Een bijzonder warme winter loopt ten einde – de volgende hittegolf dreigt in de zomer. Kun je koele plekken creëren die deze tendens tegengaan? Een simulatieprogramma van Empa kan in detail voorspellen welke vloer en welk groen de beste resultaten beloven. Met behulp van het voorbeeld van Münsterplatz in Zürich hebben onderzoekers nu de berekening doorgenomen.
De warmste winter is net ten einde sinds de weerrecords begonnen. De gemiddelde temperatuur was 3,4 graden Celsius boven het gemiddelde van 1981 tot 2010, meldde de Europese dienst voor klimaatverandering Copernicus Climate Change Service (C3S) op 4 maart. Dit leidt tot de vrees dat de komende zomermaanden nieuwe temperatuurrecords zullen breken. Het asfalt gloeit dan in de steden en het passeren van schaduwloze pleinen zoals het Münsterhof in Zürich wordt lastig.
Hoe kunnen we onze steden de komende 100 jaar redelijk aangenaam houden als de klimaatverandering blijft toenemen? Is een beetje stad groen genoeg, verspreid vanuit een esthetisch oogpunt? Of kunnen de tegenmaatregelen iets preciezer zijn? Empa maakte de eerste modelberekeningen, bijvoorbeeld op basis van de Münsterplatz in Zürich.
Aytaç Kubilay werkt bij Empa ‘Laboratory of Multiscale Studies in Building Physics’ en bij de leerstoel Building Physics in ETH Zürich. Hij is een expert in het simuleren van warmtestromen in verschillende dimensies – van individuele poriën in bakstenen, betonnen muren of hout tot hele steden. Samen met zijn collega’s denkt hij na over strategieën om de aankomende warme periodes, vooral in steden, draaglijker te maken. De Empa-onderzoeker heeft Münsterplatz in de oude binnenstad van Zürich gekozen voor zijn computersimulatie. Een groot deel van het plein is bedekt met straatstenen, de rand van de Fraumünster-kerk is betonnen. Er zijn enkele cafés en zitplaatsen, maar geen bomen die voor schaduw zouden zorgen. Bovendien is het Münsterhof aan bijna alle kanten omgeven door gebouwen. De gevels worden door de zonnestralen aanzienlijk warm.
Klimaatverandering draaglijker maken
Hoeveel van de bevolking al naar een groene Münsterplatz verlangt, werd in de zomer van 2019 aangetoond door de Bern-kunstenaar Heinrich Gartentor. Vier weken lang was het plein bedekt met een magere weide die speciaal voor het project was gemaakt. Er waren ook twee wilgen uit het boommuseum in Rapperswil. Tot de campagne eindigde op 17 september, ontstond er onderzoek bij de stad of de weide niet permanent op de Münsterplatz kon worden geïnstalleerd.
Bevoegde ETH-onderzoeker Kubilay en zijn collega’s hadden niets te maken met de kunstcampagne van Heinrich Gartentor – zelfs als hun resultaten precies in dezelfde richting wijzen. De onderzoekers kozen de site om klimaatsimulaties uit te voeren, waarvan de resultaten ook kunnen worden overgedragen naar andere plaatsen en steden. De berekeningen laten zien dat de temperaturen op het Münsterhof aanzienlijk lager zouden zijn als het plein niet verhard was maar bedekt met aarde en gras. Dit zou de vloer ’s nachts meer afkoelen en gedurende de dag minder warmte opslaan. Het resultaat zou een aanzienlijk lagere verwarming van het oppervlak zijn.
Hoe verandert de feel-good-factor?
De Empa-onderzoekers gebruiken de zogenaamde Universal Thermal Climate Index (UTCI) om uit te zoeken hoe de veronderstelde temperatuurverandering mensen zou beïnvloeden. Dit geeft aan hoe hoog de temperatuur wordt waargenomen door voorbijgangers – het houdt niet alleen rekening met de luchttemperatuur, maar ook met de luchtvochtigheid, de omgevingstemperaturen, de zonnestraling en de windsnelheid. De UTCI is vrij gelijkaardig aan de Celsius-temperatuurschaal: waarden van +38 tot +46 betekenen “zeer hoge hittestress”, van +32 tot +38 het is “sterke hittestress”, van +26 tot +32 “gemiddelde hittestress”, en im UTCI-bereik van +9 tot +26 maakt dat mensen zich het meest comfortabel voelen en geen temperatuurstress voelen.
Het resultaat: zelfs als slechts een kwart van het verharde gebied aan de Münsterplatz zou worden vervangen door een andere vloerbedekking, zou de «oven» in de zomer worden uitgeschakeld. Bijvoorbeeld, een bekleding gemaakt van poreuze stenen die kan worden geïrrigeerd en dus kan leiden tot verdampingskoeling. Een graslandschap zou ook helpen – zelfs als het niet constant werd bewaterd en soms zelfs uitgedroogd. De periodes waarin UTCI-waarden van meer dan 32 de overhand hadden op Münsterplatz (dat wil zeggen “ernstige hittestress”) zouden aanzienlijk korter zijn bij alternatieve vloerbedekkingen.
Bomen creëren een heel ander klimaat
Het resultaat zou nog duidelijker zijn als er bomen op de Münsterplatz stonden. Aytaç Kubilay en zijn collega Lento Manickathan gebruikten hun software om het effect van vier dicht op elkaar staande bomen aan de noordoostkant van het plein te simuleren. “De schaduw van de bomen en hun transpiratie tegelijkertijd zouden de warmtebelasting aanzienlijk verminderen”, zegt Kubilay. De waargenomen temperatuur zou in grote delen van het vierkant met maximaal twee graden dalen. Waar de gevels van het huis in de schaduw liggen, is het zelfs maximaal vier graden.
De bomen kunnen echter niet alleen de baan koelen, maar ook de heersende windrichtingen op de baan veranderen. Deze effecten kunnen worden gecombineerd en gebruikt om de hitte-eilanden te bestrijden. Na de modelberekeningen op de Münsterplatz, willen de onderzoekers nu hun simulatieprogramma verder verfijnen om stadsplanners in staat te stellen gedetailleerde voorspellingen te doen over hoe ze klimaatverandering kunnen tegengaan.
Bomen creëren een heel ander klimaat
Het resultaat zou nog duidelijker zijn als er bomen op de Münsterplatz stonden. Aytaç Kubilay en zijn collega Lento Manickathan gebruikten hun software om het effect van vier dicht op elkaar staande bomen aan de noordoostkant van het plein te simuleren. “De schaduw van de bomen en hun transpiratie tegelijkertijd zouden de warmtebelasting aanzienlijk verminderen”, zegt Kubilay. De waargenomen temperatuur zou in grote delen van het vierkant met maximaal twee graden dalen. Waar de gevels van het huis in de schaduw liggen, is het zelfs maximaal vier graden.
De bomen kunnen echter niet alleen de baan koelen, maar ook de heersende windrichtingen op de baan veranderen. Deze effecten kunnen worden gecombineerd en gebruikt om de hitte-eilanden te bestrijden. Na de modelberekeningen op de Münsterplatz, willen de onderzoekers nu hun simulatieprogramma verder verfijnen om stadsplanners in staat te stellen gedetailleerde voorspellingen te doen over hoe ze klimaatverandering kunnen tegengaan.