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PDF, German - main document Download (1MB) | Lizenz: ER3DS - Emissionsreduktion in Smart Cities mit räumlicher 3D-Erfassung und Analyse by Anders, Katharina ; Höfle, Bernhard underlies the terms of Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

Abstract

Das Ziel dieses Projekts war die Integration von Wissen taiwanesischer und deutscher Wissenschaftler*innen in den Bereichen hochdetaillierte 3D-Raumerfassung und -analyse, Energieinitiativen und Veranstaltungen. Die ursprüngliche Umsetzung war in mehreren gemeinsamen Workshops und Feldexperimenten geplant, ebenso wie Software-Trainingsprogramme. Dies ermöglicht die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses (Master- und PhD-Studierende) auf hohem wissenschaftlichem Niveau. Der urbane Kontext in Taiwan stellt zudem eine neue wissenschaftliche Herausforderung für existierende Methoden der 3D-Solarpotenzialberechnung dar und soll helfen, die Robustheit und Übertragbarkeit dieser Methoden zu erweitern. Intensiver Wissensaustausch zwischen den Projektpartner*innen ermöglicht somit die Entwicklung neuer Konzepte für die Extraktion von Geoinformation. Über gemeinsame i) Forschung als auch ii) Lehraktivitäten hinaus wurden öffentliche Behörden und KMUs als Akteur*innen in Workshops und Ausbildungsaktivitäten eingebunden, um wissenschaftliche Ergebnisse und entwickelte Werkzeuge Endnutzer*innen in Smart Cities nahe zu bringen. Da geplante Projektaktivitäten aufgrund der Pandemielage teilweise nicht umgesetzt werden konnten, wurden die Projektziele in zwei Aspekten ausgebaut: (1) Die Berücksichtigung des thermischen Komforts im Kontext des städtischen Mikroklimas, um die Nutzbarkeit öffentlicher Plätze angesichts einer Zunahme von Hitzestress vor allem in Stadtgebieten zu evaluieren. (2) Die Untersuchung des städtischen Vegetationsmanagements zur Erarbeitung neuer mögliche Strategien, um die Vitalität insbesondere von Bäumen durch gezielte Bewässerung zu erhalten. Der Auftaktworkshop im März 2019 ermöglichte es, Wissen aus der Geographie, Geoinformatik, Geodäsie, Architektur, Planung und Umwelt, Gebäudeenergie und von Stadtklimaexpert*innen aus Taiwan und Deutschland für zukünftige Forschungsaktivitäten und Anwendungen zu integrieren. Die ausgewählten Referent*innen und Teilnehmenden aus dem akademischen Bereich, KMUs und Behörden wurden zusammengebracht, um die (zukünftige) Rolle von 3D-Geodaten und 3D-Analysen für die Emissionsreduzierung im Smart-City-Kontext (z.B. intelligente gebäudeintegrierte Photovoltaik) zu bewerten. Als Ergebnis des transdisziplinären Workshops wurde Erfahrung aus verschiedenen Richtungen ausgetauscht und bestehende und neue (gemeinsame) Anwendungsbeispiele identifiziert. Darüber hinaus wurden neue Projektpartner*innen in Heidelberg und Taiwan zusammengebracht und somit die Grundlage geschaffen, die wichtigsten Herausforderungen zwischen Wissenschaft und Praxis sowie zwischen Deutschland und Taiwan anzugehen. Im Rahmen des zweiten Projekt-Workshops, der im September 2019 in Taiwan stattfand, präsentierten die Projektkoordinatoren und Nachwuchswissenschaftler*innen ihre Forschung zum ER3DS-Thema mit besonderem Fokus auf die Situation in Taiwan. Während des Aufenthalts in Taiwan fanden zudem Treffen mit verschiedenen Akteur*innen statt, mit besonderem Fokus auf dem Projektthema des Einsatzes erneuerbarer Energien im Kontext von Smart Cities. Wichtige Vernetzungen und Wissensaustausch konnten vor allem in Treffen mit den Stadtverwaltungen der Millionenstädte Taichung und Kaohsiung erzielt werden. In diesem Rahmen fanden zudem Begehungen verschiedener Beispiele von Gebäudeinfrastruktur mit integrierter Begrünung statt, die im Rahmen des KAOHAUS Programms umgesetzt werden. Diese Konzepte, beispielsweise begrünter Balkone in Apartment-Hochhäusern oder integrierter Photovoltaikanlagen, tragen maßgeblich zu einer positiven Beeinflussung des Stadtklimas bei und sollen helfen, die jeweiligen Gebäude vor Erhitzung zu schützen. Bei den weiteren Projektaktivitäten zum Thema des städtischen Mikroklimas und thermischen Komforts handelt es sich um eine vergleichende Studie zwischen Taiwan und Deutschland. Hier wurde ein Index zur Berechnung des thermischen Komforts in verschiedenen Klimabedingungen verwendet. Dazu wurden meteorologische Variablen im Rahmen der Feldforschung in Tainan (Taiwan) und Heidelberg (Deutschland) an jeweils einem öffentlichen Platz aufgenommen. Ergänzend wurde der thermische Komfort von Personen auf den Plätzen über einen Fragebogen erfasst, sowie individuelle Meinungen und Verbesserungsvorschläge zum Mikroklima erfragt. Die Messungen zeigen, dass beide Plätze als thermisch nicht komfortable Orte gelten. Als Maßnahmen zur Reduzierung der Hitzebeeinträchtigung wurden überwiegend Pflanzen, aber auch weitere Schattenplätze, besserer Zugang zu Trinkwasser und Klimaanlagen genannt. Um zu untersuchen, wie Maßnahmen der Beschattung, beispielsweise durch Bäume, das Mikroklima positiv beeinflussen können, wurde die Sonneneinstrahlung für einen Heidelberger Platz im Detail untersucht. Diese wurde auf Basis von 3D-Stadtmodellen in Forschungssoftware zur Solarpotenzialberechnung abgeleitet. Für die Untersuchung eines potentiellen zukünftigen Zustands wurden der gleichen 3D-Szene ausgewachsene Bäume und künstliche Beschattungsmaßnahmen virtuell hinzugefügt. So ergibt sich, dass die hohe Hitzebeeinträchtigung im Ist-Zustand durch Anpassungsmaßnahmen, wie zum Beispiel Baumbepflanzung, an dem untersuchten Platz maßgeblich reduziert werden kann. Für den mindernden Effekt durch Baumvegetation ist jedoch entscheidend, dass diese vital ist, was unter den aktuellen Entwicklungen mit zunehmenden Dürreperioden und Hitzestress eine zusätzliche Herausforderung darstellt. Im Hinblick auf die erforderliche Entwicklung neuer Strategien des Vegetationsmanagements, insbesondere zur Bewässerung von Bäumen zum Erhalt der Vitalität, wurde im letzten Projektabschnitt eine Studie zum aktuellen Vegetationsmanagement und potenziell geplanten Anpassungen in deutschen und taiwanesischen Städten durchgeführt. Dieser Thematik wurde in Austauschtreffen mit zwei deutschen Städten eine hohe Relevanz zugesprochen. Für die zukünftige Erarbeitung angepasster Strategien wird ein wesentlicher Faktor sein, dass sich Methoden bewähren und somit für die Städte langfristig umsetzbar sind. Die Untersuchung der Situation in Taiwan wurde durch Recherche von Literatur und öffentlichen Ressourcen und durch Interviews mit wissenschaftlichen Partner*innen in Taiwan durchgeführt, sowie durch Kommunikation durch die taiwanesischen Projektpartner*innen mit verantwortlichen Personen der Stadtverwaltungen mehrerer großer Städte. Die Nutzung digitaler Geotechnologien betrifft derzeit, ähnlich der Herangehensweise in deutschen Städten, die Erfassung des Baumzustands in einem Baumkataster der jeweiligen Stadt. Diese werden typischerweise durch in-situ Messung der Koordinaten und weiterer Parameter, wie zum Beispiel Baumhöhe und Durchmesser auf Brusthöhe, erfasst. Diese Aufgabe ließe sich zukünftig durch die Aufnahme und Auswertung von 3D-Geodaten weitgehend automatisieren und auf sehr große Gebiete skalieren, unter Minimierung von Personaleinsatz. Aus dem gewonnenen Wissen und Austausch mit Akteur*innen der verschiedenen Städte lässt sich zusammenfassen, dass der operationelle Einsatz von digitalen Geotechnologien zur Beobachtung des Baumzustands das gezielte Baummanagement in Städten maßgeblich unterstützen kann. Ein solcher Ansatz könnte einen wesentlichen Beitrag zu Anpassungsstrategien an den fortschreitenden Klimawandel und dessen Einflüsse auf das städtische Klima leisten und wird in weiteren Forschungsaktivitäten verfolgt. Eine wichtige Komponente wird hierbei weiterhin der enge Austausch und Integration von Wissen von Anwender*innen und Nutzer*innen (KMUs und Behörden) sein, welche nur durch die Berücksichtigung transdisziplinärer Herangehensweisen (insb. durch Zusammenarbeit mit dem TdLab Geographie, Universität Heidelberg) erreicht werden können. Die Umsetzung des Projekts und Erarbeitung der Inhalte zu verschiedenen Thematiken war nur durch die erfolgreiche Kooperation und Austausch zwischen den deutschen und taiwanesischen Forschungsgruppen der Universität Heidelberg und National Cheng Kung University möglich. Die Vernetzungsaktivitäten stellen einen wichtigen Ausgangspunkt für die Ausarbeitung anknüpfender Forschungsprojekte und Entwicklungsaktivitäten dar.