Der Klimawandel ist ein globales Problem, das sich aber vor allem in seinen lokalen Folgen bemerkbar macht. So verändert sich auch das Klima in unseren Städten: Es wird extremer. Doch wie genau und wodurch verändert sich das Stadtklima? Und was können wir dagegen tun?
Nach aktuellem Wissensstand bringt der Klimawandel zwei wesentliche Effekte mit sich: Erstens steigt die Durchschnittstemperatur. Zweitens regnet es über das gesamte Jahr betrachtet zwar nicht mehr, allerdings verschieben sich die Regenintensitäten. So fallen in den Sommermonaten zwar grundsätzlich weniger Niederschläge und in den Wintermonaten entsprechend mehr, jedoch ist die Intensität der fallenden Niederschläge in den Sommermonaten deutlich höher.
Mehr Starkregenereignisse – ein Effekt des Klimawandels
Mit zunehmenden Niederschlagsstärken steigt auch die Belastung der Entwässerungssysteme und somit deren Überlaufhäufigkeit. Denn die bestehenden Systeme sind für geringere Regenwasserintensitäten dimensioniert und müssten, um anfallendes Regenwasser ohne Rückstau ableiten und so Schäden vermeiden zu können, deutlich größere Kapazitäten aufweisen. Doch das können sie nicht und der Ausbau der Infrastruktur für ein rückstaufreies Ableiten dieser Wassermengen ist aus verschiedenen Gründen nicht umsetzbar. Die zwei wesentlichsten Faktoren sind der hohe Kosten- und Platzbedarf.
Um also ein sicheres Ableiten bzw. Speichern des Regenwassers gewährleisten zu können, müssen Regenwasserrückhalteräume, geschaffen werden. Betrachtet man die baulichen Ebenen in urbanen Räumen, stellt man jedoch schnell fest, dass kaum Fläche für die Ausbildung solcher Regenwasserrückhalteanlagen vorhanden ist. Besonders im Tiefbau wären entsprechende Maßnahmen nur mit erheblichem Aufwand möglich, denn die unterirdischen Räume in Stadtgebieten sind belegt mit Leitungen und Kanälen oder durch Tiefgaragen unter den Gebäuden. Oberirdisch befinden sich in städtischen Arealen fast ausschließlich Gebäude und öffentliche Flächen, wie zum Beispiel Straßen. Da besonders Letztere nur bedingt als Regenwasserrückhalteraum dienen können, bleiben schließlich nur die Gebäudeflächen als möglicher Nutzungsraum.
Gründächer als Wasserspeicher
Einfach verfügbar sind hierbei vor allem die Dachflächen: Sie stellen einen nennenswerten Flächenanteil im Stadtbereich dar und sind zudem oft durch ihre bauliche Beschaffenheit zur Nutzung als Retentionsfläche prädestiniert. Durch den dezentralen Rückhalt von Regenwasser über Retentionsdächer, also Gründächer mit einer speziellen Systematik zur Regenwasserbewirtschaftung, wird die Belastung der städtischen Infrastruktur und damit die Häufigkeit von Überflutungsereignissen deutlich reduziert. So kann beispielsweise auf 0°-Dächern im Tiefgaragenbereich ohne größere Aufwendungen ein 100-jähriges Regenereignis (d. h. ein Regenereignis das von der Intensität her statistisch nur alle 100 Jahre vorkommt) inklusive möglicher umliegender Dachflächen zurückgehalten werden. Maßnahmen dieser Art, angewendet auf ganze Baugebiete, würden die Resilienz des gesamten urbanen Bereiches gegenüber Starkregenereignissen deutlich erhöhen.
Überhitzung der Städte – ein weiterer Effekt des Klimawandels
Neben dem Schutz vor Überflutungen ist die Hitzereduzierung eine drängende Aufgabe der modernen Stadtplanung. Vergleicht man im Sommer die Lufttemperatur in einem Innenstadtbereich mit der Lufttemperatur in der ländlichen Umgebung der Stadt, so wird man feststellen, dass sie im Innenstadtbereich deutlich höher liegt. Doch weshalb gibt es dieses Hitzeproblem in den Städten?
Der Grund hierfür liegt in der fehlenden Verdunstung im urbanen Raum. Für den Verdunstungsvorgang wird eine hohe Energiemenge benötigt: circa 2.650 Joule pro Gramm Wasser bei 20 °C. (Das entspricht in etwa der Bewegungsenergie einer Gewehrkugel). Diese Energie wird der Umgebung während des Verdunstungsprozesses entzogen, wodurch sie sich abkühlt. Dieser Vorgang ist einzigartig, denn es gibt nach aktuellem Forschungsstand tatsächlich keine andere Möglichkeit der aktiven Energieabfuhr und damit der Temperaturverminderung in unserem Lebensraum. Selbstverständlich verringert sich die Temperatur unserer Umgebung auch durch sogenannte Temperaturstrahlung: Wärmestrahlung, die jeder Körper bzw. jeder Gegenstand, der Temperatur hat, abgibt. Diese Strahlung ist der Grund, warum sich unsere Umgebung bspw. über Nacht abkühlt, da in dieser Zeit mehr Energie abgegeben als empfangen wird. Jedoch lässt sich dieser Vorgang nicht beeinflussen und zudem reicht er nicht aus, um die Temperatur in urbanen Gebieten während der Sommermonate in akzeptable Bereiche zu bringen.
Eine zusätzliche Option, um die Hitze in Stadtbereichen zu regulieren, wäre es, die Energie erst gar nicht in unseren Lebensbereich gelangen zu lassen. Dies wäre zum Teil über Reflexion möglich: beispielsweise durch das Anbringen weißer Flächen, die eindringende Wärmestrahlung direkt zurückwerfen. Allerdings ist diese Methode in der Praxis auch nur begrenzt anwendbar.
Kühlung der Städte durch Verdunstung
Was also als einzige Möglichkeit bleibt, um die Temperaturen aktiv zu vermindern und somit dem Effekt der Hitzeinseln in Städten und Ballungsräumen entgegenwirken zu können, ist die Verdunstung. Doch dafür werden große Mengen an Wasser benötigt. An diesem Punkt bekommen die bereits erwähnten Niederschläge eine Bedeutung: Denn wenn wir das Regenwasser – sowohl über die Wintermonate, als auch die Starkniederschläge in den Sommermonaten – dezentral zurückhalten, kann genau dieses Wasser für die Verdunstung verwendet werden.
Allerdings stellt sich noch die Frage nach der Art der Verdunstung. Hier bringen bepflanzte Flächen einen großen Vorteil mit sich. Denn eine offene Wasserfläche verdunstet im Vergleich deutlich weniger als eine gleichgroße Fläche, auf der Pflanzen vorhanden sind, da die Wasserfläche eine insgesamt geringere verdunstungsfähige Oberfläche besitzt. Mit Hilfe von Vegetation lässt sich Regenwasser also effizient verdunsten. Gleichzeitig können die Retentionsflächen auf den Gebäudedächern durch eine Bepflanzung optisch ansprechend gestaltet werden.
Um das in die Praxis übertragen zu können, müssen ausreichende Wasserspeicher für die Pflanzen verfügbar sein. Dafür können Wasserretentionsboxen z. B. die WRB von Optigrün eingesetzt werden, in denen wiederum Kapillarsäulen verbaut sind, die das gespeicherte Regenwasser auf die Oberfläche der Boxen fördern. Ein kapillarwirksames Vlies, das darüber verlegt wird, verteilt das Wasser auf der gesamten WRB-Oberfläche. So hält es auch die darauf ausgebrachte Substratschicht feucht, die den Pflanzen als Wurzelbereich dient. Auf diesem Weg steht den Pflanzen das ursprünglich in den Wasserretentionsboxen gesammelte Regenwasser wieder zur Verdunstung zur Verfügung. Je mehr Regenwasser den Pflanzen zur Verfügung steht, desto höher ist der Stoffwechsel der Pflanzen, der wiederum mehr CO2 bindet und das Pflanzenwachstum üppiger ausfallen lässt. Die Art und Weise, wie das Verdunsten beziehungsweise Transpirieren von Pflanzen mit deren Stoffwechsel verknüpft ist, bringt also gleich mehrere positive Effekte: Schadstoffe werden aus der Luft gefiltert und gleichzeitig fördern Retentionsdächer die Biodiversität.
Beobachtet man also all diese Effekte des Klimawandels in urbanen Gebieten sowie die Ursachen dafür, lässt sich sagen: Wir können die beiden großen Problemstellungen des Stadtklimas, Hitze und Starkregen, mit den richtigen Methoden so gegeneinander ausspielen, dass sich diese aufheben.
Autor:
Dominik Gößner, Spezialist für Regenwassermanagement, Optigrün international AG, d.goessner@optigruen.de
Nach aktuellem Wissensstand bringt der Klimawandel zwei wesentliche Effekte mit sich: Erstens steigt die Durchschnittstemperatur. Zweitens regnet es über das gesamte Jahr betrachtet zwar nicht mehr, allerdings verschieben sich die Regenintensitäten. So fallen in den Sommermonaten zwar grundsätzlich weniger Niederschläge und in den Wintermonaten entsprechend mehr, jedoch ist die Intensität der fallenden Niederschläge in den Sommermonaten deutlich höher.
Mehr Starkregenereignisse – ein Effekt des Klimawandels
Mit zunehmenden Niederschlagsstärken steigt auch die Belastung der Entwässerungssysteme und somit deren Überlaufhäufigkeit. Denn die bestehenden Systeme sind für geringere Regenwasserintensitäten dimensioniert und müssten, um anfallendes Regenwasser ohne Rückstau ableiten und so Schäden vermeiden zu können, deutlich größere Kapazitäten aufweisen. Doch das können sie nicht und der Ausbau der Infrastruktur für ein rückstaufreies Ableiten dieser Wassermengen ist aus verschiedenen Gründen nicht umsetzbar. Die zwei wesentlichsten Faktoren sind der hohe Kosten- und Platzbedarf.
Um also ein sicheres Ableiten bzw. Speichern des Regenwassers gewährleisten zu können, müssen Regenwasserrückhalteräume, geschaffen werden. Betrachtet man die baulichen Ebenen in urbanen Räumen, stellt man jedoch schnell fest, dass kaum Fläche für die Ausbildung solcher Regenwasserrückhalteanlagen vorhanden ist. Besonders im Tiefbau wären entsprechende Maßnahmen nur mit erheblichem Aufwand möglich, denn die unterirdischen Räume in Stadtgebieten sind belegt mit Leitungen und Kanälen oder durch Tiefgaragen unter den Gebäuden. Oberirdisch befinden sich in städtischen Arealen fast ausschließlich Gebäude und öffentliche Flächen, wie zum Beispiel Straßen. Da besonders Letztere nur bedingt als Regenwasserrückhalteraum dienen können, bleiben schließlich nur die Gebäudeflächen als möglicher Nutzungsraum.
Gründächer als Wasserspeicher
Einfach verfügbar sind hierbei vor allem die Dachflächen: Sie stellen einen nennenswerten Flächenanteil im Stadtbereich dar und sind zudem oft durch ihre bauliche Beschaffenheit zur Nutzung als Retentionsfläche prädestiniert. Durch den dezentralen Rückhalt von Regenwasser über Retentionsdächer, also Gründächer mit einer speziellen Systematik zur Regenwasserbewirtschaftung, wird die Belastung der städtischen Infrastruktur und damit die Häufigkeit von Überflutungsereignissen deutlich reduziert. So kann beispielsweise auf 0°-Dächern im Tiefgaragenbereich ohne größere Aufwendungen ein 100-jähriges Regenereignis (d. h. ein Regenereignis das von der Intensität her statistisch nur alle 100 Jahre vorkommt) inklusive möglicher umliegender Dachflächen zurückgehalten werden. Maßnahmen dieser Art, angewendet auf ganze Baugebiete, würden die Resilienz des gesamten urbanen Bereiches gegenüber Starkregenereignissen deutlich erhöhen.
Überhitzung der Städte – ein weiterer Effekt des Klimawandels
Neben dem Schutz vor Überflutungen ist die Hitzereduzierung eine drängende Aufgabe der modernen Stadtplanung. Vergleicht man im Sommer die Lufttemperatur in einem Innenstadtbereich mit der Lufttemperatur in der ländlichen Umgebung der Stadt, so wird man feststellen, dass sie im Innenstadtbereich deutlich höher liegt. Doch weshalb gibt es dieses Hitzeproblem in den Städten?
Der Grund hierfür liegt in der fehlenden Verdunstung im urbanen Raum. Für den Verdunstungsvorgang wird eine hohe Energiemenge benötigt: circa 2.650 Joule pro Gramm Wasser bei 20 °C. (Das entspricht in etwa der Bewegungsenergie einer Gewehrkugel). Diese Energie wird der Umgebung während des Verdunstungsprozesses entzogen, wodurch sie sich abkühlt. Dieser Vorgang ist einzigartig, denn es gibt nach aktuellem Forschungsstand tatsächlich keine andere Möglichkeit der aktiven Energieabfuhr und damit der Temperaturverminderung in unserem Lebensraum. Selbstverständlich verringert sich die Temperatur unserer Umgebung auch durch sogenannte Temperaturstrahlung: Wärmestrahlung, die jeder Körper bzw. jeder Gegenstand, der Temperatur hat, abgibt. Diese Strahlung ist der Grund, warum sich unsere Umgebung bspw. über Nacht abkühlt, da in dieser Zeit mehr Energie abgegeben als empfangen wird. Jedoch lässt sich dieser Vorgang nicht beeinflussen und zudem reicht er nicht aus, um die Temperatur in urbanen Gebieten während der Sommermonate in akzeptable Bereiche zu bringen.
Eine zusätzliche Option, um die Hitze in Stadtbereichen zu regulieren, wäre es, die Energie erst gar nicht in unseren Lebensbereich gelangen zu lassen. Dies wäre zum Teil über Reflexion möglich: beispielsweise durch das Anbringen weißer Flächen, die eindringende Wärmestrahlung direkt zurückwerfen. Allerdings ist diese Methode in der Praxis auch nur begrenzt anwendbar.
Kühlung der Städte durch Verdunstung
Was also als einzige Möglichkeit bleibt, um die Temperaturen aktiv zu vermindern und somit dem Effekt der Hitzeinseln in Städten und Ballungsräumen entgegenwirken zu können, ist die Verdunstung. Doch dafür werden große Mengen an Wasser benötigt. An diesem Punkt bekommen die bereits erwähnten Niederschläge eine Bedeutung: Denn wenn wir das Regenwasser – sowohl über die Wintermonate, als auch die Starkniederschläge in den Sommermonaten – dezentral zurückhalten, kann genau dieses Wasser für die Verdunstung verwendet werden.
Allerdings stellt sich noch die Frage nach der Art der Verdunstung. Hier bringen bepflanzte Flächen einen großen Vorteil mit sich. Denn eine offene Wasserfläche verdunstet im Vergleich deutlich weniger als eine gleichgroße Fläche, auf der Pflanzen vorhanden sind, da die Wasserfläche eine insgesamt geringere verdunstungsfähige Oberfläche besitzt. Mit Hilfe von Vegetation lässt sich Regenwasser also effizient verdunsten. Gleichzeitig können die Retentionsflächen auf den Gebäudedächern durch eine Bepflanzung optisch ansprechend gestaltet werden.
Um das in die Praxis übertragen zu können, müssen ausreichende Wasserspeicher für die Pflanzen verfügbar sein. Dafür können Wasserretentionsboxen z. B. die WRB von Optigrün eingesetzt werden, in denen wiederum Kapillarsäulen verbaut sind, die das gespeicherte Regenwasser auf die Oberfläche der Boxen fördern. Ein kapillarwirksames Vlies, das darüber verlegt wird, verteilt das Wasser auf der gesamten WRB-Oberfläche. So hält es auch die darauf ausgebrachte Substratschicht feucht, die den Pflanzen als Wurzelbereich dient. Auf diesem Weg steht den Pflanzen das ursprünglich in den Wasserretentionsboxen gesammelte Regenwasser wieder zur Verdunstung zur Verfügung. Je mehr Regenwasser den Pflanzen zur Verfügung steht, desto höher ist der Stoffwechsel der Pflanzen, der wiederum mehr CO2 bindet und das Pflanzenwachstum üppiger ausfallen lässt. Die Art und Weise, wie das Verdunsten beziehungsweise Transpirieren von Pflanzen mit deren Stoffwechsel verknüpft ist, bringt also gleich mehrere positive Effekte: Schadstoffe werden aus der Luft gefiltert und gleichzeitig fördern Retentionsdächer die Biodiversität.
Beobachtet man also all diese Effekte des Klimawandels in urbanen Gebieten sowie die Ursachen dafür, lässt sich sagen: Wir können die beiden großen Problemstellungen des Stadtklimas, Hitze und Starkregen, mit den richtigen Methoden so gegeneinander ausspielen, dass sich diese aufheben.
Autor:
Dominik Gößner, Spezialist für Regenwassermanagement, Optigrün international AG, d.goessner@optigruen.de
