, die Struktur der Bebauung und die Topographie. T. R. Oke unter-

teilt die Stadtatmosphäre in zwei Schichten: Die Stadthindernisschicht (Urban Canopy

Layer (UCL)), die Schicht zwischen Bodenoberfläche und mittlerer Hausdachhöhe und die

darüber liegende Schicht, die Stadtgrenzschicht (Urban Boundary Layer (UBL)).1920

18 Vgl . Finke, et al ., 1976 19 Vgl . Matzarakis, 2001 20 Vgl . Oke, 1978

S e i t e | 20

Abbildung 8: Schematischer Aufbau der Grenzschicht über einer Stadt nach OKE (Quelle: Helbig, et al., 1999)

Wesentlich für die Betrachtung der klimatischen Situation der Lebensräume von Mensch

und Natur ist die Untersuchung gebietsbezogener klimatischer Besonderheiten.

Wichtig ist die Betrachtung der lokalen und mikroklimatischen Bedingungen, die sich

durch die Baudichte, den Grad der Versiegelung, die vorhandene Vegetation und die Flä-

chennutzung ergeben. Das Stadtklima ist meist durch eine nahezu vollständige Flächen-

versiegelung charakterisiert, die durch den Einsatz überwiegend künstlicher Oberflä-

chenmaterialien hervorgerufen wird. Fehlende Vegetation und die damit einhergehende

Verminderung der Verdunstung beeinflussen das lokale Klima. Ein weiterer maßgeblicher

Faktor ist die Strahlungsintensität der Sonne bzw. die Verschattung (vgl. Kapitel 4.4). Ab-

bildung 9 zeigt die bereits in Kapitel 3.2 angesprochenen Größenordnungen, die für klima-

tische Betrachtungen in der Stadtplanung relevant sind:

(a) Das Mesoklima (mesoscale climate), das die Stadt mit Stadtgrenzschicht und Stadt-

hindernisschicht betrachtet, diese Größenordnung entspricht in etwa Stadtteilen,

(b) das Lokalklima (localscale climate), die Betrachtung des Klimas einzelner Häuserblocks

und

(c) dem Mikroklima (microscale climate), das einzelne Straßenschluchten betrachtet.

S e i t e | 21

Abbildung 9: Skalen der Stadtplanung (Quelle: Parlow)

Als zentrales Merkmal des Stadtklimas wird heute die Wärmeinsel gesehen. Auf diese

wird im folgenden Abschnitt näher eingegangen.21

4.1 DEFINITION DES BEGRIFFS WÄRMEINSEL

Eine der ersten dokumentierten Beobachtungen zum Thema der „Wärmeinsel“ stammt

aus dem Jahr 1833, als der Engländer I. Howard in London Differenzen zwischen einer

Messstation in der Stadt und einer im Umland beobachtete und damit zum ersten Mal die

urbane Wärmeinsel (im englischen Urban Heat Island (UHI)) dokumentierte.

In dieser Ausarbeitung werden die Begriffe Wärmeinsel und Hitzeinsel synonym verwen-

det. Wärmeinseln sind Erscheinungen, die das ganze Jahr über zu beobachten sind. Sie

treten besonders intensiv bei schwachwindigen und sonnenscheinreichen Wetterlagen

21 Vgl . Song, 2003

S e i t e | 22

(Autochontone Wetterlagen) auf.22 Die Temperaturdifferenzen zwischen Stadt und Um-

land werden vor allem durch unterschiedliche Wärme- und Strahlungsbilanzen der Ge-

ländeoberflächen hervorgerufen23 und können in Millionenstädten über 10°C erreichen24.

Die folgende Grafik zeigt eine statistische Untersuchung der Ausbildung des Wärmeinsel-

effektes in Abhängigkeit von der Einwohnerzahl der Städte. Die verschiedenen Korrelatio-

nen auf den einzelnen Kontinenten sind auf die diversen klimatischen Bedingungen,

stadtplanerische Unterschiede sowie unterschiedliche Energiehaushalte zurückzuführen.

Abbildung 10: Verhältnis der Wärmeinselintensität zur Einwohnerzahl von Siedlungen (Quelle: Busch 1990)

Klimarelevante Unterschiede zwischen Stadt und Umland entstehen durch die schon er-

wähnten hohen Versiegelungsgrade in der Stadt und die starke dreidimensionale Struktu-

rierung. Die durch diese Struktur vorhandene größere Oberfläche führt zu einem höheren

Umsatz von Strahlungsenergie in Wärme. Durch künstliche Baumaterialien wie Stahl, Be-

ton und Asphalt, die hohe Materialdichten und hohe spezifische Wärmekapazitäten auf-

weisen, wird die Wärmespeicherkapazität stark erhöht. So leitet z.B. Stahl in Stahlbeton-

bauten durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit die Wärme bis tief ins Gebäudeinnere und

erhöht somit die Wärmespeicherkapazität weiter.23 Der städtische Baukörper wirkt also

als riesiger Wärmespeicher und kann bis zu 40 % mehr Wärme speichern als das Um-

22 Vgl . Fezer, 1995 23 Vgl . Geografische Rundschau, 2006 24 Vgl . Löbel , 1993

S e i t e | 23

land.25 Weitere Ursachen der Aufheizung sind die anthropogene Wärmeproduktion

durch Verkehrsmittel, Industrieanlagen, Kraftwerke zur Stromproduktion und die Behei-

zung und Klimatisierung von Wohn- und Gewerbeimmobilien. Innerstädtische Grünflä-

chen und aufgelockerte Bebauung mindern die Überwärmung. Ein wesentlicher Punkt bei

der Entstehung der städtischen Aufheizung ist das verminderte Reflektionsvermögen ge-

genüber Sonneneinstrahlung durch künstliche Materialien. Das stoffspezifische Verhältnis

zwischen reflektierter und einfallender Sonnenstrahlung nennt man Albedowert. Um ei-

nen Überblick über das Reflektionsvermögen und damit auf den Einfluss verschiedener

Materialien bei der Strahlungsabsorption zu gewinnen, sind in Tabelle 2 verschiedene

Albedowerte zusammengestellt. Der zusätzlich angegebene Emissionsgrad ist eine phys i-

kalische Größe, die die mögliche thermische Strahlungsleistung eines Körpers bei be-

stimmter Temperatur angibt.

25 Vgl . Hupfer, et al ., 2006

S e i t e | 24

Der Wärmeinseleffekt führt zu einer stärkeren Wolkenbildung über der Stadt und einer

leicht höheren Regenwahrscheinlichkeit. In Spanien wird in Experimenten versucht, die-

sen Effekt künstlich zu erzeugen, indem man mit synthetischen, großflächig angebrach-

Oberfläche Albedo Emissionsgrad (λ=4-100µm)

Straßen Asphalt Mittelwert

0,05-0,20 0,18

0,95

Wände Beton Beton, weiß Ziegel Naturstein Holz Kalkmörtel Mittelwert

0,10-0,35 0,71 0,20-0,40 0,20-0,35 - 0,27 0,30

0,71-0,9 0,90-0,92 0,85-0,95 0,90 0,91 -

Dächer Teer und Splitt Dachziegel Schiefer Wellblech

0,08-0,18 0,10-0,35 0,10 0,10-0,16

0,92 0,90 0,90 0,13-0,28

Fenster Glas: Sonnenhöhe > 60° Sonnenhöhe 10-60°

0,08 0,09-0,52

0,87-0,94 0,87-0,92

Anstriche Weiß rot, braun, grün schwarz

0,50-0,90 0,20-0,35 0,02-0,15

0,85-0,95 0,85-0,95 0,90-0,98

Stadtgebiet Wertebereich Mittelwert

0,10-0,30 0,15

0,85-0,95 -

Natürliche Oberflächen trockener, heller Sandboden Getreidefeld Wiese Laubwald Nadelwald Wasserflächen Dunkler Ackerboden Neuschneedecke Altschneedecke

0,25-0,45 0,10-0,25 0,15-0,25 0,15-0,20 0,10-0,15 0,03-0,10 0,07-0,10 0,75-0,90 0,40-0,70

0,91 - - 0,90 0,90 0,97 0,90-0,98 0,90-0,98 -

Tabelle 2: Strahlungseigenschaften von typischen Baumaterialien, Stadtflächen und natürlichen Oberflächen (Quelle: Sukopp, et al.,

1998 S. 133)

S e i t e | 25

ten, hitzeaufnehmenden Textilien Hitzeinseln hervorruft, um die lokalen Niederschläge zu

steigern26

Neben den bioklimatischen Auswirkungen, die in Kapitel 4.5 weiter behandelt werden,

sind als negative Einflüsse der Wärmeüberhöhung die Erhöhung von Energieaufwendun-

gen für Raumklimatisierung im Sommer und die Gefahr der zusätzlichen Emissionsbelas-

tung durch die Anhebung der Inversionsgrenze und die damit verbundenen Möglichkeit,

dass höher liegende Abgasfahnen in die Durchmischung der Stadtatmosphäre mit einbe-

zogen werden27, zu nennen. Dagegen ergeben sich Einsparungsmöglichkeiten durch die

Reduzierung der notwendigen Heizenergie und geringere Aufwendungen im Bereich des

Winterdienstes von Straßenmeistereien.

Für die Aufgabenstellung ist eine kleinräumigere Betrachtung der Wärmeinsel in Bezug

auf einzelne Straßenzüge, Plätze und Häuserblöcke interessant. In der Literatur wird die-

ses Klima als Mikroklima (vgl. Abbildung 9) bezeichnet. Für die Wärmeüberhöhung dieser

Kleinstbereiche gegenüber den umliegenden Bereichen existiert in der Literatur kein ein-

heitlicher Begriff, weswegen in dieser Arbeit der Begriff „lokale Wärmeinsel“ für dieses

Phänomen verwendet wird.

Da das lokale Windsystem und die lokalen Luftströme die Ausbildung der Wärmeinseln

maßgeblich beeinflussen, werden diese im Folgenden beschrieben.

4.2 KALTLUFTSTRÖME UND LOKALE WINDSYSTEME

Die lokalen Windsysteme einer Stadt unterliegen sowohl einer horizontalen als auch ver-

tikalen Strukturänderung gegenüber dem Umland. Während sich bei austauschreichen

Wetterlagen durch das Strömungshindernis der Stadtstruktur eher niedrigere Windge-

schwindigkeiten als im Umland ergeben, ist bei schwachwindigen Strahlungswetterlagen

eine höhere Windgeschwindigkeit zu beobachten. Dies liegt daran, dass bei diesen Wet-

terlagen das städtische Windfeld stärker durch mikroklimatische Faktoren bestimmt

26Vgl . Fuchs , 2005 27Vgl . Löbel, 1993

S e i t e | 26

wird.28 Die stadtklimarelevanten lokalen Windgeschwindigkeiten ändern sich im Tages-

verlauf. Fezer beschreibt den Tagesverlauf der Windsysteme folgendermaßen: 29

Morgens (1 h vor bis ca. 1h nach Sonnenauf-gang)

Gradientwind schwach, Lokalwinde und Flur-winde maximal

Später Morgen (ca.2h bis 5h nach Sonnenauf-gang)

Luftbewegung im Freiland beginnt, Luft in der Stadt sinkt auf Grund kühlerer Temperaturen dort ab, Ablösung von Windzellen (besonders bei ostexponierten Hängen) und Aufstieg bis auf 100 m, erhöhte Konzentration an Pollen, Feuchtigkeit usw.

Vormittags (ca. 5h nach Sonnenaufgang bis ca. 12 Uhr Ortszeit)

Luftanstieg mit 1 m/s Geschwindigkeit, Auf-windschläuche, Aufwind bis äquivalente Dichte erreicht, dann Abströmen als Fahne

Mittags (12 bis 15 Uhr) Konvektion auf hohem Niveau, selten windstill, bei ausgebildeten Wärmeinseln Einströmen von Umlandwinden

Später Nachmittag (15Uhr bis 1h vor Sonnen-untergang)

Thermik schwächer werdend, nur noch eine ca. 200 m dicke Luftschicht über dem Grund wird gut durchmischt.

Abends (ca. 1 h nach Sonnenuntergang bis 3 h nach Sonnenuntergang)

Luftfluß in der Stadt noch schneller als im Um-land, Ausbildung von Bodeninversionen, Auf-winde enden ca. 1 bis 2 h nach Sonnenunter-gang, Spitzenwerte an Staub, N20 und CO in der Stadtluft

Nachts (ca.3 h nach Sonnenuntergang bis 1 h vor Sonnenaufgang)

Ausgebildete Stabilität der Schichtungen, Mischschicht im Freiland auf 20 m gesunken, in der Stadt höher auf Grund der Wärmeemissio-nen

Tabelle 3: Tagesgang der Windgeschwindigkeiten (Quelle: Fezer, 1995)

Bei austauscharmen, also überregional schwachwindigen Wetterlagen neigen die Witte-

rungsverhältnisse des Umlandes zur Bildung einer Bodeninversion, einer bodennahen

kalten Luftschicht. Die städtische Wärmeinsel neigt eher zu labilen oder neutralen Schich-

tungsverhältnissen. Es kommt bei topographisch günstiger Lage zu einer stadtgerichteten

Windströmung. Diese Windströmungen vom Umland in die Stadt werden als Flurwinde

bezeichnet. Sie spielen aufgrund der möglichen Zufuhr von Frischluft in das bebaute Ge-

biet eine wichtige Rolle in der Stadtplanung. In der Stadtplanung muss daher auf mögliche

Luftleitbahnen Rücksicht genommen werden. Diese Luftleitbahnen werden im Hinblick

28 Sukopp, et al ., 1998 29 Fezer, 1995 S. 93 ff.

S e i t e | 27

auf ihre lufthygienischen Eigenschaften und ihre Einzugsgebiete eingeteilt in Ventilations-

bahnen, Frischluftbahnen und Kaltluftbahnen. 30

Ventilationsbahnen sind Luftleitbahnen mit unterschiedlichem thermischen und lufthy-

gienischem Niveau, auf denen bei schwachen Windverhältnissen Luftmassen mit unter-

schiedlichen thermischen Eigenschaften in die Stadt befördert werden. Die Belastung der

Luft mit Schadstoffen und erhöhter Temperatur wird für diesen Begriff nicht definiert. 31

Luftleitbahnen mit unterschiedlichem thermischem Niveau ohne Schadstoffemission

werden als Frischluftbahnen bezeichnet. Auf ihnen wird bei schwachwindigen Wetterla-

gen schadstoffunbelastete Luft in die Stadt befördert.31

Abgegrenzt dazu werden auf Kaltluftbahnen kühlere Luftmassen vom Umland in die Stadt

befördert. Definitionsgemäß wird hierbei die lufthygienische Qualität nicht betrachtet.

Da Kaltluftströmungen allerdings häufig auf Umlandflächen entstehen, die auch als Frisch-

luftlieferant dienen, werden Frischluft- und Kaltluftbahnen oft synonym verwendet.

Durch lokale Kaltluftströmungen kann die Ausprägung der städtischen Wärmeinsel ver-

ringert werden. Diese entstehen in sogenannten Kaltluftentstehungsgebieten, die auf

Flächen mit starker nächtlicher Abkühlung zu suchen sind.32 Kaltluftentstehungsgebiete

sind in der Regel unversiegelte Flächen wie Ackerland, Brachflächen, Wiesen und Wei-

den.33 Die dort entstandene Kaltluft fließt auf Grund physikalisch höherer Dichte entlang

natürlicher Gefälle in tiefer liegende Gebiete.34 Für Innenstädte, die in diesen Gebieten

liegen, kann sie von hoher Bedeutung für die Entlastung von Schadstoffen sein,35 da sie zu

einer Anreicherung der Stadtluft mit Frischluft führen kann.

30Vgl . VDI, 1992 31Vgl . Helbig, et al ., 1999 32 Vgl . Song, 2003 33 Vgl . Erler, 2001 34 Vgl . Schönwiese, 2003 35 Geografische Rundschau, 2006 S. 9

S e i t e | 28

Sukopp stellt verschieden Luftleitbahnen und ihre Eignung zum Kaltlufttransport wie folgt

gegenüber:

Ein- und Ausfallstraßen

Niedrige Reibungswerte, tagsüber starke Aufheizung Freisetzung von Kfz-Emissionen Vorbelastung durch Emissionen der straßenbegleitenden Bebauung (besonders im Winter)

→ Nutzung nicht ohne weiteres zu empfehlen, Luftqualitätsanalyse insbesondere hinsichtlich des Einzugsgebietes auf potentielle Immissionen notwendig

→ Verbesserung der Luftqualität auf der Ventilationsbahn kaum zu erwarten Bahntrassen

Niedrige Reibungswerte, tagsüber starke Aufheizung → Labilisierung der bodennahen Luftschicht → Erhöhung der Reibungswiderstände

Wenn kein Diesellokbetrieb, dann kaum Freisetzung von Emissionen Nachts starke Abkühlung der Schotterflächen

→ Stabilisierung der Luft → Kleine Reibungswiderstände → Nutzung dann zu empfehlen, wenn kein Diesellokbetrieb vorhanden ist → Verbesserung der Luftqualität auf der Ventilationsbahn nicht zu erwarten

Grünflächen und Parkanlagen

Mehr oder weniger niedrige Reibungswerte, tagsüber kaum Aufheizung → Stabilisierung der bodennahen Luftschicht → Senkung des Reibungswiderstandes

Möglichkeit der Entwicklung von Eigenzirkulationen Keine Freisetzung von Emissionen Aerosol- und Gasfilterung

→ Nutzung zu empfehlen → Verbesserung der Luftqualität

Fließ- und Stillgewässer

Sehr niedrige Reibungswerte, tagsüber bei entsprechender Flächenhaftigkeit kaum Aufheizung → Stabilisierung der bodennahen Luftschicht → Senkung der ohnehin niedrigen Reibungswiderstände

Möglichkeit der Entwicklung von Eigenzirkulationen (Stadt-/Seewindsystem bzw. Stadt-/Flußwindsystem) Keine Freisetzung von Emissionen Senke für Gas und Aerosole

→ Nutzung zu empfehlen → Verbesserung der Luftqualität zu erwarten; allerdings: Minderung des Thermischen

Effekts durch den möglichen warmen nächtlichen Wasserkörper

Tabelle 4: Luftleitbahnen und deren Eignung zum Kaltlufttransport (Quelle: Sukopp, et al., 1998)

S e i t e | 29

Aus planerischer Sicht lassen sich im Vorfeld von genaueren Untersuchungen mit diesen

Informationen mögliche Berg- und Hangwindsysteme anhand von topographischem Kar-

tenmaterial ausfindig machen.36

4.3 EMISSIONEN, BESONDERE HÄUFUNG IN STRAßENSCHLUCHTEN

Hauptschadstoffemissionsquellen in der Stadt sind der Verkehr, Beheizung und Stromer-

zeugung, sowie die chemischen Prozesse der Industrie. Betrachtet man die Emissionsbe-

lastungen in Straßenschluchten, so sind hier Wirbelbildungen von großer Bedeutung. Ab-

bildung 9 c) auf Seite 21 verdeutlicht dies nochmals. Die windzugewandte und die wind-

abgewandte Straßenseite werden unterschiedlich stark belastet. Die Emissionsbelastun-

gen steigen in Straßenschluchten bei gleicher Emissionsquelle nahezu proportional zum

Höhe/Breite-Verhältnis. Baulücken wirken dabei sehr stark entlastend, da die geschlosse-

nen Wirbel unterbrochen werden und so die Emissionen abgeführt werden können.36

4.4 SONNENGEOMETRIE

Auf senkrecht zur Sonneneinstrahlung stehenden Flächen erreicht die Wärmeenergie ihr

Maximum. Der Sonnenstand und der daraus resultierende Einfallswinkel der Sonnen-

strahlen sind abhängig von den Jahreszeiten. In den Wintermonaten sind die Einfallswin-

kel flacher, in den Sommermonaten steiler. Der Winkelunterschied des Sonnenstandes

zur Mittagszeit zwischen Wintersonnenwende und Sommersonnenwende beträgt in un-

seren Breitengraden ca. 47°.37 Im Tagesgang der Sonne verläuft die Sonne in einem Bogen

von Ost über Süd nach West. Intelligente Architekturen nutzen diesen Effekt und errei-

chen eine der Jahreszeit angepasste Wärmeaufnahme des Hauses. Abbildung 11 zeigt ein

sonnenenergieoptimiertes Haus.

36Vgl . Helbig, et al ., 1999 37Vgl . Baumüller, et al., 1995

S e i t e | 30

Abbildung 11: Sonneneinfallswinkeloptimierte Bauweise(Quelle: Herzog, 1996 verändert)

Abhängig von der Ausrichtung von Gebäuden und Straßenzügen kann unterschiedlich viel

Energie absorbiert werden. Auf mikroklimatischer Ebene ist also interessant, welcher An-

teil der Oberfläche der direkten Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf ausgesetzt ist.

So sind in Nord-Süd-Richtung verlaufende Straßen nach Toudert unabhängig von der Ta-

geszeit angenehmer als in Ost-West-Richtung ausgerichtete Straßen. Diese sind vor allem

nachmittags deutlich höheren Hitzebelastungen ausgesetzt, was auf die längere tägliche

Sonneneinstrahlung zurückzuführen ist. Außerdem wurde bei Untersuchungen im Mit-

telmeerraum festgestellt, dass das Höhe-Breite-Verhältnis bei Straßenschluchten durch

die Selbstverschattung einen maßgeblichen Einfluss auf die Aufheizung der Straßen-

schlucht hat. So wurden bei verringerten Straßenbreiten angenehmere Temperaturen

festgestellt. Aufgrund des Sonnengangs ist der Einfluss des Verhältnisses von Höhe zu

Breite bei Nord-Süd ausgerichteten Straßen stärker ausgeprägt als bei Ost-West ausge-

richteten Straßenschluchten.38

38Vgl . Toudert, 2005

S e i t e | 31

Abbildung 12: Selbstbeschattende Fassade in heißen Klimazonen (Quelle: Krishan, 1996)

Überhängende Galerien haben positiven Einfluss auf die gefühlte Temperaturbelastung.

Asymmetrische Straßenquerschnitte, wie sie beispielhaft in Abbildung 13 und Abbildung

14 dargestellt sind, können deutliche Komfortsteigerungen bringen. Sie geben den Fuß-

gängern zusätzlich die Möglichkeit, ihren Klimakomfort individuell zu regulieren. Ein we-

sentliches Mittel, um der städtischen Wärme zu begegnen, ist die Beschattung durch Ve-

getation. Durch den Energieverbrauch bei der Verdunstung von Wasser und die Beschat-

tung verringert sie die Lufttemperatur maßgeblich39. In den folgenden Kapiteln wird wei-

ter auf das Thema Aufenthaltsqualität im Kontext des Stadtklimas eingegangen.

Abbildung 13: Asymmetrische Straßennutzungsaufteilung (Quelle: Toudert, 2005)

39Vgl . Chapman, 2007

S e i t e | 32

Abbildung 14: Asymmetrischer Straßenquerschnitt (Quelle: Toudert, 2005)

4.5 ANFORDERUNGEN AN DAS STADTKLIMA

Ein Spezialgebiet der Meteorologie ist die Biometeorologie. Diese befasst sich mit der

Auswirkung des Klimas auf den Menschen und dessen Wohlbefinden. In der Stadt sind

wichtige Einflussgrößen der Wärmeausgleich des Menschen und die Luftverschmutzung

in den bodennahen Lebensräumen wie Straßenschluchten, Parks und Plätzen. 40 Der

Wärmehaushalt wird durch die Intensität von lang- und kurzwelliger Sonnenstrahlung

maßgeblich beeinflusst. Desweiteren haben Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit

Einfluss auf das menschliche Wohlbefinden, da durch sie die Möglichkeit des Menschen,

die eigene Körpertemperatur konstant zu halten, maßgeblich beeinflusst wird. Hohe Luft-

feuchtigkeit vermindert die Aufnahmefähigkeit der Luft für Transpiration und damit den

kühlenden Effekt, Wind hingegen verstärkt den kühlenden Effekt. Menschen, die sich in

Straßenschluchten aufhalten, absorbieren während der Sonnenstunden hauptsächlich

Wärmestrahlung von den angestrahlten Umgebungsflächen. Der Wärmegewinn aus di-

rekter Sonneneinstrahlung ist also zweitrangig. Daraus folgt, dass nur durch eine Abschat-

tung der Bestrahlungsflächen gegenüber der direkten Sonnenbestrahlung thermisch als

weniger belastend empfundene Bedingungen geschaffen werden können. 41 Das Empfin-

den klimatischer Situationen ist allerdings individuell sehr unterschiedlich. Allgemeingülti-

ge Aussagen lassen sich also nur für Mittelwerte bei größerer Probandenanzahl treffen.

40 Thorson, 2003 S. 5 41 Vgl . Toudert, 2005

S e i t e | 33

Ein mögliches Bewertungsverfahren für das Wohlbefinden des Menschen ist das PMV-

Verfahren (Predicted Mean Vote / vorhergesagter Wert). Es wurde ursprünglich nur zur

Bewertung eines Behaglichkeitswertes zur Charakterisierung des Klimas von Innenräumen

entwickelt und wurde später für die Bewertung des Außenklimas angepasst42. Die Be-

rechnung dieses Wertes basiert auf dem Klima-Michel-Modell. Die Eingangsparameter

dieses Modells sind in folgender Tabelle zusammengefasst:

Klimafaktoren Testpersonenfaktoren

Umgebungstemperatur Dampfdruck Mittlere Strahlungstemperatur Windgeschwindigkeit

Stoffwechsel bedingte Hitzeproduktion Kleidungsisolation Aktivität

Mittleres Urteil über die Umgebungstemperatur

Tabelle 5: Predicted Mean Vote PMV Eingangsparameter (Quelle: Müskens, 2004)

Für einen Innenraum wurde bei innenraumtypischer Kleidung und Zimmertemperatur die

optimale thermische Behaglichkeit bei folgenden Parametern festgestellt:

Dampfdruck 12 hPa Mittlere Strahlungstemperatur entspricht der Lufttemperatur Windgeschwindigkeit 0,1 m/s

Abbildung 15: optimale Behaglichkeit (Quelle: Müskens, 2004)

Eine weitere aus dem Klima-Michel Modell abgeleitete berechenbare Größe ist die Phy-

siologische Äquivalenz Temperatur PET. Sie weist dieselben Eingangsgrößen wie das Kli-

ma-Michel-Modell auf, berücksichtigt zusätzlich aber noch thermophysiologische Ansätze.

Der PET-Wert lässt sich leichter vermitteln, da er die gebräuchliche Einheit °C besitzt. 43

42 Vgl . Jedri tzky G., 1979 43 Vgl . Matzarakis, 2001

S e i t e | 34

Folgende Tabelle stellt die Werte PET und PMV in Bezug zu thermischem Empfinden und

biologischer Wirkung dar:

PET PMV Thermisches Empfinden Belastungsstufe Biologische Wirkung

4°C -3,5 sehr kalt Extrem Kältestress 8°C -2,5 Kalt Stark . 13°C -1,5 Kühl Mäßig . 18°C -0,5 leicht kühl Schwach . 20°C 0 behaglich Keine keine 23°C 0,5 leicht warm Schwach . 29°C 1,5 Warm Mäßig . 35°C 2,5 Heiß Stark . 41°C 3,5 sehr heiß Extrem Wärmebelastung

Abbildung 16: Zuordnung PET und PMV zu thermischem Empfinden und biologischen Wirkungen (Quelle: Eigene Darstellung nach

Matzarakis, 2001 und http://www.staedtebauliche-klimafibel.de, Zugriff 26.02.08)

Es zeigt sich, dass die Aufenthaltsqualität in der Stadt häufig mit Faktoren wie Kriminali-

tätsrate und Sauberkeit assoziiert wird. Im Umkehrschluss wird hierbei aber auch der po-

sitive Einfluss ökologisch wertvoller Stadträume auf das Sozialverhalten beobachtet.44

Keul weist darauf hin, dass eine genaue Definition des optimalen Stadtklimas nicht mög-

lich ist, da verschiedene Menschen Klimasituationen subjektiv empfinden. Das Klimaemp-

finden der Menschen ist umgebungsabhängig, sodass Temperaturverhältnisse, die beim

Skifahren auf dem Gletscher als erfrischend empfunden werden, in der Stadt als unange-

nehm und kalt wahrgenommen werden. Insgesamt ist also neben der generellen klimati-

schen Entlastung für den Körper das Allgemeinbefinden mit verantwortlich für das Klima-

empfinden.45 Ökologische und damit auch klimatische Vielfältigkeit mit der Möglichkeit,

das eigene Umfeldklima selbst zu bestimmen, bieten hier die optimalen Bedingungen.

Parks und andere Grünflächen, in denen die Menschen unter anderem ihre Sonnenexpo-

sition (sonnenbestrahlte Wiese oder Baumschatten) selbst bestimmen können, bieten ein

positives Beispiel. Allein die Möglichkeit, den eigenen Standort an seine Bedürfnisse an-

zupassen, bietet schon einen psychischen Mehrkomfort. Untersuchungen mit auf Plätzen

frei aufgestellten Sitzgelegenheiten, welche die Besucher frei verschieben konnten, zeig-

ten, dass die meisten Nutzer zumindest minimale Veränderung an der Position vornah-

44 Vgl . Patt, 2006 45 Vgl . Keul , 1995

S e i t e | 35

men, um das persönliche Optimum zu erreichen, auch wenn klimatische oder sonstige

Einflüsse dadurch objektiv nicht veränderbar waren.46

Generell lassen sich Kältereize durch angepasste Kleidung und das Aufsuchen von wind-

geschützten Bereichen relativ einfach vermeiden, während die Anpassung an wärmebe-

lastende Situationen eher begrenzt möglich ist. Bezogen auf die städtische Wärmeüber-

höhung ist vor allem in den Sommermonaten eine zusätzliche Belastung für den men-

schlichen Organismus zu beachten. Außerdem führt die schwache nächtliche Abkühlung

durch Verminderung der Schlaftiefe zu einer geringeren Regeneration des Organismus. 47

Die mangelnde nächtliche Abkühlung ist vor allem für ältere und körperlich schwächere

Menschen problematisch. Sie kann für diese Personen zu lebensgefährdenden Kreislauf-

problemen führen.48

Beispielhaft zeigt Abbildung 17 eine Studie über den Hitzeeinfluss auf die Sterberaten im

Großraum Paris im Jahrhundertsommer 2003. Die blaue Linie zeigt den Verlauf der Tem-

peratur, die gelbe Linie entsprechend die korrelierte Anzahl der Sterbefälle.

Abbildung 17: Anzahl der Todesfälle in Paris während der Hitzewelle im Sommer 2003 (Quelle: EEA, European Enviroment Agency,

2004)

46 Vgl . Begleitmaterial zu Patt, 2006 47 Vgl . Helbig, et al ., 1999 48 Vgl . Geografische Rundschau, 2006

S e i t e | 36

4.6 UMGANG MIT HITZE IN WÄRMEREN REGIONEN DER WELT, ALLGEMEINE HANDLUNGSANSÄTZE

In wärmeren Regionen der Welt trifft man meist angepasste Ventilationssysteme und

geänderte Hausnutzungen an. Enge Straßenschluchten mit gegenseitig abschattenden

Fassaden und Häuser mit Windfangkaminen wie in Abbildung 18 dargestellt sind häufig zu

beobachten.

Abbildung 18: Windfangkamine der Stadt Yazd im Iran (Quelle: Roaf, 2005)

Negativbeispiele sind hauptsächlich in schnell wachsenden Metropolregionen zu finden.

In diesen werden in der Regel statt ausgeklügelter, Jahrhunderte alter Belüftungssysteme

energieaufwändige Klimatisierungsverfahren eingesetzt, welche die Hitzesituation noch

weiter verschärfen. In Städten wie Hongkong ist quasi jede Wohnung mit einer elektri-

schen Klimaanlage versehen.

Einfache Systeme können z.B. den Jahresgang der Sonne nutzen, um durch architektoni-

sche Ausrichtung sowohl im Winter die Strahlungswärme der Sonne auszunutzen, als

auch im Sommer eine Eigenabschattung bewirken (Vergleiche Kapitel 4.4). So kann so-

wohl im Sommer Kühlenergie als auch im Winter Heizenergie gespart werden.

Abschattung von Straßen, hellere Bedachungen, angepasste Straßen und wärmeabsorbie-

render Platzbelag können zu einer deutlichen Verringerung der Aufheizung führen49. Ein

einfaches Beispiel zur Beschattung in einer stark hitzebelasteten Einkaufsstraße ist auf

49 Vgl . Calkins , 2007

S e i t e | 37

Abbildung 19 zu sehen. Die Einkaufstraße in Malaga (Südspanien) wird mit einer teil -

lichtdurchlässigen und luftdurchlässigen Textilfaser gegen die mittägliche Strahlung der

Sonne geschützt, es entsteht eine angenehme, relativ kühle Atmosphäre.

Abbildung 19: Beschattung Einkaufsstraße Malaga (Quelle: Eigenes Foto)

Begrünte Dächer weisen einen ausgeglichenen Temperaturverlauf auf und können da-

durch den Effekt der Wärmeinsel verringern. Sie mindern Temperaturextreme sowohl im

Tages- als auch im Jahresverlauf. Kieselflachdächer können mittägliche Spitzen von fast

50°C und schwarze Bitumenpappen sogar 90°C aufweisen. Gründächer erreichen im sel-

ben Zeitraum lediglich Werte um 20°C. Auch im Winter sind positive Effekte der Begrü-

nung von Dächern zu beobachten. Die begrünten Dächer kühlen sich meist nur wenig un-

ter 0°C aus, während in klaren Winternächten die Temperatur unbepflanzter Dächer auf

bis zu -20°C sinkt.50 Sie führen also sowohl zu Einsparung von Energie für Wärme im Win-

ter als auch für Kühlung im Sommer. Weitere positive Aspekte von begrünten Dächern

sind die Regenrückhaltefähigkeit bei extremen Regenereignissen und somit eine Entlas-

50 Vgl . Lükenga, et al., 2001

S e i t e | 38

tung für die örtliche Abwasserentsorgungsinfrastruktur, sowie die staubfilternde Wirkung.

Begrünte Dächer und Fassaden bilden somit auf mehreren Wegen einen positiven Bei-

trag.

Abbildung 20: Temperaturverlauf verschiedener Flachdächer an strahlungsreichen Sommertagen (Quelle: Krusche, 1982)

Eine generelle Auflockerung der Bebauung mit Rücksicht auf Ventilationsschneisen in der

Bebauungsplanung und die städtische Durchgrünung können die negativen Einflüsse der

Wärmeinsel mindern. Städtische Grünzonen sind auch aus lufthygienischer Sicht zwin-

gend zu schützen.

4.7 MESSVERFAHREN

Ein Hauptproblem bei der subregionalen Klimadifferenzierung ist der Mangel an flächen-

deckend genauen Messdaten.51 Es gibt verschiedene Methoden für die Untersuchung

dieser Klimata:

- Zeitlich limitierte Messungen in der Stadt

- Infrarot Thermographie

- Untersuchungen im Windkanal

- Numerische Simulationsmodelle

- Anwendung von humanbiometrischen Bewertungsverfahren

- Einsatz von Geographischen Informationssystemen (GIS)52

51 Vgl . Goßmann, 1984

S e i t e | 39

ZEITLICH LIMITIERTE MESSUNGEN

Da die lokalen Klimaverhältnisse aus komplexen Zusammenhängen entstehen, ist es häu-

fig notwendig, mit temporären Messungen den lokalen Zustand aufzunehmen, um ge-

naue Rückschlüsse ziehen zu können.

Nach Matzarakis werden bei zeitlich beschränkten Messungen vor allem temporäre

Messnetze auf Boden oder Dachniveau eingesetzt und thermische Profilfahrten, Untersu-

chungen zur Energiebilanz urbaner Oberflächen, Vertikalsondierungen und Tracer-

Untersuchungen durchgeführt:53

Mit einem zeitlich beschränkten Messnetz auf Bodenniveau werden, meist in einer Höhe

von 2 Meter über Bodengrund, in einzelnen klimatisch interessanten Bereichen Messwer-

te über Temperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung und verschiedene Strahlungsein-

flüsse erhoben. Bei der Wahl des Messstandortes müssen Faktoren wie die Horizontüber-

höhung oder Luftkanalisierungseffekte berücksichtigt werden.

Temporäre Messnetze auf Dachniveau müssen weniger engmaschig aufgestellt werden,

da das meteorologische Klima auf Dachniveau deutlich geringer differenziert ist. Es bildet

das Basisklima, das in der darunterliegen Stadthindernisschicht modifiziert wird.

Profilfahrten werden als Ergänzung zu den Messnetzen durchgeführt, um eine noch stär-

kere Auflösung der klimatischen Situation zu erlangen. Hierbei ist zu beachten, dass sich

die klimatische Situation innerhalb der Messzeit bereits verändert. Die Messungen müs-

sen daher trendbereinigt werden. Neben den Messungen zu Temperatur, Windgeschwin-

digkeit und Luftfeuchtigkeit können durch sogenannte Fischaugen-Aufnahmen zum Grad

der Horizontüberhöhung und dem Grad der Abschattung durch Bäume (zusammenfas-

send auch als Sky-View-Faktor bezeichnet) gemacht werden.

Vertikalsondierungen können mit Fesselballons bis zu einer Höhe von 1.200 m durchge-

führt werden. Freifliegende Ballons, bei denen die Messonden verloren gehen, können bis

auf Höhen von 20 km ansteigen.

52 Matzarakis, 2001 S. 17 53 Vgl . Matzarakis, 2001

S e i t e | 40

Eine weitere Möglichkeit der Vertikalsondierung ist das Sodar-System. Mit dem Sodar-

System kann mit Schallimpulsen, die an den Dichtesprüngen der atmosphärischen Schich-

tungen reflektiert werden, der vertikale Aufbau gemessen werden. In Siedlungsgebieten

ist dieses System wegen der Lärmbelastung nicht einsetzbar.

Traceruntersuchungen ermöglichen Rückschlüsse auf die lokalen Windsysteme, die für

die Stadtventilation verantwortlich sind. Mit künstlich freigesetzten Diagnosestoffen, de-

ren Konzentration an verschiedenen Stellen zeitlich festgehalten wird, werden Windge-

schwindigkeit und Luftwege festgestellt.

THERMALBILDER IN DER FERNERKUNDUNG

Alle beobachtbaren Geländetypen geben auf Grund ihrer Oberflächentemperatur Ther-

malstrahlung ab. In der Fernerkundung ist hiervon der Wellenbereich zwischen 8 und 14

µm Wellenlänge interessant. Grundsätzlich gibt es zwei Arten zur Gewinnung von Ferner-

kundungsdaten: Die Auswertung von Satellitendaten und die Befliegung mit Flugzeugen

oder Drohnen. Limitierende Größe bei den Satellitendaten ist immer die Auflösung und

damit die Genauigkeit der Bilddaten. Die für die zivile Nutzung freigegebenen Daten im

Thermalbereich sind bis zu einer Auflösung von 15m x 15m/Pixel möglich. Wie die Zeit-

schrift Stadt + Grün berichtet, sollen auch einige Städte mit einer Auflösung von 15

m²/Pixel mit Hilfe der ASTER-Kamera (Advanced Spaceborn Thermal Emission and Reflec-

tion Radiometer), einer an dem NASA (National Aeronautics and Space Administration)

Satelliten „Terra“ installierten Kamera, erreichbar sein.54 Im Zusammenhang mit topogra-

fischen Geländemodellen lassen sich anschauliche Übersichtsmodelle erstellen, die die

Temperatursituation einer Stadt flächenhaft darstellen können. Die einfache Schlussfolge-

rung, dass hohe Oberflächentemperaturen auch erhöhte Lufttemperaturen bedeuten

liegt zwar auf der Hand, ist jedoch häufig falsch55. Trotzdem können Wärmebildaufnah-

men schon sehr gute Ausgangspunkte für eine genaue klimatische Analyse einer Stadt

sein. Die folgende Abbildung zeigt für das Siedlungsgebiet der Stadt Tübingen die Mög-

lichkeiten der Visualisierung mittels Kombination von Scannerbefliegungen zur topogra-

54 Vgl . Stadt + Grün, 2002 55 Geographische Rundschau - Analyse von Stadtklima mit Methoden der Fernerkundung, 1998 S. 91

S e i t e | 41

phischen Geländeaufnahme und Infrarotaufnahmen. Die rot eingefärbten Flächen stellen

die Überwärmungen dar und lassen die Siedlungsstruktur deutlich erkennen.

Abbildung 21: Perspektivische Darstellung von Strahlungstemperaturen im Bereich der Stadt Tübingen (Quelle: Albertz, 2007)

UNTERSUCHUNGEN IM WINDKANAL

Mit Untersuchungen im Windkanal können die natürlichen Gegebenheiten nachgesellt

werden. Einzelne Faktoren auf lokale Windsysteme können eliminiert und deren Einfluss-

stärke erforscht werden. Geplante Baumaßnahmen können anschaulich getestet und

modelliert werden. Zeitliche Änderungen, wie sie der Tagesgang im Freiland darstellt, und

verschiedene Luftschichtungen sind im Windkanal nur sehr schwer abzubilden. Schwach-

windige Verhältnisse, die für die Belüftung der Stadt besondere Bedeutung haben, sind

nicht darstellbar.

COMPUTERGESTÜTZTE SIMULATIONSMODELLE

Simulationsmodelle ermöglichen eine flächendeckende Beurteilung der klimatischen Si-

tuation einer Stadt. So kann zum Beispiel mit dem Stadtbioklimamodell UBIKLIM die

thermische Belastung in Städten und Stadtteilen erforscht werden. Basis hierfür sind dig i-

tale Höhenmodelle sowie flächendeckende digitale Landnutzungsinformationen. Das Si-

mulationsprogramm kann dann eine Bioklimakarte im Maßstab 1:10.000 erstellen.

S e i t e | 42

HUMANBIOMETRISCHE BEWERTUNGSVERFAHREN

Humanbiometrische Verfahren versuchen mit Interviews die physikalisch messbaren

Größen und deren Einfluss auf den menschlichen Körper zu bewerten und zu verknüpfen.

Dies erfolgt häufig mit Befragungen zur Aufenthaltsqualität in Kombination mit den be-

reits angesprochenen temporären Messmethoden. Beliebte Bezugsgrößen sind die

Messwerte PMV und PET. Nachteil bei diesen Befragungen sind die meist begrenzte

Stichprobengröße, sowie die vielseitigen Einflussfaktoren, die auf das klimatische Empfin-

den wirken. So verändert sich z.B. das klimatische Empfinden im Lauf der Befragungszeit.

Desweiteren ist die Stichprobengröße durch die Anzahl der Passanten beschränkt.

GEOINFORMATIONSSYSTEME (GIS)

Geoinformationssysteme (GIS) sind Systeme, die verschiedene georeferenzierte Daten

zusammenführen können. Sie sind ein Mittel zum standardisierten Datenaustausch und

zur übersichtlichen Darstellung der vorhandenen Information. Mit Ihnen ist es möglich,

die wissenschaftlich gewonnenen Erkenntnisse über raumbezogene Klimadaten zusam-

menzufügen, zu interpretieren und an weitere, weniger auf Klimaforschung konzentrierte

Disziplinen wie z.B. die der Bauleitplanung verständlich und anschaulich weiterzugeben.

GIS kann also nur als Werkzeug dienen, um gewonnene Informationen in Bezug zueinan-

der zu setzen. Der Vorteil ist, dass klimabezogene Daten auch in Bezug zu verschiedenen

anderen georeferenzierten Daten gesetzt werden können. Solche Daten sind z.B. dreidi-

mensionale Geländemodelle, Katasterdaten, Landnutzungsdaten und Daten der Bauleit-

planung.

BEWERTUNG DER METHODEN

Bei der Wahl der richtigen Messmethode spielt vor allem die lokale Ausgangssituation

eine sehr große Rolle. Abhängig von dem vorhandenen Datenmaterial, der topographi-

schen Situation, der Stadtstruktur und nicht zuletzt dem verfügbaren Budget muss im

Einzelfall entschieden werden, welche Einzelmethode oder welche Kombination von

Messmethoden zur Untersuchung des Stadtklimas sinnvoll eingesetzt werden kann. In der

nachfolgenden Tabelle sind die Auflösung und die Kenngrößen der verschiedenen Me-

thoden zusammengestellt. Der Begriff Simulation spiegelt in diesem Zusammenhang den

S e i t e | 43

modellhaften Charakter der Methode wieder, die das Simulieren verschiedener Be-

bauungsszenarien ermöglicht.

Tabelle 6: Zusammenstellung der einzelnen Untersuchungsmethoden (Quelle: Eigene Darstellung)

5 BESCHREIBEN DER AUSGANGSLAGE IN DARMSTADT

Entgegen dem Bundestrend ist Darmstadt eine durch Zuzug geprägte und wachsende

Stadt mit derzeit ca. 140.000 Einwohnern. Der weiteren baulichen Entwicklung sind in

Darmstadt jedoch Grenzen gesetzt. Im Norden ist auf Grund der Lärmbelastung durch den

Flughafen Frankfurt lediglich begrenzte Entwicklung möglich. Im Westen und Osten der

Stadt liegen Landschaftsschutzgebiete. Dies hat zur Folge, dass die innerstädtischen Area-

le mit allen sich daraus entstehenden Nachteilen weiter verdichtet werden. Chancen er-

geben sich durch Konversionsflächen (z.B. in Bereichen der Kasernenanlagen der ameri-

S e i t e | 44

kanischen Streitkräfte: Kelly-Barracks, Nathan Hale Depot u.a.), die in Zukunft reichlich

Potential für Wohn- und Gewerbeimmobilien bieten.56

Durch seine Beckenlage wird der Raum Darmstadt in den Sommermonaten strahlungsbe-

günstigt und wird daher mit hohen Wärmewerten belastet und als bioklimatische Belas-

tungszone gewertet.57 Hinzu kommt, dass laut der hessischen Flechtenkartierung, die

anhand bestimmter Flechtenarten die Luftqualität dokumentiert, Darmstadt sowie das

ganze Rhein-Main-Gebiet als Smoggebiet mit sehr hoher Belastungssituation eingestuft

werden.57

Die Stadt Darmstadt umfasst eine Gesamtfläche von ca. 12.224 ha. Davon werden ca. 19%

landwirtschaftlich genutzt, 20% sind Siedlungsfläche, 10% Verkehrsfläche, 49% sind Wald-

fläche und nur 2 % sind Park- oder Grünanlagen.58

Abbildung 22: Flächenbestand in Darmstadt [ha] (Quelle: Eigene Darstellung nach Fath, 2007 S. 13)

Mehr als die Hälfte der Fläche Darmstadts ist als Landschaftsschutzgebiet ausgeschrie-

ben.59 Die landwirtschaftlichen Flächen befinden sich hauptsächlich im Osten Darmstadts

auf dem Oberfeld und im Norden.

56 Vgl . Fath, 2007 57 Vgl . Wissenschaftss tadt Darmstadt, 2004 58 Fath, 2007 S. 212 59 Fath, 2007 S. 213

S e i t e | 45

5.1 GEEIGNETES VORGEHEN

Die Suche nach geeigneten Daten und vorhergehenden Untersuchungen stellte einen

wesentlichen Arbeitsaufwand der Arbeit dar. Die Anfangs beabsichtigte Auswertung von

Thermalbildern aus Satelliten oder Scannerbefliegungen, die eine sehr anschauliche und

transparente Bewertung der Situation ermöglichen, musste leider aufgegeben werden, da

im vorgegebenen Zeitrahmen ein Zugang zu diesen Daten nicht gefunden werden konnte.

Eine auf Infrarot-Farbluftbildern von 1978 basierende Bodenversiegelungskarte60 gab

zwar Hinweise darauf, dass solche Befliegungen schon statt fanden, aber auch zu diesen

Daten war weder über das Vermessungsamt Darmstadt, das Hessische Landesvermes-

sungsamt noch über die mit dem Bodenversiegelungsgutachten beauftragte „Institut für

Wohnen und Umwelt GmbH“ ein Zugang möglich. Auch die Suche nach freien zusam-

menhängenden Luftbildern, topographischen Karten und Stadtmodellen war erfolglos.

Nach telefonischer Auskunft von Herrn Karl-Ludwig Erhard vom Stadtvermessungsamt

Darmstadt würde ein zusammenhängendes Luftbild von Darmstadt von 2005 (Grundlage

für die Darstellung in Google Earth) ca. 800 € Euro kosten. Eine Scannerbefliegung zur

Entwicklung eines digitalen Stadtmodells, in dem dann einzelne Gebäudestrukturen drei-

dimensional erkennbar sind, sei zwar geplant, die Finanzierung sei aber noch nicht ges i-

chert. Eine aktuelle Bodenversiegelungskartierung, die im Auftrag des Steueramtes ers-

tellt wurde, konnte nicht zur Verfügung gestellt werden. Auch komplexe Klimaanalysen

mit langfristigen Messungen an vielen Standorten wurden nicht vorgefunden. Da es nur

zwei amtliche Messstellen des DWD in Darmstadt gibt, sind keine Rückschlüsse über

kleinskalige, lokale Klimadifferenzen möglich. Messfahrten und temporär aufgestellte

Messnetze werden dem Umfang, dem Zeitraum und den zur Verfügung stehenden Mit-

teln dieser Arbeit nicht gerecht. Die Analyse stützt sich somit auf die Interpretation der

topographischen Situation, der aus Luftbildanalyse (Luftbilder aus GoogleEarth) und Orts-

begehung erstellten Klimatopkarte, die im folgenden beschrieben wird, einer vorhande-

nen Bodenversiegelungskarte (nicht amtlich), der im Landschaftsplan zu findenden loka-

len Kaltluftschneisen und Kaltluftentstehungsgebiete, sowie auf Überlegungen zum Ein-

fluss der Sonnenexposition.

60 Vgl . Werner, 1981

S e i t e | 46

5.2 TOPOGRAPHIE

Darmstadt liegt in einem halben Talkessel. Im Süd-Osten wird Darmstadt durch die steil-

anteigenden Höhen der Bergstraße und des Vordern Odenwaldes eingegrenzt, das

Modautal ist in diesem Bereich als ein Geländeeinschnitt ausgebildet. Nach Osten steigt

das Gelände ausgehend von der Innenstadt in Richtung Oberfeld an. Im Norden liegt die

Mathildenhöhe als Ausläufer des Messeler Hügellandes. Durch die Randlage an der Ober-

rheinebene, die als sich als flache Ebene im Westen an die Stadt anschließt, wirken die

Anstiege zur Mathildenhöhe, zum Oberfeld und den Ausläufern der Bergstraße von Nord

über Ost nach Süd kesselartig. Diese Hanggefälle bieten die Basis für die folgenden be-

schriebenen Kaltluftströmungen.

5.3 KALTLUFTSCHNEISEN

Windschwache Strahlungswetterlagen bilden in Darmstadt lokale Windsysteme aus, die

vorwiegend aus östlichen Richtungen kommen.

Messungen, die dem Gutachten von Manier zugrunde liegen, zeigen eine Kaltluftströ-

mung von der Lichtwiese über den Woog in die Innenstadt. 61 Weitere wichtige Kaltluft-

schneisen verlaufen von Kranichstein in Richtung Arheiligen und vom Oberfeld im Osten

Darmstadts in Richtung Innenstadt. Für die Ventilation Eberstadts wichtige Leitbahnen

verlaufen entlang der Modauaue und von den Streuobstwiesen entlang des Hegbachs in

Richtung Eberstadt Nord. Die wichtigen frisch- und kaltluftproduzierenden Flächen liegen

im Osten Darmstadts. Diese Luftströmungen dringen jedoch nur selten bis in den Westen

der Stadt durch.

61 Vgl . Manier, 1990

S e i t e | 47

Tabelle 7: Kaltluftbahnen (dargestellt mit Blauen Pfeilen) in Darmstadt (Quelle: Eigene Darstellung Kombination aus Landschafts-

plan und GoogleEarth, Zugriff 27.02.08)

5.4 VERSIEGELUNG

Die lokale Versiegelung gibt zusätzliche Anhaltspunkte auf die örtliche Situation. Je höher

der Grad der Versiegelung, desto geringer ist die Möglichkeit eines Abkühlungseffektes

durch Verdunstung. Eine starke Versiegelung weist im Rückschluss auf eine hohe Dichte

an Verkehrsflächen und damit auch auf eine hohe Luftbelastung hin.

N

0 500m 1km

S e i t e | 48

Die Versiegelungsklassen der Karte im Überblick:

Klasse Eigenschaft

0 Wasserfläche, Stehende Gewässer

I Versiegelungsgrad 0 - 20 % z.B. Dauerkleingärten, Friedhöfe, Parkanlagen, Sportplätze und sonstige Grünflächen

II Versiegelungsgrad 21 - 40 % z.B. Wohngebiete mit Zeilenhausbebauung, Einzelhausbe-bauung mit großen Gärten.

III Versiegelungsgrad 41 - 60 % z.B. Wohngebiete, z. T. auch im Innenstadtbereich mit Dop-pelhausbebauung und mittleren Gärten, Einzel- und Doppelhausbebauung, Reihenhaus-bebauung mit kleinen und mittleren Gärten

IV Versiegelungsgrad 61 - 80 % z.B. Locker bebaute Gewerbe- und Industriegebiete mit Grünbereichen, Blockbebauung, z. T. im Innenstadtbereich

V Versiegelungsgrad 81 - 100 % z.B. Stadtzentrum, dicht bebaute Industriegebiete

Tabelle 8: Versiegelungsklassen zur Bodenversiegelungskarte (Quelle: Greifenhagen, 2000)

Hochversiegelte Bereiche und damit potentiell durch hohe Temperaturen belastete

Zonen sind vornehmlich in der Innenstadt und auf den Industriegeländen von Merck und

Röhm zu finden.

S e i t e | 49

Abbildung 23: Einteilung Darmstadts nach Versiegelungsklassen (Quelle: Eigene Darstellung, Kombination der Kartendaten nach

Versiegelungskarte Darmstadt von Greifenhagen, 2000 und GoogleEarth (18.2.08))

5.5 KLIMATOPE

Bei einer Klimaanalyse der Stadt ist eine Unterteilung in verschiedene Klimaklassen sinn-

voll. Gebiete mit mikroklimatisch ähnlichen Ausprägungen nennt man Klimatope. Unter-

scheidungsmerkmale in diesem Zusammenhang sind Faktoren wie Tages-

temperaturverlauf, Störung der Windflüsse durch vertikale Hindernisse und Rauigkeit der

Bodenoberfläche, Topographie und Art der Flächennutzung. Die Städtebauliche Klimafibel

unterscheidet folgende Klimatope:62

62Vgl . Baumüller, et al., 1995 S. 18 ff

N

0 500m 1km

Versiegelungsklassen:

1 2

3

4

5

0

S e i t e | 50

GEWÄSSER-KLIMATOP

Großflächige Gewässer haben gegenüber der Umgebung ausgleichenden Einfluss auf den

Temperaturverlauf. Die Lufttemperaturen sind hier im Sommer tagsüber niedriger und

nachts höher als in der Umgebung. Weitere klimatische Faktoren sind die höhere Luft-

feuchtigkeit sowie geringe Windrauigkeit. Im betrachteten Untersuchungsraum

Darmstadt ist dieses Klimatop allenfalls am Woog, östlich der Innenstadt zu finden.

Abbildung 24: Beispiel Gewässer-Klimatop: Blick auf den Darmstädter Woog (Quelle: Eigenes Foto)

DAS FREILAND-KLIMATOP

Im Freiland-Klimatop treten im Tagesgang der Temperatur starke Schwankungen auf. Die-

se Flächen sind meist stark winddurchströmt und hervorragende Kalt- und Frischluftpro-

duzenten. In Darmstadt ist dieses Klimatop vor allem auf dem Oberfeld und den

Eberstädter Streuobstwiesen zu finden.

Abbildung 25: Freiland-Klimatop Oberfeld (Quelle: Eigenes Foto)

S e i t e | 51

WALD-KLIMATOP

Das Waldklima ist durch stark gedämpfte Temperatur- und Feuchteveränderung gekenn-

zeichnet. Tagsüber treten durch die Verschattung kältere Temperaturen bei hoher Luft-

feuchtigkeit durch starke Transpiration der Flora auf. Die nächtliche Abkühlung wird

durch das Blätterdach abgemildert. Positiv wirkt sich das Wald-Klimatop durch die hohe

Filterwirkung gegenüber Luftschadstoffen aus. Wald-Klimatope sind um ganz Darmstadt

zu finden.

Abbildung 26: Beispiel Wald-Klimatop (Quelle: Eigenes Foto)

GRÜNANLAGEN-KLIMATOPE

Parkanlagen und innerstädtische Grünflächen wirken durch starke Kalt- und Frischluft-

produktion kühlend auf die bebaute Umgebung. Größere Grünflächen können als Ventila-

tionsschneisen dienen. Grünflächen mit Baumbestand dienen tagsüber als Ausgleichsflä-

chen für die umliegenden Bereiche. In Darmstadt gibt es einige Grünanlagen, beispielhaft

sind der Herrengarten, die Orangerie und der Prinz-Emil-Garten zu nennen.

S e i t e | 52

Abbildung 27: Grünanlagen-Klimatop Orangerie (Quelle: Eigenes Foto)

GARTENSTADT-KLIMATOP

Das Gartenstadt-Klimatop ist gekennzeichnet durch eine offene Bebauung in ein- bis drei-

geschossiger Ausführung mit vielen Grünflächen. Auch hier zeichnet sich eine merkliche

nächtliche Abkühlung ab. Regionalwinde werden schwach gebremst. Zu finden ist dieses

Klimatop in Darmstadt vor allem in den Gebieten des Komponistenviertels, des Eberstäd-

ter Villenviertels oder der an das Oberfeld angrenzenden Wohnbebauung.

Abbildung 28: Beispiel für Gartenstadt-Klimatop Eberstadt Nord (Quelle: Eigenes Foto)

STADTRAND-KLIMATOP

Im Stadtrand-Klimatop ist eine dichtere Bebauung mit Reihenhäusern oder enger stehen-

den maximal dreigeschossigen Häusern zu finden. Daneben kann es hier auch maximal

fünfgeschossige, freistehende Gebäude mit Grünflächen geben. Lokale Winde und Kalt-

luftstömungen werden behindert, regionale Winde stark gebremst. Eine nächtliche Ab-

S e i t e | 53

kühlung erfolgt nur eingeschränkt. Typische Stadtrand-Klimatope sind im Bereich des

Ernst-Ludwig Parks oder der Heimstättensiedlung zu finden, sowie im Westen Eberstadts.

Abbildung 29: Beispiel Stadtrand-Klimatop (Quelle: Eigenes Foto)

STADT-KLIMATOP

Mehrgeschossige geschlossene Bebauung mit wenig grünen Flächen oder freistehende

Hochhäuser prägen das Stadt-Klimatop. Am Tage entstehen in diesen Bereichen starke

Aufheizungen. Durch den hohen Versiegelungsgrad ist in diesen Bereichen die nächtliche

Abkühlung sehr gering. Es entstehen lokale Wärmeinseleffekte mit geringer Luftfeuchte.

Regionale und überregionale Windsysteme werden durch die Bebauung beeinflusst und

der Luftaustausch dadurch eingeschränkt. In Straßenschluchten sind hohe Schadstoff-

und Lärmbelastungen vorhanden. Beispielhaft sind hierfür die Bereiche um den Roßdör-

fer Platz oder die Hochhäuser in Eberstadt - „Süd 3“ zu nennen.

Abbildung 30: Stadt-Klimatop um den Roßdörfer Platz (Quelle: Eigenes Foto)

S e i t e | 54

INNENSTADT-KLIMATOP

Stark verdichtete und hohe innerstädtische Bebauung mit geringen Grünanteilen, zu-

sammen mit einer nahezu kompletten Versiegelung des Bodens führen zu starker Aufhei-

zung während den Tagesstunden und zu schwachen Abkühlungseffekten nachts. Die

komplette Innenstadt innerhalb des Cityrings ist diesem Klimatop zuzuordnen.

Abbildung 31: Innenstadt-Klimatop Luisenplatz (Quelle: Eigenes Foto)

GEWERBE-KLIMATOP

Auch hier sind verdichtete Bebauung, geringe Luftfeuchte, starke Versieglung und gerin-

ger Luftaustausch durch Windfeldstörungen markante Merkmale. Auf Zufahrtsstraßen

und Stellplätzen entstehen erhöhte Emissionen. Als Besonderheit sind intensive nächtli-

che Abkühlungen auf Dachniveau großer Hallendächer zu nennen. Straßen und Stellplätze

bleiben weiterhin stark erwärmt. Dieses Klimatop ist vorrangig im Gewerbegebiet um die

Otto-Röhm-Straße im Darmstädter Westen zu finden.

Abbildung 32: Gewerbe-Klimatop Otto-Röhm-Straße (Quelle: Eigenes Foto)

S e i t e | 55

INDUSTRIE-KLIMATOP

Das Industrie-Klimatop ähnelt dem Stadtkern-, Stadt- und Gewerbe-Klimatop, es sind je-

doch großflächigere Verkehrsflächen und deutlich höhere Schadstoffemissionen zu fin-

den. Am Tage entstehen starke Aufheizungen durch die hohe Versiegelung. Massive Bau-

körper und bodennahe Erwärmung verändern das Windfeld maßgeblich.

Abbildung 33: Industrie-Klimatop im Bereich Kirschenallee (Quelle: Eigenes Foto)

BAHNANLAGEN-KLIMATOP

Bahnanlagen-Klimatope erwärmen sich tagsüber stark und kühlen nachts stärker ab.

Durch die geringe Überbauung dient der Gleiskörper häufig als Luftleitbahn. Eine Berück-

sichtigung ist erst ab einer Breite von 50 Meter sinnvoll.

Abbildung 34: Beispiel Bahnanlagen-Klimatop: Anlage der DB AG im Westen Darmstadts (Quelle: Eigenes Foto)

S e i t e | 56

5.6 KLIMATOPKARTE FÜR DARMSTADT

Die sich im Anhang befindende Karte der Klimatope in Darmstadt entstand auf Grundlage

von Luftbildern der Software GoogleEarth, deren Datenmaterial von einer Befliegung

Darmstadts von 2005 stammt, sowie aus Beobachtungen vor Ort. Die Karte verdeutlicht

die Hauptbelastungszonen und ermöglicht durch ihre flächenscharfe Auflösung eine au-

genscheinliche Beurteilung hitzebelasteter Räume, anhand der man auf die Problemzo-

nen schließen kann. Da Kranke, Senioren und Kinder zu den klimasensibleren Bevölke-

rungsgruppen zählen, sind zusätzlich zur Klassifizierung nach Klimatopen die Standorte

von Schulen, Kinderbetreuungseinrichtungen, Altenpflegeeinrichtungen und Krankenhäu-

sern dargestellt.

5.7 SONNENEXPOSITION

Betrachtet man die mit Hilfe der Klimatopkarte identifizierten Problemzonen in Bezug auf

die Stärke der Sonnenexposition, so fallen vor allem die Bereiche Wilhelminenstraße und

Elisabethenstraße durch die große Straßenbreite und das gegen Westen abfallende Ge-

lände, sowie die größeren Plätze der Innenstadt in Anbetracht der Wärmebelastung durch

Sonnenbestrahlung auf.

5.8 LOKALISIERUNG DER PROBLEMZONEN

Nach näherer Betrachtung des Innenstadtgebietes fallen in ihrer Gesamtheit besonders

die Bereiche Mollerstadt im westlichen und Martinsviertel im nördlichen Stadtkern durch

ihre starke Überbauung und ihren geringen Grünanteil auf. Spezielle Straßenzüge und

Plätze im Fußgängerbereich der Innenstadt, die besondere Hitzebelastung vor allem

durch ihre Sonnenexposition und starke Versiegelung aufweisen, sind die Wilhelminen-

straße, die Elisabethenstraße, der Luisenplatz, sowie Karolinenplatz und der Marktplatz.

Auf dem nachfolgenden Ausschnitt aus der sich im Anhang befindenden Klimatopkarte

sind die einzelnen Problemzonen rot markiert. Grün markiert sind unentwickelte Flächen,

die als Potentialflächen für die klimatische Stadtplanung gewertet werden. In Kapitel 5.9

werden einzelne Handlungsansätze zu den Problemzonen geliefert und die Rolle der Po-

tentialflächen erläutert.

S e i t e | 57

^

Abbildung 35: Ausschnitt Klimatopkarte, Lokalisierung der Problemzonen (blau) und Potentialbereiche (grün)

Mollerstadt

Elisabethenstraße, Wilhelminenstraße

Luisenplatz

Karolinenplatz

Martinsviertel

Marktplatz

Marienplatz

Mercksplatz

5.9 HANDLUNGSANSÄTZE

Im Folgenden sind Handlungsansätze aufgeführt, die eine positive Wirkung auf die Hitze-

belastungssituationen in den aufgeführten Problemzonen haben können. Zunächst wer-

1

1

2

3

4

5

7

1

8

1

1

1

3

1

2

1

5

1

4

1

6

1

7

1

8

1

6

1

S e i t e | 58

den einzelproblembezogene Ansätze diskutiert, im Anschluss Handlungsansätze, die den

gesamten Stadtbereich betreffen.

EINZELPROBLEMBEZOGENE ANSÄTZE

Mollerstadt

Abbildung 36: Luftbildausschnitt Mollerstadt (Quelle: GoogleEarth (18.02.08))

Die Mollerstadt ist geprägt durch eine Mischnutzung mit Büros, Wohnungen und einzel-

nen Geschäften. Die Aufenthaltsqualität wird hier hauptsächlich durch den hohen Versie-

gelungsgrad von nahezu 100% und die hohe Baukörperdichte gemindert. Zwei Senioren-

heime befinden sich innerhalb dieses Gebietes. Untersuchungen zur Umgestaltung dieser

Viertel sind von der Stadt schon seit längerem vorgesehen. Für das Viertel sollte ein

komplett neues Entwicklungskonzept aufgestellt werden. Neben der klimatischen Situati-

on sind in diesem Bereich auch Defizite in Bezug auf Gestaltung von Straßenräumen fest-

S e i t e | 59

zustellen. Ein architektonischer Rahmen scheint hier nicht vorhanden zu sein, vorherr-

schend ist ein Chaos verschiedener Baukörper.

Bei einer Neugestaltung dieses Quartiers sollte in Bezug auf lokalklimatischen Bedingun-

gen vor allem eine stärkere Durchgrünung und eine Entsiegelung von Flächen vorgesehen

werden. Eine Förderung der Begrünung von Dachflächen erscheint hier besonders sinn-

voll und wichtig, da ein Großteil der nicht durch Gebäude überbauten Flächen hier als

notwendige Verkehrsfläche dient und daher nur schwer entsiegelbar ist. Die große Anzahl

von Flachdächern und flachen Dachneigungen erhöht die Eignung zur Begrünung.

Wichtige Teilräume, die begrünt kleine Oasen bilden können, sind die Hinterhöfe. Vor

allem um das Parkhaus Grafenstraße (rot markiert) und hinter den Häusern der Neckar-

straße Ecke Rheinstraße (blau markiert) scheint hier deutliches Potential vorhanden zu

sein.

Desweiteren sollte überprüft werden, inwieweit eine bauliche Ausdünnung möglich und

finanziell tragbar ist.

Eine weiterer Ansatzpunkt, um eine stärkere Entsiegelung zu ermöglichen und dabei die

Attraktivität des Viertels zu verstärken, könnte eine Verlängerung der Fußgängerzone in

der Adelungenstraße bis über die Saalbaustraße hinweg (in Abbildung 36 mit grünem Pfeil

dargestellt) sein. Hierdurch könnte der KFZ-Verkehr weiter aus dem Viertel ausgelagert

werden und durch den Raumgewinn Platz für neue Grünstrukturen geschaffen werden.

Der Marienplatz, momentan als ungeregelter Parkplatz genutzt, könnte in eine

Quartiersentwicklung mit einbezogen werden. Teilflächen könnten einerseits als

Austauschflächen für zu erwerbende Entsiegelungsflächen im Quartier und andererseits

als Park entwickelt werden. Hier besteht langfristig die Chance, dem kompletten Quartier

eine neue Ordnung zu geben.

S e i t e | 60

Martinsviertel

Abbildung 37: Martinsviertel (Quelle: GoogleEarth, Zugriff 27.2.08)

Das Martinsviertel ist hauptsächlich durch Wohnbebauung geprägt. Wie die

Klimatopkarte aufzeigt sind hier auch zahlreiche Kinderbetreuungseinrichtungen und

Schulen zu finden. Die Möglichkeiten, das Viertel weiter mit Grün aufzuwerten, sind durch

die hohe Bebauungsdichte beschränkt. In diesem Viertel, das noch sehr stark durch

Altbauten geprägt ist, sollte vor allem auf eine weitere, wärmeisolationsoptimierte

Sanierung der Gebäude geachtet werden, um dem Trend der Klimatisierung mit

Kühlaggregaten schon im Voraus entgegenzuwirken. Desweiteren sollte eine Forcierung

der Fassadenbegrünung in Erwägung gezogen werden. Eine Auflockerung der Bebauung

scheint hier stadtplanerisch nicht durchsetzbar.

S e i t e | 61

Wilhelminenstraße und Elisabethenstraße

Abbildung 38: Fußgängerzone Elisabethenstraße (links) und Wilhelminenstraße (rechts) (Quelle: Eigene Fotos)

Die Wilhelminenstraße und die Elisabethenstraße als Einkaufsstraßen in der Fußgänger-

zone könnten in besonderer Weise negativ auf Attraktionsverlust durch mangelnde Auf-

enthaltsqualität reagieren.

Generell kann auch hier eine weitere Erhöhung des Grünflächenanteils ihren Beitrag zur

Entlastung der Situation leisten. Da die Wilhelminenstraße allerdings untertunnelt ist, ist

bei weiteren Anpflanzungen mit sehr hohen Kosten zu rechnen, da für die Pflanzen in

jedem Fall eine künstliche Bewässerung vorgesehen werden muss und entsprechendes

Bodenmaterial erst aufzutragen ist. Tunnelstatik, Korrosionschutz und die zusätzliche

Aufbauhöhe weiteren Bodenmaterials könnten hier beschränkende Faktoren sein.

Eine Begrünung der Fassade des Luisencenters mit rankenden Pflanzen hingegen scheint

sehr sinnvoll und einfach durchführbar. Einen Schutz vor der vor der Sonneneistrahlung

durch temporär angebrachte Sonnensegel (vergleiche Abbildung 19) scheint prüfenswert.

Die flexible Anbringung ermöglicht eine dynamische Reaktion auf klimatische Verände-

rungen.

S e i t e | 62

Abbildung 39: Karolinenplatz Darmstadt (Quelle: Eigenes Foto)

Karolinenplatz, Marktplatz und Luisenplatz

Die drei großen Plätze in Darmstadts Zentrum, der Luisenplatz als Hauptdrehscheibe für

den öffentlichen Personennahverkehr, der Karolinenplatz und der Marktplatz laden im

Moment nur durch die angrenzenden Straßencafés zum Verweilen ein. Solange keine

Sondernutzungen, wie Veranstaltungen oder der Wochen-Markt, stattfinden gibt es we-

nig Menschen, die sich hier wegen des Ambientes einfinden. Es sind mehr Verkehrsplätze,

die die Menschen kreuzen, oder auf denen sie auf ihre Verkehrsmittel warten müssen.

Die Aufenthaltsqualität ist von begrenzter Güte.

Da diese Plätze durch ihre Größe und ihre Nutzung nicht abschattbar sind, sollte unter-

sucht werden, ob hier variable Grünstrukturen sinnvoll sind. Denkbar wäre hier z.B. das

verstärkte Aufstellen von großen Pflanzenkübeln oder die Installation versenkter Begrü-

nungen, die bei Veranstaltungen temporär abgedeckt werden könnten.

Wasser wirkt generell kühlend. An heißen Sommertagen könnten sich zunehmend Men-

schen durch die auf den Plätzen vorhandenen Brunnen erfrischen. Kinder könnten z.B. in

diesen spielen (Beispielhaft in Abbildung 40).

S e i t e | 63

Abbildung 40: Im Brunnen spielende Menschen in Mannheim

(Quelle: http://blog.philippfleck.de/gallery/1/previews-med/CRW_5627.jpg, Zugriff: 20.02.08)

Die beiden großen Brunnen des Luisenplatzes sollten grundlegend gereinigt werden und

es sollte versucht werden, die hygienische Situation dieser zu verbessern. Ein Wasserfil-

tersystem und eine häufigere Grundreinigung sollten erwogen werden.

Eine zusätzliche Anpflanzung von Bäumen um die beiden großen Brunnen (siehe Abbil-

dung 41) könnte das Klima auf dem Platz weiter differenzieren und so angenehmer ge-

stalten.

Abbildung 41: Mögliche Anpflanzung von Bäumen um Brunnen am Luisenplatz (Quelle: Eigene Darstellung auf Luftbild von GoogleE-

arth, Zugriff 27.2.08)

ALLGEMEINE ANSÄTZE

Eine Durchgrünung im Stadtbereich sowie die Entsiegelung sollten generell gefördert

werden. So sollte z.B. die Förderung im Bereich der Dach- und Fassadenbegrünung erwo-

gen werden. Es sind sowohl monetäre Anreize wie z.B. Wettbewerbe, Geldförderungen

S e i t e | 64

als auch informelle Anreize durch Öffentlichkeitsarbeit und Beratung denkbar. Auch sollte

erwogen werden, ob die Bauleitplanung auf Aspekte wie hellere Dachflächen mit geringe-

ren Albedowerten bzw. Begrünungen Einfluss nehmen sollte. Dach- und Fassadenbegrü-

nungen könnten z.B. auch in Bebauungsplänen rechtsverbindlich festgesetzt werden.

§9 Abs. Nr.25 BauGB ermächtigt die Gemeinde dazu. Bei der Abwägung zur Festsetzung

sollte auf Brandverhalten, Feuchtigkeits- und Korrosionsschutz, sowie zusätzliche Kosten

der Bepflanzung und der zusätzlichen Dachlasten eingegangen werden. 63

Entsiegelung von Parkplätzen

Eine Entsiegelungswirkung vor allem auf Parkplätzen kann durch die vermehrte Verwen-

dung von Rasenpflaster anstelle von 100% Versiegelung erreicht werden.

Konzept der Luftleitbahnen:

Bei der Stadtplanung sollte das Konzept der Luftleitbahnen nicht außer Acht gelassen

werden und weiter verfolgt werden. Vor allem bei der Umgestaltung im Bereich des

Mercksplatzes am Jugendstilbad und der zukünftigen Führung der Ostumgehung könnten

sich luftklimatische Auswirkungen ergeben. Erhöhte Emissionswerte und eine Störung des

Kaltluftabflußes durch topographische und thermische Eingriffe an eventuellen Tunnel-

portalen könnten zu einer weiteren Verschlechterung der Situation in der Innenstadt füh-

ren.

Allerdings ist insgesamt von einer positiven Wirkung einer Stadtumgehung im Osten aus-

zugehen. Durch eine Verkehrsentlastung der Landgraf-Georgs-Straße, die als Luftleitbahn

dient, und des Cityrings als Entstehungsort von Emissionen im Stadtkern, ist eine Verbes-

serung der klimatischen Situation in der Innenstadt zu erwarten. Eine zusätzliche Aufwer-

tung der Landgraf-Georgs-Straße mit flankierenden Bäumen scheint hier sinnvoll, aber

sehr kostenintensiv.

Die Luftleitbahnen sind bereits in den Landschaftsplänen der Stadt eingearbeitet. Einer

Überbauung der Frisch- und Kaltluftenstehungsgebiete im Nord-Osten sowie den südlich

von Darmstadt gelegenen Eberstädter Streuobstwiesen, verhindern bereits vorhandene

63 Vgl . Baumüller, et al ., 1995

S e i t e | 65

Landschafts- und Naturschutzgebiete. Für die Fortführung der Luftleitbahnen innerhalb

der Bebauung ist in der Darmstädter Stadtplanung bereits das Bewusstsein vorhanden,

wie entsprechende landschaftsplanerische Vorgaben dokumentieren.64

Überlegungen, wie sie zum Beispiel zur Bebauung des Mercksplatzes angestellt werden,

zeigen, dass der Druck des innerstädtischen Flächenbedarfs dem entgegen wirkt. So wird,

statt auf eine Bebauung in diesem sensiblen Bereich ganz zu verzichten, versucht, zusätz-

lichen Wohnraum auf Freiflächen zu schaffen. Vorhandene Bebauung zurückzubauen

wird kaum in Betracht gezogen.

Der Mercksplatz befindet sich innerhalb einer Luftleitbahn, die sich vom Woog in Rich-

tung Innenstadt zieht. Zur Zeit wird dieser als ungeordneter Parkplatz verwendet. Ent-

wicklungsplanungen der Stadt suchen nach geeigneten Bebauungsmöglichkeiten in die-

sem sensiblen Bereich. Auch das Ergebnis des Planungsworkshops kommt zu der Empfeh-

lung den Mercksplatz nicht zu überbauen sondern als Parkanlage anzulegen (vergleiche

Abbildung 42).

Abbildung 42: Mögliche Verlängerung des Grünzuges vom Darmstädter Woog über den Mercksplatz (Quelle: Stadtplanungsamt,

2007)

Bei einer weiteren Untersuchung sollte erwogen werden, ob auf eine neue Bebauung (in

Abbildung 42 orange dargestellt) an dieser Stelle nicht ganz verzichtet werden kann und

bestehende Bebauungen innerhalb dieses Grünzuges noch stärker zurückgebaut werden

können.

64 Vgl . Wissenschaftss tadt Darmstadt, 2004

S e i t e | 66

BEWERTUNG DER HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN

Für die Bewertung der Handlungsempfehlungen wurde die in Abbildung 43 dargestellte

Matrix verwendet.

Die Handlungsansätze werden nach folgenden Punkten bewertet:

dynamisch gestaltbar:

Mit diesem Faktor wird die dynamische Anpassung an zukünftige klimatische Verhältnisse

gewertet. Die Bewertung wird in folgende Bewertungsstufen eingeteilt:

- eher statische Maßnahmen ( ),

- mäßig flexible Maßnahmen ( ) und

- dynamische Maßnahmen ( ).

Kosten:

Die Kosten der Realisierung einer Maßnahme werden eingeteilt in:

- hohe Kosten ( ),

- mäßig hohe Kosten ( ) und

- eher niedrige Kosten ( ).

Umsetzbarkeit:

Mit der Umsetzbarkeit werden vor allem Faktoren wie die zu erwartende Akzeptanz bei

Entscheidungsträgern und der Bevölkerung, sowie die technische Machbarkeit gewertet.

Sie wird eingeteilt in:

- Umsetzbarkeit eher fraglich ( ),

- mäßige Umsetzbarkeit ( ) und

- hohe Umsetzungsmöglichkeit ( ).

S e i t e | 67

Zweckdienlichkeit:

Der Bewertungsfaktor Zweckdienlichkeit erfasst den Grad der positiven Auswirkungen der

Maßnahme auf das lokale Klima.

In diesem Bewertungsfaktor

- eher niedrige Zweckdienlichkeit ( ),

- mäßige Zweckdienlichkeit ( ) und

- hohe Zweckdienlichkeit ( ).

Die einzelnen Bewertungspunkte wurden gleich gewichtet, der Nutzwert ergibt sich aus

einer Addition der Einzelnutzen. Der Nutzwert wird anhand des grünen Balkens darges-

tellt. Große Balken weisen auf hohen Nutzwert und eine sehr gute Eignung der Maßnah-

me hin.

Der Zeithorizont geht nicht in die Bewertung ein. Als kurzfristiger Zeithorizont wird ein

Zeitraum von 1-3 Jahren bis zur vollständigen Umsetzung der Handlungsempfehlung ge-

sehen, mittelfristig ein Zeithorizont von 3-7 Jahren und langfristig für Zeiträume größer

als 7 Jahre.

S e i t e | 68

Abbildung 43: Bewertung der Handlungsempfehlungen (Quelle: Eigene Darstellung)

Wie die Bewertung zeigt sind die kurzfristig umsetzbaren Alternativen (Sonnensegel, Rei-

nigung der Brunnen und das Aufstellen von Pflanzkübeln) von hohem Nutzwert und soll-

ten umgesetzt werde. Die Bauliche Ausdünnung bestehender Strukturen scheint eher

weniger erfolgversprechend und erlangt nur geringen Nutzwert.

S e i t e | 69

6 AUSBLICK UND GRENZEN DER AUSARBEITUNG

Auch wenn diese Klimaanalyse durch den Mangel an Datengrundlage und Bearbeitungs-

zeitraum keine genaue Klimasituationsabbildung ermöglicht, so kann sie dennoch auf

einzelne Problemzonen und Handlungsoptionen hinweisen. Eine Klimasimulation mit

dreidimensionalen Stadtmodellen sollte erwogen werden, da die aktuelle Bauleitplanung

teilweise auf Untersuchungen beruht, die mehr als 10 Jahre zurückliegen (z.B. Untersu-

chung zu Luftleitbahnen65). Das Frauenhofer Institut für graphische Datenverarbeitung

stellt ein solches 3D - Modell von Darmstadt auf der kommenden Cebit 2008 vor.

Weiterer Forschungsbedarf ist sicher auch im Bereich genauer Definition von den Ein-

flussgrößen auf das Wohlbefinden in der Stadt vorhanden. Aktuell laufende Forschungen

stützen sich zunehmend nicht nur auf punktuell aufgenommene Einzelwerte, sondern

versuchen, den gesamten Klimaempfindungsverlauf über die Zeit mit in die Bewertungen

einfließen zu lassen.

Interessant für die Stadtplanung könnten die zu erwartenden Ergebnisse des Projektes

Klimes aus Freiburg sein, das unter anderem die Entwicklung städtebaulicher Richtlinien

und Handlungsempfehlungen als Zielsetzung hat.

Zusammenfassend ist bei der Erstellung der Arbeit aufgefallen, dass vor allem die Koope-

ration einzelner Stellen wie z.B. Vermessungsamt, Universität und Stadtverwaltung deut-

lich verbessert werden könnten. Ein besserer und vielleicht zentralerer Zugang zu Klimain-

formationen wäre für weitere Untersuchungen wünschenswert.

65 Vgl . Wissenschaftss tadt Darmstadt, 2004

S e i t e | 70

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