Validierung von Mikroklimasimulationen zur Quantifizierung der Kühlwirkung von Fassadenbegrünungen

Abstract

Die Untersuchung der Kühlwirkung von Fassadenbegrünungen ist von zunehmendem Interesse, da diese in Anbetracht der sich verschärfenden Auswirkungen des Klimawandels als potenzielle Kompensationsmaßnahme angesehen werden. Zur quantitativen Beurteilung dieses Effekts können bereits in der Planungsphase Mikroklimasimulationen herangezogen werden. Dabei wird neben der Kühlwirkung auch die Auswirkung auf die Luftfeuchtigkeit sowie Luftbewegung im Nahbereich der Fassadenbegrünung berücksichtigt. Die Richtigkeit des Ergebnisses von Mikroklimasimulationen ist naturgemäß abhängig von der Qualität der Eingaben sowie von den getroffenen Annahmen. Je höher der Detaillierungsgrad, desto länger dauert die Simulation – ein geringerer Detaillierungsgrad bringt jedoch eine Zunahme des mittleren Fehlers mit sich. Es muss daher die Frage beantwortet werden: Wie genau muss die Simulation sein und wie lässt sich die Genauigkeit der Simulation bestimmen? Zur Beantwortung dieser Fragestellung werden im Rahmen dieser Dissertation Vereinfachungen in der Berücksichtigung von unterschiedlichen Bauweisen und Freiraumaufbauten analysiert und anschließend dynamische Wind- und Mikroklimasimulationen von drei begrünten Wiener Schulen mit der Software "uhiSolver" durchgeführt und mit Messdaten vor Ort verglichen. Der manuelle Aufwand der Modellerstellung konnte durch die Reduzierung der Parametervielfalt minimiert werden, ohne die Genauigkeit der Simulationsergebnisse wesentlich zu beeinflussen. Die Ergebnisse weisen auf eine sehr geringe Temperaturreduktion bis wenige Zentimeter vor der Fassadenbegrünung hin. Aufgrund der geringen zu messenden Temperaturunterschiede kommt der Genauigkeit der verwendeten Sensoren eine besondere Bedeutung zu. Da Fassadenbegrünungen oft nach Süden ausgerichtet sind, ist mit einem hohen Strahlungseintrag auf die Sensoren vor den begrünten Fassaden zu rechnen. Dies kann bei natürlich belüfteten Strahlenschutzschirmen zu einem erheblichen Messfehler führen. In diesem Zusammenhang wird ein neu entwickelter Strahlenschutzschirm mit mechanischer Belüftung vorgestellt und auf dessen Eignung zur Messung der Lufttemperatur vor besonnten Fassaden untersucht. Die Validierung von Mikroklimasimulationen zur Quantifizierung der Kühlwirkung von Fassadenbegrünungen ist ein wichtiger Schritt, um das Potenzial dieser grünen Infrastruktur für die Verbesserung des städtischen Mikroklimas zu verstehen. Diese Dissertation evaluiert die Genauigkeit von Simulationen mit der Software uhiSolver zur Bewertung der Auswirkungen von Fassadenbegrünungen auf das lokale Klima, mit einem Fokus auf Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und reflektierte Solarstrahlung in städtischen Umgebungen. Diese Forschung ist entscheidend, um fundierte Aussagen zur Integration von Fassadenbegrünungen in städtische Planungen zu treffen und die Resilienz gegenüber Hitzeinseln und anderen klimatischen Herausforderungen zu verbessern.

Investigating the cooling effect of facade greening is of increasing interest, as it is seen as a potential compensatory measure in view of the worsening effects of climate change. Microclimate simulations can already be used in the planning phase to quantitatively assess this effect. In addition to the cooling effect, the impact on air humidity and air movement in the vicinity of the facade greening is also taken into account. The accuracy of the results of microclimate simulations naturally depends on the quality of the input and the assumptions made. The higher the level of detail, the longer the simulation takes. However, a lower level of detail results in an increase in the mean error. The question must therefore be answered: How accurate does the simulation need to be and how can the accuracy of the simulation be determined? To answer this question, this dissertation analyzes simplifications in the consideration of different construction methods and ground surfaces and then carries out dynamic wind and microclimate simulations of three greened Viennese schools using the "uhiSolver" software and compares them with measurement data on site. The manual effort required to create the models was minimized by reducing the variety of parameters without significantly affecting the accuracy of the simulation results. The results indicate a very small temperature reduction up to a few centimetres in front of the facade greening. Due to the small temperature differences to be measured, the accuracy of the sensors used is of particular importance. As green facades are often south-facing, a high radiation input to the sensors in front of the green facades is to be expected. This can lead to a considerable measurement error with naturally ventilated radiation shields. In this context, a newly developed radiation shield with mechanical ventilation is presented and its suitability for measuring the air temperature in front of sunny facades is examined. The validation of microclimate simulations to quantify the cooling effect of facade greening is an important step towards understanding the potential of this green infrastructure to improve the urban microclimate. This dissertation evaluates the accuracy of simulations using the uhiSolver software to assess the impact of facade greening on local climate, with a focus on air temperature, humidity, wind speed and reflected solar radiation in urban environments. This research is crucial to make informed statements on the integration of green facades into urban planning and to improve resilience to heat islands and other climatic challenges.