Albedo und Klimaanpassung

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Wie helle Flächen das Stadtklima senken

Pia Maier
April 7, 2022
8:00 am

Häuserschluchten. Asphaltwüsten. Betondschungel. Wenn wir über unsere Städte reden, fallen nur wenige positive Begriffe. Da überrascht es nicht, dass besonders die Bewohner von Großstädten unter den Folgen des Klimawandels leiden. Baumaterialien und Baudichte sorgen dafür, dass sich im Sommer bei Tag die Hitze in den Städten staut und bei Nacht nicht entweichen kann. Die Folgen für die Bewohner sind gravierend und bisweilen gesundheitsschädlich.

Daher setzen heute einige Städteplaner unter anderem auf helle Flächen mit hoher Albedo zur Klimaanpassung. Sie sollen helfen, die prognostizierte Hitzebelastung in den Städten einzudämmen. Erfahren Sie hier, welche Vorteile helle Flächen bieten und wie Kommunen sie in ihre Stadtplanung integrieren.

Warm, wärmer, Wärmeinsel

Der Klimawandel lässt sich kaum mehr leugnen. Die zehn wärmsten Jahre seit 1901 liegen alle im 21. Jahrhundert. Dabei wird es besonders in Städten immer heißer. Aufgrund der dichten Bebauung, dem Mangel an Grün- und Wasserflächen und fehlender Windschneisen heizen sich Städte deutlich stärker auf als ihre ländliche Umgebung. Dieses Phänomen wird als städtische Wärmeinsel bezeichnet. Besonders nachts lassen sich deutliche Temperaturunterschiede zwischen urbanen und ländlichen Gebieten feststellen.

Dazu tragen nicht zuletzt auch die verwendeten Baumaterialien entscheidend bei: Dunkle Flächen wie Asphalt mit niedriger Albedo absorbieren die Sonnenstrahlen deutlich stärker als helle Flächen. Somit fungieren die Fassaden und Böden in den Städten als zusätzliche Wärmespeicher. Kühlt die Luft nachts ab, geben sie die Wärme wieder ab und sorgen so dafür, dass sich Städte selbst bei Nacht nicht mehr abkühlen können.

Im Anbetracht der Tatsache, dass schon heute 77% der Menschen in Städten und Ballungsgebieten leben, ist das eine brisante Entwicklung, die sich durch den voranschreitenden Klimawandel noch einmal deutlich verschärfen wird.

In Stuttgart wurden im Jahrhundertsommer 2003 insgesamt 28 Hitzetage gezählt, bis 2050 prognostizieren Wissenschaftler dort bis zu 70 Hitzetage pro Jahr. Das hat fatale Folgen. 2003 starben deutschlandweit rund 8000 Menschen infolge der hohen Temperaturen in den Städten. Besonders vulnerable Gruppen wie Senioren oder Vorerkrankte sind gefährdet.

Daher ist es wichtig, die Klimaanpassung in Städten voranzutreiben und das Stadtklima wieder dem Umland anzugleichen. Eine mögliche Maßnahme besteht darin, beim Bau oder bei der Sanierung von Straßen und Flächen verstärkt auf helle Flächen mit hoher Albedo zu setzen.

Asphalt und Albedo

Helle Flächen haben in der Regel eine deutlich höhere Albedo als dunkle Flächen. Die Albedo gibt das Reflexionsvermögen einer Oberfläche an und bildet das Verhältnis zwischen einfallendem und reflektiertem Licht ab. Ein Albedowert von 0,1 entspricht 10% Rückstrahlung.

Auswahl relevanter Albedowerte
Asphalt	0,05 – 0,15
Rasen	0,2 – 0,4
Stein	0,2 – 0,25
Beton	0,2 – 0,4
Erde	0,3 – 0,4

Strahlen, die nicht zurückgestrahlt werden, absorbiert die Oberfläche und speichert sie in Form von Wärme. Flächen mit sehr niedrigem Albedowert wie z.B. Asphalt sind somit prädestiniert dafür, sich am Tag stark aufzuheizen, die Wärme zu speichern und nachts wieder abzugeben. Anders verhält es sich bei Flächen mit einer hohen Albedo. Einen besonders hohen Wert hat zum Beispiel frischer Schnee mit einem Wert von 0,9. Hier werden 90% des Lichts reflektiert.

Zugegebenermaßen ist es wenig praktikabel, den urbanen Raum konstant mit Schnee zu bedecken. Helle Steine, Betonflächen oder Asphaltbeschichtungen bieten sich hier als weitaus praktischere Lösung an.

Helle Flächen mit hoher Albedo senken das Stadtklima

Betrachtet man die Albedo der Materialien im urbanen Raum, kommt man unweigerlich zu dem Ergebnis, dass besonders dunkler Asphalt Strahlen absorbiert und speichert. Andere Böden aus Erde, Stein oder Beton haben ein wesentlich höheres Reflexionsvermögen. Daher liegt es nahe, im urbanen Milieu verstärkt auf alternative Materialien statt Asphalt, Bitumen, Teer und weitere Materialien mit niedriger Albedo zu setzen.

Dabei stehen den Städten unterschiedliche Mittel zur Verfügung: Eine zwar nicht kostengünstige, aber dennoch einfache und effektive Maßnahme besteht darin, bei der Sanierung oder Neugestaltung von Parkanlagen oder Plätzen aufgrund ihrer hohen Albedo vor allem helle Bodenbeläge wie weiße oder hellgraue Pflastersteine zu verwenden. Der besondere Stellenwert von Klimaanpassung in der Stadtplanung wird zunehmend deutlicher: In einer Ausschreibung der Stadt Bonn zur Neugestaltung der Rheinuferpromenade legten alle prämierten Teilnehmer Wert auf helle Bodenflächen und wiesen z.T. explizit auf die Albedo der geplanten Baumaterialien hin.

Eine weitere Strategie besteht darin, Straßen und Parkplätze mit hellen Materialien zu beschichten. Dieses Verfahren findet in Deutschland und Europa bisher wenig Anwendung, wirkt allerdings attraktiv, da mit verhältnismäßig wenig Aufwand und Kosten große Flächen aufgehellt werden können.

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Die weißen Straßen von Los Angeles

In diesem Zusammenhang erregte vor allem das Cool-Pavement-Pilotprojekt von Los Angeles großes Aufsehen. Auf Initiative von Bürgermeister Eric Garcetti begann die Stadt 2017, in insgesamt 15 Blocks – in jedem Distrikt ein Block – die Straßen mit dem hellen Straßenbelag CoolSeal der Firma GuardTop zu bedecken. Kostenpunkt: 40.000$ pro Meile bei einer Haltbarkeit von sieben Jahren.

Ein finanzieller Aufwand, der sich lohnen muss. Die Ziele der Stadt Los Angeles sind ambitioniert: Die Temperatur soll bis 2025 um 1,7 Grad und bis 2035 um 3,0 Grad gesenkt werden. Zudem sollen die innovativen Straßenbeläge dazu beitragen, die Temperatur in den umliegenden Häusern zu senken – was der Gesundheit der Bewohner zuträglich ist. Ein angenehmer Nebeneffekt ist die Senkung des Energiebedarfs und der Kosten für den Betrieb von Klimaanlagen.

Überzeugt vom Erfolg des Projekts, folgten 2019 drei neue Projekte in San Francisco Valley: Winnetka, Sun Valley und Pacoima, wo jeweils 10-12 Blocks mit dem Material beschichtet wurden. Auch in Los Angeles selbst wird das Projekt ausgeweitet. Ab 2021 erhalten weitere 200 Blocks den hellen Straßenbelag.

Die bisherigen Temperaturmessungen des Asphalts wirken vielversprechend: Die hellen Flächen mit hoher Albedo sind im Schnitt 5 bis 8°C kühler als die traditionellen dunklen Asphaltflächen. Sie speichern somit deutlich weniger Wärme. Allerdings ist ihr Einsatz nicht ganz unumstritten, wie die Messungen von Ariana Middel zeigen.

Heller Asphalt, heiße Luft?

Ariana Middel, die sich an der Arizone State University vor allem mit der Erforschung von Stadtklima beschäftigt, hat zusammen mit ihrem Team ausgiebige Messungen im Stadtgebiet von Los Angeles vorgenommen. Das überraschende Ergebnis: Die hellen Flächen sind zwar kühler, die Luft darüber ist dafür aber umso wärmer.

Besonders zur Mittagszeit, wenn die Temperaturen über 30°C steigen, ist die Umgebungstemperatur in Stadtgebieten mit hellem Straßenbelag um bis zu 4°C wärmer als in den Gebieten mit dunklen Straßen. Das liegt daran, dass die Hitze nicht von den Böden absorbiert werden konnte. Die höheren Temperaturen stellen für die Menschen, die sich dort aufhalten oder leben, natürlich eine zusätzliche gesundheitliche Belastung dar.

Dennoch spielen in diesem Zusammenhang auch andere Faktoren eine Rolle. Middel und ihr Forschungsteam betonen, dass ihre Datenmenge verhältnismäßig klein ist. Die Temperaturmessungen wurden an einem wolkenlosen, windstillen Sonnentag durchgeführt und geben keinerlei Auskunft darüber, wie sich die Gebiete mit hellen Straßenflächen an Tagen mit anderen Wetterlagen entwickeln. Die erwartete Temperatursenkung bei Nacht kann durch ihre Daten ebenfalls nicht abgebildet werden, da alle Messungen bei Tag durchgeführt wurden.

Abhilfe schafft hier eventuell eine andere US-amerikanische Stadt: Phoenix. In Zusammenarbeit mit der Arizona State University und der Firma CoolSeal wurden 2019 zunächst neun Gebiete mit dem neuen Straßenbelag bedeckt. Nach zufriedenstellenden Messungen folgten 2021 weitere Gebiete, in denen verschiedene Varianten des Produkts getestet werden – die Ergebnisse stehen noch aus.

Ziele der Klimaanpassung im Blick behalten

Middels Ergebnisse sind sicher kein K.O.-Kriterium für helle Flächen, bieten Städteplanern aber den Anlass, die lokalen Gegebenheiten und vor allem ihre Ziele genau im Blick zu behalten.

Wenn die Klimaanpassungsmaßnahmen primär darauf abzielen, dass überhitzte Städte nachts wieder abkühlen können, stellen helle Flächen eine gute Lösung dar. Ist die Idee dahinter jedoch, die Tagestemperaturen zu senken, sind sie keine gute Alternative.

Ebenfalls einen Einfluss hat, an welchen Stellen der Stadt helle Flächen mit hoher Albedo angelegt werden. Neben einem hellen Belag auf Straßen und Parkplätzen bieten sich auch helle Pflastersteine auf öffentlichen Plätzen an. Hier gibt es die Möglichkeit, verstärkt jene Flächen mit hellen Belägen oder Steinen zu bedecken, die von Menschen tagsüber wenig genutzt werden, um die negativen Auswirkungen durch eine hohe Hitzebelastung bei Tag zu vermeiden.

Synergie-Effekte durch Maßnahmen zur Klimaanpassung

Der Hitzeinsel-Effekt von urbanen Räumen ist ein komplexes Problem und das Ergebnis des Zusammenspiels vieler verschiedener Faktoren. Daher ist es sinnvoll, auch bei Maßnahmen zur Klimaanpassung nicht isoliert zu denken, sondern verschiedene Methoden miteinander zu kombinieren.

So können z.B. helle Flächen in kleine Plätze oder Parks mit Grünflächen integriert werden. Auf diese Weise profitieren die Bewohner neben der geringen Hitzeabsorption zusätzlich von Beschattung und Verdunstungskälte, sodass sich die Umgebungstemperatur selbst an windstillen Sommertagen nicht zu stark aufheizen kann.

Die Stadt Ludwigsburg hat mit dem sogenannten „Grünen Zimmer“ einen ersten Schritt in diese Richtung unternommen. Die „städtische Klimakomfortzone“ vereint lebende Wände aus Pflanzen mit hellen Bodenmaterialien und wird so in einer heißen Innenstadt zu einer kühlen Oase.

Ebenfalls interessant ist die Kombination heller Straßenbeläge mit Windschneisen. Im Idealfall wärmen sich die Straßen selbst aufgrund der Reflexionsfähigkeit des Materials weniger stark auf und der Wind treibt die warme Umgebungsluft aus der Stadt heraus, ehe sie von den Häusern absorbiert wird und die Menschen belastet.

Fazit

Die thermische Aufenthaltsqualität in Innenstädten wird zunehmend zu einem wichtigen Faktor bei der Stadtplanung. Menschen, Tiere und die Städte selbst leiden im Hochsommer unter der großen Hitzebelastung in urbanen Ballungsräumen. Daher ist ein Umdenken gefragt: Helle Bodenflächen sind ein Aspekt, der dazu beitragen kann, aus Wärmeinseln wieder lebenswerte Kommunen zu machen. Bereits jetzt testen viele Städte wie Los Angeles, Bonn oder auch Ludwigsburg, welchen Einfluss die Albedo auf das Stadtklima hat und welche Klimaanpassungsmaßnahmen für sie funktionieren – damit aus der Asphaltwüste eine Klimaoase wird.

Quellen:

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