stadtplanung: Neuland

Um das Stadtklima zu verbessern, muss Zersiedelung vermiede und gleichzeitig Verschattung, Entsiegelung und Begrünung des asphaltierten Straßenraums gefördert werden

Das Konzept der Frankfurter Brücken stellt für Großstädte weltweit eine Möglichkeit dar, den Zielkonflikt moderner Stadtplanung zu entschärfen: Hat man bislang bei wachsender Bevölkerung auf Kosten des Stadtklimas notgedrungen das Umland besiedelt oder bereits bebaute Flächen in der Stadt weiter verdichtet, so wird nun ein Raum, der in der Stadt bisher eher negativ wirkte, positiv genutzt: Über dunklen asphaltierten Straßen ziehen sich die Frankfurter Brücken wie eine grüne Lunge mit 1 Million Quadratmeter begrünter Oberfläche durch die Stadt. Sie sorgen durch Verdunstungsprozesse und Schattenwurf für Abkühlung des Straßenraums und tragen außerdem mit ihrer Wasser-Ringleitung zu weiterer Entsiegelung und Begrünung im gesamten Innenstadtgebiet bei: eine ganz neue und Stadtklima-verträgliche Form der Nachverdichtung.

Kapitelinhalt: Das Kapitel gibt einen Überblick über die wichtigsten Einflussfaktoren auf das Stadtklima und die Rolle, die die Brücken dabei spielen

Dargelegt wird zunächst das Ergebnis der Analysen zu etwaigen Folgen der Frankfurter Brücken auf die Kalt- und Frischluftzufuhr aus dem Umland. Im Zusammenhang damit werden die indirekten positiven Effekte der Brücken erläutert: Sie helfen, Wohnraum ohne Zersiedlung und übermäßige Verdichtung in der Stadt zu schaffen.

Sodann wird beschrieben, wie die Frankfurter Brücken als Baukörper sowie als Netzstruktur auf verschiedene Aspekte einwirken, die das Stadtklima positiv beeinflussen: Die Brücken bieten eine Ebende über herkömmlichem Verkehr mit Verbrennungsmotor eine Transportlandschaft ohne Schadstoff-Emissionen; sie schaffen entsiegelte, bewässerte Flächen und verstärken kühlende Verschattung in der Stadt durch den eigenen Brückenkorpus sowie durch die Bewässerung von bestehenden und zusätzlichen Stadtbäumen.

Kalt- und Frischluftzufuhr aus dem Umland sind wichtige Faktoren für das Stadtklima

Unbebaute Flächen außerhalb von Siedlungen – wie Grünland und Wälder – sind in der Lage, kühle und saubere Luft zu produzieren, die nachts in die noch vom Tag aufgewärmten Städte hineinfließt.

Gute Stadtplanung berücksichtigt solche Kalt- und Frischluftströmungen bei jedem Infrastrukturprojekt:

Denn je besser diese kühle und frische Luft entlang von sogenannten „Luftleitbahnen“ – wie Grünschneisen oder Flüssen – eine Stadt durchfließt, desto angenehmer wird das urbane Klima.

Deshalb sollten weder das Umland noch die Kalt- und Frischluftschneisen einer Stadt verbaut werden.

Gute Stadtplanung beugt daher der Zersiedelung des Umlandes vor

Zersiedelung des Umlandes muss bei guter Stadtplanung unbedingt vermieden werden – zumindest soweit das möglich ist.

Mit den Frankfurter Brücken ist ein Konzept entwickelt worden, durch das neuer Wohnraum geschaffen wird, ohne das stadtklimatisch wertvolle Umland zu bebauen: Die „Kaltluftbildungsflächen“ im Umland können so erhalten bleiben und Frankfurt weiterhin mit frischer und kühler Luft versorgen.

Zudem besitzen die Frankfurter Brücken den Vorteil, dass sie durch ihre Aufständerung keine Riegelwirkung auf die Kaltluftströme ausüben, sondern diese ungehindert unter ihnen hindurchfließen können.

Bebaute Brücken über Verkehrsstraßen sind somit ein stadtklimatisch sinnvolles Konzept für die Stadtplanung – weltweit!

Shirin Kriklava - Stiftung Altes Neuland Frankfurt

Die Frankfurter Brücken wirken der Zersiedelung des Umlandes entgegen und sind eine neue, verträglichere Form der Nachverdichtung: Damit helfen sie, die Kalt- und Frischluftschneisen der Stadt zu schonen

Die sukzessive Bebauung des Umlandes ist in den meisten Städten und Kommunen derzeit die einzige Lösung für eine wachsende Wohnraum-Nachfrage – so auch in Frankfurt. Dies soll sich mit den Brücken ändern: Die Nachverdichtung findet hier nicht in bereits bebauten Arealen, sondern über dunkelgrauen asphaltierten Verkehrsstraßen statt, die einen negativen Einfluss auf das Stadtklima haben. Erheben sich entsiegelte und begrünte Brückenflächen darüber, werden diese Strecken dann sogar zu „grünen Lungen“ für die gesamte Stadt.

Insbesondere der Grüngürtel von Frankfurt ist im Hinblick auf die Kalt- und Frischluftzufuhr vor Zersiedelung zu bewahren

Bei Bevölkerungszuwachs stellt sich für gewöhnlich die Frage, ob eine Stadt besser in das Umland hineinwachsen oder in ihrer City nachverdichtet werden soll, um mehr Wohnraum zu schaffen

Mehr als die Hälfte aller Menschen leben weltweit in Städten – bis zum Jahr 2050 sollen es sogar zwei Drittel der Menschheit sein. Um sie alle unterzubringen, gibt es bisher nur die Möglichkeit, entweder (1) in den Städten „nachzuverdichten“, also noch auf den letzten verbliebenen Freiflächen Gebäude zu errichten und gegebenenfalls in die Höhe zu bauen, oder (2) sich auf das Umland auszubreiten und damit wertvolle Kaltluftbildungsflächen zu opfern. Beides ist nicht förderlich für das Stadtklima.

Nachverdichtung in bereits bebautem Gebiet kommt in Europa vereinzelt vor und hat im Falle einzelner Gebäude keine wahrnehmbaren Auswirkungen auf das Stadtklima. In großem Maßstab angewandt wird es jedoch sehr schnell problematisch für das Stadtklima, wie viele hochverdichtete Städte in Asien oder Südamerika zeigen.

Die Frankfurter Brücken bieten für dieses Dilemma eine Lösung, durch die laut Analyse die Kaltluft- bzw. Frischluftschneisen von Frankfurt nicht wahrnehmbar beeinträchtigt werden

Nach Prüfung der Ventilations- und Kaltluftbahnen ist davon auszugehen, dass die Frankfurter Brücken keinen großräumigen Einfluss auf das Stadtklima haben werden, da sie flächenmäßig im Verhältnis zur Gesamtstadtfläche zu klein sind und der aufgeständerte Brückenkorpus mit einer durchschnittlichen Mächtigkeit von nur zwei Metern keine signifikanten Einschränkungen für die Luftleitbahnen bedeutet.

Entsprechend stellen die Brücken zwar eine Form der „Nachverdichtung“ dar, da diese aber mit vergleichsweise niedriger Bebauung einhergeht und fernab siedlungsklimatischer Ausgleichsräume – nämlich über den Verkehrsstraßen – stattfindet, ist es eine Verdichtungsform, die sich großräumig nicht auf das Stadtklima auswirkt.

Profis zu dem Thema

Universität Duisburg Essen - Lehrstuhl für Angewandte Klimatologie und Landschaftsökologie — RWTH Aachen - Geographisches Institut - Lehr- und Forschungsgebiet Physische Geographie und Klimatologie — HU Berlin - Geographisches Institut - Klimageographie — TU Dresden - Institut für Hydrologie und Meteorologie - AG Stadtklima — Universität Freiburg - Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften - Professur für Umweltmeteorologie — TU Kaiserslautern - Professur für Physische Geographie und Fachdidaktik - Angewandte Stadtklimatologie

Die Wirkung des Stadtklimas auf den Menschen ist komplex

In Städten wird das menschliche Wohlbefinden durch verschiedene Einflüsse geprägt. Von besonderer Bedeutung sind dabei nicht nur die thermischen Verhältnisse, welche die Oberflächen- und die Lufttemperatur betreffen.

Auch die lufthygienische Situation, bei der es um die Anreicherung von Luftschadstoffen geht, und die Ausprägung des Windfeldes sind erheblich an der Wahrnehmung des urbanen Klimas beteiligt.

Es verwundert daher nicht, dass sich die Idealvorstellung eines gesunden Stadtklimas vor allem durch gemäßigte Temperaturen und angenehme Windverhältnisse kennzeichnet, während die Luftqualität möglichst gut sein soll.

Shirin Kriklava - Stiftung Altes Neuland Frankfurt GNU

Bei einer kleinräumigen Betrachtung des Stadtklimas geht es um die folgenden drei Aspekte: (1) Immissionsbelastung, (2) thermische Belastung und (3) Böigkeit

(1) Zur Immissionsbelastung kommt es, wenn sich Luftschadstoffe verstärkt in der städtischen Atmosphäre anreichern und sich nicht verflüchtigen. (2) Thermische Belastung entsteht besonders im Sommer durch stark aufgeheizte Oberflächen und stehende Luft. (3) Unangenehme Luftströmungen in Form von Böigkeit bilden sich häufig an Gebäudekanten und in Straßenschluchten.

(1) Dichter Gebäudebestand kann lokal zu erhöhter Immissionsbelastung führen

Bauwerke sind ein wichtiger Faktor für das Stadtklima: Stehen an bestimmten Stellen Gebäude sehr dicht beieinander, so können sich Luftschadstoffe dort stärker ansammeln.

simonkr - istockphoto.com / Hert Niks - unsplash.com

(2) Zwischen Gebäuden kann die Luft kaum zirkulieren und heizt sich leichter auf, was lokal zu thermischer Belastung führen kann

Gleichzeitig bedeuten mehr und höhere Bauten auch verstärkten Schattenwurf – was wiederum kühlend wirkt. Richtig erfreulich ist Schatten allerdings meist nur im Freien – wenn hingegen Fenster verschattet werden, wird dies als Beeinträchtigung der Lichtsituation empfunden – zumindest in Mittel- und Nordeuropa.

(3) Die Strömungssituation in der Stadt kann lokal durch neue Bebauungsstrukturen unter Umständen signifikant verändert werden

Zum einen kann durch ein Bauwerk die bodennahe Windgeschwindigkeit herabgesetzt werden, weil der Strömungsweg blockiert wird. Das wirkt sich nicht nur negativ auf die Lufthygiene, sondern auch auf den thermischen Komfort aus: Luftschadstoffe, die nah am Boden freigesetzt werden (z.B. Abgase von Fahrzeugen), können schlechter abtransportiert werden. Die Fachwelt spricht dabei von „Verschärfung der Immissionssituation im Straßenraum“.

Auch das lokale Klima ändert sich, wenn am Boden kein Wind mehr weht: in Straßenschluchten aufgestaute Wärme kann nicht mehr so gut abgeführt werden – dadurch entstehen bei heißem Wetter intensivere Wärmeinseln.

Lucas Lindau - Stiftung Altes Neuland Frankfurt GNU

Neue Bebauung kann aber je nach Situation den Wind nicht nur behindern: Sie kann im Gegenteil auch dafür sorgen, dass der Wind kanalisiert wird, sich dieser irgendwo fängt und sogar zu Turbulenzen führt.

Für die Lufthygiene ist das zwar positiv, denn die Luftschadstoffe werden dadurch verdünnt; auch die thermische Belastung kann – besonders an heißen Tagen – durch die erhöhte Böigkeit verringert werden: Die Örtlichkeit wird sozusagen besser durchlüftet. Allerdings können starke Böen den lokalen Wohlfühlfaktor – trotz besserer Luftqualität und gemäßigter Temperaturen – auch drastisch senken, zum Beispiel dann, wenn Kopfbedeckungen oder Gegenstände fortgeweht werden.

Form und Anordnung von Bauwerken sind wichtige Faktoren für das Stadtklima, insbesondere dann, wenn es um die Frage der Durchlüftung geht

Ein gängiges Beispiel: Der Stadtkörper wirkt als Hindernis und trennt das Windfeld in zwei Schichten

Bei dichter Bebauung wird die Strömung über die Gebäude verdrängt. Der bodennahe Wind wird abgekoppelt und stark reduziert, wodurch der Straßenraum schlechter durchlüftet wird.

Um nachzuweisen, inwiefern sich durch eine Baumaßnahme die bodennahen Luftbewegungen verändern, kommen in aller Regel geeignete Strömungs- und Klimamodelle zum Einsatz. Mit deren Hilfe lassen sich die Verhältnisse für den Istzustand und nach Realisierung eines Bauvorhabens simulieren und anschließend miteinander vergleichen. So können Auswirkungen von baulichen Maßnahmen bereits im Vorfeld beurteilt und ggf. minimiert werden.

Veränderungen des Windes entstehen aber nicht nur bei dichter Bebauung, sondern auch beim genauen Gegenteil: den Solitärbauten

Ragen einzelne Gebäude über die mittlere Bebauungshöhe heraus, so wie es in Frankfurt bei einigen Hochhäusern der Fall ist, kann es durch Umlenkung der oberen Strömung nach unten in den Straßenraum zu sehr turbulenten Strömungen im bodennahen Umfeld dieser Solitärbauten kommen: Beim Umströmen der Gebäudekanten und in Lee des Bauwerks treten dann komplexe Verwirbelungen auf, die von der Fassade bis zum Boden reichen. Lokal nimmt die Böigkeit dadurch stark zu. Wer durch die Hochhausschluchten in Frankfurt läuft, bekommt diesen Effekt teilweise sehr unsanft zu spüren.

Bei den Frankfurter Brücken handelt es sich zwar nicht um Solitärbauten, jedoch können auch Plateaus – wie die geplanten Brückenbauwerke es sind – ähnliche Effekte hervorrufen. Daher müssen die komplexen Strömungsverhältnisse, die sich durch die Frankfurter Brücken potenziell ergeben, im Zuge der Vorplanung gründlich untersucht und simuliert werden.

Bei bestimmten Gebäudekonstellationen kann es zudem zu einer Beschleunigung des Windes unterhalb des „mittleren Dachniveaus“ kommen

Die Fachwelt spricht hierbei von Kanalisierung und Düseneffekten: Der Wind pfeift durch die Straße wie durch einen Kanal. Je enger der Kanal wird – oder auch wenn zwei Kanäle (also Straßen) zu einem Kanal zusammenlaufen – nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu und es kommt zum sogenannten „Venturi-Effekt“.

Dieser Effekt wird auf jeden Fall für die Brücken im Zuge der Vorplanung durch Strömungssimulationen untersucht. Zwar bleibt der Straßenverkehr unter den Brücken davon weitgehend unberührt, für Fußgänger könnten derartige Strömungen hingegen unangenehm werden.

Profis zu dem Thema

Universität Augsburg - Institut für Geographie - Stadt- und Geländeklimatologie — FU Berlin - Institut für Meteorologie - AG Stadtklima und Stadtmessnetz — Ruhr-Universität Bochum - Geographisches Institut – Klimatologie — Universität Freiburg - Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften - Professur für Umweltmeteorologie — Universität Kassel - Institut für Landschaftsarchitektur und -planung - Fachgebiet Umweltmeteorologie — Universität Mainz - Geographisches Institut - Klimatologie (Stadtklima) — Universität Münster - Institut für Landschaftsökologie - AG Klimatologie

Alle drei Aspekte, die das Stadtklima lokal beeinträchtigen, lassen sich mithilfe eines hohen Vegetationsflächenanteils in der Stadt signifikant entschärfen

Denn Vegetationsflächen bringen gleich mehrere Vorteile mit sich:

In einem Stadtpark beispielsweise finden sich in der Regel keine essentiellen Schadstoffquellen. Vielmehr werden Luftverunreinigungen durch Bäume und andere Pflanzen herausgefiltert, sodass sie zur Verbesserung der Luftqualität beitragen. Zudem heizen sich entsiegelte und begrünte Oberflächen durch ihre spezifischen Eigenschaften weniger stark auf; Grünflächen gelten daher eher als sogenannte Entlastungsräume, die der urbanen Überwärmung entgegenwirken. Da Parkanlagen außerdem Bäume und Sträucher statt Bebauung bestehen, tritt dort auch keine Böigkeit durch kanalisierte oder turbulente Luftmassen auf.

Jede Stadt kann dementsprechend ihr Stadtklima positiv beeinflussen, indem sie den Anteil an innerstädtischen Vegetationsflächen erhöht.

Die Frankfurter Brücken stellen mit ihren 1 Million Quadratmetern begrünter Oberfläche eine Erweiterung der städtischen Vegetationsflächen dar

Für das Frankfurter Stadtklima sind die Brücken in vielerlei Hinsicht vorteilhaft: weder erhöhen sie die Schadstoff-Akkumulation, noch führen sie zu Wärmeinseln, und sie begünstigen auch keine Böen – im Gegenteil: Einige Wohlfühlfaktoren, wie der Transport kühler und „frischer“ (d. h. schadstoffarmer) Luft, können durch die Brücken unterstützt werden.

Der Schattenwurf eines Bauwerkes sorgt für Kühle: Und die Frankfurter Brücken verschatten die unter ihnen liegenden Straßen, die sich ansonsten in der prallen Sonne aufheizen würden.

Entsiegelte Flächen, die Regen- und Gießwasser aufnehmen können, tragen mit Verdunstungskühle ebenfalls zu einem angenehmen Lokalklima bei: Und die Oberflächen der Brücken sind überall dort entsiegelt, wo keine Fahrzeuge fahren oder Häuser stehen.

Google Earth / Stiftung Altes Neuland Frankfurt GNU

Die Brücken bieten auch viele Vorteile durch ihren Netz-Charakter

Die Frankfurter Brücken wirken nicht nur als schattenwerfendes, begrüntes und bewässertes Bauwerk positiv auf das Stadtklima: Sie erschließen vielmehr auch als ein besonderes einzigartiges Infrastruktursystem für die Stadt ganz neue Möglichkeiten, indem sie (1) eine Plattform darstellen für emissionsfreien Verkehr, (2) entsiegelte Flächen in der Stadt bewässern, (3) dadurch mehr Verdunstungskühle und schattigen Baumbestand in der City ermöglichen und (4) auch Wasser zu einer Vielzahl an Brunnen und neu geschaffenen Gewässern transportieren können.

(1) Der emissionsfreie Brückenverkehr hilft bei der Reduktion von Verbrennungsmotoren in der Stadt

In den meisten Städten ist der Kfz-Verkehr der Hauptemittent für Stickoxide und maßgeblich für die Fein- und Grobstaubbelastung verantwortlich. Auch im Rhein-Main-Gebiet ist der Verkehr der größte Schadstoffverursacher im bodennahen Bereich.

Die Frankfurter Brücken bieten mit ihren emissionsfreien Wasserstoff- und Elektro-Fahrzeugen nicht nur klimafreundlichen Nahverkehr für das Brückenquartier an, sondern entlasten auch mit rund 30 Millionen Passagierfahrten pro Jahr den Straßenverkehr, der unter ihnen fließt – und tragen so zur Reduktion der Schadstoffbelastung in der Stadt bei.

Die auf den Brücken erzeugte Solar-Energie dient unter anderem der Wasserstoff-Produktion und ermöglicht so auch für den Verkehr auf dem Boden zahlreiche Wasserstoff-Tankstellen. Für E-Autos gibt es Lademöglichkeiten an hunderten von Brückenpfeilern, was die Abkehr vom Verbrennungsmotor ebenfalls fördert.

(2) Die Brücken wirken sich auf die Areale entlang ihres Verlaufes positiv aus

Darüber hinaus leisten die Brücken als Bauwerk entlang ihres Verlaufes einen positiven Beitrag zum Stadtklima: Durch die Bewässerung der Grünflächen rechts und links der Brücken sowie einer Vielzahl von entsiegelten Flächen in der Stadt reicht ihre positive Wirkung über den eigenen Brückenkorpus hinaus.

(3) Die Brücke als Bewässerungs-Infrastruktur hilft in der Stadt bei der Reduktion von thermischer Belastung

Gute Stadtplanung sieht die Entsiegelung von Straßenbelag und die anschließende Bepflanzung der Areale vor. Denn vegetationsbedeckter Erdboden speichert Hitze nicht so stark wie Asphalt, was vor allem nachts für eine angenehme Kühle sorgt. Entscheidend ist, dass der Boden ausreichend durch Gießwasser oder Regen benetzt bzw. getränkt wird, damit das verdunstende Wasser tagsüber der Luft Wärme entziehen kann.

Am wirksamsten für thermische Entlastung ist die Bepflanzung mit großkronigen Bäumen, denn Bäume werfen Schatten, und dieser kühlt Straßenzüge merklich.

Allerdings muss die Stadtplanung hier wohlüberlegt handeln, denn Baum ist nicht gleich Baum: Manche Bäume geben Spurengase ab, aus denen sich bei sonnenscheinreicher Witterung Ozon bildet; andere haben so dichte Kronen, dass sie – besonders in Reihe als Allee oder an Engpässen gepflanzt – wie Strömungshindernisse wirken und kühlende Winde abhalten. Die Baumauswahl muss daher mit fachlicher Unterstützung erfolgen.

Die Brücken verhelfen der Stadt zu mehr Bäumen

Die Brücken sind durchzogen von einer Wasser-Ringleitung, mit der sie Wasser weiträumig in die Stadt bringen können.

So ermöglichen sie die Bewässerung von 40.000 Quadratmetern zu entsiegelnder Fläche sowie die Pflanzung und Bewässerung von rund 1.000 zusätzlichen Bäumen in der Innenstadt – womit sie maßgeblich zu vermehrtem Schattenwurf in der City beitragen.

(4) Mithilfe einer Wasserleitungsstruktur, wie die der Brücken, kann Stadtplanung zudem vermehrt Springbrunnen, Nebelanlagen oder auch Wasserflächen schaffen, die an heißen Tagen für Abkühlung sorgen

Die Ringleitung der Brücken kann Wasser für hunderte von Springbrunnen oder Vernebelungsanlagen liefern. Auch der neue Badesee an der Nidda wird von ihr gespeist.

Aber all diese Wasser-Kühlquellen müssen sorgfältig geplant sein, da sie unter bestimmten Witterungsbedingungen auch den gegenteiligen Effekt haben können: Denn Verdunstung kann auch zu schwüler Luft führen anstatt zur kühlen Brise, insbesondere dann, wenn kein Wind weht.

Fazit: Die Frankfurter Brücken beeinflussen das Stadtklima in summa positiv

Die Frankfurter Brücken sind für die Kalt- und Frischluftversorgung Frankfurts von unschätzbarem Wert: Da sie ein Konzept darstellen, um der Bebauung des Umlandes vorzubeugen und die Stadt bei der Nachverdichtung zu entlasten, wirken sie sich langfristig positiv auf die Kalt- und Frischluftzufuhr aus. Auch mikroklimatisch bieten sie mehr Vorteile als Nachteile: Sie erhöhen die Schadstoff-Akkumulation kaum, fördern jedoch gleichzeitig Kühle durch den Schattenwurf des eigenen Korpus sowie neu pflanzbarer, bewässerter Bäume; ebenso schaffen sie ein angenehmes Stadtklima durch Verdunstungseffekte auf entsiegelten, begrünten und bewässerten Flächen.

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