Einfluss unterschiedlicher Bauweisen und Bodenarten auf den Urban Heat Island-Effekt

Abstract

The increasing urbanization and rising increase in global temperature require a study on the influence of different construction methods and soil types on the Urban Heat Is-land Effect (UHI). In the presented work, five building (G1–G5) and five soil (B1–B5) types are defined. These ten types are used to analyze how different construction methods and soil types affect the UHI. In the course of this, a calculation model is developed. The calculation model should be integrated at a later stage in a grid-based simulation program. The aim is to create a tool which can be used to significantly reduce the extent of the impact of the urban structure, the used materials and surfaces on the UHI already during the planning phase. Accordingly, it is necessary to model the buildings in a simplified form with well-known tolerances. Another part of the research is to analyze building compo-nents that can be neglected in order to get a sufficiently accurate result. The building is separated into two layers: a surface layer without mass, at which interaction with radia-tion takes place and a building component layer, which contains all relevant building components and cavities of the building. Each layer is assigned only one temperature and it has been assumed for reasons of simplification that the two layers are homoge-nous bodies. The three parameters – albedo, heat capacity and thermal resistance – which deci-sively influence the interaction, have a different impact on the temperature of the build-ing components (called “fictive inside temperature”) or on the surface temperature. It is possible to make a statement on the sensitivity of one type to one parameter. The sen-sitivity of the fictive inside temperature of the buildings and soil types is greatest to a change in thermal resistance. The sensitivity is moderate when changes are made in the albedo and lowest when changes are made in the heat capacity. The fictive inside temperature of the homogenous bodies react about 150 times and the soil types react even about 330 times more sensitive towards a change in thermal resistance than to-wards a change in heat capacity.

Die zunehmende Urbanisierung sowie die Klimaerwärmung fordern eine Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Bauweisen und Bodenarten auf den Urban Heat Island-Effekt. In der vorliegenden Diplomarbeit werden anhand fünf Bauweisen und Böden Wiens fünf Gebäude- (G1–G5) und fünf Bodentypen (B1–B5) definiert. Anhand dieser 10 Typen wird untersucht, wie sich unterschiedliche Bauweisen und Böden auf den UHI-Effekt auswirken. Im Zuge dessen wird ein Berechnungsmodell entwickelt, welches später in ein gitterbasiertes Simulationsprogramm implementiert werden soll. Die Software soll zu einem Tool ausgebaut werden, mit dem das Ausmaß des Einflusses der Stadtstruktur, der verwendeten Baustoffe und Oberflächen auf den UHI-Effekt bereits in der Planungsphase maßgeblich reduziert werden kann. Es ist erforderlich die Gebäude dazu in vereinfachter Form, aber mit bekannten Fehlergrenzen darzustellen. Aufgrund der Notwendigkeit der Vereinfachung des Gebäudes wird zusätzlich untersucht, welche Bauteile vernachlässigt werden dürfen, um ein ausreichend genaues Ergebnis zu erhalten. Das Gebäude wird in zwei Schichten geteilt: eine Oberflächenschicht ohne Masse, an der die Wechselwirkung mit der Strahlung stattfindet und eine Bauteilschicht, welche alle relevanten Bauteile und Hohlräume im Gebäude beinhaltet. Jeder Schicht wird nur eine Temperatur zugewiesen und sie werden vereinfacht als homogener Körper angenommen. Die drei Parameter – Albedo, Wärmekapazität und Wärmedurchgangswiderstand – welche die Wechselwirkung maßgebend beeinflussen, wirken sich unterschiedlich stark auf die Bauteiltemperatur (als „fiktive Innentemperatur“ bezeichnet) bzw. Oberflächentemperatur aus. Über die Empfindlichkeit eines Typs gegenüber einem Parameter kann eine Aussage getroffen werden. Die Empfindlichkeit der fiktiven Innentemperatur der Gebäude und Böden ist am größten gegenüber einer Veränderung des Wärmedurchgangswiderstands, dann der Albedo und am geringsten gegenüber einer Veränderung der Wärmekapazität. Die fiktive Innentemperatur der homogenen Körper reagieren ca. 150-mal empfindlicher auf eine Veränderung des Wärmedurchgangswiderstands als auf eine Veränderung der Wärmekapazität. Bei den Böden ist die Empfindlichkeit sogar ca. 330-mal größer.