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Schweizerischer Nationalfonds / Fonds national suisse

SNF: Energieverbrauch

28.02.2008 – 09:00

Bern (ots)

- Hinweis: Bildmaterial steht zum kostenlosen Download bereit  
     unter: http://www.presseportal.ch/de/pm/100002863 -
Wider den Energiehunger der Städte
In Städten liegen die Temperaturen normalerweise höher als im 
Umland - ein Phänomen, das als «urbane Hitzeinsel» bekannt ist. Im 
Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Nachhaltige Siedlungs- und
Infrastrukturentwicklung» (NFP 54) untersuchen Forschende der ETH 
Lausanne, wie sich mit der "Hitzeinsel" besser umgehen lässt. Ziel 
ist eine Verringerung des Energieaufwands für die Wärmeregulierung in
den Gebäuden.
Dass es urbane Wärmeinseln gibt, ist eine Tatsache: Die Menschen 
verbrauchen im Alltag enorme Mengen von Energie, die zu einem 
Grossteil in Wärme umgewandelt wird. Unzählige Gebäudeflächen werden 
von der Sonne beschienen, und die Baumaterialien nehmen die 
Sonnenwärme äusserst effizient auf. Gleichzeitig wird diese Wärme 
durch die unebene Oberflächenstruktur der Stadt gefangen und kann 
sich während der Nacht schlechter verflüchtigen. Die Stadt speichert 
dadurch die Hitze und kühlt sich in der Nacht weniger schnell ab als 
Felder und Wälder in der Umgebung. Das Ausmass der Erwärmung hängt 
von zahlreichen städteplanerischen Faktoren ab: etwa von der Grösse 
und Farbe der Gebäude, von den Baumaterialien, der Breite und der 
Ausrichtung der Strassen oder von der Bevölkerungsdichte. Das 
Temperaturgefälle zwischen einer Stadt und ihrer Umgebung kann bis zu
zehn Grad Celsius betragen.
Komplexes Phänomen
Je nach Klima oder Jahreszeit kann eine Hitzeinsel dazu beitragen, 
dass der Energieaufwand für die Wärmeregulierung in den Gebäuden 
entweder steigt oder sinkt. In einem kalten Klima wirkt sich ein 
Wärmeüberschuss positiv aus, da weniger Energie zum Heizen 
erforderlich ist. Wird hingegen die Hitze in wärmeren Gebieten mit 
Klimaanlagen bekämpft, steigt dadurch der Energiekonsum zusätzlich - 
und es wird draussen noch heisser! In Gebieten wie der Schweiz mit 
ausgeprägten Jahreszeiten ist die Lage noch komplizierter: Im Winter 
ist die Wirkung günstig, im Sommer ungünstig.
So komplex die Zusammenhänge, so klar ist die Schlussfolgerung: 
Urbane Hitzeinseln beeinflussen die Energiebilanz in städtischen 
Gebieten. Wie lässt sich diese Bilanz nun am ehesten verbessern? 
Diese Frage stellten sich Alain Clappier und Darren Robinson, 
Forscher an der ETH Lausanne, im Rahmen des Nationalen 
Forschungsprogramms «Nachhaltige Siedlungs- und 
Infrastrukturentwicklung» (NFP 54).
Ein Modell, drei Ebenen
Für Alain Clappier ist die Situation an jedem Ort anders, «es gibt 
keine allgemeingültige Antwort». Die beiden Wissenschafter haben 
deshalb ein Modell entwickelt, mit dem sich das Phänomen nachbilden 
lässt. Es basiert auf drei Modulen, die drei verschiedene Ebenen 
betrachten:
- Das erste Modul simuliert die meteorologischen Daten eines Orts mit
den drei Grössen Temperatur, Windgeschwindigkeit und Windrichtung.
- Mit dem zweiten Modul wird der Wärmeaustausch auf der Stufe eines 
Quartiers berechnet. Gebäude werden in Form von Parallelepipeden 
dargestellt, mit Angabe von Höhe, Breite, Länge, Ausrichtung, 
Abstand, Farbe, Baumaterialien und Fensterflächenanteil.
- Mit dem dritten Modul wird die Energiebilanz der einzelnen Gebäude 
betrachtet. Berücksichtigt werden Art der Heizung und Kühlung, Anzahl
Benutzer und Verwendungszweck.
Zum Testen ihres Modells konnten Alain Clappier und Darren 
Robinson auf die direkten Messungen zur Hitzeinsel Basel 
zurückgreifen, die im Rahmen der Messkampagne BUBBLE* vorgenommen 
worden waren. Die ersten Versuche fielen sehr vielversprechend aus: 
Das Modell und die Messungen vor Ort stimmen überein. Die beiden 
Wissenschafter können nun Szenarien zur städtischen Entwicklung 
erstellen - indem sie Quartiere und Städte virtuell verändern oder 
bauen - und die Auswirkungen auf das Phänomen der urbanen Hitzeinsel 
untersuchen.
Entscheidungshilfe
Könnte das Modell in Zukunft bei der Planung von Städten konkret 
eingesetzt werden? «Das ist das Ziel unserer Arbeit», erklärt Darren 
Robinson. «Aber wir versuchen keineswegs, den Städteplanern 
vorzuschreiben, was sie zu tun haben!» Das Modell liefert denn auch 
keine Lösungsvorschläge, sondern zeigt lediglich auf, welche 
ökologischen Folgen verschiedene städtebauliche Szenarien hätten. Es 
handelt sich somit in erster Linie um eine Entscheidungshilfe, mit 
der sich ein noch allzu häufig vernachlässigter Faktor 
berücksichtigen lässt.
Für die beiden Forscher liegt der Schlüssel zu einer weltweiten 
Drosselung des Energiekonsums - und damit zu weniger 
Treibhausgasemissionen und einer besseren Luftqualität - in erster 
Linie in den Städten. Bereits heute lebt mehr als die Hälfte der 
Weltbevölkerung in urbanen Gebieten, und die städtischen 
Ballungszentren werden immer grösser. Am meisten fossile Energie 
verzehren dabei der Verkehr und die Wärmeregulierung in Gebäuden - 
zwei vorwiegend urbane Themen. Im Hinblick auf eine nachhaltige 
Entwicklung führt somit kein Weg an einer Verbesserung der 
Energiebilanz in den Städten vorbei. Ein optimaler Umgang mit dem 
Phänomen der urbanen Hitzeinseln kann dazu einen Beitrag leisten.
*BUBBLE: Basel Urban Boundary Layer Experiment
(http://pages.unibas.ch/geo/mcr/Projects/BUBBLE/
Text und Bild dieser Medieninformation stehen auf der Website des 
Schweizerischen Nationalfonds zur Verfügung: http://www.snf.ch > 
Medien > Bild des Monats

Kontakt:

Dr. Alain Clappier
ETH Lausanne
Laboratorium für Luft- und Bodenverschmutzung
1015 Lausanne
Tel. +41 (0)21 993 61 60
E-Mail: alain.clappier@epfl.ch

Dr. Darren Robinson
ETH Lausanne
Laboratorium für Solarenergie und Gebäudephysik
1015 Lausanne
Tel. +41 (0)21 693 45 43
E-Mail: darren.robinson@epfl.ch

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