Klimamodell Gaulbad

Der natürliche Treibhauseffekt wird seit der Industrialisierung durch die vermehrte Freisetzung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid verstärkt. Urbane Bereiche heizen sich zudem durch den städtischen Wärmeinseleffekt zusätzlich auf. Für die Aalener Innenstadt wird ein Wärmeinseleffekt von + 7 °C im Vergleich zum Umfeld erwartet. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken und die Stadt auch zukünftig für alle lebenswert zu erhalten, setzt Aalen auf sogenannte naturbasierte Lösungen. Pilotprojekt hierfür ist die „Wiederherstellung des Gaulbades“ das im Rahmen des Programms „Anpassung urbaner und ländlicher Räume an den Klimawandel“ vom Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen mit 2,7 Mio. € gefördert wird. Die positive Wirkung der Maßnahmen konnte über Klimamodellierungen für die Zieljahre 2035 und 2055 nachgewiesen werden.

Stadtklima – warum es in Städten oft wärmer ist

Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre unsere Erde ein sehr kalter Ort. Die Erdatmosphäre lässt einen großen Teil des Sonnenlichts durch, speichert aber einen Teil der Wärme. So liegt die weltweite Durchschnittstemperatur bei angenehmen 15 °C statt bei -18 °C. Seit Beginn der Industrialisierung hat sich die Menge an Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre erhöht. Diese haben einen verstärkten Treibhauseffekt zur Folge, was zu einer stärkeren allgemeinen Erwärmung führt. In Städten kommt noch ein besonderer Effekt hinzu: der städtische Wärmeinseleffekt. Städte heizen sich oft stärker auf, als das Umland – und kühlen nachts langsamer wieder ab. Das liegt vor allem an:

• vielen dunklen und wärmespeichernden Oberflächen (Asphalt, Beton, Ziegel)
• wenig Grünflächen, die Schatten spenden und durch Verdunstung kühlen
• dichter Bebauung, die den Luftaustausch bremst
• zusätzlicher Wärme aus Verkehr, Heizung und Industrie

Dieser Unterschied ist besonders in warmen Sommernächten spürbar.

Die Grafik ist auch unter www.dwd.de zu finden.

Um die Stadt für alle Bürgerinnen und Bürger lebenswerter zu machen, setzt Aalen auf naturbasierte Lösungen. Das heißt: mehr Grün und Wasser in der Stadt, um Hitze zu mindern, die Luftqualität zu verbessern und den Aufenthalt im Freien angenehmer zu gestalten. Dazu gehören:

• Schutz, Wiederherstellung und Neuanlage von Grünflächen
• Pflanzung von Stadtbäumen
• ein besseres Wassermanagement (Versickerung, Speicherung, Wiederverwendung)
• die Begrünung von Fassaden und Dächern

Ein Beispiel ist das Projekt „Gaulbad“, welches den Anteil an Grün- und Wasserflächen im Innenstadtbereich erhöht – für ein angenehmeres Stadtklima und mehr Lebensqualität.

Die Grafik ist auch unter www.umweltbundesamt.de zu finden.

Projekt Gaulbad – Das Konzept

Im Jahr 2018 wurde von GEO-NET Umweltconsulting GmbH, Hannover das klimaökologische Fachgutachten „Stadtklimaanalyse der Stadt Aalen“ erstellt. Dieses Gutachten weist für die Altstadt einen Wärmeinseleffekt, sprich eine Erwärmung von 7 °C im Vergleich zum städtischen Umland aus. Dieses Gutachten lieferte die Basis, um sich für das Bundesförderprogramm „Anpassung urbaner und ländlicher Räume an den Klimawandel“ zu bewerben. Mit der Aufnahme des Projekts „Gaulbad“, das offiziell „Wiederherstellung des Gaulbades und Begrünung der Stuttgarter Straße“ heißt, konnte dieses vom Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen mit 2,7 Mio. Euro gefördert werden. Von Seiten des Ministeriums für Verkehr Baden-Württemberg wurde das Projekt „Gaulbad“ mit 225.000 Euro über die Landesförderung bezuschusst. Durch den Rückbau des ehemaligen Westparkplatzes und der Öffnung des verdolten Kochers wurden durch das Projekt nachfolgende Ideen umgesetzt, die letztendlich die Fördermittelgeber zur Mitwirkung bewogen haben. Die Ausgangssituation mit dem ehemaligen Westparkplatz und die Visualisierung der Projektidee „Gaulbad“ ist der nachfolgenden Darstellung zu entnehmen.

Die stadtklimatologische Wirkung wurde über Klimamodellierungen nachgewiesen (siehe: Projekt Gaulbad – Die Klimamodellierung).

• Durch die Öffnung des ehemals verdolten Kochers konnte die tagsüber kühlende und klimaausgleichende Funktion des Wassers wieder genutzt werden. Der Fluss wurde wieder erlebbar und zugänglich – Aalen, die Stadt am Kocher. 

• Das Projektgebiet wurde konsequent mit Bäumen überstellt. Die Ausbildung von Hügeln ist hierbei nicht nur ein gestalterisches Element. Weite Teile der Grünanlage sind durch die Rathaus-Tiefgarage unterbaut. Durch die Hügelausbildung wurde den Bäumen ein größerer Wurzelraum gegeben, um deren Resilienz gegenüber längeren Trockenperioden, die durch den Klimawandel verursacht werden, zu stärken. Bei der Gehölzauswahl wurde diese Entwicklung ebenfalls berücksichtigt. Es wurden trocken- und hitzetolerante „Klimabaumarten“, die Spätfrost aushalten und eine gewisse Frosthärte aufweisen, verwendet. Neben fremdländischen Arten wurden auch einheimische Arten wie Feldahorn, Flatterulme und Waldkiefer verwendet. Weitere Informationen zur Klimabaumforschung sind unter www.lwg.bayern.de zu finden.
   
• Der ehemalige Westparkplatz wurde entsiegelt. Bei der Neugestaltung der Wege wurden versickerungsfähige und wasserspeichernde Wegedecken verwendet, die über ihre helle Oberfläche zusätzlich Wärmeeinstrahlung reflektieren. Niederschlagswasser, insbesondere bei Starkregenereignissen, kann verstärkt zurückgehalten und wieder über die Wegedecken verdunstet werden und so zur Abkühlung beitragen. Des Weiteren wurde der Wegeunterbau so gestaltet, dass dieser ebenfalls als temporärer Wasserspeicher fungiert. Diese Vorgehensweise entspricht den Prinzipien der Schwammstadt. Mehr Informationen zum Prinzip Schwammstadt sind unter www.umweltbundesamt.de zu finden.
   
• Der Einbau eines Bewässerungssystems zur Versorgung eines Teils der Bäume entlang der Oberkante der Kocherbucht sichert die Wasserversorgung auch während längerer Trockenperioden. Nur wasserversorgte Bäume können die Lufttemperatur durch Verdunstungsprozesse reduzieren und kühleren Schatten spenden. Versorgt wird das Bewässerungssystem durch Grundwasser, das im Zusammenhang mit dem Betrieb der Rathaustiefgarage abgepumpt werden muss.
   
• Die Dimensionierung der Kocherbucht ist so bemessen, dass sie mehr als ein Hochwasser aufnehmen kann, das statistisch alle 100 Jahre auftritt (HQ100). Hier wurde zusätzlich ein sogenannter Klimaaufschlag von 15 Prozent berücksichtigt.
   
• Zur CO₂-Fixierung wurden folgende Vorgehensweisen verfolgt: Zum einen wurden Teile der ehemaligen Kocherverdolung wiederverwendet. Deren Betondeckel wurde dabei so segmentiert, dass Teile davon wieder als Sitzbanksockel verwendet werden konnten (Langbank entlang Friedrichstraße und im Spielbereich, Sitzelemente in der Kocherbucht). Zum anderen konnte durch die Beimischung von Pflanzenkohle im Baumsubstrat nicht nur der Boden verbessert und die Wasserspeicherung erhöht werden, sondern die Pflanzenkohle fungiert auch als langfristige CO₂-Senke. Eine weitere CO₂-Fixierung findet durch das Wachstum der Bäume und dem damit verbundenen Holzaufwuchs statt.
   
• Zur Förderung der Artenvielfalt (Biodiversität) wurde der Kocher nach den Prinzipien der ökologischen Gewässergestaltung ausgebildet. Es wurde auf die Ausbildung einer entsprechende Breiten- und Tiefenvarianz mit Inseln und Seitengerinne durch Schüttungen von größeren Steinen, Buhnen, gesicherte Wurzelstöcke aus den im Baufeld gerodeten Bäumen, Kokosfaschinen, Initialpflanzungen von Erlen und Weidensteckhölzern – die aus dem Kochergebiet stammen – geachtet. Zusätzlich wurden Wasseramselnisthilfen unterhalb des Kocherbalkons angebracht und die Ufersäume aus gebietsheimischem Saatgut entwickelt. Die Natur wurde so im Herzen der Stadt gestärkt, Biodiversität erlebbar gemacht.
   
• Die Neuordnung der Wegebeziehungen für Fuß- und Radverkehr stärkt barrierefrei die Verbindung von den umliegenden Stadtquartieren zur Innenstadt und trägt zur Schließung des Radwegerings um die Innenstadt bei. Die Sicherheit im Bereich der Tiefgaragen-Einfahrt wurde durch die geänderte Wegeführung, ein barrierefreies Leitsystem und durch die Abschrägung der Mauerscheiben im Einfahrtsbereich verbessert.

• Die Innenstadt und das Stadtquartier westlich der Friedrichstraße sind mit Spielplätzen unterversorgt. Im Projektgebiet wurden Spielbereiche für Kinder unterschiedlichen Alters entwickelt und mit dem Motto „Römer“ ein lokaler Bezug geschaffen. Diese Spielanlagen liegen in einem konsumfreien, für alle Generationen nutzbaren Kommunikationsraum, der im Vergleich zur Umgebung durch die Beschattung mit Bäumen auch deutlich kühler ist.

Projekt Gaulbad – Die Klimamodellierung

Mit Hilfe der Klimamodellierungen wurde die stadtklimatologische Wirkung des Projekts „Gaulbad“ nachgewiesen, sie wurden von GEO-NET Umweltconsulting GmbH (www.geo-net.de) erstellt. Klimamodellierungen basieren auf umfangreichen Computerprogrammen. Sie werden dazu verwendet, künftige Entwicklungen auf Basis meteorologischer Modelle und unter Berücksichtigung von wissenschaftlichen Gesetzen zu prognostizieren. Im Rahmen der Klimamodellierung wurde eine für die Stadt Aalen erwartbare „worst-case“-Situation simuliert. Es wurde beispielsweise ein Modell eines heißen Sommertags, ohne Wolkenbedeckung mit wenig Wind, generiert. Echtzeitmessungen wie sie beim Projekt „Smart-City“ über das gesamte Jahr generiert werden, dienten, neben vielen anderen Daten, zur Kalibrierung der errechneten Klimamodelle.

Bei der Klimamodellierung „Gaulbad“ sind folgende Rahmenbedingungen zu berücksichtigen:

• Angegeben wird die Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) in °C, damit ist die von einem Menschen empfundene Temperatur in 1,1 m Höhe gemeint. Die „Parameter“ PET wird bei der Ausgangssituation sowie bei den Modellierungen verwendet.
   
• Grundlage für den Nachweis der Wirksamkeit der Umgestaltungsmaßnahmen ist die unten dargestellte Modellierung der Ausgangssituation „Westparkplatz vor Bau Gaulbad“. Hierfür wurde, u.a. durch Drohnenbefliegungen und -messungen, die thermische Belastung in der Ausgangssituation unter Annahme eines heißen Sommertages modelliert.
   
• Der wesentliche stadtklimatologische erwünschte Effekt der Abkühlung tritt über die Verdunstungs- und Beschattungsleistung von Bäumen ein. Beim Projekt „Gaulbad“ wurden 40 Bäume neu gepflanzt. Eine relevante Kronenentwicklung stellt sich erst nach zehn und mehr Jahren ein. Bei den Klimamodellen wurden die Zeiträume von zehn und 30 Jahren nach Pflanzung, d.h. die Prognosejahre 2035 und 2055 gewählt. Wohl wissend, dass die Verdunstungs- und Beschattungsleistung der Bäume nach 2055 noch zunehmen wird.
   
• Verändertes Klimasignal. Während der Projektphase ging man von einer Klimaerwärmung von 1,3 °C bis zum Jahr 2035 und, da inzwischen von einer stärkeren Klimaerwärmung auszugehen ist, von einer Klimaerwärmung von 2,5 °C zum Prognosejahr 2055 aus. Diese Entwicklung wurde bei den Klimamodellen abgebildet, sie mindert die durch das Projekt beabsichtigten Abkühlungseffekte. Um diese Entwicklung darzustellen wurden für das Prognosejahre 2035 die Modelle mit einem Klimasignal von + 1,3 °C und für das Prognosejahr 2055 die Modelle mit einem Klimasignal von + 2,5 °C gerechnet.

• Die auftretende Wärmebelastung am Tage wird vor allem über die Verschattung beeinflusst. Die großflächig roten Bereiche stellen dementsprechend vollständig unverschattete Flächen (Asphalt, Pflastersteine) dar, sie entwickeln eine PET von 40 bis über 44 °C. Grundsätzlich sind dabei versiegelte Flächen (Asphalt, Pflastersteine) tendenziell noch einmal wärmer als Grünflächen.
   
• Gelbe und grüne Bereiche mit einer PET zwischen 34 °C und 38 °C werden von Baumkronen gebildet. Je größer und zusammenhängender das Kronendach, umso geringer ist die Erwärmung der darunter liegenden Flächen.
   
• Auch Gewässer haben tagsüber an heißen Sommertagen aufgrund ihrer geringen Wassertemperaturen und Verdunstungsprozessen einen kühlenden Einfluss auf ihr Umfeld, dies ist an den bereits damals unverdolten Kocherabschnitten abzulesen.
   
• Blaue Bereiche (PET < 33 °C) ergeben sich durch starke Verschattungseffekte von Gebäuden oder Baumkronen bzw. durch die Verschattung von Gebäuden und Baumkronen im Verbund mit einer Fassadenbegrünung, wie beim Gebäude Stuttgarter Straße 37 abzulesen ist.

Modellierung Zustand „Wiederherstellung Gaulbad“ mit Zieljahren 2035 ohne und mit Klimasignal von 1,3 °C

• Dargestellt sind die Veränderungen der PET im Vergleich zur Ausgangssituation „Westparkplatz vor Bau Gaulbad“ ohne (linke Abbildung) und mit (rechte Abbildung) Klimasignal von + 1,3 °C mit dem Zieljahr 2035.
   
• Bereiche mit einer PET-Erhöhung sind durch ocker- bzw. orangefarbene Bereiche markiert. Es handelt sich überwiegend um Bereiche, die in der Ausgangslage baumüberstanden waren. Sind die Baumstandorte in der Ausgangslage deckungsgleich mit Neupflanzungen, so können die Neupflanzungen die Abkühlungsfunktion der „alten“ Baumstandorte nach 10 Jahren noch nicht ausgleichen, hier sind Erhöhungen der PET zu verzeichnen.
   
• Gut erkennbar ist die PET-Reduzierung (hell- und dunkelblaue Bereiche) durch den neugepflanzten Baumbestand bereits 10 Jahre nach Projektfertigstellung (Zieljahr 2035), an Standorten die vorher nicht mit Baumkronen überstanden waren. Diese positive Wirkung wird durch den Gegenspieler Klimaerwärmung abgeschwächt. Ohne Klimaerwärmung würden die hell- und dunkelblauen Bereiche im Projektgebiet bereits nach zehn Jahren überwiegen.
   
• Ergänzt wird die positive Wirkung durch die großflächigen Entsiegelungsmaßnahmen und vor allem durch die Offenlegung des Kochers mit der damit verbundenen Entwicklung der Ufervegetation. Dies ist insbesondere im Bereich der Kocherbucht gut zu erkennen. Die kühlende Wirkung des Gewässers und der dort entwickelten Rasenflächen wird aber bei einer Klimaerwärmung um 1,3 °C neutralisiert (rechte Abbildung), dies ist durch den Farbumschlag von dunkel- zu hellblau bzw. hellblau zu weiß erkennbar.
   
• Bei den verwendeten Baumarten sind nach zehn Jahren noch deutliche Kronenzuwächse zu erwarten. Die Abkühlungseffekte werden sich dadurch nochmals verstärken.

Modellierung Zustand „Wiederherstellung Gaulbad“ mit Zieljahren 2055 ohne und mit Klimasignal von 2,5 °C

• Dargestellt sind die Veränderungen der PET im Vergleich zur Ausgangssituation „Westparkplatz vor Bau Gaulbad“ ohne (linke Abbildung) und mit (rechte Abbildung) einem Klimasignal von + 2,5 °C mit dem Zieljahr 2055. Im Jahr 2055 ist inzwischen von einer Klimaerwärmung von 2,5 °C auszugehen.
   
• Bereiche mit einer PET-Erhöhung sind durch ocker- bzw. orangefarbene Bereiche markiert, diese sind bis auf kleine Restflächen reduziert (linke Abbildung). Zu erklären ist dies durch das nach 20 Jahren größere Kronenvolumen der Neupflanzungen und den damit verbundenen erhöhten Verschattungs- und Abkühlungseffekten. Deutlich wird hier auch, dass zusammenhängende Baumpflanzungen bei denen sich das Kronendach schließt, effektiver sind als Einzelstrukturen. Die für das Jahr 2055 prognostizierte Klimaerwärmung arbeitet gegen diese positiven Effekte (rechte Abbildung). Sie kann aber die abkühlende Wirkung nicht auflösen. Bei der Modellierung mit Klimasignal hebt sich das Projektgebiet „Gaulbad“ als kühle, blaue Insel von der heißeren, versiegelten ocker- bis orangefarbenen Umgebung ab.
   
• Auch nach 30 Jahren Standzeit werden bei den verwendeten Baumarten weitere Kronenzuwächse zu erwarten sein. Die Abkühlungseffekte werden dadurch stabilisiert und nochmals verstärkt.