Das Stadtklima steuern Klimasimulation, Clemens-Areal, Wiesbaden, Stadtklima, Hitzeinseln, Kaltluftströme Kai Babetzki, Philipp Herrmann Gebäude, Grünflächen und Straßen beeinflussen das Mikroklima eines Quartiers maßgeblich. Sie entscheiden mit darüber, wie heiß, windig oder angenehm es dort ist. Um die Effekte gezielt zu steuern, greifen Forscher und Planer auf Stadtklimasimulationen zurück. Mit ihnen lassen sich Hitzeinseln, Frischluftschneisen und klimatische Auswirkungen von Bebauung oder Begrünung präzise untersuchen. Ein konkretes Beispiel dafür ist das Clemens-Areal in Wiesbaden. Verschiedene Entwürfe zeigen hier bereits, wie sich thermischer Komfort und Aufenthaltsqualität durch klimagerechte Planung im Quartier deutlich verbessern lassen. Der Klimawandel wirkt sich längst spürbar auf unsere Städte aus: Die Temperaturen steigen, Hitzewellen treten häufiger auf und es kommt zunehmend zu Belastungen für Menschen und Umwelt. Um dem entgegenzuwirken, müssen Städte klimaangepasst planen. Die Stadtklimatologie verfolgt dabei das Ziel von besserer Luftqualität und angenehmen thermischen Bedingungen. Das gelingt beispielsweise dadurch, Wärmeinseln zu reduzieren und Frischluftzonen zu fördern. Dafür kommen moderne Werkzeuge zum Einsatz, die als fundierte Entscheidungsgrundlagen dienen. Sie simulieren die klimatischen Prozesse 32 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0073 und mehr Hitzestress? Oder kann sie, etwa durch gezielte Verschattung und optimierte Luftzirkulation, sogar zur Verbesserung des thermischen Komforts beitragen? Darüber hinaus spielen weitere klimarelevante Faktoren eine Rolle in der Bewertung von Planungsvarianten. Etwa die Frage: Bleiben wichtige Kaltluftschneisen erhalten oder werden sie durch neue Bebauung blockiert? Welche Effekte haben begrünte Dächer und Fassaden auf das Mikroklima? Wo entstehen potenzielle Hitzeinseln, und wie lassen sie sich gezielt entschärfen? Auch konkrete Fragestellungen aus dem Alltag lassen sich heute mitdenken und beantworten: Wie stark heizt sich ein Schulhof zur Mittagszeit auf? Wie stark ein Marktplatz? Moderne Stadtklimasimulationen liefern auf all diese Fragen belastbare Antworten und machen Klimaanpassung zu einem integralen Bestandteil zukunftsfähiger Stadtplanung. Vergleichbarkeit und Planungssicherheit Damit die Maßnahmen zur Klimaanpassung jedoch nicht nur gut gemeint, sondern auch wirksam sind, braucht es tragbare Entscheidungsgrundlagen. Genau hier setzen moderne Stadtklimasimulationen an: Sie ermöglichen es, unterschiedliche städtebauliche Entwürfe objektiv und unter identischen klimatischen Rahmenbedingungen miteinander zu vergleichen. Um valide Aussagen treffen zu können, reicht der Blick auf ein einzelnes Quartier aber nicht aus. Notwendig ist die Simulation des gesamten Stadtgebiets inklusive der umliegenden Kaltluftentstehungsgebiete sowie realer Wetter- und Geländedaten. Nur so lassen sich die Auswirkungen von Bebauungsdichte, Gebäudeanordnung, Begrünung oder Freiflächen auf das Mikroklima präzise erfassen. Die Ergebnisse zeigen dann deutlich, wie sich einzelne Varianten unterscheiden, und schaffen eine nachvollziehbare stadtklimatologische Rangfolge, die als Orientierung für Planerinnen und Planer dient. 3D -Stadtklimamodellierungen machen dabei sichtbar, wie sich bauliche Veränderungen auf den thermischen Komfort auswirken; und das nicht nur punktuell, sondern über Tages- und Jahreszeiten hinweg. Das Ziel liegt darin, eine ganzjährig hohe Aufenthaltsqualität für unterschiedliche Nutzergruppen zu sichern, sei es auf Schulhöfen, in Parks, auf öffentlichen Plätzen oder in Wohnquartieren. Rechtlich stützt sich die klimabezogene Planung auf das Baugesetzbuch (§1 Abs. 5 BauGB) sowie die Deutsche Anpassungsstrategie (DAS), die das Stadtklima und die Luftqualität als zentrale Themen nennt. Damit wird klar: Klimagerechte Planung präzise und bewerten die Auswirkungen geplanter Maßnahmen; zum Beispiel neue Bebauungs- oder Begrünungskonzepte. Simulationen im Clemens-Areal in Wiesbaden Welche Programme dafür zur Verfügung stehen, wie die Ergebnisse solcher Berechnungen aussehen und welchen praktischen Nutzen Stadtplaner davon haben, das zeigt ein Fallbeispiel aus Wiesbaden. Die Landeshauptstadt entwickelt derzeit einen Bebauungsplan für das Clemens-Areal in Mainz-Kastel mit dem Ziel, ein nachhaltiges und klimaangepasstes Quartier zu schaffen. Der Siegerentwurf des städtebaulichen Wettbewerbs von Planquadrat Elfers Geskes Krämer berücksichtigt bereits wichtige Aspekte wie die Durchlüftung des Areals und den Erhalt wertvoller Baumbestände. Wie sich die weitere Quartiersentwicklung gezielt für stadtklimatologische Fragestellungen sensibilisieren lässt, zeigt Wiesbaden mit einem innovativen Ansatz, der Stadtplanung und Klimaforschung vereint. Für das Bebauungsplanverfahren simulierten die Fachleute vom Beratungs- und Planungsunternehmen Drees & Sommer dazu den aktuellen Stadtklimazustand und verglichen ihn mit verschiedenen Entwicklungsszenarien. Dazu gehörten das Clemens- Areal sowie weitere Bau- und Planvorhaben wie die Helling Höfe, die Kastel Housing Area und das Baufeld Ost. Die Experten analysierten zudem, wie sich neue Bebauung auf das Mikroklima auswirkt und welche klimatischen Veränderungen zu erwarten sind. Die Ergebnisse wurden in Klimafunktions- und Planungshinweiskarten zusammengefasst. Sie fließen in die weitere Planung ein und unterstützen die Stadt Wiesbaden künftig dabei, klimaangepasste Entscheidungen zu treffen. Klimaanpassung gezielt in die Planung integrieren Städte stehen heute vor einer doppelten Herausforderung: Sie wachsen schnell und müssen gleichzeitig besser auf die Folgen des Klimawandels vorbereitet sein. Deshalb muss Klimaanpassung möglichst frühzeitig und systematisch in die Planung einfließen. Wie lassen sich die jeweiligen Maßnahmen nun aber sinnvoll in Bebauungspläne einbinden? Und wie gelingt es, unterschiedliche Planungsvarianten objektiv hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf das Stadtklima zu bewerten? Klar ist: Begrünte Flächen, offene Wasserzonen und weniger Versiegelung verbessern das Mikroklima. Aber solche Grundannahmen greifen zu kurz, wenn es darum geht, komplexe Wechselwirkungen zuverlässig zu erfassen. Ein zentraler Aspekt ist die bauliche Dichte: Führt eine engere Bebauung zwangsläufig zu höheren Temperaturen THEMA Digitalisierung und Sicherheit 33 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0073 Wetterdaten, topografische Gegebenheiten und die konkrete Bebauung. PALM ist jedoch nicht nur kostenlos nutzbar, sondern wird auch ständig weiter verbessert und kommt in vielen Forschungsbereichen zum Einsatz. Zum Beispiel ist es bei der Untersuchung von Wolken, Windkraft oder Wetter in den Bergen tätig. Das Programm arbeitet mit flexiblen Einstellungen und berücksichtigt sowohl die Umgebung als auch einzelne Gebäude. So lassen sich genaue Aussagen über Luftbewegung, Temperaturgefühl und Luftqualität treffen. Vom Modell zur Anwendung: Kaltluftströme als Planungsfaktor Wie sich die zuvor beschriebenen Modellierungsansätze konkret in der Praxis umsetzen lassen, zeigt ein Simulationsszenario, das den Kaltlufthaushalt rund um das Clemens-Areal in Wiesbaden untersucht (siehe Bild 1). Die Analyse umfasst nicht nur das eigentliche Plangebiet, sondern auch angrenzende Entwicklungsflächen wie die Kastel Housing Area, die Hellinghöfe und das Ostfeld sowie den Ideenteil zur möglichen Verdichtung. Im Zentrum steht die Frage, wie sich die Entstehung und Ausbreitung von Kaltluft durch unterschiedliche städtebauliche Maßnahmen beeinflussen lässt. Zum Zeitpunkt der Simulation lag der finale Siegerentwurf für das ist kein Zusatz, sondern ein gesetzlich verankerter Bestandteil verantwortungsvoller Stadtentwicklung. Das Mikroklima verstehen und gezielt gestalten Eine klimabewusste Stadtentwicklung beginnt mit dem Verständnis des Mikroklimas. Denn nur wer weiß, wie sich Luftströme, Temperatur und Feuchtigkeit in einem Quartier verhalten, kann gezielt Maßnahmen zur Verbesserung des thermischen Komforts ergreifen. Besonders relevant ist dabei die Frage, wie sich kühle Luft in einem Stadtteil ausbreitet; etwa entlang von Frischluftschneisen oder zwischen Gebäuden. Doch viele gängige Programme stoßen hier schnell an ihre Grenzen. Programme wie ENVI-met oder TRNSYS helfen zwar dabei, einzelne Gebäude zu planen oder den Energieverbrauch zu berechnen, aber sie sind nicht dafür gemacht, das Zusammenspiel von Luft, Temperatur und Umgebung in einem ganzen Stadtteil zu erfassen. Hier kommt das Stadtklimamodell PALM ins Spiel . Entwickelt an der Universität Hannover, ist PALM das einzige frei zugängliche Programm, das komplexe Klimasimulationen auf Stadtmaßstab zuverlässig durchführen kann. Es berechnet präzise, wie sich Luft und Temperatur in urbanen Räumen verhalten; Angefangen vom einzelnen Gebäude bis hin zum gesamten Quartier. Dabei berücksichtigt es reale Bild 1: Clemens-Areal (rot) und Ideenteil (blau) zur weiteren Verdichtung im Gebiet. © Drees & Sommer THEMA Digitalisierung und Sicherheit 34 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0073 Ostfeld noch nicht vor. Daher wurde mit einem vergleichbaren städtebaulichen Modell gearbeitet, das in Struktur und Dichte einem klimaangepassten Entwurf nahekommt. Die abschließende klimaökologische Bewertung des tatsächlichen Preisträgerentwurfs steht noch aus. Trotzdem erlaubt die gewählte Vorgehensweise bereits belastbare Aussagen darüber, wie sich verschiedene Planungsansätze auf das Stadtklima auswirken; insbesondere im Hinblick auf die Führung von Kaltluftströmen, den thermischen Komfort und die Aufenthaltsqualität in den künftigen Quartieren. Diese werden im Anschluss erläutert. Bewertung der bio-klimatischen Belastung Neben der Analyse von Kaltluftströmen ist die Bewertung der bioklimatischen Belastung ein zentraler Baustein für die Entwicklung eines stadtklimatologischen Leitbilds. Denn nicht nur die Luftbewegung, sondern auch die gefühlte Temperatur und die nächtliche Wärmebelastung beeinflussen maßgeblich das Wohlbefinden der Stadtbewohnerinnen und -bewohner in dicht bebauten Quartieren. Die bioklimatische Belastung wird vor allem anhand zweier Parameter beurteilt: der Perceived Equivalent Temperature (PET), auf Deutsch Physiologisch Äquivalente Temperatur, und der Nachttemperatur. Die PET berücksichtigt neben der Lufttemperatur auch Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Strahlungseinflüsse und basiert auf einem physiologischen Modell, das den Wärmehaushalt des menschlichen Körpers simuliert. Die Nachttemperatur wiederum ist entscheidend für die nächtliche Regeneration und das allgemeine Wohlbefinden, was insbesondere für heiße Sommernächte gilt. Um die thermische Belastung in der Stadt zu bewerten, erstellen Fachleute zunächst Klimafunktionskarten, die die räumliche Verteilung klimatischer Bedingungen sichtbar machen. Anschließend vergleichen sie diese mit Differenzkarten, um die Auswirkungen verschiedener Planungsvarianten direkt gegenüberzustellen. Für eine objektive und standardisierte Bewertung setzen sie ein statistisches Verfahren ein: die sogenannte z-Transformation nach einer Richtlinie des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI). Dieses Verfahren wandelt die Messdaten in eine vergleichbare Form um und ermöglicht eine klare Einordnung der Belastungsniveaus für den Hitzestress. So lassen sich klimatische Auffälligkeiten, extreme Wetterereignisse oder langfristige Trends zuverlässig erkennen und es kann dementsprechend gezielt planerisch darauf reagiert werden. Bild 2: Differenz des Kaltluftvolumenstroms gegenüber des Bestandsszenarios, 01.08.2018 04: 00 Uhr, Einströmungsrichtung 25 ° (NNO). © Drees & Sommer Stadtstruktur und Wetterdaten bewerten das Mikroklima Für die klimatischen Berechnungen des Clemens- Areals in Wiesbaden flossen neben meteorologischen Eingangsdaten auch städtebauliche Merkmale wie Gebäudehöhen, Bodenmaterialien und Baumstandorte in das Modell mit ein. Da das Baumverzeichnis der Stadt nur Bäume entlang von Straßen enthält, wurden weitere Baumstandorte und deren Höhen mithilfe eines digitalen Oberflächenmodells ergänzt, also einer Art 3D-Karte, welche die Höhenunterschiede in der Stadt zeigt. Die Modellierung erfolgte erneut mit dem Stadtklimamodell PALM, das auf hochauflösenden Eingangsdaten basiert. Damit das Modell funktionierte, mussten viele Daten in ein bestimmtes Format gebracht werden. Dafür wurde ein Hilfsprogramm namens PalmPy verwendet, das die Daten so aufbereitete, dass sie vom Klimamodell gelesen und verarbeitet werden konnten. Die Wetterdaten stammten aus den Archiven des Deutschen Wetterdienstes. Um zu zeigen, wie sich extreme Hitze auf das Gebiet auswirkt, wurde ein typischer heißer Sommertag mit über 30 THEMA Digitalisierung und Sicherheit 35 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0073 eine prozentuale Verbesserung des Kaltluftvolumenstromes. Dunkelgraue Flächen weisen in diesem Zusammenhang auf das Einstauen der Kaltluft hin. Die Karte zeigt, dass es im Bereich des rot umrandeten Clemens-Areals hauptsächlich zu einer Verringerung des Kaltluftvolumenstromes kommt. Bild 3 zeigt die modellierte Veränderung der humanbioklimatischen Belastung im Projektgebiet zur Mittagszeit um 12: 00 Uhr im Vergleich zum Bestandsszenario. Der verwendete Index macht deutlich, dass sich die Wärmebelastung in großen Teilen des Areals reduziert - sichtbar an einem überwiegenden Anteil grüner gegenüber roter Flächen. Diese Entwicklung ist vor allem auf die Umgestaltung der Flächen, die Zunahme und qualitative Verbesserung der Vegetation sowie die veränderte Gebäudekulisse zurückzuführen. Durch die Pflanzung zusätzlicher Bäume und die Anlage neuer Grünflächen entsteht eine kühlende Wirkung, die das Mikroklima positiv beeinflusst. Gleichzeitig sorgen die neuen Gebäude durch ihre Anordnung und Höhe für zusätzliche Verschattung, wodurch die direkte Sonneneinstrahlung reduziert und die Wärmebelastung weiter verringert wird. Planungsrelevante Hinweise zur klimatischen Bewertung urbaner Räume Die Ergebnisse aus Mikro- und Mesoklima-Simulationen bilden eine zentrale Grundlage für planungsrelevante Empfehlungen in der Stadtentwicklung. Im Fokus stehen insbesondere Wetterlagen mit hohen Temperaturen und geringen Windgeschwindigkeiten - typischerweise autochthones Strahlungswetter. Die Berücksichtigung dieser klimatischen Szenarien ist aus mehreren Gründen von essenzieller Bedeutung: 1. Gesundheit und Wohlbefinden der Bevölkerung Städtische Wärmeinseln, auch Urban Heat Island- Effekt genannt, führen an heißen Tagen zu deutlich erhöhten Temperaturen im urbanen Raum. Das kann gesundheitliche Risiken wie Hitzschlag, Dehydrierung und Atembeschwerden begünstigen. Eine differenzierte klimatische Bewertung ermöglicht die Identifikation besonders belasteter Bereiche und die Ableitung gezielter Schutzmaßnahmen - etwa durch schattenspendende Begrünung, kühlende Wasserflächen oder die Förderung der Luftzirkulation. 2. Energieeffizienz und Verbrauchssteuerung Mit steigenden Temperaturen erhöht sich auch der Energiebedarf durch vermehrte Nutzung von Klimaanlagen und Ventilatoren. Die Simulationsergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse zur Entwicklung energieeffizienter Strategien, wie der Einsatz passiver Grad simuliert. Das Modell lieferte dann sehr detaillierte Informationen - etwa wie stark die Sonne schien, wie viel Wärme von Gebäuden abgestrahlt wurde, wie der Wind wehte und wie warm und feucht die Luft war. Um zu bewerten, wie angenehm oder belastend das Klima für Menschen ist, wurden zwei spezielle Kennzahlen verwendet: PET und der universelle thermische Klimaindex UTCI (Universal Thermal Climate Index). Diese Werte helfen dabei einzuschätzen, wie sich die Temperatur tatsächlich anfühlt; also ob es für Menschen angenehm, zu heiß oder belastend ist. Dabei wird auch berücksichtigt, ob man sich draußen aufhalten möchte oder eher Schutz vor der Hitze sucht. Vergleich der Ergebnisse zwischen Ist- und Plan-Szenario Bild 2 zeigt den prozentualen Unterschied des Kaltluftvolumenstromes zwischen dem Ist- und dem Planzustand, nachdem eine z-Transformation durchgeführt wurde. Die roten Flächen zeigen eine prozentuale Verschlechterung, die grauen Flächen Bild 3: Differenz der PET gegenüber des Bestandsszenarios, 31.07.2018 12: 00 Uhr, Einströmungsrichtung 177° (SSO). © Drees & Sommer THEMA Digitalisierung und Sicherheit 36 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0073 in den vorgesehenen Aufenthaltsbereichen deutlich reduziert. Die gezielten Maßnahmen zur Begrünung und Verschattung auf dem Clemens-Areal in Wiesbaden tragen wesentlich zur Verbesserung des Mikroklimas bei und erhöhen die Aufenthaltsqualität im Projektgebiet spürbar. ENDNOTEN i https: / / palm.muk.uni-hannover.de/ trac Eingangsabbildung: © AI-generated.jpg Kühltechniken, die Integration von Vegetation zur Temperaturregulierung oder die Optimierung der Gebäudestruktur hinsichtlich thermischer Belastung. 3. Steigerung der urbanen Lebensqualität Ein angenehmes Mikroklima trägt maßgeblich zur Aufenthaltsqualität im öffentlichen Raum bei. Grünflächen, Wasserflächen und gut belüftete Bereiche schaffen attraktive Orte, die auch bei sommerlicher Hitze zum Verweilen einladen. Die Simulationen unterstützen die gezielte Gestaltung solcher klimatisch begünstigten Zonen. 4. Integration in die städtebauliche Planung Die klimatische Bewertung ist ein integraler Bestandteil nachhaltiger Stadtentwicklung. Sie liefert belastbare Grundlagen für die Planung von Bauvorhaben und Infrastrukturmaßnahmen, die das Stadtklima positiv beeinflussen - etwa durch die Schaffung von Frischluftschneisen, die Begrünung von Dächern und Fassaden oder die Reduktion versiegelter Flächen. 5. Beitrag zur Nachhaltigkeit Ein fundiertes Verständnis des städtischen Klimas fördert die Umsetzung nachhaltiger Entwicklungsprozesse. Die daraus abgeleiteten Maßnahmen verbessern nicht nur das Mikroklima, sondern tragen auch zur Ressourcenschonung und zur Reduktion von Umweltbelastungen bei. Deutliche Reduktion der Wärmebelastung Insgesamt lässt sich festhalten, dass sich die thermische Belastung für Nutzende und Anwohnende AUTOR: INNEN Kai Babetzki, Leading Consultant bei Drees & Sommer SE Philipp Herrmann, Consultant bei Drees & Sommer SE Kategorien empfundene Temperatur Thermische Belastung > 14,1 °C bis 23 °C Keine Wärmebelastung (Behaglichkeit) > 23 °C bis 27 °C Schwache/ Leichte Wärmebelastung > 27 °C bis 35 °C Mäßige Wärmebelastung > 35 °C bis 41 °C Starke Wärmebelastung > 41 °C Extreme Wärmebelastung Tabelle 1: Bewertungsskala für den thermischen Komfort anhand der PET (© VDI 3787, Blatt 2). THEMA Digitalisierung und Sicherheit 37 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0073