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Vulnerabilitätsanalyse "Hitzestress und menschliche Gesundheit" am Beispiel der Stadt Reutlingen
(2020)
In diesem Modellprojekt wird das Schutzgut "Menschliche Gesundheit" insbesondere unter dem Gesichtspunkt der im Rahmen des globalen Klimawandels zu erwartenden Überhitzung der Städte ("städtische Hitzeinseln") betrachtet.
In der Großstadt Reutlingen ("Tor zur Schwäbischen Alb/112.500 EW) mit ihrer Pfortenlage am Rande der Schwäbischen Alb und der Höhenlage (400-800 m) sowie der Bebauungsdichte werden bis 2050 bzw. 2100 (Strategie zur Anpassung an den Klimawandel Baden-Württemberg - Vulnerabilitäten und Klimaanpassungsmaßnahmen, 2015) die massivsten Auswirkungen bezüglich Aufenthaltsbehaglichkeit und Gesundheitsfolgen in Reutlingen erwartet.
Der Untersuchungsschwerpunkt liegt im Wirkungsbereich Mensch-Siedlung, d.h. in der Betrachtung von empfindlichen Bevölkerungspopulationen (z.B. ältere Menschen) und hitzeempfindlichen Nutzungsstrukturen (z.B. verdichteten städtischen Siedlungsflächen). Insbesondere die bereits in der abgeschlossenen Gesamtstädtischen Klimaanalyse ermittelten überwärmten Areale ("hot spots") und die im Rahmen des Klimawandels für 2020-2050 zukünftig zu erwartende Hitzestressbelastung bei empfindlichen Bevölkerungsgruppen in Stadtquartieren und Funktionsbauten, stehen im Zenit der Untersuchung.
Dabei wird über das Kriterium Empfindlichkeit (Basis sind z.B. quartierbezogene Datenstrukturen von Älteren, Einrichtungen wie Krankenhäuser, Kinderpflegeeinrichtungen, Alten- Behinderten- und Pflegeheime) die zukünftige Hitzestress-Belastung für Reutlingen erarbeitet. Weiteres wichtiges Kriterium ist die Betroffenheit nach Standortsituation (Höhenlage, Durchlüftungsverhältnisse, Bioklima/PMV = Maß für die bioklimatische Behaglichkeit) und die Anzahl hitzestressgeplagter Menschen (Kinder, Kranke, Ältere). Insbesondere für das Szenarium 2020 bis 2050 (s. Strategie zur Anpassung an den Klimawandel Baden-Württemberg - Vulnerabilitäten und Klimaanpassungsmaßnahmen, 2015) werden objekt- bzw. einrichtungsbezogen (z.B. Altenpflegeeinrichtungen) sowie quartiersspezifisch (Stadtstrukturtypen) die Auswirkungen bzw. Verwundbarkeiten erarbeitet. Dieser objektspezifische (bauklimatische) Ansatz, die innovative Indikatorenbildung zur situativen kommunalen Anwendbarkeit auch über Reutlingen hinaus sowie der partizipative Ansatz mit Nichtregierungsorganisationen (NGO´s) begründet den Modellcharakter ("Reutlinger Modell") dieser Untersuchung. Das Modellprojekt bildet das zweite Modul in einem dreiteiligen Klimaanpassungskonzept für die Stadt Reutlingen.
The German Weather Service (DWD) releases a heat warning, when the weather forecast provides a warm, humid, sunny, and windless weather condition during the next days. The heat stress is calculated by the so called Klima-Michel model. If the apparent air temperature exceeds ca. 32°C / 38°C, there is a strong / extreme heat stress. The smallest forecast area is each administrative district. As people (and especially the vulnerable population) stay most of the time indoors, the heat health warning system was extended by the prediction of heat stress in typical rooms. Therewith it is feasible to forecast the heat stress using a combination of the outdoor and indoor heat stress. The prediction for the indoor heat stress is based on the same weather forecast like the Heat Health Warning Systems (HHWS).and calculates the heat stress by the PMV-model (predicted mean vote). Based on a sophisticated data analysis and simulation study, realistic but summer-critical living situations were defined and implemented in the building simulation program ESP-r. As the simulation runs especially for extreme weather conditions, a simplified building model cannot be used. Standardized input/output routines and an adaptive handover of start values provide for short run times for each forecast area. Good building designs and urban planning provide effective measures to reduce heat stress in cities. However, we have to also pay attention to the present building stock under climate change and a higher heat-wave risk. The extended German HHWS provide information for the emergency services to support the social assistants during heat waves.
This study presents some results from a monitoring project with night ventilation and earthto-air heat exchanger. Both techniques refer to air-based low-energy cooling. As these technologies are limited to specific boundary conditions (e.g. moderate summer climate, low temperatures during night, or low ground temperatures, respectively), water-based low-energy cooling may be preferred in many projects. A comparison of the night-ventilated building with a ground-cooled building shows major differences in both concepts.
Mit längerfristigen Nutzerbefragungen in zwei unmittelbar benachbarten Bürogebäuden in Freiburg wurden das Temperaturempfinden der Nutzer und deren Zufriedenheit mit dem thermischen Raumkomfort zweimal täglich erfasst. Ein Bürogebäude wird im Sommer mit einem maschinellen Nachtlüftungskonzept konditioniert und das zweite verfügt über eine Betonkerntemperierung und eine Zu- und Abluftanlage. Auf Basis der vorhandenen Daten aus der Erhebung wurde mit Hilfe von Regressionsanalysen ein Modell zur Vorhersage der Komforttemperatur berechnet und mit den Modellen in DIN EN 15251 verglichen.
The energy system of the future will transform from the current centralised fossil based to a decentralised, clean, highly efficient, and intelligent network. This transformation will require innovative technologies and ideas like trigeneration and the crowd energy concept to pave the way ahead. Even though trigeneration systems are extremely energy efficient and can play a vital role in the energy system, turning around their deployment is hindered by various barriers. These barriers are theoretically analysed in a multiperspective approach and the role decentralised trigeneration systems can play in the crowd energy concept is highlighted. It is derived from an initial literature research that a multiperspective (technological, energy-economic, and user) analysis is necessary for realising the potential of trigeneration systems in a decentralised grid. And to experimentally quantify these issues we are setting up a microscale trigeneration lab at our institute and the motivation for this lab is also briefly introduced.
Since 2003, most European countries established heat health warning systems to alert the population to heat load. Heat health warning systems are based on predicted meteorological conditions outdoors. But the majority of the European population spends a substantial amount of time indoors, and indoor thermal conditions can differ substantially from outdoor conditions. The German Meteorological Service (Deutscher Wetterdienst, DWD) extended the existing heat health warning system (HHWS) with a thermal building simulation model to consider heat load indoors. In this study, the thermal building simulation model is used to simulate a standardized building representing a modern nursing home, because elderly and sick people are most sensitive to heat stress. Different types of natural ventilation were simulated. Based on current and future test reference years, changes in the future heat load indoors were analyzed. Results show differences between the various ventilation options and the possibility to minimize the thermal heat stress during summer by using an appropriate ventilation method. Nighttime ventilation for indoor thermal comfort is most important. A fully opened window at nighttime and the 2-h ventilation in the morning and evening are more sufficient to avoid heat stress than a tilted window at nighttime and the 1-h ventilation in the morning and the evening. Especially the ventilation in the morning seems to be effective to keep the heat load indoors low. Comparing the results for the current and the future test reference years, an increase of heat stress on all ventilation types can be recognized.
The current methods used to assess the energy performance of ventilation devices do not consider all the aspects necessary for a comprehensive evaluation of decentralised ventilation concepts and can only be partially adapted to their needs. In order to improve the energy evaluation and to ensure the comparability of different systems, a calorimetric method was developed and implemented in test facilities for the evaluation of two decentralised devices: one equipped with a recuperative counter flow heat exchanger and one with a regenerative heat exchanger. This method, based on direct measurements of the heating load in an insulated test room, includes the effect of the electrical consumption of the fans on the energy performance of the ventilation devices. The calorimetric evaluation method was extended to a seasonal evaluation on the basis of a heating-degree-day method implemented for a warm, a cool and a moderate location in Europe: Athens, Strasbourg and Copenhagen. All the results are above 50% efficiency for both devices, even in Athens where the use of heat recovery ventilation is not usual.
In 35 deutschen und 7 europäischen Büro- und Verwaltungsgebäuden wurden auf Basis von Monitoringkampagnen über mehrere Betriebsjahre Raum- und Außentemperaturwerte in zeitlich hoher Auflösung erfasst und der thermische Raumkomfort im Sommer standardisiert nach der Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08 detailliert ausgewertet. Ergänzt wird die Auswertung um Kurzzeitmesskampagnen über zwei sehr warme Wochen im Sommer in unsanierten bzw. teilsanierten Bürogebäuden, errichtet im Zeitraum von 1960 bis 1975. Die untersuchten Gebäude mit ihrem jeweiligen Kühlkonzept lassen sich in sechs Kategorien einteilen: ohne Kühlung, passive, luftgeführte und wassergeführte Kühlung sowie Mixed-mode-Kühlung und Vollklimatisierung. Im Quervergleich aller Gebäude werden die Kühlkonzepte gleichermaßen nach dem thermischen Raumkomfort und thermischen Kühlenergiebezug bewertet. Detaillierte Komfortuntersuchungen nach der Europäischen Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08 geben Hinweise auf die Wirksamkeit der eingesetzten Kühltechnologien in den jeweiligen Klimazonen. Daraus lassen sich Handlungsempfehlungen für die Planungspraxis und den Gebäudebetrieb ableiten.