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Wie Stadtgebäude das Wetter beeinflussen
Ein neues an der EPFL entwickeltes Modell könnte Ingenieuren und Meteorologen helfen, den Effekt schneller zu berechnen, den Stadtgebäude auf lokale Wettermuster haben.
Die Form von Stadtgebäuden, wie sie angeordnet sind und die Wärme, die sie erzeugen, beeinflussen das lokale Wetter. Wenn Meteorologen in der Lage sind, die komplizierten Prozesse zu modellieren, können sie ihre Wettervorhersagen verbessern. Auch Ingenieure können die Energieeffizienz der von ihnen entworfenen Gebäude verbessern. Eine Studie, die letztes Jahr vom Cyros-Labor der EPFL durchgeführt wurde, zeigte die grosse Bedeutung, aber auch die die Komplexität solcher Berechnungen.
Dort setzt das Projekt von Postdoktorand Dasaraden Mauree im Solarenergie- und Bauphysiklabor der Lausanner ETH an. Er vereinfachte die Gleichungen, um sie für Ingenieure simpler zugestalten. Wie es in einer Mitteilung der EPFL heisst, liess Mauree hierzu Daten aus der Stadt Basel durch ein von ihm entwickeltes, stromlinienförmiges Modell laufen und erzielte ähnliche Ergebnisse wie bei einem theoretischen Modell und einem anspruchsvolleren Modell namens LES. «Gebäude werden oft gebaut, ohne die Besonderheiten der Wetterverhältnisse einer Stadt oder den Einfluss, den Stadtgebäude auf das Wetter haben können, zu berücksichtigen. Unser Ziel war es, ein Programm zu entwickeln, das moderne Wettervorhersagemodelle mit Modellen kombiniert, die die Wirkung der freigesetzten Gebäudewärme messen», sagt Mauree.
Statt ganz Basel zu modellieren, entschied er, lediglich eine Gruppe von Gebäuden nachzuahmen, die die Stadt darstellen könnten. Er berechnete die Baudichte der Nachbarschaft sowie die durchschnittliche Höhe, Länge und Breite der Bauten. Das gab ihm ein Standardgebäude, das er in seinen Berechnungen verwenden konnte. Mauree trennte dann das Gebäude in Ziegelsteine und stapelte diese wie Legos aufeinander: «Das Teilen von Gebäuden in Ziegelsteine ist der Schlüssel zum Verständnis der Wetterprozesse, die in einer Stadt stattfinden, da diese Prozesse mit der Bauhöhe variieren.», erklärt Mauree.
Sobald sein Gebäude aufgeteilt war, integrierte er meteorologische Daten von Basel – unter anderem die Windgeschwindigkeit und Richtung, die Temperatur und die Feuchtigkeit. Der daraus resultierende Algorithmus liess ihn präzise Schätzungen der bei jedem Ziegelstein auftretenden Wetterphänomene erzeugen. Laut Mauree könnten Ingenieure diese Berechnungen verwenden, um beispielsweise den Energieverbrauch eines Gebäudes zu optimieren, indem für jede Etage die beste Fassade gewählt werde. «Wind wird auf höheren Etagen mehr herausragend, was zu mehr Energieverlust führt. Konvektionsströme können an heissen Tagen besonders stark werden, wenn sich die Boden- und Gebäudeoberflächen erwärmen. Diese Ströme werden verursacht, wenn Heissluft, die eine niedrigere Dichte hat, nach oben fliesst und kühle Luft, die eine höhere Dichte aufweist, nach unten fliesst. Als weiteres Beispiel sollten Ingenieure, die den Energiebedarf eines neuen Gebäudes berechnen, die niedrige Sonneneinstrahlung in dicht gepackten Städten berücksichtigen.» (mgt/pb)