Der Luftaustausch mit dem kühleren Umland bringt Hitzeinseln wertvolle Abkühlung. Der Temperaturunterschied zwischen Siedlungsraum und Umland ist besonders während der Nacht sehr ausgeprägt. Mit einer gut funktionierenden Kaltluftzirkulation können daher Tropennächte und der gefährliche nächtliche Hitzestress reduziert werden.
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Wirkung
Frischluft gelangt grundsätzlich durch vier verschiedene Winde in den wärmeren Siedlungsraum, die je nach Topografie unterschiedlich starken Einfluss auf das Stadtklima haben. Man unterscheidet zwischen Talabwinden, Hangabwinden, Flurwinden und Binnenwinden.
1 Talabwinde: Kalte Luft ist schwerer als warme Luft und sinkt gegenüber anderen Luftmassen ab. Beim Talabwind konzentriert sich die Luft aufgrund der topografischen Lage in einer Leitbahn und strömt mit einem hohen Luftvolumen talabwärts.
2 Hangabwinde: Bei Hängen ohne ausgeprägte Täler, fliesst die kalte Luft flächenhaft in einem schwächeren Volumenstrom abwärts. Sowohl beim Tal- als auch beim Hangabwind ist die Fliessgeschwindigkeit von der Hangneigung, Bodenrauigkeit und Größe des Kaltluftentstehungsgebiets abhängig. Die Hangneigung muss erfahrungsgemäß wenigstens 1 bis 2 Grad betragen.
3 Flurwinde: Auch ohne Höhenunterschiede zieht Kaltluft vom Umland in den aufgewärmten Siedlungsraum. Grund dafür ist der Temperaturunterschied. Aufgrund des höheren Luftdrucks der kalten Umgebungsluft, zieht diese in die Tiefdruckgebiete der Siedlungsräume nach.
4 Binnenwinde: Auch innerhalb von Siedlungsräumen können Druckunterschiede und somit Strömungsphänomene auftreten. Städtische Grünflächen produzieren Kaltluft und verfrachten diese in den umliegenden Siedlungsraum. Ein relevanter Binnenwind entsteht bei Grünflächen, die grösser als etwa ein Hektar sind.
Beispiel Stadt Zürich: Hier wird 75 Prozent des Siedlungsgebiets durch eines der vier Windsysteme mit Kaltluft versorgt. Aufgrund der topographischen Situation entfallen dabei 47 Prozent auf Talabwinde, 26 Prozent auf Hangabwinde und nur jeweils 1 Prozent auf Flur- und Binnenwinde.
Beschreibung
Verwenden Sie die Akkordeon-Bedienelemente, um die Sichtbarkeit der jeweiligen Panels (unterhalb der Bedienelemente) umzuschalten.
Mithilfe der Klimaanalysekarten des Kanton Zürichs können bestehende Kaltluftsysteme erkannt werden.
Weiterführende Informationen zu den Klimaanalysekarten finden sich auf der Seite zu der Herausforderung Hitze
Kaltluftentstehungsgebiete liegen in Form von Grünräumen überwiegend ausserhalb des Siedlungsgebiets. Zusammenhängende Waldgebiete, Felder und Wiesen liefern neben kühler auch sauerstoffreiche, staubfreie und wenig belastete Luft. Natürlich können kleinere Kaltluftentstehungsflächen aber auch innerhalb von Siedlungen liegen. Die bestehenden Kaltluftentstehungsflächen sollten so gut es geht geschützt werden.
Die Frischluftkorridore sollten die Kaltluft möglichst tief in den Siedlungsraum befördern. Die Kaltluft dringt dabei durch nicht bebaute Flächen, seien es Strassenräume, Grünanlagen, private Gärten oder Abstandsflächen. Grundsätzlich gilt, je durchlässiger die Flächen desto besser. Für Gebäude bedeutet das:
- hoch besser als breit
- längs besser als quer (zur Kaltstromrichtung),
- offen besser als geschlossen
- je höher die Gebäude, desto wichtiger ist ihre strömungsgünstige Stellung
Je nach Windsystem liegen aber unterschiedliche Empfindlichkeiten vor.
Talabwinde verfügen über Leitbahnen, die Kaltluft bis weit in den Siedlungsraum tragen können. Strömungshindernisse können zwar aufgrund des grossen Luftvolumens überströmt werden, sie führen aber zu einer Reduktion der Reichweite. Ebenso wird die Reichweite und der Kühleffekt durch eine frühzeitige Erwärmung strömenden Kaltluft reduziert, was durch die Wärmeabstrahlung etwa von versiegelten Flächen geschieht.
Deshalb gilt für Leitbahnbereiche:
- Gebäude wenn möglich längs zur Stromrichtung setzen
- Grünanteil schützen und wenn möglich ausbauen
- Versiegelte Flächen optimieren (beschatten, entsiegeln oder für hohen Albedo sorgen
Hangabwinde fliessen flächig in die Bebauung ein, wodurch der gesamte Saum zwischen Kaltluftentstehungsfläche und Siedlung empfindlich ist. Auf den ersten zwei bis drei Parzellentiefen wird die grundsätzliche Weiche gestellt, ob und wie viel Kaltluft in die Siedlung strömt.
Beim Flur- und Binnenwind ist ebenfalls der Kontaktsaum entscheidend.
Für den Kontaktsaum gilt:
- kleine Gebäude besser als grosse
- Reihenhäuser orthogonal zur Strömungsrichtung anlegen
Die Gebäudestellung ist entscheidend dafür, wie viel Kaltluft in die Siedlung strömen kann. Ein gewisser Anteil wird aber immer über die Siedlung strömen. Im Bereich grösserer Freiflächen kann die überströmende Luft bis an den Boden hinunterdringen. Diese idealerweise grünen Freiflächen fungieren als grüne Trittsteine für die Kaltluft.
Synergien
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Bei einem gut funktionierenden Luftaustausch mit der Umgebung wird verschmutzte und verbrauchte Luft durch saubere und sauerstoffreiche Luft ersetzt. Grüne Kaltluftproduktionsflächen reichern Luft nämlich mit Sauerstoff an und binden Feinstaub.
Mit dem Schützen und Fördern von Kaltluftproduktionsflächen kann auch die Biodiversität gefördert werden. Dafür müssen entsprechende Grünflächen jedoch möglichst strukturreich sein und über einen hohen Anteil einheimischer Pflanzen verfügen. Kaltluftleitbahnen verfügen bestenfalls über einen hohen Grünflächenanteil und tragen so auch zu einer besseren Lebensraumvernetzung der urbanen Gebiete untereinander und mit dem Umland bei.
Durch eine Erhöhung von begrünten und unversiegelten Flächen wird auch die Versickerung von Regenwasser begünstigt. Dies entlastet das Abwassersystem und fördert Wasserverdunstung, weitere Kühlung, sowie die Grundwasserneubildung (siehe Massnahme 17: Regenwassermanagement).
Die Entsieglung und Begrünung von Kaltluft-Strömungslinien bremst die Erwärmung der Kaltluft und ermöglicht dadurch ein weiteres Vordringen der Kaltluft ins Siedlungsgebiet. Eine Entsiegelung und Begrünung können sich auch positiv auf die Lärmbelastung auswirken, da Grünflächen Schall weniger rückstrahlen als bspw. Asphalt und Mauern.
Zielkonflikte und Lösungsideen
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Die Bevölkerungsentwicklung im Kanton Zürich führt zu einer Verdichtung der bestehenden urbanen Siedlungsräume, da eine Zersiedelung der Landschaft verhindert werden möchte. So werden zwar auch die Kaltluftentstehungsgebiete des städtischen Umlands geschützt, dafür steigt aber der Druck auf die bestehenden Kaltluftleitbahnen. Daher muss bei der Nachverdichtung auf eine optimale Häusersetzung und eine klimaoptimierte Aussenraumgestaltung geachtet werden. Durch Verdichtung können bestehende Missstände auch behoben werden.
Wenn Areale möglichst durchlässig für Kaltluft sind, dringt auch mehr Lärm in die Siedlungen ein. Ein Zielkonflikt entsteht, wenn Lärm und Frischluft aus der gleichen Richtung kommen. Dies ist vor allem an Verkehrsachsen der Fall, die häufig hangparallel verlaufen. Hier ist Kreativität gefragt. Denkbare Lösungen sind unterschiedliche Gebäudehöhen entlang des Riegels oder Zwischenräume in Gebäuden, die von Kaltluft durchdrungen werden können.
Weiterführende Informationen
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Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft - Sektion Klima und Mobilität