14/02/2011 - Die Wärme der Klimaanlagen spielt im Sommer eine Schlüsselrolle im städtischen Klima.

Menéame

Es ist bekannt, dass einer der schlimmsten Orte, wo man an einem heißen Sommertag ist in der Nähe der Abfahrt von der Außenseite eines Klimageräts. Dies geschieht, weil diese Geräte Wärme aus dem Inneren in die Atmosphäre schöpfen, um das Innere der Gebäude abkühlen zu können. Die Wärme, die in die Atmosphäre ausgestoßen wird, ist jedoch ohne ideale Maschinen größer als die Wärme, die aus dem Inneren der Gebäude gewonnen wird (ca. 30 Prozent mehr). In gewisser Weise ist der Preis, der für die angenehme Aufrechterhaltung der Innentemperatur gezahlt wird, eine spätere Erwärmung der städtischen Atmosphäre. In den letzten Jahren hat sich die Zahl der Gebäude mit Klimaanlagen in vielen spanischen Städten, insbesondere in Einkaufsgebieten, rasch erhöht, und die meisten Gebäude verfügen bereits über solche Einrichtungen. Die Frage, die sich dann stellt, ist die durch Klimaanlagen erzeugte Wärme groß genug, um das städtische Klima zu verändern?

Eine Studie von Francisco Salamanca, einem Forscher des ICESAT, einer öffentlichen Forschungseinrichtung, die dem Ministerium für Wissenschaft und Innovation unterstellt ist und vom Ministerium für Umwelt, ländliche Entwicklung und Meeresforschung finanziert wird, legt nahe, dass die Lufttemperatur in einer Stadt wie Madrid aufgrund der Klimaanlagen im Sommer auf 1,5-2 Grad Celsius ansteigen könnte. Diese Analyse ist Teil der Dissertation, die an der Complutense University in Madrid (UCM) unter der Leitung von Alberto Martilli (ISCOAT-Forscher) und Carlos Yagüe (Professor der UMM) vorgelegt wurde und an der auch Forscher an der föderalen Polytechnischen Schule in Lausanne (Schweiz) und am National Center for Atmospheric Research (Boulder, Colorado, USA) teilnahmen. Diese Forschung wurde durch ein atmosphärisches Modell (Weather and Research Forecast Model, WRF) durchgeführt, in das ein einfaches Energiemodell für Gebäude integriert wurde, das die Wärmeerzeugung in Gebäuden je Bewohner und Ausrüstung, den Austausch mit der Außenwelt durch Belüftung, Wärmeausbreitung durch Wände und Strahlung durch Fenster (Salamanca et al.) berücksichtigt. 2010a). Auf der Grundlage dieser Daten schätzt das Modell die Wärmemenge, die aus den Gebäuden entnommen werden muss und die letztendlich durch Erhitzen der Atmosphäre endet. Die Neuheit dieser Pioniermethode ist, dass man durch die Verknüpfung des Gebäudemodells mit dem atmosphärischen Modell alle Interaktionen zwischen Gebäuden und Atmosphäre berücksichtigen kann. Dieses Modell wurde verwendet, um das Verhalten der Atmosphäre in der Region Madrid für zwei Sommertage 2008 (30. Juni und 1. Juli) simuliert. Sobald die Ergebnisse mit den Daten der Experimentierkampagne DESIREX (Sobrino et al., 2010) an diesen Tagen validiert wurden, wurde als Szenario betrachtet, in dem Klimaanlagen keine Wärme in die Atmosphäre ausstoßen. Wie bereits erwähnt, konnte auf der Grundlage dieser Simulationen der Anstieg der Lufttemperatur aufgrund der Verwendung von Klimaanlagen in einigen Stadtgebieten um 1,5-2 Grad geschätzt werden (Salamanca, 2010). Diese Zunahme tritt jedoch nicht während der heißesten Stunden des Tages auf, sondern am Nachmittag-Nacht. Dies ist besonders wichtig, da bekannt ist, dass eine der Hauptursachen für die erhöhte Sterblichkeitsrate bei Hitzewellen mit einem längeren thermischen Stress verbunden ist (z. B. die Temperaturen nachts nicht ausreichend sinken, um die Erholung der Bevölkerung zu ermöglichen, Clarke, 1972).

Ein weiterer Vorteil der in dieser Studie dargelegten Methodik ist die Möglichkeit, den Energieverbrauch durch Klimaanlagen über die Stadt als Ganzes zu schätzen. Diese Menge hängt neben den Wetterparametern von den morphologischen Parametern der Stadt ab, wie zum Beispiel vom gesamten Luftvolumen in den Gebäuden, der Oberfläche der Gebäude selbst, die Wärme mit der Atmosphäre tauscht, der Größe der Straßen und der Höhe der Gebäude, die Schatten bestimmen und die Menge der Energie, die durch die Strahlungskühlung verloren geht. Eine Ex-ante-Studie (Salamanca et al., 2010b) über die Stadt Houston (Texas, USA) hat gezeigt, dass das Modell, wenn detaillierte räumliche Informationen zu diesen morphologischen Parametern vorliegen, in der Lage ist, die Energieverbrauchswerte, die mit anderen bewährten Techniken erzielt wurden, die viel mehr Vorabinformationen erfordern (Heiple and Sailor, 2008), gut zu schätzen.Für die Stadt Madrid verfügen wir nicht über diese detaillierten morphologischen Informationen. Aus diesem Grund wurden die städtischen Parameter auf der Grundlage aktueller Informationen über einige Stadtteile festgelegt, die als repräsentativ für die Stadttypologie von Madrid angesehen werden. In Anbetracht dieser Einschränkungen und zur Bewertung der Möglichkeiten des Instruments wurden mehrere Szenarien untersucht, die für mögliche einfache Strategien zur Verringerung des Energieverbrauchs repräsentativ sind, wie etwa eine Erhöhung des Albens (die Fähigkeit, die Sonnenstrahlung zu reflektieren) der Dächer, eine Zunahme der Dächernisolierungsschicht oder die Verwendung von Klimaanlagen, die keine Wärme in die Atmosphäre abgeben. Jede einzelne Strategie kann aufgrund von Klimaanlagen eine Einsparung von 3 bis 5 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs bedeuten, während die Einsparungen bei einer gemeinsamen Betrachtung 10 Prozent erreichen würden. Es ist wichtig, dass der Energieverbrauch für das Abkühlen oder Erwärmen von Gebäuden einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch der Haushalte ausmacht (d. h. in den USA beträgt dieser Verbrauch 50 Prozent des jährlichen Haushaltsverbrauchs, Heiple and Sailor, 2008). Wenn man außerdem davon ausgeht, dass drei Viertel des weltweiten Energieverbrauchs in den Städten stattfinden und der Anteil der Weltstadtbevölkerung kontinuierlich wächst (zum ersten Mal in der Geschichte über 50 %), dann kann man verstehen, wie Städte ein Schlüsselplatz für Maßnahmen zur Eindämmung des weltweiten Energie verbrauchs sind, eine Maßnahme, die erforderlich ist, um die Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen.

Instrumente wie die in dieser Studie entwickelte können nicht nur die Bewertung verschiedener Strategien zur Kontrolle des Energieverbrauchs und zur Verbesserung des städtischen Klimas ermöglichen, sondern auch die Planung der künftigen Entwicklung der Städte in nachhaltigerer Richtung ermöglichen. Darüber hinaus ermöglichen sie eine Bewertung der Auswirkungen möglicher Szenarien für die Stadtentwicklung auf die Luftverschmutzung. Die Wahl eines Szenarios der Stadtentwicklung wird offensichtlich nicht immer klar sein (was zu tun ist, wenn eine Veränderung der städtischen Struktur zu einer Verbesserung des Klimas führt, aber die Luftqualität verschlechtert?), und die endgültige politische Entscheidung wird auch von anderen Faktoren (epidemiologische, soziale, wirtschaftliche usw.) abhängen. Wichtig ist jedoch, dass man über numerische Instrumente verfügt, die es ermöglichen, die komplexen Interaktionen zwischen städtischer Struktur und Atmosphäre zu quantifizieren, so dass Entscheidungen auf der Grundlage aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse getroffen werden können.

Alberto Martilli und Francisco Salamanca (CIEMAT)

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