44 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser Im Zuge des Klimawandels und der damit verbundenen steigenden Hitzebelastung in vielen städtischen Räumen kommt grüner Infrastruktur eine mehr und mehr tragende Rolle zu. Aufgrund des hohen Anteils an bebauter Fläche in Städten und der daraus resultierenden erhöhten Wärmespeicherfähigkeit kommt es insbesondere nachts zu einer höheren Lufttemperatur innerhalb einer Stadt im Vergleich zu ihrem Umland - zum städtischen Wärmeinseleffekt [1]. Versiegelte Plätze, Wege und Straßen ohne schattenspendendes Grün führen auch tagsüber zu einem hohen thermischen Stress. Diese zunehmende Hitzebelastung hat direkten Einfluss auf das Wohlbefinden und die Gesundheit betroffener Menschen [2, 3]. Folglich ist ein Anstieg hitzebedingter Erkrankungen sowie eine erhöhte Sterblichkeit bei Extremhitzeereignissen in städtischen Räumen zu verzeichnen [4, 5, 6]. Um weiterhin eine hohe Lebensqualität der Stadtbevölkerung zu gewährleisten und zugleich urbane Ökosysteme zu schützen, Das HRC-Hitzetool Ein Web-Tool zur Bewertung von Hitzeanpassungsmaßnahmen in Städten Klimaanpassung, Stadtgrün, Ökosystemleistungen, Hitzebelastung, Mikroklima, Innenraumklima Till Fügener, Karsten Grunewald, Astrid Ziemann, Uta Moderow, Valeri Goldberg, Nils Kochan, Patrycia Brzoska Hitzebelastung in urbanen Räumen wird im Zuge des Klimawandels zunehmend zur Herausforderung. Das Verbundprojekt HeatResilientCity verfolgt das Ziel, innovative, sozial gerechte und nutzerakzeptierte Anpassungsmaßnahmen, welche die Reduzierung der sommerlichen Wärmebelastung von Menschen in Gebäuden und Freiräumen wirksam unterstützen, zu realisieren. Hierfür wird ein Web-Tool zur Bewertung von Hitzeanpassungsmaßnahmen im Frei- und Innenraum entwickelt. Dieses soll Entscheidungsträgern als Unterstützung für die Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen an Hitze im städtischen Raum dienen. © tee_zett auf Pixabay THEMA Luft, Wasser, Boden 45 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser muss ein Fokus zukünftiger Stadtplanung auf einer Klimaanpassung der Städte liegen. Obwohl es bereits ein breites Fachwissen über Klimaanpassungsmaßnahmen sowie deren positive Effekte auf das lokale Klima gibt, findet dieses Wissen nur bedingt eine Anwendung in der Praxis [7, 8]. Eine Studie von Araos et al. stellt heraus, dass nur 15-% von weltweit 401 untersuchten Städten über Klimaanpassungsinitiativen berichteten [9]. In weiteren 18- % der Städte seien zudem Klimaanpassungsmaßnahmen geplant. Innerhalb Deutschlands fehlt Kommunen ein gesetzlicher Rahmen, welcher Anpassungsmaßnahmen als eine kommunale Pflichtaufgabe kennzeichnet. Zudem mangelt es oftmals auch an Ressourcen, Personal und Fachwissen, was den Anpassungsprozess zusätzlich ausbremst [10]. Häufig fehlt es auch an Beratung darüber, an welchen Orten Maßnahmen am sinnvollsten eingesetzt werden sollten und wie effektiv diese Maßnahmen letztendlich wirken. Eine Möglichkeit der effektiven Entscheidungsunterstützung bilden dabei digitale Planungstools [11]. Im Rahmen des BMBF-geförderten Verbundforschungsprojektes HeatResilientCity 1 wird derzeit ein Online-Tool zur Bewertung von Hitzeanpassungsmaßnahmen in Städten entwickelt, das „HRC-Hitzetool“. Dieses soll Entscheidungsträger in der Umsetzung und Planung von Anpassungsmaßnahmen unterstützen, als auch eine Informationsmöglichkeit für die breite Öffentlichkeit bieten. Vorarbeiten Die Konzepterstellung des Tools basiert auf einer umfangreichen Recherche zu bereits existierenden Tools, welche Hitzebelastung und Anpassungsmaßnahmen in Städten fokussieren. Bei dieser Bestandsaufnahme wurden diverse derzeit verfügbare Tools nach einem Kriterienkatalog verglichen und bewertet [12]. Die Ergebnisse dienten einerseits dazu, einen allgemeinen Rahmen für ein solches Bewertungstool abzustecken, als auch Forschungslücken aufzuzeigen, um mögliche Anforderungen an ein neues Tool dieser Art zu definieren. Zusätzlich zur vorbereitenden Tool-Recherche wurde eine Ämterbefragung in den Stadtverwaltungen der Städte Dresden und Erfurt durchgeführt. Beschäftigte aus den Fachbereichen Umwelt, Hochbau, Stadtplanung sowie dem Gesundheitsamt konnten dabei ihre Wünsche und Ansprüche an ein solches Bewertungstool äußern. Alle Ergebnisse der Vorrecherchen und der Umfrage flossen direkt in die Konzeptionierung des HRC-Hitzetools ein. Die Bewertung bisheriger Tools zeigte Verbesserungsbedarf insbesondere bei den 1 http: / / heatresilientcity.de/ Aspekten: (1) Bewertung der Hitzebelastung unter Verwendung eines Human-Bioklima-Index, (2) Bewertung der Hitzebelastung auf lokaler Ebene und mit hoher räumlicher Auflösung, (3) Berücksichtigung verschiedener Tageszeiten, da die Hitzebelastung je nach Tageszeit variiert, (4) Berücksichtigung verschiedener Szenarien für Versiegelung, Gebäude und Bepflanzung [12]. Alle diese Kriterien wurden bei der Konzeption des neuen Tools mit Hilfe verschiedener Indikatoren berücksichtigt. Tool-Konzept Das HRC-Hitzetool ermöglicht eine semi-quantitative Bewertung von Hitzeanpassungsmaßnahmen in Städten. Es können sowohl Anpassungsmaßnahmen in und an Wohngebäuden als auch Maßnahmen im Freiraum bewertet werden. Anpassungsmaßnahmen im Freiraum werden zwischen kleinräumigen Einzelmaßnahmen und straßenbegleitenden Maßnahmen unterschieden. Nach einer mehrmonatigen Entwicklungsphase begann im Sommer 2022 mit Unterstützung der Projektpartner*innen der Landeshauptstädte Dresden und Erfurt eine erste Testphase des Tools. In einem letzten Entwicklungsschritt werden dann Rückmeldungen aus der Testphase ausgewertet und, soweit möglich, eingearbeitet. Die Veröffentlichung des HRC-Hitzetools soll im Frühjahr 2023 erfolgen. Einzelmaßnahmen/ straßenbegleitende Maßnahmen im Freiraum Um die Wirksamkeit verschiedener Anpassungsmaßnahmen zur Verringerung der Hitzebelastung im Freiraum von Stadtquartieren zu bewerten, wurde ein praxisnahes Indikatorset für die Anwendung im Tool entwickelt. Im Fokus des Indikatorsets steht der Hitzestress des Menschen, der maßgeblich durch kurz- und langwellige Strahlung, Lufttemperatur und -feuchtigkeit sowie durch Windgeschwindigkeit beeinflusst wird. Dabei wird der Universal Thermal Climate Index (UTCI) verwendet, einer der derzeit am häufigsten genutzten Indizes zur quantitativen Erfassung und Bewertung von Hitzestress [13, 14, 15]. Die Tool-Komponente „Anpassungsmaßnahmen im Freiraum“ basiert auf städtischen Mikroklimasimulationen, die mit dem Modell ENVI-met [16, 17] erstellt wurden. Dabei wurden 12 m x 12 m große Flächen, die bestimmte Ausgangsbedingungen bzw. Anpassungsmaßnahmen (zum Beispiel: Erhöhung des Baumbestandes) repräsentieren können, aus Modellsimulationen in einem realen städtischen Umfeld extrahiert [18]. Die Simulationsergebnisse dieser Modellflächen wurden bezüglich der entsprechenden UTCI-Werte analysiert [19]. 46 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser Aus einer so gewonnenen Vorauswahl von Flächen können Nutzer zunächst diejenige mit den urbanen Strukturen auswählen, die dem Zielgebiet, dessen thermische Behaglichkeit verbessert werden soll, am besten entspricht (Ausgangszustand). In einem nächsten Schritt können Benutzer diejenige Fläche auswählen, welche am besten die Hitze-Anpassungsmaßnahme repräsentiert, die sie anwenden möchten (Endzustand). Die beiden ausgewählten Flächen werden visualisiert und verbal beschrieben. Die Bewertung der Wirksamkeit der Maßnahme basiert auf der Differenz des UTCI zwischen den beiden ausgewählten Flächen (das heißt: Differenz zwischen der Fläche, die den Ausgangszustand repräsentiert und der Fläche, die die Anpassungsmaßnahme repräsentiert). Die Flächen werden mittels einer 3D-Grafik dargestellt (Bild 1) Als Ergebnis wird die Differenz im UTCI zwischen beiden Flächen mitgeteilt sowie für jede der beiden gewählten Flächen die thermische Belastungsstufe angegeben (Bild 2). Ergänzt wird dies durch eine kurze Erklärung und Hintergrunddetails, wenn eine Anpassungsmaßnahme beispielsweise nur geringe thermische Auswirkungen hat, aber dennoch aus anderen Gründen nützlich sein kann. Abschließend wird die Bewertung der gewählten Maßnahme mit einem einfachen fünfstufigen Ampelsystem dargestellt. Diese Informationen werden für drei heiße Sommertage (Mitte Juni, Mitte Juli und Mitte August) und drei verschiedene Tageszeiten (Abend, früher Morgen und durchschnittliche Bedingungen tagsüber) bereitgestellt. Zudem gibt es eine kurze Einschätzung weiterer Ökosystemleistungen, welche die Modellflächen erbringen können. Dieses Konzept wird umgesetzt, um die Wirkung von Einzelmaßnahmen mit begrenzter räumlicher Ausdehnung und die Wirkung von Hitze-Anpassungsmaßnahmen im Umfeld von Straßen (zum Beispiel: das Pflanzen von Straßenbäumen) zu beurteilen. Generell wird es auch möglich sein, die Wirkung von Maßnahmen zu bewerten, welche den Hitzestress für die Bewohner potenziell erhöhen könnten (zum Beispiel, wenn Bäume gefällt werden). Hervorzuheben ist, dass die Tool-Komponente „Anpassungsmaßnahmen im Freiraum“ quantitative Ergebnisse liefern wird, die deutlich über die qualitative Aussage „Städtisches Grün ist gut“ hinausgeht. Es können orientierende, quantitative Angaben in Bezug auf die Änderung des Hitzestresses durch Anpassungsmaßnahmen gewonnen werden, die in planerischen Entscheidungsprozessen zunehmend nachgefragt werden. Im Tool wird ebenfalls ein Handbuch in einer Kurz- und Langversion bereitgestellt. Die Kurzversion gewährleistet einen schnellen Einstieg, während die Langversion interessierten Personen wertvolle Hintergrundinformationen für die fachliche Bewertung der Ergebnisse liefert. Es sei darauf hingewiesen, dass die Tool-Komponente „Anpassungsmaßnahmen im Freiraum“ nicht eine detaillierte Simulation des Stadtklimas für eine spezielle Situation eines realen oder geplanten Stadtteils ersetzen kann. Gebäudemaßnahmen Neben der Bewertung von Anpassungsmaßnahmen im Freiraum können auch Hitzeanpassungsmaßnahmen im Innenraum durch das HRC-Hitzetool bewertet werden. Hierfür können Nutzer und Nutzerinnen in einem ersten Schritt die Ausgangssituation eines Raums beschreiben, in welchem die Hitzebelastung untersucht werden soll (Häuserbauweise, Fenstergröße, Ausrichtung, etc.). Nachdem die Ausgangssituation entsprechend angepasst wurde, gibt es die Möglichkeit, zwischen acht Maßnahmen zu wählen, welche die Hitzebelastung im Raum senken sollen. Somit kann die Hitzebelastung vor und nach Umsetzung einer Maßnahme analysiert werden. Die Wohnung mit entsprechender Maßnahme wird visuell als 3D-Grundriss dargestellt und die Bewertung erfolgt mit Hilfe eines fünfstufigen Ampelsystems. Die Bewertung des anfänglichen Überhitzungsrisikos und des veränderten Risikos nach Umsetzung einer Maßnahme basiert jeweils auf Gebäudesimulationen und der Messung des Innenraumklimas für unterschiedliche Wohngebäudetypen, die im Rahmen der Projekte HeatResilientCity I und II sowie anderer Projekte durchgeführt worden sind. Hierbei wurden die Ausrichtung des Gebäudes, die Fenstergröße, die Gebäudebauart, die Geschossart sowie das Lüftungsverhalten berücksichtigt [20, 21, 22, 23]. Hier sei darauf hingewiesen, dass die Innenraumklimakomponente des Tools eine qualitative Bewertung des gewählten Raums mit Hilfe des Ampelsystems bietet, ohne quantitative Schätzungen der Wirkung von Wärmeanpassungsmaßnahmen zu liefern. Diese Einschränkung ist auf die große Bild 1: Beispielhafte 3D-Darstellung einer Modellfläche mit angrenzender Gebäudereihe. © Fügener et al. 47 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser Anzahl von Parametern zurückzuführen, welche das Überhitzungsrisiko in Innenräumen beeinflussen. Für eine detailliertere und quantitative Bewertung der Auswirkungen von Hitzeanpassungsmaßnahmen für einen bestimmten Raum oder ein bestimmtes Gebäude empfehlen wir die Verwendung von Gebäudeklimasimulationen, wenn möglich für das gesamte Gebäude, um den internen Luftaustausch und die Wärmeübertragung zu berücksichtigen. Schlussbetrachtung Um die ansteigende Häufigkeit und Intensität extremer Hitzeereignisse in Städten bewältigen zu können und die Bevölkerung vor zunehmendem Hitzestress zu schützen, sind Anpassungsmaßnahmen auf lokaler Ebene dringend erforderlich. Digitale Tools können hier eine wertvolle Entscheidungsunterstützung bei Planungsprozessen sein. Die vorangegangene Bewertung der bestehenden Tools hat grundlegend zur Konzeptionierung des HRC-Hitzetools beigetragen. Mit dessen Entwicklung wird der Versuch unternommen, vorhandene Defizite bereits entwickelter Tools zu kompensieren und gleichzeitig ein einfaches und übertragbares Werkzeug für die Bewertung kleinräumiger Hitzeanpassungsmaßnahmen bereitzustellen. Die Besonderheiten des HRC-Hitzetools im Vergleich zu ähnlichen Werkzeugen sind die Bewertung des Hitzestresses mit Hilfe eines human-bioklimatischen Indexes (dem UTCI), die Bewertung des Hitzestresses auf städtischer Ebene und mit hoher räumlicher Auflösung, die Berücksichtigung verschiedener Tageszeiten, die Berücksichtigung verschiedener Szenarien von Versiegelung, Bebauung, Bepflanzung sowie die allgemeine Übertragbarkeit des Tools. Das HRC-Hitzetool schließt in mancher Hinsicht die Lücke zwischen detaillierten Klimasimulationen und einer nur qualitativen Bewertung von Hitzeanpassungsmaßnahmen. Dennoch ist zu beachten, dass auch hier ein Kompromiss zwischen Ergebnisgenauigkeit und einer allgemeinen Übertragbarkeit gefunden werden musste. Das Tool wird eine detaillierte Stadtklimasimulation für ein spezifisches Planungsgebiet und eine Simulation für spezifische Gebäude und Innenräume nicht ersetzen können. Vielmehr ergibt sich aus der Verwendung des Tools ein Mehrwert hinsichtlich einer erleichterten Ableitung geeigneter Maßnahmen mit dem Ziel der Verbesserung des Stadtklimas, dem Schutz und der Förderung von Stadtgrün sowie einer nachhaltigeren, sozial-ökologischen Stadtentwicklung. Das HRC-Hitzetool wird voraussichtlich im Frühjahr 2023 kostenfrei für alle Anwender*innen zur Verfügung stehen. Gerne halten wir Sie über die Entwicklung, den genauen Starttermin sowie der Zugangsadresse über unseren HRC-Newsletter auf dem Laufenden. (Anmeldung unter: http: / / heatresilientcity.de) Bild 2: Schema zur Verdeutlichung des Konzepts des Freiraumindikators für die Ebene der Einzelmaßnahmen begrenzter Ausdehnung für einen sehr warmen Tag im Juni und durchschnittliche Bedingungen am Tage. © Fügener et al. 48 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser LITERATUR [1] Oke, T. R.: City size and the urban heat island. Atmospheric Environment, 1967, Volume 7, Issue 8, (1973), p: 769 - 779. https: / / doi.org/ 10.1016/ 0004- 6981(73)90140-6. [2] Kovats, R. S., Hajat, S.: Heat Stress and Public Health: A Critical Review. Annu. Rev. Public Health, 29 (2008) p. 41 - 55. https: / / doi.org/ 10.1146/ annurev. publhealth.29.020907.090843. [3] Umweltbundesamt (UBA): Themenblatt: Anpassung an den Klimawandel. Hitze in der Stadt. Eine Kommunale Gemeinschaftsaufgabe. 2012. 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Die Trialog Publishers Verlagsgesellschaft ist ein spezialisiertes Medienunternehmen mit klassischen und digitalen Publikationen für Ingenieure, technische Fach- und Führungskräfte und Experten aus Wissenschaft und Forschung. Die crossmedialen Fachmedien des Verlags sind darauf ausgerichtet, diese Zielgruppen in Beruf und Karriere professionell zu unterstützen. Bei Trialog Publishers erscheinen die technischwissenschaftlichen Fachmagazine »Internationales Verkehrswesen« (mit den englischsprachigen Specials »International Transportation«) sowie »Transforming Cities | Das Fachmagazin zum urbanen Wandel«. ... sind verlässliche Informationen Trialog Publishers Verlagsgesellschaft 72270 Baiersbronn | Schliffkopfstraße 22 www.trialog.de © Gerd Altmann auf Pixabay Was zählt...