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Über dieses Buch

Das Lehrbuch stellt die Aspekte und Aufgabengebiete der Stadtbauphysik dar, beschreibt den Zusammenhang zwischen Mensch, Bebauung sowie Umwelt und zeigt die stadtbauphysikalischen Besonderheiten in Städten auf. Es gibt dem Leser Werkzeuge für die Analyse und Umsetzung einer klimagerechten Stadt zum nachhaltigen Klimaschutz an die Hand.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung
Städte machen weltweit 2 % bis 3 % der Erdoberfläche aus und stellen klimatisch, stadtbauphysikalisch, ökologisch, ökonomisch sowie gesellschaftlich komplexe Systeme dar. Sie sind von Fortschritt und Wohlstand gekennzeichnet, tragen aber gleichzeitig zur Umweltverschmutzung und zum Wandel des Klimas bei. Weltweit sind sie die Heimat von über 50 % der Erdbevölkerung und bieten ihr Wohn-, Arbeits-, Bildungs- und Freizeitmöglichkeiten. Sie sind Zentren der Industrie sowie Wirtschaft und schaffen Möglichkeiten zur Verbesserung der Lebensbedingungen. Die wachsende Urbanisierung, die Zunahme der Weltbevölkerung und die Abwanderung der Landbevölkerung lassen die Städte an ihre Grenzen stoßen. Zunehmende Versiegelung von natürlichen Flächen sowie Gewährleistung von Ressourcenverfügbarkeit, Versorgungssicherheit, Abfall- und Abwasserentsorgung, Sicherheit im öffentlichen und privaten Raum sowie ansteigende Emissionen stellen die Städte vor große Probleme und Herausforderungen.
Schew-Ram Mehra

Kapitel 2. Was ist Stadtbauphysik?

Zusammenfassung
Das komplexe System Stadt birgt eine Vielzahl von Phänomenen in sich, wird von zahlreichen Parametern beeinflusst und steht im Spannungsfeld der Wechselwirkung zwischen Mensch, bebauung und Umwelt. Die Bezeichnung Stadtbauphysik wird erstmalig 1980 im Memorandum der Konferenz der Hochschullehrer für Bauphysik eingeführt, um der Wechselbeziehung zwischen dem urbanen Raum unter dem Einfluss der Bebauung und des Menschen sowie der Umwelt einen wissenschaftlichen Rahmen zu geben. Stadtbauphysik ist interdisziplinär ausgerichtet. Kenntnisse aus der Bauphysik, Stadtplanung,Architektur, Meteorologie, Klimatologie, Aerodynamik, Hydrologie und Biologie fließen in verschiedene Teilgebiete dieser Fachdisziplin ein. Eine der wichtigsten Aufgaben der stadtbauphysikalischen Lehre ist es, den Architekten und Ingenieuren die Grundlagen und Grundsätze dieser Fachdisziplin zu vermitteln und den Planer sowie stadtplanende Behörden bereits im Planungsprozess zu unterstützen
Schew-Ram Mehra

Kapitel 3. Klima

Zusammenfassung
Nach der Definition der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) ist das Klima der langfristige Aspekt des Wetters. Das Wetter steht dabei für den augenblicklichen Zustand der Atmosphäre an einem Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt. Unterschieden wird allgemein zwischen Mikro-, Meso- und Makroklima. Stadtbauphysikalische Phänomene spielen sich vorwiegend im Bereich des Mikro- und des Mesoklimas ab. Die unmittelbaren Auswirkungen von Gebäuden spielen sich im Maßstab des städtischen Mikroklimas (auch Kleinklima genannt) ab. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Städte ist allerdings auch der Bereich des Mesoklimas betroffen.
Schew-Ram Mehra

Kapitel 4. Behaglichkeit

Zusammenfassung
Jede Stadt stellt eine Störung des physikalischen und chemischen Zustandes der atmosphärischen Grenzschicht dar. Insbesondere sind es die thermischen und lufthygienischen Phänomene des Stadtklimas, die von den allgemeinen Klimaverhältnissen (Mesoklima) abweichen und Auswirkungen auf Lebewesen und Gebäude haben. Der Mensch steht ständig im wechselseitigen Spannungsfeld mit seinem Umfeld. Einerseits beeinflusst er durch sein Verhalten die Stadt und damit die Umwelt, andererseits wird er von seiner Umwelt geformt.Technisierung und Industrialisierung der Gesellschaften und die damit verbundene Lärmbelastung und Luftverschmutzung haben erhebliche Negativfolgen für den Menschen und die Umwelt mit sich gebracht haben. Diese sind stadtbauphysikalisch von großer Bedeutung, wenn es um die Frage nach dem Wohlbefinden und Behaglichkeit der Menschen und der Schädigung der Umwelt geht. Anhand von Rechenmodellen kann die Beurteilung in der Stadt beurteilt werden.
Schew-Ram Mehra

Chapter 5. Städtische Atmosphäre und Stadtklima

Zusammenfassung
Städte haben ein eigenartiges Mikroklima und führen durch die zunehmende Besiedlung, anthropogene Wärmeproduktion und Technisierung der Lebensräume zur Erwärmung der Erdatmosphäre. Die natürlichen Energie- und Stoffströme werden in Städten von anthropogen erzeugten Strömen überlagert. Daher stehen Städte vor großen Herausforderungen, um nachhaltig eine bessere Lebensqualität, Ressourceneffizienz und den Schutz der Umwelt zu gewährleisten. Obwohl die anthropogene Energiezufuhr in Städten im Vergleich zu der natürlichen Zustrahlung relativ gering ist, wirken sich die städtischen Emissionen schwerwiegend auf das Klima aus. Aufgrund der durch die Bebauung verursachten Komplexität der städtischen Struktur erleidet auch die bodennahe Atmosphäre Veränderungen. Obwohl die Stadt in ihrer Gesamtheit eine geschlossene Struktur darstellt, ist sie in eine Vielzahl von kleineren räumlichen Strukturen unterteilt. Gekennzeichnet sind sie durch ständigen stetigen und auch abrupten Wechsel in ihrer Oberflächenrauigkeit. Städtische Versiegelungsflächen beeinträchtigen das Stadtklima erheblich. Durch geeignete Anordnung und Gestaltung dieser Flächen und Anordnung von Grün- und Wasserflächen sowie Luftbahnen kann der Aufheizung der Städte entgegengewirkt werden.
Schew-Ram Mehra

Chapter 6. Urbane Bebauung

Zusammenfassung
Die besonderen Merkmale der Städte sind neben dem modifizierten Klima die ausgeprägte Versieglung, große Menschenmassen und die stetig zunehmenden anthropogenen Emissionen, die in Abhängigkeit der Verdichtung, Anordnung und des Höhen-Breiten-Verhältnisses der Bebauung unterschiedliche Immissionen verursachen. Die städtische Versiegelung verändert den Wärme- und Feuchtehaushalt in der atmosphärischen Grenzschicht und damit auch die dortigen Temperatur- und Feuchteverhältnisse. Die Bebauung bremst den Wind, verändert seine Richtung, speichert die Sonnenstrahlung, emittiert Wärme, beeinflusst die Konvektion, verändert das Verdunstungsvermögen in den bodennahen Luftschichten sowie die Wärmespeicherfähigkeit und die Wärmeleitung des Erdbodens. Wohnhöfe in der Stadt demonstrieren den Einfluß städtischer Bebauung auf eine besondre Art.
Schew-Ram Mehra

Chapter 7. Städtische Emissionen

Zusammenfassung
Die zunehmende Technisierung hat insbesondere in den industriegeprägten Gesellschaften zu einem hohen Lebensstandard geführt. Dadurch sind gleichzeitig sowohl die Menschen als auch die Umwelt erheblichen Emissionen und Immissionen ausgesetzt. Die Belastung der Luft durch unterschiedliche Fremdstoffe und Erhöhung der Konzentrationen der Luftbestandteile, steigende Lärmbelastung, zunehmende künstliche Beleuchtung urbaner Räume sowie rasant wachsende elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder sind die wesentlichen städtischen Emissionen, die das Umfeld des Menschen, der Tiere und Pflanzen beeinträchtigen. Die zunehmenden anthropogenen Emissionen verändern die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Zusätzlich beeinträchtigen die abgegebenen Luftbeimengungen die klimatischen Prozesse sowie die Luftqualität und damit die Lebensbedingungen der Lebewesen.
Schew-Ram Mehra

Kapitel 8. Smart City

Zusammenfassung
Mit dem Begriff Smart City wird eine intelligente Stadt in Verbindung gebracht, die mitdenkt, den Ressourcenverbrauch verringert und die Lebensqualität verbessert. Der Begriff Smart City (smarte bzw. intelligente Stadt) wird seit Ende der 1990er-Jahre verwendet, ist aber nicht eindeutig definiert. Die Suche nach einer verständlichen Definition des Begriffs Smart City führt in einen Dschungel unterschiedlicher Beschreibungen. Das Konzept Smart City verspricht, die Vielzahl aktueller Probleme der fortgeschrittenen und weiter fortschreitenden Urbanisierung zu lösen. Die Ursachen, die die Städte klimatisch und stadtbauphysikalisch vor großen Herausforderungen gestellt haben, kann das Konzept aber nicht beseitigen.
Schew-Ram Mehra

Chapter 9. Probleme, Herausforderung und Maßnahmen

Zusammenfassung
Städte sind und werden in der Zukunft noch stärker der Lebensraum der meisten Menschen sein. Die Überlastung der Infrastruktur, ständig zunehmende Probleme bei der Wasser-, Energie- und Lebensmittelversorgung, Abfall- und Abwasserentsorgung, Beeinträchtigung ökologischer Qualität urbaner Räume sowie steigende gesundheitliche Belastung führen jedoch zunehmend zum Verlust an Lebensqualität der städtischen Bewohner. Auch hinsichtlich der Sicherheit sowohl im öffentlichen wie auch im privaten Raum und auch der Mobilität stoßen die Städte an ihre Grenzen. Hinzu kommen der demographische Wandel, die steigende Ressourcenverknappung und der spürbare Klimawandel. Die Zunahme von Hitzeperioden, starken Unwettersituationen, Hochwasser und Überschwemmungen werden sich auf die urbanen Ballungsgebiete noch gravierender auswirken. Um unter diesen veränderten Randbedingungen auch in Zukunft die Umwelt zu schützen und in den Städten behagliche Umgebungsbedingungen zu schaffen, müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden.
Schew-Ram Mehra

Backmatter

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