Kühlleistung von Bäumen: Von der Messung zum digitalen Zwilling

An heissen Sommertagen klettern die Temperaturen auf versiegelten Flächen über 40 °C. Im Schatten eines Baumes liegt die gefühlte Temperatur 13 bis 19 °C tiefer. Das Projekt «Mobile Urban Green» hat diese Kühlleistung berechenbar gemacht – für einzelne Bäume wie für ganze Plätze. Damit lässt sich Begrünung künftig als digitaler Zwilling in die Planung einbinden.

Das Forschungsprojekt Mobile Urban Green hat das Ziel, die Kühlleistung mobiler und fest verpflanzter Bäume zu berechnen und den Einfluss solcher Platzierungen auf das Nutzungsverhalten an den Ausstellungsorten zu untersuchen. Dies wurde einerseits durch die Bildung mehrerer mathematischer Modelle erreicht, die den Kühleffekt pro Baum und für ganze Flächen berechnet, andererseits durch Beobachtungen und Umfragen an den Standorten, die eine sehr gute Akzeptanz der mobilen Begrünung zeigten. Folglich kann unser Umsetzungspartner als Beratungsdienstleistung eine präzise Planung für Städte, Gemeinden und Private anbieten, die die Bepflanzung in der Projektplanungsphase als digitalen Zwilling abbildet.

Abbildung 1: Thermokamerabild der Baumkronenkühlung in Reinach

Der Ausgangspunkt: Bäume im Trog

Der Ausgangspunkt des Projekts stellt Mobile Green, die Komplettlösung von eingetopften Grossgehölzen der Firma Bauerbaumschulen AG dar. Die grossen Tröge bieten gute Bedingungen, dass Bäume mit einer wesentlichen Schattier- und Verdunstungsleistung öffentlich und privat an Orten flexibel eingesetzt werden können, wo der Untergrund (Leitungen, Parkgaragen) das sonst nicht erlaubt oder schnelle Tests gemacht werden sollen, wo Planungszyklen langsam sind.

Messen, rechnen, anwenden

Am Projekt beteiligt sind die Departemente Architektur, Holz und Bau (AHB), die Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften (HAFL) sowie Soziale Arbeit (S), die interdisziplinär zusammenarbeiten. Als Untersuchungsorte wurden ein zentraler Platz in Solothurn, ein Gemeindehaus-Vorplatz in Reinach und der Vorplatz des Bahnhofs Wohlen AG gewählt, um unterschiedliche Raumtypologien zu berücksichtigen und den entsprechenden Einfluss zu untersuchen. Um diese Orte abzudecken, wurde die Messausrüstung mit Sensoren, Sendern, Solarzellen und Batterien 13-mal gebaut. Mit Hilfe der Burano-Methode wurden Laufverbindungen und -Muster und die Verweildauer auf den öffentlichen Flächen untersucht und festgestellt, dass diese deutlich steigt, sowie auch angrenzende Restaurants und Läden von den Bäumen profitieren.

Die Messdaten wurden in 1’440 Anwendungsfällen auf einem Hochleistungscomputer simuliert und die Abbildungsgenauigkeit der Modelle von 99 % nachgewiesen. Zusätzlich wurden in einer Sensitivitätsanalyse die Modelle so stark vereinfacht, dass sie auf normalen Laptops laufen.

«Was mich wirklich beeindruckt hat, war die enorme Kühlleistung der Bäume. Selbst während eines heissen Sommertages reduziert sich die gefühlte Temperatur im Baumschatten um 13 bis 19 °C. Die Temperaturen auf versiegelten Flächen können hingegen auf weit über 40 °C klettern».

Für den Umsetzungspartner wurde das Hosting vorbereitet, dass er die Modelle in seine IT-Infrastruktur integrieren kann und eine Bedienoberfläche gebaut, damit er sie einfach bedienen kann. Zusätzlich wurde für einen Geschäftsfall die potenziellen Kunden segmentiert und das Kaufinteresse an der Beratungsdienstleistung ausgelotet. Schliesslich wurde die Unterpflanzung vom Umsetzungspartner optimiert und somit die Biodiversität gesteigert und das Littering reduziert.

Von der Machbarkeitsstudie zum Innosuisse-Projekt

Nachdem wir mit dem Umsetzungspartner ins Gespräch gekommen waren, konnten wir sehr schnell einen ersten Prototypen für eine Messung von physiologisch empfundenen Temperaturen bauen. Diese Messungen fanden im Hochsommer 2023 auf dem Messeplatz Basel statt. Sie zeigten, dass wir relevante Messwerte gewinnen können, die Ausrüstung aber noch nicht Vandalen-sicher war.

Als nächste Stufe beantragten wir die BFH-interne Förderung durch einen HDT-Voucher, der uns gewährt wurde. Mit diesem Budget konnten wir die Datenauswertung des Prototyps weitertreiben, das Konzept und Design der Messausrüstung vorantreiben und die Umsetzung Vandalen-sicher planen. Das war für uns eine bedeutende Brücke zum nächsten Schritt, dem Ausformulieren eines Innosuisse-Antrags.

«Der Projektfokus lag weniger auf der Lufttemperatur. Viel wichtiger sei die sogenannte gefühlte Temperatur – also wie warm ein Ort unter Berücksichtigung von Sonneneinstrahlung, Luftfeuchtigkeit und Wind tatsächlich empfunden wird.»

Resonanz

Das Projekt weckte zunehmend Interesse, intern wie auch extern. Wir haben Mobile Green und die Berechnung der Kühlleistung an einem Projekt-Nutzerworkshop Landschaftsarchitekten, Planungsbüros und Stadtgärtnereien mit gutem Feedback vorgestellt, wie auch den beiden deutschsprachigen Fachhochschulen OST und BFH, die Landschaftsarchitekturlehrgänge anbieten. Die Innosuisse hat ein Werbevideo über unser Projekt erstellt und BFH Inside einen Artikel. Kürzlich hat ebenso SRF im Rendez-Vous einen Radiobeitrag über unsere Aktivitäten gesendet und die Solothurner Zeitung hat über uns berichtet. Schliesslich werden wir demnächst einen Artikel im Magazin für Forstwirtschaft publizieren und wir wurden zur Konferenz «Green the City – Grow the Future» eingeladen.

Abbildung 3: Ausschnitt aus der Bedienoberfläche der Simulationssoftware

Fazit

Die Begrünung und Belebung des öffentlichen Raumes ist sicherlich ein Leucht­turmprojekt. Es konnten starke zukunftsweisende Ergebnisse aufgezeigt werden. Die ausgewerteten Daten zeigen, dass mit mobilem Grün Oasen für den Verblieb geschaffen werden können und gegen die Überhitzung und Klima­er­wärmung noch mehr bewegt werden kann, als ohnehin in der grünen Branche bereits getan wird. Offenbar wurde ein Nerv der Gesellschaft getroffen. Wir freuen uns über die grosse Resonanz und sind gespannt, ob sich weitere Forschungsprojekte daraus ergeben.

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