09:52 VERSCHIEDENES

Wenn Windverhältnisse mit Wasser gemessen werden

Geschrieben von: Pascale Boschung (pb)
Teaserbild-Quelle: Empa

Durch den hohen Anteil versiegelter Oberflächen ist es in Städten wärmer als auf dem Land. Sogenannte Hitzeinseln bilden sich. Genau damit beschäftigt sich der Wasserkanal der Empa. Hier wird erforscht, wie Städte optimal entwickelt werden können, um mit Wind urbane Zonen zu kühlen.

In Städten sind die Temperaturen deutlich höher als auf dem Land. Denn durch den hohen Anteil versiegelter Oberflächen ist in Städten die Verdunstung reduziert. Und die dunklen Dächer und Strassen absorbieren gleichzeitig die Sonneneinstrahlung und speichern diese erst noch. Dieses Phänomen wird als städtische Hitzeinseln (englisch: urban heat islands) bezeichnet. Weltweit arbeiten Städte und Forschungsgruppen an neuen Möglichkeiten, um genau solchen Insel entgegenzuwirken und deren Temperaturen zu lindern. Denn die Hitze hat beispielsweise auch Auswirkungen auf die Energie, die zur Kühlung benötigt wird oder auf die Ozonwerte in Bodennähe.

Die Linderung der Temperaturen könnte unter anderem durch mehr Vegetation und Wasserflächen oder hellere Materialien erreicht werden. Oder man schafft mehr Platz für Wind, damit Städte künftig besser durchlüftet werden. Mit letzterem beschäftigt sich auch die Forschung in der Schweiz: Denn Wind könnte künftig kühlere Luft von umliegenden Seen und Wäldern mitbringen und die dunklen Oberflächen durch Luftströmung abkühlen. Damit das funktioniert, müssen Städte aber auch so gebaut werden, dass die Luftmassen simpel um die Gebäude fliessen können.

Wie die Bauweise einer Stadt die Windverhältnisse genau beeinflusst, ist aber noch nicht ausreichend erforscht. Und genau damit beschäftigt sich der Mitte Juni eröffnete Wasserkanal der Empa. Forschende können mit dem Kanal die Windbewegungen besser verstehen. Wasser eignet sich hierfür gut, da es sich bei richtiger Flussgeschwindigkeit genauso verhält wie Wind in einer realen Stadt. Im Kanal sind denn auch kleine Modelle von Gebäuden installiert, damit die «Windflüsse» des Wassers genau beobachtet werden können. Für die Erforschung würde sich dafür auch ein normaler Windkanal eignen. Im Gegensatz dazu bietet Wasser jedoch die Möglichkeit, neben dem Strömungsfeld gleichzeitig auch die Temperaturverteilung zu messen.

Die Messungen werden hierbei mit einem Laser-Messsystem gemacht. Dazu mischt das Forschungsteam der Empa winzige Partikel sowie fluoreszierenden Farbstoff ins Wasser, die dann mit einem pulsierenden Laserstrahl beleuchtet werden. Eine Kamera nimmt dabei in schneller Abfolge zwei Bilder auf und ein Messsystem kann auswerten, wie weit und in welche Richtung sich die Partikel bewegt haben. Damit lässt sich also neben der Flussgeschwindigkeit, auch die Strömungsrichtung ermitteln. Und der fluoreszierende Farbstoff ermöglicht dabei die Bestimmung der Temperaturverteilung. Denn das grüne Laserlicht wird von der Farbe absorbiert: Je wärmer das Wasser also ist, desto heller strahlt auch das Licht. Mit dem Wasserkanal können Forschende nun weitere Erkenntnisse darüber gewinnen, wie die Hitze in urbanen Zonen reduziert und Städte künftig optimal entwickelt werden können.

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Redaktorin Baublatt

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