In den letzten 10 Jahren wurden die wärmsten Temperaturen aller Zeiten gemessen. Städte heizen sich stärker auf als Vorstädte und ländliche Gebiete, so dass es dort heißer ist als im Umland. Bis zum Jahr 2050 werden fast 70 % der Weltbevölkerung in die Städte ziehen, wodurch sich die Hitzeprobleme in den Städten weiter verschärfen werden. Städtische Hitzeinseln bergen erhebliche Risiken, darunter eine Zunahme hitzebedingter Erkrankungen und Todesfälle, insbesondere für gefährdete Bevölkerungsgruppen wie ältere Menschen und Kleinkinder, sowie eine Verschlechterung der Luftqualität, einen höheren Energieverbrauch aufgrund des gestiegenen Bedarfs an Klimaanlagen und mögliche Auswirkungen auf lokale Ökosysteme und die Wasserqualität.
Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie intelligente Kühlflächen und IoT Technologien wie Wärmesensoren und drahtlose Geräte zusammenarbeiten können, um die städtische Hitze zu überwachen und zu bekämpfen.
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Was ist der städtische Wärmeinseleffekt?
Der städtische Wärmeinseleffekt ist das Ergebnis von Gebäuden, Betonstrukturen und Straßen in Stadtzentren, die mehr Wärme absorbieren und speichern als natürliche Gebiete wie Parks, Wälder und Grünflächen. Selbst Vorstädte sind weniger anfällig für Hitze, weil es dort in der Regel viel mehr Bäume, Grünflächen und Parks gibt. Durch ihre dichte Bebauung werden Städte zu städtischen Wärmeinseln, die dazu neigen, Wärme abzufangen und zu speichern.
Warum städtische Hitze ein Problem ist
In den USA leben 80 % der Bevölkerung in städtischen Gebieten, die unter den Auswirkungen der städtischen Hitze leiden. In diesen Gebieten können die Temperaturen bis zu 8 Grad Celsius höher sein als in der Umgebung. Nach Angaben des National Institute of Health erhöht jedes zusätzliche Grad bei einer Hitzewelle die Sterblichkeit um fast 2,5 %. Weitere bemerkenswerte Auswirkungen der städtischen Hitze sind:
- Veränderte Wettermuster - Extreme Wetterlagen, weit verbreitete Überschwemmungen und jahrelange Dürreperioden werden immer häufiger
- Abnehmende Luftqualität - Der steigende Kühlbedarf führt zu höheren Emissionen wie Ozon
- Verschlechterte Wasserqualität - Erhöhte Wassertemperaturen erschweren das Überleben der Fische
- Höhere Energierechnungen - Die Ableitung überschüssiger Wärme aus Gebäuden führt zu höheren Energierechnungen
- Belastung der Stromnetze bei erhöhtem Kühlbedarf - Der Kühlbedarf in den USA ist seit 1972 um 97 % gestiegen.
- Ungleiche Abkühlung - Zu viele Bürgersteige und zu wenig Naturflächen führen zu hitzebedingten Gesundheitsproblemen, und dieser Effekt betrifft nachweislich Gebiete mit niedrigem Einkommen in unverhältnismäßiger Weise.
Was sind die Ursachen für städtische Wärmeinseln?
Die bebaute Umwelt in städtischen Gebieten weist mehr befestigte Straßen- und Dachflächen auf als in abgelegenen Gebieten. Diese vom Menschen geschaffenen Oberflächen ziehen die Wärme viel leichter an und speichern sie als natürliche Oberflächen. Weitere Faktoren, die städtische Wärmeinseln verursachen, sind unter anderem:
- Reduzierte natürliche Landschaft - Natürliche Landschaften spenden Schatten und natürliche Kühlung durch Wasserverdunstung
- Vom Menschen geschaffene Materialien - Vom Menschen geschaffene Materialien in städtischen Gebieten absorbieren und emittieren mehr Wärme als natürliche Landschaften
- Stadtplanung - Große, dicht gedrängte Gebäude blockieren den Windstrom, der die Luft auf natürliche Weise abkühlt.
- Abwärme - Klimaanlagen, Fahrzeuge und Industrie geben Wärme an die städtische Umwelt ab
Warum sind manche Städte cooler als andere?
Wärmeabsorbierende Gebäude, Dächer und Bürgersteige dominieren die bebaute Umwelt. Diese Flächen absorbieren und strahlen Wärme viel stärker ab als natürliche Oberflächen, Bäume, Gärten und Rasenflächen. In Städten, die die städtische Hitze aktiv mit einer Reihe von Strategien bekämpfen, bleiben die Temperaturen kühler. Diese Städte kombinieren kühlende Oberflächen, strategisch angelegte Grünflächen, städtische Wälder und IoT Technologien.
Wie können Städte kühl bleiben?
Angesichts der anhaltend warmen Temperaturen bemühen sich Städte auf der ganzen Welt um kühlere Verhältnisse. Städte können ihre Baumaterialien überdenken, z. B. durch die Verwendung leichterer Oberflächen, die keine Wärme absorbieren, durch die Schaffung natürlicherer Räume und durch den Einsatz intelligenter Stadtlösungen und grüner Technologien
Abkühlung der Städte mit Cool Surface Technology
Eine typische städtische Oberfläche reflektiert bis zu 20 % des Sonnenlichts, absorbiert den Rest und heizt die Oberfläche und die Umgebung auf. Material mit einer stärker reflektierenden Beschichtung kann mindestens 50 % des Sonnenlichts zurückwerfen. Dies senkt die Temperaturen erheblich. Dank der Technologie der kühlen Oberflächenbeschichtung wird viel weniger Wärme von Gebäuden und Straßenbelägen absorbiert.
Die Smart Services Coalition berichtete, dass eine Analyse eines stadtweiten Projekts für intelligente Oberflächen in Baltimore die Stadt um 5 Grad Celsius kühlen könnte. Der Erfolg des Projekts veranlasste andere US-Städte, sich an einem dreijährigen Programm zur Bekämpfung der städtischen Hitze zu beteiligen. Atlanta, New Orleans, Dallas, Boston und Columbia, South Carolina, haben sich für das Programm "Cities for Smart Surfaces" angemeldet.
Intelligente Oberflächen zur Bekämpfung der städtischen Hitze
Zu den intelligenten Oberflächen, die die Lufttemperaturen in Städten senken, können natürliche Vegetation und reflektierende Materialien gehören. Die meisten Städte, die die städtische Hitze bekämpfen, nutzen eine Kombination dieser Ansätze.
- Kühle Dächer - Hochreflektierende Anstriche und Beschichtungen reflektieren die Sonne und senken so die Temperaturen in der Stadt und die Energiekosten
- Reflektierende Bürgersteige - Hochalbedo-Material reflektiert die Sonne, um die Temperaturen in der Stadt zu senken
- Begrünte Dächer - Die Bepflanzung von Dächern senkt die Temperaturen in der Stadt und verringert gleichzeitig den Abfluss und die Luftverschmutzung
- Bäume und Gärten - Städtische Wälder und Grünanlagen senken die Lufttemperatur und filtern gleichzeitig Luftschadstoffe
- Kohlenstoff bindender Beton - Dieser spezielle Beton hat ein erhöhtes Reflexionsvermögen, um die Lufttemperaturen zu senken
Grünflächen und Baumpflanzungen
Eine der proaktivsten Maßnahmen, die Städte ergreifen können, besteht darin, so viel Grün wie möglich zu schaffen. Dazu gehört die Planung von Grünflächen, Gärten, Rasenflächen und Bäumen im Stadtplan. Wenn die Bürger zu Fuß, mit dem Fahrrad oder dem Roller entlang grüner Korridore zur Arbeit und zu anderen Zielen gelangen können, verringert sich die Zahl der Fahrzeuge, die Staus verursachen. Genauso wichtig ist, dass das viele Grün eine kühlende Wirkung hat.
In vielen Städten gibt es heute Innovationen im Bereich der städtischen Gärten, darunter vertikale Gärten, Dachgärten und Gemeinschaftsgärten, die den Stadtbewohnern helfen, sich für eine grünere Stadt einzusetzen.
Intelligentere Oberflächen und grünere Räume auf der ganzen Welt
Sehen wir uns einige Beispiele für Initiativen zum städtischen Wärmemanagement in Städten auf der ganzen Welt an.
Los Angeles, Kalifornien, USA
Los Angeles ist die am dichtesten besiedelte Stadt der USA und hat ein städtisches Hitzeproblem. Vierzig Prozent der Stadt sind mit wärmeabsorbierendem Straßenbelag bedeckt. Was wäre, wenn L.A. die Auswirkungen der städtischen Wärmeinsel bis 2025 um 1,7 Grad Celsius reduzieren könnte? Die Stadt hat einen Plan ausgearbeitet, um Dächer und Straßen mit kühlen Oberflächen zu beschichten. Im Rahmen des Cool Surfaces Paving Project wurden 20.000 Dächer beschichtet. Das Ergebnis? Die Stadt konnte die Oberflächentemperaturen um fast 10 Grad Celsius senken.
Sevilla, Spanien
Städte auf der ganzen Welt empfinden die städtische Hitze als große Bedrohung. Eine der heißesten Städte Europas, Sevilla, Spanien, gibt ihren Hitzewellen sogar einen Namen. Um die Temperaturen zu senken, hat der Bürgermeister von Sevilla eine "Politik des Schattens" entwickelt. Sevilla pflanzte 5.000 Bäume und installierte Sonnensegel im ganzen Land. Neben der Anpflanzung von Bäumen wird auch in Baumaterialien für kühle Oberflächen investiert. Mit anderen Worten: Sevilla setzt auf mehrere Strategien zur Anpassung an die Hitze.
Rotterdam, Niederlande
In Rotterdam, Niederlande, planen die Verantwortlichen der Stadt, 10 Millionen Quadratmeter Dächer zu begrünen, um die städtische Hitze zu bekämpfen. Begrünte Dächer helfen auch, überschüssiges Regenwasser zu absorbieren, die Luftverschmutzung zu verringern und die biologische Vielfalt zu erhöhen.
Medellín, Kolumbien
Die zweitgrößte Stadt Kolumbiens, Medellín, hat entlang von 18 Straßen und 12 Wasserwegen städtische Grünanlagen angelegt. Diese Grünwege verbinden Parks mit anderen Teilen der Stadt. Dieses dicht bewachsene städtische Netz hat die Temperaturen um bis zu 5,5 Grad Celsius gesenkt.
Bäume, kühle Oberflächenbeschichtungen und begrünte Dächer bieten alle einzigartige wärmereduzierende Eigenschaften. Aber die Hinzufügung von IoT Wärmesensoren unterstützt umfassendere Klimainitiativen. Hitzesensoren helfen zum Beispiel dabei, Temperaturen über größere Gebiete und über einen längeren Zeitraum zu verfolgen und vorherzusagen. In Verbindung mit künstlicher Intelligenz können die Systeme von IoT Hitzeereignisse in Städten vorhersagen und Warnungen an die Bürger senden. Das ist ein Grund, warum wir über städtische Hitze nicht ohne IoT nachdenken können.
London, England
London ist eine der intelligentesten Städte der Welt. Die Stadt weist aber auch eine der extremsten städtischen Hitzeinseln der Welt auf. So war es in Kilburn und South Hampstead 7 Grad Celsius heißer als im nahe gelegenen Regents Park. Der Grund dafür? Im Regent Park gab es viel mehr Vegetation. Es überrascht nicht, dass der Londoner Bürgermeister mit Arup an einem Projekt zur Nachrüstung von Dächern mit Reflektoren und Fotovoltaikanlagen zusammenarbeitete. Aber als intelligente Stadt müssen intelligente Oberflächenlösungen auch Überwachungssysteme umfassen. IoT Systeme verwenden Wärmesensoren, um alle Arten von wärmereduzierenden und erneuerbaren Technologien aus der Ferne zu verfolgen und zu verwalten.
Die Stadt London setzt IoT auf innovative Weise ein, um den Klimawandel auszugleichen. Im Queen-Elizabeth-Olympia-Park zum Beispiel wird eine Reihe von Innovationen IoT ausschließlich mit sauberer Energie betrieben. Der Park verfügt über energieerzeugende gepflasterte Gehwege, Mikroklimasensoren, Luftqualitätssensoren, solarbetriebene Mülleimer, EV-Ladestationen und sogar eine intelligente Beleuchtung, die mit erneuerbaren Energien betrieben wird.
Verwendung von IoT zur Suche nach städtischer Wärme
Intelligente Städte rund um den Globus integrieren IoT in den kommunalen Betrieb, um die Bedingungen zu überwachen. Aber was ist mit der städtischen Hitze? Im Rahmen des City-Scanner-Projekts am MIT wurden verschiedene Arten von Umweltsensoren an Müllwagen angebracht, darunter auch Wärmesensoren. Während die Müllwagen durch die Straßen rumpeln, überprüfen die Sensoren ständig die Temperatur- und Feuchtigkeitsveränderungen in der Umgebung. Eine nahezu in Echtzeit erstellte Karte mit Daten hilft den Betreibern, die vom Menschen verursachte Hitze und städtische Wärmeinseln in der Stadt Cambridge, Massachusetts, zu erkennen.
Messung von Oberflächentemperaturen
Es gibt eine Reihe von Instrumenten und Technologien zur Überwachung verschiedener Temperaturen in Hitzeinseln. Mit einem Infrarotthermometer oder einer Wärmebildkamera werden beispielsweise Oberflächentemperaturen gemessen. Das Infrarot-Thermometer verwendet eine Linse, um Infrarotlicht von der Oberfläche auf einen Detektor zu fokussieren. Wenn die Infrarotstrahlung auf den Detektor trifft, wird sie als Wärme absorbiert. An den Detektor wird eine proportionale Spannung abgegeben, die als Temperaturdaten übertragen wird. Diese Art von Wärmesensoren kann mit Temperatursensoren kombiniert werden, die den Wärmestand in der Luft messen, um eine möglichst genaue Anzeige von Wärmeinseln zu erhalten.
Ob es um die Erfassung der Albedo von intelligenten Dächern oder um die Vorhersage einer städtischen Wärmeinsel geht, es sind die Netzwerke von IoT , die die Datenerfassung am Netzwerkrand sowie Edge Computing und effiziente Datenübertragung unterstützen. Robuste, sichere drahtlose Netzwerke, die für die rauesten Umgebungen ausgelegt sind, erweitern unsere Möglichkeiten zur Bewältigung der städtischen Hitze. Die integrierten Netzwerke von IoT unterstützen alles, von Wärmemessgeräten und Wärmesensor-Drohnen bis hin zu tragbaren Wärmeindex-Messgeräten und Sensoren, die in Gehwegen und Lichtmasten eingebaut sind.
IoT Netze ermöglichen es, Daten über die Gebiete, die zur städtischen Hitze beitragen, in Echtzeit zu sammeln und zu verwalten. Die Kommunen können diese Daten IoT nutzen, um bessere Entscheidungen zur Eindämmung der städtischen Hitze zu treffen. Die Sammlung hyperlokaler Umweltdaten bedeutet, dass die Bewohner der betroffenen Gebiete Hitzewarnungen und andere proaktive Informationen erhalten können.
Wie IoT Technologie und grüne Technologie kühlere Städte unterstützen
Die Website IoT leistet einen wichtigen Beitrag zu Initiativen, die zur Abkühlung der Städte beitragen. Dazu gehören intelligente Stadtbeleuchtungen, die weniger Energie verbrauchen und weniger Wärme erzeugen als ältere Beleuchtungssysteme, Innovationen in den Bereichen Solarenergie, Wasser- und Energiemanagement, intelligente Gebäude, intelligente Zähler und IoT-verbesserte Abfallwirtschaftssysteme, die die Routenführung optimieren und die Fahrzeit von kraftstoffverbrennenden Fahrzeugen reduzieren.
Hinter all diesen Green-Tech- und Smart-City-Technologien steht die IoT Konnektivität - einschließlich Wärmesensoren und drahtloser Kommunikationsgeräte wie Sensor-Gateways, eingebettete Kommunikationsmodule und Mobilfunk Router, die Daten übertragen. Darüber hinaus ermöglichen Edge Computing und Fernüberwachungs- und -verwaltungs-Tools diesen Geräten, schnell und effektiv umsetzbare Erkenntnisse zu liefern. Eine Kombination all dieser Ansätze wird dazu beitragen, die Temperaturen in den Städten deutlich zu senken.
Arbeiten mit Digi
IoT Technologien sind das Herzstück intelligenter Städte auf der ganzen Welt. Da sich urbane Hitzeinseln immer weiter ausbreiten, brauchen die Städte vertrauenswürdige IoT Partner, um Kühlungsinitiativen zu verfolgen und zu verwalten. Und genau dabei kann Digi helfen.
Seit über 35 Jahren entwickelt und implementiert Digi IoT Konnektivitätslösungen für viele Branchen. Wir entwickeln skalierbare Mobilfunk Konnektivitätslösungen, eingebettete Kommunikationslösungen und Lösungen für das Infrastrukturmanagement , um intelligente Städte bei der Bekämpfung der städtischen Hitze zu unterstützen. Arbeiten Sie mit Digi. Werden Sie die intelligenteste und coolste Stadt der Welt.
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