Annual-cycle assessment of street orientation effects on outdoor thermal comfort in a hot-summer cold-winter district

Stellen Sie sich Ihre Stadt wie ein riesiges, offenes Wohnzimmer vor, in dem die Möbel Gebäude sind und der Boden der Asphalt. Genau wie man sich in einer zugigen Ecke kühl fühlen kann oder unter einer direkten Lampe schwitzt, fühlen sich die Menschen, die eine Straße entlanggehen, je nach Anordnung der Gebäude um sie herum unterschiedlich temperaturmäßig. Dies ist die Welt der „urbanen Mikroklimata“ – der winzigen, lokalen Wettersysteme, die durch unsere Straßen und Plätze entstehen. Ein wichtiger Akteur in dieser Geschichte ist das „thermische Wohlbefinden im Freien“, was nur eine schicke Art der Frage ist: „Ist es gerade angenehm, draußen zu stehen?“ Wenn die Sonne einen anstrahlt, ist es unangenehm; wenn eine kühle Brise von einer Wand eingefangen wird, ist das großartig. Aber hier liegt der Knackpunkt: Die Sonne bewegt sich. Sie scheint im Sommer anders als im Winter, und der Winkel ändert sich jede Stunde des Tages. Die meisten Wissenschaftler haben bisher nur untersucht, wie sich Straßen an einem einzigen, heißen Sommertag anfühlen, so als würde man das Wetter nur am heißesten Dienstag im Juli prüfen. Aber das echte Leben findet das ganze Jahr über statt, und eine Straße, die sich im Juli perfekt anfühlt, kann sich im Januar wie ein Eiskasten anfühlen. Zu verstehen, wie man Straßen entwirft, die das ganze Jahr über angenehm sind, ist das große Rätsel, das dieses Papier zu lösen versucht.

Die Forscher hinter dieser Studie beschlossen, nicht mehr zu raten, sondern das ganze Jahr über für ein historisches Gebiet namens Yuhou Street in Chenzhou, China, zu simulieren. Diese Stadt liegt in einer „Heißer-Sommer-Kalter-Winter“-Zone, was bedeutet, dass es im Sommer glühend heiß und im Winter eiskalt wird, was die Design-Herausforderung besonders schwierig macht. Normalerweise würde das Überprüfen des Wetters für jede einzelne Stunde eines ganzen Jahres (das sind 8.760 Stunden!) einen Computer so lange Zahlen berechnen lassen, dass Stadtplaner aufgeben und nach Hause gehen würden. Um dies zu umgehen, nutzte das Team einen cleveren mathematischen Trick namens „Fourier-Harmonische-Regressionsalgorithmus“. Denken Sie an dies wie an einen Musikkompressor: Anstatt eine ganze Sinfonie von 8.760 Stunden Wetterdaten zu hören, pickt sich der Algorithmus die 12 wichtigsten „Noten“ (oder repräsentativen Tage) heraus, die den Rhythmus des gesamten Liedes einfangen.

Mit diesen 12 speziellen Tagen führte das Team 48 Computersimulationen durch, um zu sehen, wie sich vier verschiedene Straßenrichtungen – Nord-Süd, Ost-West, Nordost-Südwest und Nordwest-Südost – im Laufe des Jahres anfühlten. Sie betrachteten nicht nur die Temperatur; sie kartierten die „thermische Wahrnehmung“ (wie heiß oder kalt es sich anfühlt) und die „Autonomie“ (wie oft die Straße ohne Hilfe komfortabel ist).

Die Ergebnisse dieser Simulationen zeigten einen klaren Gewinner und einen klaren Verlierer. Die Nordost-Südwest-Orientierung erwies sich als die „Goldlöckchen“-Richtung. Sie war im Sommer nicht zu heiß und im Winter nicht zu kalt; sie war genau richtig. Dieses Layout schaffte es, das Bedürfnis nach Schatten während der sengenden Sommermonate mit dem Bedürfnis nach Sonnenlicht während der kühlen Wintertage in Einklang zu bringen, was es zum besten Kompromiss für das ganze Jahr machte. Auf der anderen Seite war die Ost-West-Orientierung der Unruhestifter. In diesen Simulationen zeigte sie das höchste Risiko für thermisches Unbehagen und verbrachte viel Zeit in einem Zustand der „Nicht-Autonomie“, was bedeutet, dass sie oft zu unangenehm war, damit Menschen sie ohne Intervention genießen konnten.

Letztendlich legt diese Studie nahe, dass Stadtplaner durch die Verwendung dieser neuen, schnelleren Methode, ein ganzes Jahr an Wetter zu simulieren, klügere Entscheidungen treffen können. Anstatt nur für einen einzelnen Sommertag zu planen, können sie diese Methode nutzen, um Straßenlayouts zu finden, die Menschen das ganze Jahr über komfortabel halten, insbesondere in Regionen, die zwischen extremer Hitze und Kälte schwanken.