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Bioklima

Posted in Bioklima by ARCHITEKT Dipl.-Ing. Knut G Jeckstadt on 5. Juni 2011

Bioklima

Das Bioklima beschreibt die Gesamtheit aller atmosphärischen Einflussgrößen auf den menschlichen Organismus. Diese lassen sich nach Art ihrer Wirkung in drei Wirkungskomplexen zusammenfassen:

Im thermischen Wirkungskomplex werden alle Größen beschrieben, die für den Austausch von Wärme zwischen dem Körper des Menschen und der Atmosphäre von Bedeutung sind. Die wichtigsten meteorologischen Größen sind dabei Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Strahlung. Um weder zu stark auszukühlen noch aufzuheizen, müssen sich Wärmegewinn (hauptsächlich verursacht durch den Stoffwechsel und die Muskelaktivität) und Wärmeabgabe die Waage halten. Das leistet ein ausgeklügeltes Thermoregulationssystem. Bei behaglichen Bedingungen wird es nur wenig gefordert.

Ist die Wärmeabgabe jedoch behindert – was hauptsächlich bei sommerlichen, gering bewölkten Hochdruckwetterlagen mit hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchte und schwachem Wind der Fall ist – droht Überhitzung, und die Thermoregulation muss verstärkt wirksam werden. Die Umgebung wird dann als belastend empfunden (Wärmebelastung).

Kühle Bedingungen – meist mit niedriger Lufttemperatur, erhöhter Windgeschwindigkeit und oftmals auch mit Bewölkung verknüpft – fordern den Organismus dagegen im Sinne eines Reizes, der die Regulationsfähigkeit trainiert.

Diese positive Wirkung wird bei der Klimatherapie genutzt.

Geeignete Verhaltensweisen unterstützen die physiologische Anpassung: durch adäquate Bekleidung, erhöhte bzw. verringerte Aktivität oder durch das Aufsuchen geschützter bzw. ungeschützter Orte kann man ganz bewusst für ein angenehmes Temperaturempfinden sorgen. Kältereize lassen sich dadurch oftmals auf ein erträgliches Maß reduzieren – bei Wärmebelastung sind die Anpassungsmöglichkeiten dagegen begrenzt.

Der aktinische Wirkungskomplex behandelt die Komponenten der biologisch wirksamen Sonnenstrahlung; sie reichen vom infraroten über den sichtbaren bis zum UV-Bereich. Sowohl positive als auch schädigende Einflüsse sind bekannt: Infrarotstrahlung fördert die Durchblutung. Sichtbares Licht beeinflusst Hormonhaushalt und Psyche. Das größte Wirkungsspektrum besitzt die UV-Strahlung: Hautbräunung, Vitamin- D3-Synthese, aber auch Schädigung von Hautzellen und Sonnenbrand sind nur einige – vielleicht die bekanntesten – Auswirkungen der UV-Strahlung.

Im lufthygienischen Wirkungskomplex werden die natürlichen und die durch den Menschen verursachten Luftbeimengungen zusammengefasst. Sie können verschiedenartige Reaktionen auslösen: Die im Wald freigesetzten ätherischen Öle oder die Salzpartikel an der See haben eine positive Wirkung, während Allergene und Schadstoffe den Menschen belasten können.

Klimamodell Berlin – Bewertungskarten (Ausgabe 2009) ;

Auszug :

Siedlungsräume

Die Siedlungsräume lassen sich in ausreichend durchlüftete Areale bzw. klimatisch günstige Siedlungsstrukturen einerseits sowie Belastungsbereiche andererseits untergliedern. Der Einwirkbereich der Kaltluftentstehungsgebiete kennzeichnet das maximale Ausströmen der Kaltluft aus den Freiflächen in die Umgebungsbebauung während einer sommerlichen Strahlungswetternacht zwischen 22.00 und 06.00 Uhr. Dabei ist als Abgrenzungskriterium des Einwirkbereiches eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 0,2 m/s zu erreichen, um sie noch als klimaökologisch relevant ansprechen zu können. Daraus folgt, dass die im Einwirkbereich befindliche Wohnbebauung eine überwiegend geringe bioklimatische Belastung aufweist. Im stärker verdichteten Innenstadtbereich kann das Belastungsniveau lokal jedoch so hoch ausfallen, dass es nicht immer durch eine auftretende Kaltluftströmung nennenswert abgesenkt werden kann.

Grundlage für die Ermittlung der bioklimatischen Belastung eines Baublockes ist der Bewertungsindex PMV (Predicted Mean Vote) als dimensionsloses Maß für die nächtliche Wärmebelastung. Analog zur Einordnung der Kaltluftlieferung von Grünflächen (vgl. Erläuterungen zu Tabelle 1) wurde eine Z- Transformation des PMV-Ergebnisrasters durchgeführt. Dafür wurde der PMV zum Zeitpunkt 04.00 Uhr herangezogen, welcher sich als am besten geeignet für die Ermittlung der bioklimatischen Belastung im Siedlungsraum herausstellte. Aufgrund der Heterogenität des Modellgebietes stellt dieser Zeitpunkt einen Kompromiss dar zwischen der Situation im innerstädtischen Raum einerseits und den peripheren Stadtteilen andererseits.

Die Belastungsklassen entsprechen den vier Kategorien gem. VDI-Richtlinie 3785 (ungünstig / weniger günstig / günstig / sehr günstig). Ausschlaggebend ist die jeweilige mittlere Ausprägung des Z-Wertes innerhalb einer Blockfläche, aus der sich die Zuordnung zu den Bewertungskategorien ergibt (vgl. Tabelle 3).Bei der Belastungsklasse 4 „ungünstig“ liegt eine überdurchschnittliche Wärmebelastung mit einem Z-Wert von mehr als 1 vor. Eine gewisse bioklimatische Belastung ist auch noch bei der Belastungsklasse 3 „Weniger günstig“ gegeben. Günstige Verhältnisse liegen hingegen bei den Klassen 2 und 1 vor und können aus bioklimatischer Sicht als positiv beurteilt werden.

Letztere Kategorie ist vor allem durch eine offene Siedlungsstruktur und einen hohen Durchgrünungsgrad gekennzeichnet und weist von allen Funktionsräumen am ehesten ein Potenzial zur baulichen Verdichtung auf. Nach derzeitigen Erkenntnissen wird eine behutsame Verdichtung dieser Flächen keine Neueinstufung in einen klimatisch ungünstigeren Bereich zur Folge haben. In welchen Größenordnungen im Einzelnen die Grenzen für eine bauliche Verdichtung liegen, kann pauschal nicht angegeben werden; in jedem Falle sind am Ort selbst die Möglichkeiten zu überprüfen, mit Maßnahmen wie Dach- oder Fassadenbegrünung sowie Begrenzung der Baumassen negative klimatische Effekte zu kompensieren.

Mit der humanbioklimatischen Belastung gehen auch die Empfindlichkeiten gegenüber einer Nutzungsintensivierung einher. Sie sind im Bereich der Belastungsklassen 3 und 4 als „sehr hoch“, in den übrigen Klassen als „hoch“ anzusehen. Im wesentlichen handelt es sich um Gebiete hohen Versiegelungs- (> 60 %) und Überbauungsgrades (zumeist > 50 %).

Unter Nutzungsintensivierung wird eine Erhöhung des bebauten gegenüber dem unbebauten Flächenanteil verstanden. „Hierzu zählen die Umwandlung der natürlichen Bodenoberfläche in einen überwiegend aus künstlichen Materialien bestehenden und dreidimensional gestalteten Raum, die Reduzierung der mit Vegetation bedeckten Oberfläche sowie die Beeinflussung durch technische Einrichtungen, die Abwärme und Schadstoffemissionen verursachen“ (Kuttler 1993).

Aufgrund der begrenzten Reichweite von Freiflächen sind für die Entlastung dieser Gebiete auch Maßnahmen im bebauten und verdichteten Gebiet selbst erforderlich. Von großer Bedeutung in diesem Zusammenhang ist die Begrünung von Stadtplätzen, Straßen, Gebäuden und Innenhöfen. Die Überwärmung kann so vermindert, der Feuchtigkeitsgehalt der Luft erhöht und Staub gebunden werden.

Die Erwärmung von Dächern hängt sehr stark von ihrer Farbe und ihrem Material ab (vgl. Karte 04.06). Am günstigsten verhalten sich begrünte Dächer, wobei die Art der Pflanzen eine große Rolle spielt. Jedoch muss die positive Auswirkung von hoch gelegenen Dächern auf den stärker belasteten Straßenraum als begrenzt angesehen werden. Insgesamt dürfte die Begrünung von Fassaden klimatisch wirksamer ausfallen. Umfangreiche Untersuchungen zur Bedeutung von Fassaden- und Dachbegrünungen für das Mikroklima wurden von Bartfelder und Köhler (1987) in Berlin durchgeführt.

Zur klimatisch-lufthygienischen Verbesserung des Wohnumfeldes gehört auch die Gestaltung bzw. die Vegetationsausstattung von Innenhofbereichen. Enge geschlossene Höfe zeichnen sich durch eine Verminderung der Tagestemperaturen und eine geringe Abkühlung in den Abend- und Nachtstunden aus. Die Besonnung ist stark eingeschränkt. Dies gilt auch für den Luftaustausch, woraus sich eine hohe Immissionsgefährdung ergibt. Die Begrünung dieser Höfe verbessert die klimatischen Bedingungen, wobei zur Förderung des Luftaustausches eine Wandbegrünung günstiger ist als das Pflanzen von Bäumen. Größere Hofanlagen erreichen gegenüber engen Höfen und gegenüber dem Straßenraum deutlich günstigere klimatische Eigenschaften, vor allem, wenn der Versiegelungsgrad gering und die Begrünung locker strukturiert ist. Die Abkühlungsrate in den Abend- und Nachtstunden ist hoch. Der Luftaustausch gilt als sehr gut. Eine Verbindung mit benachbarten kleineren Höfen über Baulücken fördert deren Be- und Entlüftung.

Im Verkehrsraum kennzeichnet die potenzielle verkehrsbedingte Luftbelastung entlang von Hauptverkehrsstraßen Straßenabschnitte, in denen der (Jahres-) Grenzwert der 22. BImSchV möglicherweise bzw. mit großer Wahrscheinlichkeit überschritten wird.

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