55 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser Grundlagen zum Hitzeinseleffekt Stadtlandschaften zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Dichte an versiegelten Oberflächen und die Verwendung anthropogener Materialien aus, bei denen im Vergleich zu natürlichen Oberflächen ein anderer Energieaustausch stattfindet. Energie kann an der Erdoberfläche durch Strahlungs-, Konduktions- oder Konvektionsprozesse ausgetauscht werden [1]. Je nach Materialität der Flächen, an denen der Energieaustausch stattfindet, werden unterschiedliche Anteile der einfallenden Sonnenenergie über verschiedene Prozesse umgewandelt. Beim Energieaustausch im städtischen Gebiet wird viel Energie durch die künstlichen Materialien absorbiert (Konduktionsprozess) und über den sensiblen Wärmestrom (Erwärmung der Luft) mit der bodennahen Luft ausgetauscht. In ländlichen Gebieten mit deutlich mehr natürlichen Materialien wird ein Großteil der Energie über den latenten Wärmestrom (Verdunstung) umgewandelt. Zudem speichern künstliche Materialien, wie zum Beispiel Asphalt und dunkle Fassaden, die tagsüber Hamburg, Nikolaifleet. © Karsten Bergmann auf Pixabay Transformation von Straßenräumen zur Hitzevorsorge Analyse der Flächenpotenziale zur Hitzeanpassung an der Altstadtküste in Hamburg Klimaanpassung, Mobilitätswende, Hitzeinsel, Flächenverteilung Justus Alexander Quanz, Stefan Kreutz, Christoph Meyer, Katarina Bajc, Wolfgang Dickhaut, Judith Gollata Die Altstadtküste ist eine städtische Hitzeinsel in einem stark durch Verkehrsflächen geprägten Stadtteil im Zentrum Hamburgs. Um den Stadtteil vor den Auswirkungen von Hitzewellen zu bewahren, sind schon jetzt Maßnahmen zu ergreifen, um sich an die Folgen des Klimawandels anzupassen. Zusammen mit der stattfindenden Mobilitätswende müssen die öffentlichen Flächen neu verteilt werden und eine Integration von blau-grünen Infrastrukturen muss stattfinden. Der Beitrag beantwortet die Fragen: Für welche Funktionen werden die Flächen aktuell genutzt? Welche Maßnahmen zur Anpassung eignen sich in von Hitze belasteten Gebieten? Und wie lassen sich Flächen zur Umsetzung identifizieren? 56 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser einfallende Sonnenenergie länger und geben diese als Wärmestrahlung in den Nachtstunden langsamer an die lokale Umgebung ab, als dies bei natürlichen Oberflächen der Fall ist. Unter anderem dadurch bildet sich über bebauten Gebieten eine nächtliche Hitzeinsel aus, die deutlich wärmer ist als das durch natürliche Oberflächen stärker geprägte Umland. Die Hitzeinsel führt zu Differenzen der Temperatur, angegeben in Kelvin (1 K = 1 °C), und macht sich zum Beispiel durch eine höhere Lufttemperatur bemerkbar, deren Differenz zwischen einer dicht bebauten Innenstadt und dem Umland bis zu 12 K betragen kann [2]. Die Stärke des Temperaturunterschiedes, auch Hitzeinselintensität genannt, hängt unter anderem von der dominierenden Landnutzung, der Wärmspeicherkapazität der Gebäude und Oberflächen sowie der Stadtgröße (Ausdehnung und Bevölkerungsdichte) ab. Besonders ausgeprägte Hitzeinseln treten in urbanen Bereichen auf, die aufgrund ihrer Bebauungsstruktur ein Durchlüftungsdefizit haben und über keine oder nur eingeschränkte Frischluftzufuhr aus dem Umland verfügen [3]. Beim Auftreten von Hitzewellen führt die Hitzebelastung bei vulnerablen Gruppen, etwa älteren Menschen, zu einer signifikanten Übersterblichkeit [4]. Der Bund hat deshalb in der Fortschreibung der Anpassungsstrategie an die Folgen des Klimawandels Hitze als stärkstes Klimasignal mit „erheblichen Auswirkungen auf Gesundheit und Infrastrukturen, besonders in Ballungsräumen“ hervorgehoben [5]. Um gegen zukünftig zu erwartende häufigere und intensivere Hitzeereignisse (höhere Temperaturen und längere Dauer) gewappnet zu sein, sind im Rahmen der Klimaanpassung auf der Mesoskala (25 - 100 km) Kaltluftschneisen zur Durchlüftung ebenso zu berücksichtigen, wie die Materialzusammensetzungen baulicher Oberflächen in einzelnen Quartieren auf der Mikroskala (10 - 200 m). Besonders in einem lokalen Kontext gilt es nach Möglichkeit, den Energieaustausch durch die Schaffung von blau-grünen Infrastrukturen an die natürlichen Energieaustauschprozesse anzunähern. Solche blau-grünen Infrastrukturen umfassen strategisch geplante Netze und Strukturen, die durch eine naturnahe Gestaltung und entsprechende Verdunstung und Verschattung zu übergeordneten Zielen der Hitzevorsorge beitragen [6]. Lösungsansatz blau-grüne Infrastrukturen - das Forschungsprojekt LILAS im Wandel Wie eine Integration von blau-grünen Infrastrukturen im Rahmen städtischer Transformationsprozesse gelingen kann, wird im interdisziplinären Forschungsprojekt Lineare Infrastrukturlandschaften (LILAS) im Wandel an der HafenCity Universität Hamburg und der Technischen Universität Hamburg in verschiedenen Hamburger Fokusräumen Bild 1: a) Fokusraum der Altstadtküste mit Darstellung der unterschiedlichen Oberflächenbedeckungen b) Übersichtskarte von Hamburg mit Verortung des Fokusraums und den Messstationen Neustadt (Nst) und des Deutschen Wetterdiensts (DWD) c) Flächenanteile der unterschiedlichen Nutzungen (grüner Bereich bei Verkehrsflächen = extensiv oder intensiv begrünte Fläche). © Quanz et al. 57 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser näher untersucht (weitere Informationen unter: http: / / www.hcu-hamburg.de/ lilas). Die raumerschließenden linearen Infrastrukturkorridore (hier insbesondere Stadtstraßen und kanalisierte Gewässer), die meist öffentliches Eigentum sind, dienen im Forschungsprojekt als Ausgangspunkt, da sie ein gemeinsames Grundgerüst zusammenhängender Infrastrukturlandschaften bilden [7]. Im vorliegenden Beitrag werden die (landgebundenen) Verkehrsräume näher betrachtet, die in Hamburg etwa 10-% der Stadtfläche bedecken (entspricht ungefähr 75- km²) und sich aus Flächen für den Straßenverkehr, für Wege und Plätze zusammensetzen [8]. Problemstellungen im Fokusraum Altstadtküste Einer der im LILAS Projekt betrachteten Fokusräume ist die Hamburger Altstadtküste (Bild 1a) - ein Gebiet zwischen der Innenstadt und der HafenCity. Den Raum charakterisiert eine bauliche Mischung verschiedener Gebäudeensemble aus unterschiedlichen Epochen der Stadtgeschichte. Dies führt unter anderem zu einer heterogenen Gebäudehöhe von durchschnittlich 21 m sowie einer breiten Mischung der verwendeten Baumaterialien. Die öffentlichen Räume sind durch Straßen und deren verkehrliche Nutzung sowie durch Kanäle und Fleete dominiert - Grünflächen gibt es kaum. Die Materialzusammensetzung aus überwiegend künstlich hergestellten Baustoffen (Energieaustausch) und die zentrale Lage in der Innenstadt (Durchlüftung) machen die Altstadtküste zu einer Hitzeinsel mit deutlicher nächtlicher (4 Uhr) Überwärmung, mit einer Hitzeinselintensität von 1,7 K gegenüber dem stadtweiten Mittel nach der Stadtklimaanalyse von 2017 (Simulation einer austauscharmen Wettersituation) [9]. Neben den Simulationsergebnissen des Hamburger Stadtklimas belegen auch Messdaten des Meteorologischen Instituts der Universität Hamburg aus dem näheren Umfeld der Altstadtküste (blauer Punkt - Nst (Neustadt), Bild 1b) während der Sommermonate 2021 eine Hitzeinselintensität von im Mittel etwa 2,0 K in den Nachtstunden (22 - 05-Uhr) gegenüber der Lufttemperatur der DWD-Station (Deutscher Wetterdienst) in Fuhlsbüttel (roter Punkt - DWD, Bild 1b). Die Ausprägung der Hitzeinsel kann nur geringfügig durch den Luftaustausch entlang der Gewässer abgemildert werden. Dieser Effekt kann vernachlässigt werden, da die Kaltluftentstehungsgebiete deutlich außerhalb der Innenstadt liegen und sich an der Altstadtküste keine Elemente des grünen Netzes in Hamburg befinden, die einen positiven Effekt auf das lokale Stadtklima haben [10]. Die Kühlleistung der Wasserflächen selber ist besonders in den Nachtstunden zu vernachlässigen, da bei unterschiedlichen Gewässerkonfigurationen (unter anderem Ausrichtung, Uferbegrünung) sogar ein leicht wärmender Effekt nachgewiesen wurde [11]. Erweiterte Flächenanalyse im Fokusraum Altstadtküste Mit dem Wissen über die deutlich ausgeprägte und bereits spürbare Hitzeinsel an der Altstadtküste und den bevorstehenden Auswirkungen des Klimawandels, müssen Möglichkeiten für die Umsetzung von Klimaanpassungsmaßnahmen gesucht werden, um hier resiliente baulich-räumliche Strukturen und gute Lebensbedingungen, auch während Hitzewellen, zu ermöglichen. Abgesehen von den gut 22 % Wasserflächen im Gebiet, verfügt die Altstadtküste nur über einen kleinen Anteil an unversiegelten Flächen, auf denen ein nicht von anthropogenen Oberflächen dominierter Energieaustausch stattfinden kann. 31-% des Gebietes sind mit Gebäuden überbaut, die durch ihre Oberflächen aus (meist) künstlich hergestellten Materialien ebenfalls zur Entstehung der nächtlichen Hitzeinsel beitragen. Potenzialflächen für die Umsetzung von ebenerdigen Klimaanpassungsmaßnahmen müssen daher auf den verbliebenen versiegelten Flächen identifiziert werden. Dafür eignen sich besonders Teilflächen linearer Infrastrukturkorridore, die eine monofunktionale Nutzung mit bereits heute oder zukünftig geringer Nutzungsintensität aufweisen und bei denen auf kleiner Fläche die notwendigen Nutzungsanforderungen bedient werden können. Dort und auf potenziell untergenutzten Flächen, wie Sperrflächen oder Flächen der Verkehrsberuhigung, liegen große Chancen für eine Neuordnung und Umwidmung [12]. Im Folgenden wird der Fokus auf die Verkehrsflächen (39 % des Gebietes) gelegt, um in diesem Bereich entsprechende (zukünftig) wenig genutzte Flächen zu identifizieren. Die Daten der Straßenquerschnittsflächen aus dem Jahr 2016 [13] verzeichnen für das Gebiet der Altstadtküste 26 unterschiedliche Teilräume des Straßenquerschnitts. Nur 2 % der Straßenflächen werden als extensiv oder intensiv gepflegte Grasflächen angegeben (Bild 1c), wobei darin auch andere Vegetationsflächen enthalten sind. Zudem befinden sich im Straßenraum 241 Straßenbäume, von denen je ein Viertel älter als 40 Jahre und jünger als 10 Jahre ist. Der Kronendurchmesser, und damit der verschattete Raum, schwankt ebenfalls beträchtlich mit im Mittel 5 Metern [14]. Über den Anteil der unversiegelten Fläche 58 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser der Baumscheiben gibt das Straßenbaumkataster keinen Aufschluss. Nach intensiver Begehung des Gebietes kann aber festgestellt werden, dass der Anteil der unversiegelten Flächen im Straßenquerschnitt in den verwendeten Daten unterschätzt wird. Die als Fahrbahnen gekennzeichneten Bereiche machen einen Anteil von 58 % der Straßenquerschnittsflächen aus hinzu kommen die Parkstreifen mit 5 %. Die Nutzung dieser Flächen durch den motorisierten Individualverkehr führt aufgrund der vergleichsweise höheren Geschwindigkeiten gegenüber dem Fuß- und Radverkehr sowie der geringen Auslastung der Fahrzeuge im Vergleich zum ÖPNV zu einer geringen Flächennutzungseffizienz [15, 16]. Durch die Stärkung der Verkehrsmittel des Umweltverbunds im Kontext der Mobilitätswende können sich zukünftig allerdings neue Möglichkeiten für die Gestaltung von bisher versiegelten Straßenräumen ergeben, da sich der Flächenverbrauch, bei gleichzeitigem Ausbau der Mobilitätsoptionen, reduzieren lässt [17]. Die Mobilitätswende schafft also Platz für die Entsiegelung von bisherigen Fahrbahnflächen. Strategien und Maßnahmen zur Hitzevorsorge an der Altstadtküste Bei den Maßnahmen zur Vorsorge gegen extreme Hitzebelastung können zwei Typen unterschieden werden: Maßnahmen, die im von Hitze betroffenen Gebiet (Belastungsraum) umgesetzt werden und Maßnahmen, die im Umland (Ausgleichsraum) realisiert werden. Dieser Beitrag befasst sich mit dem konkreten von Hitze belasteten Raum an der Altstadtküste und daher wird nur auf Maßnahmen für den Belastungsraum eingegangen. Für St. Georg, ein ähnlich hitzebelastetes Gebiet in Hamburg, wurden bereits Maßnahmen zur Hitzevorsorge auf unterschiedlichen Flächen zusammengestellt (Dachflächen, Fassadenflächen, versiegelte Bodenflächen, Straßenraum) [18]. Ebenso kommt eine Veröffentlichung des Umweltbundesamts zur Klimaanpassung in der räumlichen Planung zu drei Handlungsstrategien, die auf diese Flächen abzielen [19]:  Anpassung der baulichen Struktur,  Erhöhung der Albedowerte von Fassaden, Dächern und anderen befestigten Oberflächen  Verbesserung der Grün- und Freiraumausstattung durch Begrünung und Entsiegelung. Bei der ersten Strategie wird vor allem der Luftaustausch im belasteten Gebiet durch die Schaffung neuer Luftaustauschbahnen beeinflusst. Dabei sind jedoch zum Teil umfangreiche Eingriffe in den baulichen Bestand notwendig (zum Beispiel: Abriss), sodass für bestehende Siedlungskörper wie die Altstadtküste besonders die Handlungsstrategien zwei und drei geeignet sind. Für die Veränderung der Albedowerte gibt es neben der Verwendung von hellen Materialien auch die Möglichkeit, mit dem Einsatz von entsprechenden Farben die Rückstrahlung zu optimieren. Dafür können im Verkehrsraum beispielsweise Anstriche von Fahrbahn, Geh- oder Radweg genutzt werden. Deutlich wirksamer, aber auch etwas komplizierter in der Umsetzung sind die Maßnahmen der Begrünung und Entsiegelung [12]. Gill et al. konnten für Manchester nachweisen, dass eine Vergrößerung der Flächen, die von grünen Infrastrukturen bedeckt sind, um zehn Prozent in dichten Stadtgebieten die maximale Oberflächentemperatur unter die Referenzwerte von 1961 - 1990 senken könnte [20]. Eine Erhöhung des von Vegetation bedeckten Flächenanteils, also die Schaffung von weiteren Grünflächen, wird in vielen Studien als effektive Maßnahme zur Hitzevorsorge identifiziert und führt dazu, dass der Energieaustausch den natürlichen Prozessen wieder angenähert wird und weniger Energie als sensibler Wärmestrom (Konvektion) umgesetzt oder gespeichert (Konduktion) wird [21]. Mit Blick auf die geschilderten Maßnahmen zur Hitzevorsorge und die aktuellen Flächennutzungen an der Altstadtküste stellt sich die Frage, welche der Maßnahmen auf welchen Flächen den Energieaustausch an ein natürliches Niveau annähern können. Neben den privaten Flächen, auf denen sich überwiegend Gebäude befinden und auf denen es mit der Gebäudebegrünung (Fassaden- und Dachbegrünung) ebenfalls Anpassungsmöglichkeiten gibt, den Wasserflächen, die bereits eine natürliche Energiebilanz aufweisen, die sich mit Begrünung als Urban Wetlands noch optimieren lässt [22], muss vor allem der größte Teil der versiegelten Fläche im Gebiet, also der Verkehrsraum, entsiegelt und naturnäher gestaltet werden. Dies kann nicht allein durch eine Umnutzung von Restflächen oder ungenutzten Bereichen im Straßenraum gelingen, sondern bedarf dort der Integration eines BlueGreenStreets- Korridors, in dem sich die Anforderungen einer wassersensiblen, hitzeangepassten und einladenden Straßenraumgestaltung räumlich bündeln. Als Planungshilfe für die Integration von blau-grünen Elementen wurde im BlueGreenStreets-Projekt eine Toolbox erarbeitet, die am Beispiel realisierter Pilot- Maßnahmen in verschiedenen Städten die Möglichkeiten der konkreten Umsetzung im Straßenraum zeigt [12]. Diese Modellprojekte und ihre Erkenntnisse müssen nun den Weg in die Planungspraxis finden. 59 3 · 2022 TR ANSFORMING CITIES THEMA Luft, Boden, Wasser LITERATUR [1] Oke, T.: Boundary layer climates, 2. edition. London a. a.: Routledge, 1987. [2] Oke, T., Mills, G., Christen, A., Voogt, J.: Urban Heat Island. In Urban Climates (2017) pp. 197 - 237. Cambridge: Cambridge University Press. [3] Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt: Stadtklimatische Bestandsaufnahme und Bewertung für das Landschaftsprogramm Hamburg Klimaanalyse und Klimawandelszenario 2050, 2012. [4] World Health Organization: Public Health Advice on Preventing Health Effects of Heat—New and Updated Information for Different Audiences; WHO Regional Office for Europe: Copenhagen, Denmark, 2011. [5] Bundesregierung: Fortschrittsbericht zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel Deutscher Städtetag: Anpassung an den Klimawandel in den Städten. Forderungen, Hinweise und Anregungen. Deutscher Städtetag, Berlin und Köln, 2019. [6] BlueGreenStreets: BlueGreen-Streets als multicodierte Strategie zur Klimafolgenanpassung - Wissensstand 2020, April 2020, Hamburg. [7] Bajc, K., Gollata, J., Kreutz, S., Matullat, J., Meyer, C., Quanz, J., Stokman, A., Dickhaut, W., Gertz, C., Knieling, J.: Lineare Infrastrukturlandschaften im Wandel - Perspektiven für eine blau-grüne Transformation von Stadtstraßen und kanalisierten Gewässern. Herausgegeben von Stokman, A., Dickhaut, W., Gertz, C., Knieling, J. Diskussionspapier / Working. Mai 2022, HafenCity Universität Hamburg, Hamburg. [8] Statistisches Amt für Hamburg und Schleswig-Holstein: Statistische Berichte - Bodenflächen in Hamburg am 31.12.2020 nach Art der tatsächlichen Nutzung. Herausgegeben am 8. September 2021. [9] Quanz, J.: Hitzevulnerabilität in Hamburg - Vulnerabilitätsbetrachtung im sozio-ökologische-teschnischen System. PLANERIN 3 (2022) S. 45 - 46. [10] Peters, C.: Gesundheit und Stadtgrün in Hamburg: Ein Trend mit Zukunft? In: Rainer Fehr und Jobst Augustin (Hg.): Nachhaltige StadtGesundheit Hamburg II. Neue Ziele, Wege, Initiativen, (2022) S. 100 - 110. [11] Jacobs, C., Klok, L., Bruse, M., Cortes-o, J., Lenzholzer, S., Kluck, J.: Are urban water bodies really cooling? . Urban Climate, 32, (2020) 100607. [12] BlueGreenStreets (2022): BlueGreen-Streets Toolbox - Teil A. Multifunktionale Straßenraumgestaltung urbaner Quartiere, März 2022, Hamburg. [13] Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Verkehr und Mobilitätswende: Straßenquerschnittsflächen SIB Hamburg, 2016. Online abgerufen unter https: / / metaver.de/ trefferanzeige? cmd=doShowDocument&do cuuid=BF946DDC-551F-463C-8367-7B76D0203F18 am 09.12.2020. [14] Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft: Straßenbaumkataster Hamburg, 2019. Online abgerufen unter https: / / metaver.de/ trefferanzeige? cmd=doShowDocument&d ocuuid=C1C61928-C602-4E37-AF31-2D23901E2540 am 13.07.2020. [15] Nello-Deakin, S.: Is there such a thing as a ‚fair ‘ distribution of road space? Journal of urban Design, 24: 5, (2019) p. 698 - 714. [16] Umweltbundesamt: Treibhausgas-Emissionen und Auslastung des Personenverkehrs 2019 nach Verkehrsmitteln, 2021. Online abgerufen unter https: / / www. umweltbundesamt.de/ bild/ tab-treibhausgas-emissionen-auslastung-des am 12.07.2022. [17] Agora Verkehrswende: Mit der Verkehrswende die Mobilität von morgen sichern. 12 Thesen zur Verkehrswende, 2017. [18] Kruse, E., Rodríguez Castillejos, Z., Dickhaut, W., Dietrich, U. (Hrsg.): Überflutungs- und Hitzevorsorge in Hamburger Stadtquartieren. Wissensdokument. Unter Mitarbeit von Werner Steinke. HafenCity Universität Hamburg; Hamburg. 1. Auflage, 2017. [19] Umweltbundesamt: Klimaanpassung in der räumlichen Planung: Starkregen, Hochwasser, Massenbewegungen, Hitze, Dürre: Gestaltungsmöglichkeiten der Raumordnung und Bauleitplanung : Praxishilfe, 2016. [20] Gill, S., Handley, J., Ennos, A., Pauleit, S.: Adapting Cities for Climate Change: The Role of the Green Infrastructure. Built Environment, 33 (1), (2007) p. 115 - 133. [21] Davern, M., Farrar, A., Kendal, D., Giles-Corti, B.: Quality Green Public Open Space Supporting Health, Wellbeing and Biodiversity: A Literature Review. Report prepared for the Heart Foundation, SA Health, Department of Environment, Water and Natural Resources, Office for Recreation and Sport, and Local Government Association (SA). University of Melbourne: Victoria, 2016. [22] Umweltbundesamt: Untersuchung der Potentiale für die Nutzung von Regenwasser zur Verdunstungskühlung in Städten. Abschlussbericht, 2019. Justus A. Quanz, M.Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Fachgebiet Umweltgerechte Stadt- und Infrastrukturplanung HafenCity Universität Hamburg Kontakt: justus.quanz@hcu-hamburg.de Dipl.-Ing. Stefan Kreutz Wissenschaftlicher Mitarbeiter Fachgebiet Landschaftsarchitektur und Landschaftsplanung HafenCity Universität Hamburg Kontakt: stefan.kreutz@hcu-hamburg.de Christoph Meyer, M.A. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Inst. für Verkehrsplanung und Logistik W8 Technische Universität Hamburg Kontakt: christoph.meyer.vpl@tuhh.de Dipl.-Ing. Katarina Bajc Wissenschaftliche Mitarbeiterin Fachgebiet Landschaftsarchitektur und Landschaftsplanung HafenCity Universität Hamburg Kontakt: katarina.bajc@hcu-hamburg.de Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Dickhaut Fachgebietsleitung Umweltgerechte Stadt- und Infrastrukturplanung HafenCity Universität Hamburg Kontakt: wolfgang.dickhaut@hcu-hamburg.de Judith Gollata, M.A. Wissenschaftliche Mitarbeiterin Fachgebiet Stadtplanung und Regionalentwicklung HafenCity Universität Hamburg Kontakt: judith.gollata@hcu-hamburg.de AUTOR*INNEN