Wirkung von Begrünung auf das Mikroklima
Thema und Relevanz
Durch das starke Wachstum der Städte und Ballungsräume müssen verschiedenste Herausforderungen in der Zukunft überwunden werden. Seit 2007 leben weltweit mehr als die Hälfte der Menschen in Ballungsräumen; bis 2030 werden schätzungsweise 60 % der Weltbevölkerung in Städten leben (UN 2019). Im Zuge des unabwendbaren und bereits spürbaren anthropogenen Klimawandels muss die Stadtplanung weite Handlungsfelder bedienen. Ein wichtiges Instrument hierbei ist die nachhaltige Stadtentwicklung. Diese will soziale, ökologische und wirtschaftliche Interessen aufeinander abstimmen. Dafür ist ein verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen nötig, der auch im Sinne der Generationengerechtigkeit steht. Hierbei müssen in der Stadtplanung Maßnahmen entwickelt werden, um der Erwärmung der Innenstädte (urbane Hitzeinseln) entgegen zu wirken und die Luftqualität zu erhalten bzw. zu verbessern. Ein wichtiger Prozess ist dabei auch die Stärkung der urbanen Resilienz gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels und des dadurch beeinflussten Stadtklimas. Das Stadtklima ist insbesondere durch die Eigenschaften von Baustoffen bezüglich Wärmespeicherung und Reflexion von Sonnenstrahlung, durch die starke Versiegelung des Bodens und das Fehlen von Vegetation gekennzeichnet. Durch die Anlage von lokalen kleinteiligen Grünflächen, vor allem mit Bäumen, kann eine effektive Senkung der Temperaturen erreicht werden (Holland et al. 2018; Sanusi et al. 2017; Stangl et al. 2019).
Bäume an Straßen, Plätzen und Parkanlagen verbessern nicht nur das Erscheinungsbild der Städte, sondern tragen durch Sauerstoffproduktion, CO2-Bindung, Staubfilterung und Schattenbildung zu einem nachhaltigen Stadtklima und somit auch zum Wohlbefinden der Bürger*innen bei. Jedoch sind die Bäume durch versiegelte und verdichtete Böden, Nährstoffarmut und Wassermangel in ihrem Wachstum eingeschränkt. Gegenüber den zahlreichen ökologischen und ästhetischen Vorteilen der Bäume stehen die Kosten, welche durch Beschaffung, Pflege und Versorgung entstehen.
Fragestellung und Zielsetzung
Vor dem Hintergrund einer wachsenden Bevölkerungszahl, einer zunehmend dichteren Bebauungsstruktur und einer steigenden Flächenversiegelung sind auch im Frankfurter Stadtbezirk Riedberg die Auswirkungen der städtischen Lebensweise auf lokale klimatische Bedingungen zu beobachten. In Anbetracht dessen stellt sich die Frage, in welchem Umfang derartigen Problemen bei der Neuplanung bzw. mit der Modifizierung bestehender Bebauungsstrukturen entgegengewirkt werden kann. Entsprechend soll der Einfluss von Bäumen auf das Mikroklima von städtischen Plätzen untersucht werden. Dafür werden die Untersuchungsstandorte Riedbergplatz und Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz betrachtet. Der Einfluss von Bäumen auf Oberflächen- und Lufttemperatur soll an den beiden Standorten durch quantitative Messverfahren evaluiert werden. Eine semi-quantitative Umfrage, die das Stimmungsbild der Anwohner*innen bezüglich ihres „Wohlfühlklimas“ erfasst, soll der Validierung der Ergebnisse dienen. Mit einer Reflexion anhand der aktuellen Literatur soll eine abschließende Einschätzung zu den Standorten gegeben werden.
Untersuchungsstandorte
Frankfurt am Main ist eine Großstadt im Kern eines Ballungsgebietes mit Anschluss an weitere Metropolregionen. Durch die ansässige Wirtschaft mit internationaler Ausstrahlung sowie einer überschaubaren Größe und hohem Grünflächenanteil ist Frankfurt attraktiv für Zuziehende. Durch die wachsende Bevölkerung wird eine nachhaltige Stadtentwicklung immer wichtiger. In der Innenstadtentwicklung und der Stadterweiterung soll bei der Planung auf die mikroklimatischen Verhältnisse und das weiterführende Luftsystem (z.B.Belüftung, Luftaustausch) geachtet werden und die Bildung von Hitzeinseln verhindert werden. Die Anlage von Grünflächen trägt hier zur Reduzierung der Temperaturen bei. Ebenso sind Begrünungsmöglichkeiten auf Dächern und Fassaden ein Instrument, um das Mikroklima zu beeinflussen (Stadtplanungsamt Frankfurt am Main 2019).
Stadtbezirk Riedberg
Der Frankfurter Stadtbezirk Riedberg wurde in den 1990er Jahren im Zuge der städtebaulichen Entwicklungsmaßnahmen geplant und seit 2000 umgesetzt (Stadtplanungsamt Frankfurt am Main 2012). Als junger Stadtbezirk sollte der Riedberg beim Thema Stadtklima eine Vorreiterrolle einnehmen.
Riedbergplatz
Die Errichtung des Riedbergplatzes erfolgte im Rahmen der Entstehung des Stadtteilquartiers „Riedberg Mitte“ bzw. mit dem Bau des angrenzenden RiedbergZentrums in den Jahren 2008 und 2009 (Stadtplanungsamt Frankfurt am Main 2013). Erste Planungen begannen im Jahr 2005, die Fertigstellung erfolgte im Jahr 2009 (Stadtplanungsamt Frankfurt am Main 2013).
Heute ist der Riedbergplatz wiederkehrendes Objekt der öffentlichen Diskussion. Aufgrund der nahezu vollständigen Versiegelung und unzureichenden Begrünung stößt seine Erscheinung sowohl aus ästhetischer Sicht als auch in Anbetracht der steigenden Temperaturen im Zuge des Klimawandels auf Kritik. Dabei seien laut Andrzej Lyson – dem Architekten des Riedbergplatzes – ursprünglich durchaus verschiedene Formen der Begrünung angedacht gewesen, die letzten Endes allerdings aus finanziellen Gründen durch die Stadt Frankfurt verworfen und daher nie umgesetzt wurden (Wagner 2019). Seit der Fertigstellung des Riedbergplatzes vor nunmehr zwölf Jahren fordern Anwohner*innen und Ortsbeiräte eine Umgestaltung des Riedbergplatzes, die bis heute auf eine Realisierung wartet.
Der Riedbergplatz hat eine Fläche von etwa 3200 m2. Er ist dunkel gepflastert und weist nur wenig Vegetation auf (etwa 10 mittelgroße Bäume). Er wird als Vorplatz des RiedbergZentrums genutzt, daneben gibt es einige Sitzgelegenheiten bzw. Bänke und einen Kinderspielplatz. Der Platz ist im Norden vom Einkaufszentrum, gastronomischen Einrichtungen und den darüberliegenden Wohnungen eingefasst, im Osten befindet sich ein mehrstöckiges Ärztehaus. Im Westen und Süden des Platzes verlaufen die Otto-Schott-Straße bzw. die Riedbergallee.
Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz
Das Quartier „Altkönigblick ist als vorwiegend kleinteiliges Wohngebiet mit hohem Grünflächenanteil geplant (Stadtplanungsamt Frankfurt am Main 2012). Dabei ist in der Planung ein zentraler Quartiersplatz am Kreuzungspunkt Altenhöferallee und Graf-von-Stauffenberg-Allee vorgesehen, der künftig als Treffpunkt für Anwohner*innen und Ort kleinerer Veranstaltungen dienen soll (Hubert 2014). Fertiggestellt wurde der Platz im Jahr 2015 (Geoportal Frankfurt).
Der Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz umfasst etwa 1600 m2. Die offen gestaltete Fläche ist mit hellem Kies ausgelegt und in zwei Reihen von zahlreichen Bäumen umsäumt. Auf dem Platz gibt es einige Sitzgelegenheiten, die ebenfalls eine hellgraue Farbe aufweisen. Im Osten ist der Platz durch ein mehrstöckiges Wohnhaus begrenzt, entlang der anderen drei Seiten des Platzes verlaufen die Altenhöferallee (West), der Johann-Bayer-Weg (Süd) und die Richard-Breitenfeld-Straße (Nord).
Messung der Oberflächen- und Lufttemperatur
Um qualitativ aufschlussreiche Aussagen bezüglich des Beitrags von Vegetation zur Senkung der Oberflächen- und Lufttemperatur im öffentlichen Raum treffen zu können, wurden sowohl am Riedbergplatz als auch am Vergleichsstandort Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz parallele Temperaturmessungen im Monat Juni durchgeführt. Um die Unterschiedlichkeit der beiden Standorte möglichst repräsentativ darstellen zu können, wurden die Messungen an Tagen mit Strahlungswetterlage und möglichst hohen Temperaturen unternommen. Pro Tag wurden sechs Messungen zwischen 6:00 Uhr und 21:00 Uhr in einem Abstand von je 3 h durchgeführt, um so die Zeitpunkte höchster (18 Uhr) und niedrigster Temperatur (6 Uhr) im Tagesgang erfassen zu können, da hier die größten Abweichungen zwischen den beiden Standorten angenommen werden können. Die Temperaturmessungen sollten dabei im Bereich der Sitzmöglichkeiten vollzogen werden, da sich die Menschen dort am wahrscheinlichsten aufhalten und das Temperaturempfinden dort am relevantesten ist. Die Messung erfolgte mit Hilfe von Digital-Thermometer, Oberflächen-Laser-Thermometer und Infrarotkamera.
Ergebnisse
Aufgrund von Ergebnissen bisheriger Untersuchungen von städtischen Hitzeinseln und deren Einflussfaktoren war zu erwarten, dass der Riedbergplatz aufgrund der sehr dunklen Pflasterung und der sperrlich vorhandenen Begrünung deutlich höhere Temperaturen aufweist als der hell geschotterte, vegetationsreichere und damit stärker beschattete Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz (Stangl et al. 2019).
Oberflächentemperatur
Die graphische Darstellung der Messergebnisse zeigt deutlich, dass die Oberflächentemperatur des Bodens (Abb. 8) am Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz dauerhaft unter den Oberflächentemperaturen am Riedbergplatz liegen. Durchschnittlich wurden auf dem Boden des Riedbergplatzes ca. 8 °C höhere Temperaturen als am Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz gemessen; die höchste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Standorten lag bei 13,5 °C. Charakteristisch für dunkles Bodenmaterial ist auch die langsamere Auskühlung in den Abendstunden. Hier steigt die Temperaturdifferenz auf über 10 °C.
Bei der Messung der Oberflächentemperaturen auf den Bänken (Abb. 9) der beiden Plätze ergab sich ein anderes Bild. Während die Temperatur auf der Sitzbank auf dem Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz im Tagesverlauf bis 15 Uhr gleichmäßig anstieg, erhitzte sich die Bank am Riedbergplatz sprunghaft in den Mittagsstunden. Am Morgen liegt diese Bank noch im Schatten einer Mauer und wird erst in den Mittagsstunden direkt bestrahlt. Zwar übersteigen die Temperaturen der Bank am Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz am Vormittag die Temperaturen der Bank am Riedbergplatz, allerdings kann bei Spitzentemperaturen von 69,7 °C auf der Bank am Riedbergplatz beinahe schon von einer „lebensfeindlichen Umwelt“ gesprochen werden. Die trotz der hohen Temperaturen starke abendliche Auskühlung am Riedbergplatz spricht für das Material Holz, aus welchem die Oberfläche der Bank besteht. Der Beton der Bank auf dem Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz speichert die Wärme vergleichsweise besser (Breuste et al. 2016).
In Abbildung 11 ist die Wirkung von Materialfarbe zu erkennen. Die helleren Pflastersteine sind kühler als die großflächig vorkommenden dunklen Steine. Der Vergleich des Bankstandorts mit einem Standort unter Bäumen am Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz (Abb. 12, 13) zeigte, dass die Oberflächentemperatur unter den Bäumen des Platzes über den ganzen Tag hinweg unter den Temperaturen des Bankstandorts liegt. Die Betonbank in Abbildung 13 (linke Ecke) zeigt eine sehr hohe Temperatur im Vergleich zu dem ebenfalls von der Sonne beschienenen Bodenmaterial.
Die in Abbildung 14 weiß-gelb aufleuchtende Mauer am Riedbergplatz zeigt die deutliche Wärmespeicherkapazität des Gesteins (Breuste et al. 2016). Die Ausstrahlung morgens um 6 Uhr mit 22,3 °C liegt deutlich über den umgebenden Temperaturen (20 °C). Um 18 Uhr erreicht die Mauer ihre Höchsttemperatur mit 45,7 °C (s. Abb. 11).
Lufttemperatur
Im Gegensatz zu den starken Unterschieden der Oberflächentemperaturen unterscheiden sich die Lufttemperaturen an den beiden Plätzen über den Tag verteilt nur wenig. Auffällig ist, dass der Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz sich vormittags schneller erhitzt als der Riedbergplatz, dieser aber ab dem Nachmittag die Wärme nur langsam wieder abgibt.
Ein Grund dafür könnte die Wärmeausstrahlung der dunklen Oberflächen sein (Breuste et al. 2016), die möglicherweise auch die Lufttemperatur höher halten als am Vergleichsplatz.
Im Tagesmittel weichen die Lufttemperaturen nur um 0,1 °C ab, die höchste Temperaturdifferenz von 3,5 °C konnte vormittags gemessen werden.
Relative Luftfeuchte
Betrachtet man die relative Luftfeuchtigkeit an beiden Standorten (Abb. 17), erkennt man, dass sich diese ideal antiproportional zur Lufttemperatur im Tagesgang verhält (Abb. 16). Setzt man die gemessene relative Luftfeuchte in Zusammenhang mit den vorherrschenden Lufttemperaturen, stellt man fest, dass die Luft am Riedbergplatz durchgehend trockener ist als jene am stärker begrünten Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz.
Verantwortlich ist hierfür die von der Vegetation ausgehende (Evapo-) Transpiration, die wiederum kausal zu einer Senkung der Temperatur an der Blattoberfläche und der umgebenen Luft durch Verdunstungskühlung führt (Stangl et al. 2019). Die kühlende Wirkung der Bäume auf angrenzende Luftschichten ist in Abbildung 18 deutlich erkennbar.
Neben des passiven Beitrags von Vegetation zur Temperatursenkung durch Schattenwurf, muss demnach auch die aktive Kühlungsleistung durch Verdunstung von Wasser beachtet werden.
Umfrage-Ergebnisse
Durch semi-quantitative, stichprobenartige Umfragen mit Passant*innen und Anwohner*innen sollten die Messergebnisse validiert werden. Mithilfe von Fragen zu Temperaturempfinden, Aufenthaltsdauer und -ort sowie Ästhetik wurde ein Stimmungsbild der Bürger*innen, die sich auf den Plätzen aufhielten, erfasst; die Beantwortung erfolgte auf einer den Schulnoten entsprechenden Skala von 1-6. Die Umfragen zeigten an beiden Plätzen ein eher negatives Stimmungsbild, wobei der Riedbergplatz etwas schlechter abschnitt als der Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz: sowohl Temperaturempfinden als auch Ästhetik erhielten am Riedbergplatz eine 4,4 als Durchschnittsnote, wobei 40 % der Befragten die Note 6 vergaben. Weiterhin wünschten sich alle Befragten auf beiden Plätzen mehr Grün.
Diskussion und Ausblick
Einer der Meilensteine auf dem Weg in eine nachhaltige Stadtentwicklung muss die Bewältigung der städteklimatischen Herausforderungen sein, da urbane Hitzeinseln direkte Auswirkung auf die Lebensqualität der immer weiter steigenden Bevölkerung in Städten haben. Analog zu bereits durchgeführten Untersuchungen in anderen Städten, bspw. in Wien (Stangl et al. 2019), konnten auch die Messungen im Frankfurter Stadtbezirk Riedberg bestätigen, dass die Vegetation als Einflussfaktor auf Oberflächen- und Lufttemperaturen im städtischen Raum in den Fokus gerückt werden muss, um das Stadtklima zu verbessern und Städte zusammen mit Maßnahmen der Hydrologie und Bioökonomie zukunftsfähig zu entwickeln.
Im Hinblick auf die beiden öffentlichen Plätze im Stadtbezirk Riedberg könnten Umgestaltungen hilfreich sein, um das Mikroklima innerhalb der städtischen Hitzeinsel zu verbessern. Vor allem der Riedbergplatz würde von einer Begrünung, vor allem mit Schatten spendenden Laubbäumen unterschiedlicher Art, profitieren, da er sonst dauerhaft der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist und somit auch für die Bevölkerung keinen attraktiven und angenehmen Aufenthaltsort darstellt. Bauliche Veränderungen an der Platzoberfläche, z. B. eine hellere Pflasterung, würden zudem helfen, die Wärmespeicherung auf dem Platz zu reduzieren und die Reflexion zu erhöhen – solche Veränderungen wären aber mit sehr großem Aufwand und hohen Kosten verbunden, sodass eine Umsetzung daran scheitern könnte. Am Ewald-Heinrich-von-Kleist-Platz könnte ein Materialwechsel der Sitzgelegenheiten, beispielsweise von Beton zu Holz, helfen, den Platz als Aufenthaltsort attraktiver zu machen; in Kombination mit Spielmöglichkeiten für Kinder o.Ä. könnte der Quartiersplatz in Zukunft belebt werden und als Treffpunkt für die Quartiersbewohner*innen dienen.
Gespräche zwischen dem Grünflächenamt der Stadt Frankfurt am Main, dem Architekten des Riedbergplatzes, dem Ortsbeirat des Stadtbezirk und der Klimaschutz-Initiative Riedberg bezüglich der Umgestaltung des Riedbergplatzes stellten sich bereits als vielversprechend heraus (KIR 2021).
Hubert, D. (2014): Neue Treffpunkte im Quartier. – Frankfurter Rundschau. <https://www.fr.de/frankfurt/neue-treffpunkte-quartier-11054190.html> (Stand: 2014-03-24) (Zugriff: 2021-07-06).
KIR (Klimaschutz-Initiative Riedberg) (Hrsg.) (2021): Projekt: Umgestaltung Riedbergplatz. <http://www.klimaschutz-initiative-riedberg.de/projekt-umgestaltung-riedbergplatz/> (Stand: 2021-07-07) (Zugriff: 2021-07-11).
Stadtplanungsamt Frankfurt am Main (Hrsg.) (2012): Begründung zum Bebauungsplan Nr. 803 Ä4 – Riedberg-Altkönigblick. <https://planas.frankfurt.de/infotool/getfile/B803%20%C3%844/Bgr-B803%20%C3%844.pdf> (Stand: 2012-10-29) (Zugriff: 2021-07-06).
Stadtplanungsamt Frankfurt am Main (Hrsg.) (2013): Quartier: Riedberg Mitte, Architektenprofil. <https://www.stadtplanungsamt-frankfurt.de/show.php?ID=13019&psid=2> (Zugriff: 2021-01-24).
Vereinte Nationen (UN) (Hrsg.) (2019): Ziele für nachhaltige Entwicklung. Bericht 2019. New York.
Wagner, J. (2019): Mehr Grün für Riedbergplatz. – Frankfurter Rundschau. <https://www.fr.de/frankfurt/mehr-gruen-riedbergplatz-13267565.html> (Stand: 2019-12-03) (Zugriff: 2021-07-06).
Interessante Seiten und weitere Informationen:
- Baumkataster Frankfurt
- Baumpatenschaften in Frankfurt am Main
- Center for Dialogue am Campus Riedberg Frankfurt
- „Frankfurt frischt auf“: Förderung von mehr Grün
- Frankfurt Green City
- Geoportal Frankfurt: Amtliche Informations- und Kommunikationsplattform
- Klima prägt Stadt: Rückblick auf die Veranstaltung
- Klimaschutz in Frankfurt: Kampf der Betonwüste
- Klimaschutz-Initiative Riedberg
- Planas Frankfurt: Planungsauskunftssystem des Stadtplanungsamt Frankfurt am Main
Autor*innen
Alicia Böhme
Marita Hörberg
Leon Rudat
