Weiße Dächer können Städte erfolgreich kühlen

Das Weiß der Dächer von Gebäuden hat das Potenzial, Städte deutlich abzukühlen und einige Auswirkungen der globalen Erwärmung zu mildern, wie Ergebnisse einer neuen Studie zeigen.

Die Forschung, die erste Computermodellierungsstudie zur Simulation der Auswirkungen weißer Dächer auf städtische Gebiete weltweit, legt nahe, dass die Idee, Dächer weiß zu machen, durchaus sinnvoll sein könnte.

Das Studienteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, warnt jedoch davor, dass zwischen dem Konzept und der tatsächlichen Verwendung von weißen Dächern, um steigenden Temperaturen entgegenzuwirken, noch viele Hürden liegen.

„Unsere Forschung zeigt, dass weiße Dächer zumindest theoretisch eine wirksame Methode zur Reduzierung der städtischen Hitze sein können“, sagt NCAR-Wissenschaftler Keith Oleson, der leitende Wissenschaftler der Studie. "Es bleibt abzuwarten, ob es für Städte tatsächlich machbar ist, ihre Dächer weiß zu streichen, aber die Idee erfordert sicherlich weitere Untersuchungen."

Die Ergebnisse der Forschung sollen im Laufe dieses Winters in der Zeitschrift Geophysical Research Letters der American Geophysical Union (AGU) veröffentlicht werden .

Die Arbeit wurde von der National Science Foundation (NSF), dem Sponsor von NCAR, finanziert. "Die Forschung zur Eindämmung des Klimawandels ist ein äußerst wichtiges Thema", sagt Steve Nelson, NSF-Programmdirektor für NCAR. "Ob auf weißen Dächern oder anderen Themen zur Eindämmung des Klimawandels, es ist wichtig, die vielen Rückmeldungen und komplizierten Überlegungen zu berücksichtigen, die die Forschung in diesem Bereich sehr komplex machen."

Städte sind besonders anfällig für den Klimawandel, da sie wärmer sind als ländliche Gebiete in Randlage.

Asphaltstraßen, Teerdächer und andere künstliche Oberflächen absorbieren Sonnenwärme und erzeugen einen städtischen "Wärmeinseleffekt", der die Temperaturen im Vergleich zu ländlichen Gebieten durchschnittlich um 2 bis 5 Grad Fahrenheit (etwa 1 bis 3 Grad Celsius) oder mehr erhöhen kann .

Weiße Dächer würden einen Teil dieser Wärme in den Weltraum und kühle Temperaturen zurückreflektieren, so wie das Tragen eines weißen Hemdes an einem sonnigen Tag kühler sein kann als das Tragen eines dunklen Hemdes.

Das Studienteam verwendete ein neu entwickeltes Computermodell, um die Menge der Sonnenstrahlung zu simulieren, die von städtischen Oberflächen absorbiert oder reflektiert wird.

Die Modellsimulationen, die Wissenschaftlern einen idealisierten Blick auf verschiedene Arten von Städten auf der ganzen Welt bieten, zeigen, dass der urbane Wärmeinseleffekt um 33 Prozent reduziert werden könnte, wenn jedes Dach vollständig weiß gestrichen würde.

Dies würde die Städte der Welt im Durchschnitt um etwa 0,7 F kühlen, wobei der kühlende Einfluss tagsüber besonders ausgeprägt ist, insbesondere im Sommer.

Die Autoren betonen, dass ihre Forschung als ein hypothetischer Blick auf typische Stadtlandschaften und nicht als die tatsächlichen Dächer einer einzelnen Stadt angesehen werden sollte.

In der Praxis könnte die Kühlwirkung etwas geringer sein, da Staub und Witterung dazu führen würden, dass die weiße Farbe mit der Zeit nachdunkelt und Teile von Dächern aufgrund von Öffnungen wie Heizungs- und Kühlöffnungen unlackiert bleiben würden.

Außerdem würden weiße Dächer zu kühlenden Temperaturen innerhalb von Gebäuden führen. Infolgedessen könnte sich je nach lokalem Klima der Energieverbrauch für Raumheizung und Klimatisierung ändern, was sich sowohl auf die Außenlufttemperaturen als auch auf den mit der globalen Erwärmung verbundenen Verbrauch fossiler Brennstoffe wie Öl und Kohle auswirken könnte.

Je nachdem, ob Klimaanlage oder Heizung stärker betroffen sind, kann dies die Wirkung der Dächer entweder verstärken oder teilweise kompensieren.

„Es ist nicht so einfach, Dächer einfach weiß zu streichen und eine Stadt abzukühlen“, sagt Oleson.

Die Untersuchung ergab, dass einige Städte mehr als andere von weißen Dächern profitieren würden, abhängig von Faktoren wie der Lage und dem Design der Stadt. Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören:

• Dachdichte. Städte, in denen die Dächer dicht beieinander gepackt sind, würden mehr kühlen.
• Konstruktion. Dächer, die große Sonnenwärmemengen in das Innere eines Gebäudes eindringen lassen (wie es bei Metalldächern und geringer Dämmung vorkommen kann), sind bei der Abkühlung der Außentemperaturen weniger effektiv, wenn sie weiß gestrichen sind.
• Standort. Weiße Dächer haben in relativ warmen Klimazonen, die das ganze Jahr über starkes Sonnenlicht erhalten, einen größeren Einfluss.

Obwohl das Modell nicht genügend Details hatte, um einzelne Städte zu erfassen, zeigte es die Temperaturänderung in größeren Metropolregionen. Die Gegend um New York würde beispielsweise an Sommernachmittagen um fast 2 Grad Fahrenheit abkühlen.

Das Studienteam verwendete ein neues Computermodell, das von Oleson und Kollegen entwickelt wurde, um die Auswirkungen eines sich ändernden Klimas auf die städtische Bevölkerung zu bewerten und Möglichkeiten zu erkunden, den steigenden Temperaturen entgegenzuwirken.

Dieses urbane Canyon-Modell simuliert Temperaturänderungen in Stadtlandschaften und erfasst Faktoren wie den Einfluss von Dächern, Mauern, Straßen und Grünflächen auf die lokale Temperatur.

Oleson hat das Urban-Canyon-Modell erfolgreich mit einer Computersimulation des weltweiten Klimas, dem NCAR-basierten Community Climate System Model, verknüpft, wodurch Forscher die Wechselwirkungen zwischen dem globalen Klimawandel und städtischen Gebieten untersuchen können.

Das neue Modell kann noch nicht die Architektur und das Design bestimmter Städte nachbilden. Stattdessen erstellte das Forschungsteam im Modell Abstraktionen von Städten unter Verwendung von Klassen der Bevölkerungsdichte, des Städtebaus und des Hochbaus.

Oleson und seine Kollegen planen, das Modell weiter zu verfeinern, um politischen Entscheidungsträgern, die besorgt sind, die städtische Bevölkerung vor den Risiken von Hitzewellen und anderen Klimaänderungen zu schützen, mehr Informationen zur Verfügung zu stellen.

„Es ist wichtig zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf gefährdete städtische Gebiete auswirkt, in denen der Großteil der Weltbevölkerung lebt“, sagt NCAR-Wissenschaftler Gordon Bonan, Mitautor des Papiers.

Die National Science Foundation (NSF) ist eine unabhängige Bundesbehörde, die Grundlagenforschung und Bildung in allen Bereichen der Natur- und Ingenieurwissenschaften unterstützt. Im Fiskaljahr (FY) 2010 beträgt das Budget etwa 6,9 Milliarden US-Dollar. NSF-Mittel erreichen alle 50 Bundesstaaten durch Zuschüsse an fast 2.000 Universitäten und Institutionen. Jedes Jahr erhält die NSF über 45.000 kompetitive Anträge auf Finanzierung und vergibt über 11.500 neue Förderpreise. Darüber hinaus vergibt NSF jährlich über 400 Millionen US-Dollar an Fach- und Serviceverträgen.

Ein Bauteam malt ein weißes Dach in der Innenstadt von Washington, D.C.
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Carlos wird Vorsitzender des ASTM-Ausschusses für zerstörungsfreie Prüfungen Optimierung der Ölablassintervalle mit BN vs. AN