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Klimaprognosen für Quartiere

Für die Prognose des Klimas in einem Quartier fehlen heute noch einfache Modelle und Werkzeuge. Die Hochschule Luzern arbeitet daran.

Die globale Erwärmung bringt zunehmend auch in der Schweiz neue Herausforderungen bei der Planung von Wohnsiedlungen und Quartieren. Die Berücksichtigung von klimatischen Trends und insbesondere die Vermeidung von Hitzeinseln wird bei der klimaangepassten Siedlungsentwicklung zunehmend wichtig. Planer und Baubeteiligte im Allgemeinen verfügen aber noch nicht über die notwendigen, leicht anwendbaren Instrumente, welche sie ab der frühen Planungsphase und entlang des gesamten Planungsprozesses unterstützen könnten.

Das soll das Klimamodell können

Im Rahmen von interdisziplinären Forschungsprojekten an der Hochschule Luzern werden die Grundlagen erarbeitet für die Charakterisierung des Quartierklimas wie auch für die Quantifizierung der klimatischen, sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen von Quartier- und Gebäudebegrünungen. Zentraler Bestandteil der Untersuchungen war eine Machbarkeitsstudie zur Entwicklung eines Quartierklimamodells, welches eine in Bezug auf das lokale Klima bewusste Planung erleichtert. Das Simulationsmodell soll in erster Linie als Instrument für die Baubranche konzipiert werden, in einer frühen Planungsphase leicht einsetzbar sein und unter anderem den Einfluss von begrünten Flächen mitberücksichtigen. Anhand des Quartierklimamodells soll der Anwender in der Lage sein, die Auswirkung von Änderungen von Planungsparametern (z. B. das Verhältnis begrünte/versiegelte Flächen) auf das lokale Klima (z. B. die Durchschnittstemperatur an einem heissen Sommertag) im geplanten Wohnquartier zu prognostizieren.

Datenerfassung für Vorstudie auch in der Suurstoffi

In diesem Kontext wurde auch eine Messkampagne im Suurstoffi-Areal in Rotkreuz durchgeführt, um die Tauglichkeit von Methoden der Fernerkundung zur Erfassung von Gebäude- und Umweltdaten zu prüfen. Zu diesem Zweck wurde Ende Juni 2020 eine Drohnenbefliegung der Fassaden und des umliegenden Luftkörpers des Aglaya- Gebäudes in Zusammenarbeit mit der Firma ExoLabs GmbH durchgeführt. Neben der drohnenspezifischen Sensorik (satellitengestütztes Positionierungssystem, Kamera und Infrarotsensor) wurden weitere Instrumente für die Erfassung von physikalischen Messgrössen wie Lufttemperatur, relativer Luftfeuchte und CO2-Konzentration mitgeführt. Die erfassten Daten sollen die Erstellung eines präzisen digitalen 3-D-Modells des Aglaya-Gebäudes inklusive einer detaillierten Kartierung der thermalen Eigenschaften der Fassade (Abbildung 1) erlauben, wie auch eine Analyse der räumlichen Variabilität des umschliessenden Luftkörpers ermöglichen. Die vollständige Punktwolke zur Beschreibung des 3-D-Modells umfasst allein für die Westfassade des Aglaya über 170 Millionen Bildpunkte und für das ganze Gebäude knapp über eine Milliarde Bildpunkte. Die räumliche Auflösung des Gebäudemodells wird unter anderem erlauben, mittels eines Klassifikationsverfahrens den Bedeckungsgrad der Begrünung abzuleiten.

Aus ökonomischer Sicht stellt sich in vielen Fällen die Frage, inwieweit Begrünungen sich innerhalb eng gesetzter Kostenrahmen umsetzen lassen bzw. wie sie sich langfristig positiv auf Immobilienerträge auswirken. Folgende Fragen werden im Projekt durch das Departement Wirtschaft deshalb vertieft: Wie hoch belaufen sich die Investitionskosten für die Begrünung? Wie hoch sind die einhergehenden Bewirtschaftungskosten? Gehen Nutzflächen verloren oder verhindern Begrünungen andere Technologien, wie zum Beispiel PV-Anlagen auf Dachflächen? Alle Erkenntnisse, die mittels Methoden der quantitativen und qualitativen Forschung gewonnen werden, werden einen Überblick der Erstellungs- und Bewirtschaftungskosten von Gebäudebegrünungen liefern.

Machbarkeit bestätigt

Die Machbarkeitsstudie bestätigt also, dass es sinnvoll ist, das Thema weiterzuverfolgen und zu vertiefen. Die durchgeführten Messungen im Suurstoffi-Areal zeigen zudem, dass die Fernerkundung mittels Drohnen eine praktikable Methode zur Gewinnung von lokalen, detaillierten Gebäude-, Umgebungs- und Umweltdaten ist. Basierend auf diesen Vorarbeiten ist deshalb geplant, in einem nächsten Schritt ein Hauptprojekt zu starten, um das oben erwähnte Quartierklimamodell zu entwickeln, welches als Simulationsinstrument für die Planung von klimaangepassten Siedlungen eingesetzt werden kann. 

Abbildung 1: Detail der Südfassade des Aglaya-Gebäudes, aufgenommen am 24. Juni 2020 gegen Mittag.

Der Autor

Davide Bionda, Dr. sc. ETH, dipl. Geologe UZH, ist seit 2011 Senior Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE der Hochschule Luzern. Innerhalb der Forschungsgruppe "Nachhaltiges Bauen und Erneuern" beschäftigt er sich mit Fragestellungen an der Schnittstelle zwischen Umwelt- und Ingenieurwissenschaften.