Thermischer Komfort (UTCI)
Der Bereich „Thermischer Komfort (UTCI)“ verbindet Klimadatei, Windsimulation, Schatten von Gebäuden und Bäumen sowie die Oberflächen zu einem UTCI-Wert an jedem Punkt und zeichnet ihn als Karte in Belastungsklassen.
Überblick
Die Karte des thermischen Komforts dient in der Entwurfsphase der Frage, ob ein Freiraum im Sommer ein Ort zum Aufenthalt ist. Diese Frage wird sonst mit Fachwerkzeugen wie SOLWEIG oder ENVI-met untersucht. Die meisten Eingaben sind Ergebnisse, die andere Bereiche schon erzeugt haben. Die Simulation gehört zum Pro-Pass (Preise).
Bedienung
- Grundstück und Radius wählen
- Im Bereich „Thermischer Komfort (UTCI)“ den Zeitraum wählen („Sommer“, „Frühling“, „Herbst“, „Winter“ oder „Jahr“)
- Die Uhrzeit wählen (10 Uhr, 14 Uhr oder 18 Uhr)
- Die Berechnung starten
Alle Uhrzeiten sind Normalzeit (MEZ, UTC+1) ohne Sommerzeit. Von Ende März bis Ende Oktober zeigt die Uhr eine Stunde mehr: 12:00 Uhr MEZ ist 13:00 Uhr MESZ. Gibt es für dasselbe Grundstück und denselben Zeitraum schon eine Windsimulation, dauert die Berechnung einige Sekunden; sonst läuft zuerst die Windsimulation (30 Sekunden bis 3 Minuten je nach Radius).
UTCI und Klassen
UTCI (Universal Thermal Climate Index) fasst Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Strahlung zu einer gefühlten Temperatur in °C zusammen. Definiert ist er als die Lufttemperatur einer Bezugsumgebung (windstill, schattig, 50 % Luftfeuchte), die dieselbe physiologische Reaktion hervorruft. Entwickelt wurde er in der COST Action 730.
| UTCI | Klasse |
|---|---|
| 9–26 °C | Keine thermische Belastung |
| 26–32 °C | Mäßige Wärmebelastung |
| 32–38 °C | Starke Wärmebelastung |
| 38–46 °C | Sehr starke Wärmebelastung |
| ab 46 °C | Extreme Wärmebelastung |
Die Kälteklassen (0–9 °C leichte Kältebelastung; darunter mäßige, starke, sehr starke und extreme) sind auf dieselbe Weise definiert und werden im Winter verwendet.
Berechnung
| Eingabe | Daten | Verarbeitung |
|---|---|---|
| Temperatur, Luftfeuchte, Sonnenstrahlung | EPW-Klimadatei der Stadt (dieselbe Datei wie die Windrose) | 8.760 Stunden, gruppiert nach Monat × Stunde |
| Windgeschwindigkeit | Ergebnis der Windsimulation | Wiederverwendet, wenn es für dasselbe Grundstück und denselben Zeitraum vorliegt |
| Schatten und Himmelssicht | Gebäudehöhenkarte (dieselbe wie beim Wind), Gelände und Bäume | Schatten aus dem Sonnenstand und Sky-View-Faktor (SVF) |
| Oberflächen | Grünflächen ∪ Baumkronen | Gras (Albedo 0,20) erwärmt sich weniger als Asphalt (Albedo 0,12) |
Daraus ergibt sich an jedem Punkt die mittlere Strahlungstemperatur, die mit Temperatur, Luftfeuchte und Windgeschwindigkeit zum UTCI verrechnet wird. Die UTCI-Formel (ein Polynom 6. Grades mit 210 Termen) ist per Skript aus einer validierten öffentlichen Implementierung übernommen; die 9 Fälle der öffentlichen Prüftabelle werden im Code jedes Mal geprüft (Toleranz 0,1 °C).
Baumschatten
| Stadt | Bäume im thermischen Komfort |
|---|---|
| Berlin | Baumbestand des Geoportals Berlin (Straßen- und Anlagenbäume, Krone laut Kataster) und Waldflächen |
| Köln | Baumkataster der Stadt Köln (nur öffentliche Bäume, Krone laut Kataster) und Waldflächen |
| Stuttgart, Karlsruhe | Kronen aus dem Oberflächenmodell nDOM1 des LGL geschätzt; Mauern, Dächer und Masten ab 3 m können enthalten sein |
Die Baumhöhe ist unbekannt; für den Schatten wird jede Krone mit 8 m angenommen. Eine Krone lässt 15 % der direkten Strahlung durch (Transmissionsgrad 0,15). Der Hinweis auf dem Bildschirm nennt die Annahme von 8 m immer.
Ergebnis lesen
Einen UTCI-Wert an einem einzelnen Punkt sichert dieses Werkzeug nicht zu. Das Ergebnis dient dem Vergleich von Orten: eine schattige Straße gegen einen besonnten Platz, oder die Änderung dort, wo eine Baumreihe endet. Verglichen werden Zeiträume und Uhrzeiten sowie Massenvarianten auf demselben Grundstück.
Grenzen
Simulation zur Orientierung, nicht rechtsverbindlich. Die Karte ist ohne Messung und Validierung. Eine Untersuchung des thermischen Komforts im Freien berechnet viele Tage und Stunden mit einem validierten Modell und gemessenen Bäumen.
Bekannte Abweichungen. Die ersten beiden machen das Ergebnis wärmer als in Wirklichkeit (im Winter weniger kalt):
- Der Wind in Fußgängerhöhe fällt zu schwach aus. Die Windsimulation liefert in Bodennähe schwächeren Wind als in Wirklichkeit. In den Beispielen Seoul und Tokio rechnen 81–89 % der Zellen mit dem schwächsten Wind, den die UTCI-Formel zulässt (0,5 m/s); die kühlende Wirkung des Windes fehlt damit fast ganz. Offene, windige Stellen können wärmer ausfallen als in Wirklichkeit (im Winter weniger kalt): Abweichung zur warmen Seite
- Bäume, die in den Daten fehlen (in Köln private Bäume), werfen keinen Schatten: Abweichung zur warmen Seite
- Oberflächeneigenschaften (Albedo, Emissionsgrad) sind Literaturwerte, keine Messungen
- Die Gebäudehöhen sind dieselben wie in der Windsimulation (3D-Gebäudemodelle LoD2)
„Als PNG speichern“ behält einen Hinweis: Baumhöhe mit 8 m angenommen, Oberflächeneigenschaften aus der Literatur, Stellen vergleichen und keine Zahlen zitieren. „Nur Plan (PNG)“ lässt ihn weg; die Bildunterschrift wird dann selbst ergänzt.
Datenquellen
| Daten | Verwendung |
|---|---|
| EPW/TMYx-Klimadateien (climate.onebuilding.org): Berlin-Tegel, Köln/Bonn, Stuttgart, Karlsruhe | Temperatur, Luftfeuchte, Strahlung, Bewölkung (8.760 Stunden) |
| Windsimulation | Windgeschwindigkeit |
| Gebäudehöhenkarte (3D-Gebäudemodelle LoD2) | Gebäudeschatten und Himmelssicht |
| DGM1 der Länder (außerhalb Copernicus DEM GLO-30) | Gelände |
| Baumbestand Berlin · Baumkataster Köln · LGL nDOM1 | Baumschatten und Oberflächen |
| COST Action 730; öffentliche UTCI-Implementierung und Prüftabelle | Definition und Formel |