Stedelijk warmte-eiland Utrecht
Bert Heusinkveld
1
Opdrachtgever Natuur en Milieufederatie Utrecht Hengeveldstraat 29 3572 KH Utrecht
WUR publicatie, 30 januari 2013
Copyright @ 2013 Wageningen Universiteit Centrum voor Water en Klimaat (CWK) Droevendaalsesteeg 3a (gebouw 100) Postbus 47 6700 AA Wageningen Telefoon: 0317 – 480700 (secretariaat)
Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de opdrachtgever en Wageningen University Wageningen University aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele schade voortvloeiend uit het gebruik van de resultaten van dit onderzoek of de toepassing van de adviezen.
2
Inhoudsopgave
Samenvatting
4
1 Inleiding
5
2 Hittebelasting meten met een mobiel meetplatform
6
3 Metingen en analyse
8
4 Conclusies en discussie
15
5 Referenties
16
3
Samenvatting Naar verwachting leidt klimaatverandering tot een toename in het jaarlijkse aantal hittedagen. In steden is deze toename extra voelbaar door het optreden van het stedelijke hitte-eiland effect hetgeen gevolgen kan hebben voor de leefbaarheid en gezondheid van de bevolking. In dit project zijn daarom mobiele meteorologische metingen uitgevoerd om de kwetsbare gebieden in kaart te brengen. Belangrijkste resultaten uit de eerste verkenningen laten zien dat Utrecht ’s nachts een aanzienlijk stedelijk hitte-eiland effect ontwikkelt gedurende zonnige dagen met weinig wind (verschil luchttemperatuur en buitengebied >5 °C). Overdag was het verschil in luchttemperatuur minder groot. In de middag werd nog steeds een aanzienlijke opwarming gemeten van 3 °C ten opzichte van Cabauw. Opvallend is dat overdag vooral parken met bomen verrassend koeler blijken te zijn (ongeveer 3°C koeler dan het centrum). Het temperatuurverschil ’s middags tussen de woonwijken is niet zo groot. Tijdens onze meting op 24 juli 2012 was er sprake van matige hittestress ’s middags in de schaduw (luchttemperatuur 29°C). In de zon echter was sprake van aanzienlijke hittestress condities als men daar lang zou verblijven.
4
1 Inleiding De gemiddelde wereldtemperatuur is sinds het begin van de vorige eeuw onmiskenbaar gestegen. Tot nu toe werd verwacht dat de opwarming in Nederland ongeveer even snel zou gaan als de wereldgemiddelde stijging van de temperatuur. Maar recent gepubliceerde resultaten laten zien dat de opwarming sinds 1950 tweemaal zo groot is geweest als de mondiale opwarming (KNMI, 2008). Volgens de klimaatscenario’s van het KNMI zal de opwarming onder andere leiden tot het vaker voorkomen van extreme weersomstandigheden zoals hittegolven en extreme neerslag (hoosbuien). Bijkomend probleem is dat Nederland sterk verstedelijkt (Nijs et al., 2002). In steden zijn de gevolgen van de opwarming extra voelbaar, omdat daar het zogenoemde Urban Heat Island (UHI) optreedt. Hieronder wordt verstaan dat de temperatuur in een stedelijk gebied gemiddeld hoger is dan in het omliggende gebied. In een stad als Londen kan het verschil tussen stadcentrum en omgeving gedurende de nacht wel 10 ⁰C bedragen. Bovendien gaan perioden met hoge temperaturen veelal gepaard met verslechterde luchtkwaliteit en droogte. Dit heeft grote gevolgen voor de leefbaarheid en gezondheid van de bevolking in stedelijke gebieden. Tijdens de hittegolf in 2003 stierven er in Nederland 1400-2400 mensen meer dan gemiddeld, tijdens de hittegolf in 2006 was de
extra
sterfte
1000.
Het
wordt
dan
ook
noodzaak
om
bij
stedelijke
renovatie/nieuwbouw/uitbreiding rekening te gaan houden met het UHI. In Duitsland bijvoorbeeld wordt bij toekenning van energielabels voor zeer energiezuinige woningen al rekening gehouden met het effect van de woning (indien aanwezig met tuin) op het UHI.
De metingen werden uitgevoerd met speciaal ontwikkelde mobiele meetplatforms tijdens een zomerse dag (temperaturen hoger dan 25 °C) op 24 juli 2012 in de stad Utrecht. Hoewel het die dag meer dan 30°C in de stad werd telt deze dag niet als tropische dag omdat het op een meteorologisch waarnemingsstation in het buitengebied niet warmer werd dan 27°C (KNMI station, De Bilt). Ter verduidelijking van het UHI effect nog even een kort overzicht van de factoren die bijdragen aan de hogere temperatuur in stedelijk gebied: 5
Absorptie en invangen van zonnestraling door donkere oppervlakken
Obstructie van hemelzicht houdt warmtestraling gevangen
Niet natuurlijke warmteproductie
Wind reductie
Toename warmteopslag vanwege thermische eigenschappen bouwmaterialen
2 Hittebelasting meten met een mobiel meetplatform Hittestress treedt op zo gauw warmte productie, afgifte en opname resulteren in een verhoogde kerntemperatuur. Hierbij kunnen de volgende factoren onderscheiden worden:
Tempatuur
luchtvochtigheid
kortgolvige straling (zonnestraling direct of gereflecteerd)
thermische straling (van wegdek, gebouwen en open hemel)
wind snelheid
De mate van thermische belasting kan op vele manieren uitgedrukt worden en verschillen van mens tot mens. Om tot een vergelijking van verschillende microklimaten te komen wordt in deze studie gekozen voor de Fysiologisch Equivalente Temperatuur (PET) en kan ook geinterpreteerd worden als gevoelstemperatuur (Höppe, 1999). De term gevoelstemperatuur is ook heel goed communiceerbaar en maakt een objectieve vergelijking van stedelijke locaties mogelijk. Aan de hand van feedback van proefpersonen kan een mate van warmtebeleving of hittestress gekoppeld worden aan PET temperaturen.
6
Tabel 1: Vergelijking tussen PET, PMV (Predicted Mean Vote) en menselijke warmtesensatie en thermische stress niveaus voor een gezond persoon, 35 jaar, interne warmteproductie 80 W, kledingfactor 0.9 clo (Matzarakis et al., 1999)
Aan de hand van een energiebalansmodel van een standaard staand persoon van 35 jaar, 1.75 m lengte en normaal gekleed (pak) wordt de warmtebelasting omgerekend naar een gestandaardiseerde warmtebeleving en hittestress (Matzarakis et al., 1999 en 2007). De berekening resulteert dan in een PMV (predicted mean vote) of PET (Physiological Equivalent Temperature) waarde die aan een temperatuurbeleving of warmtestress gekoppeld kan worden (Tabel 1). Vanwege de wind reductie in stedelijk gebied wordt vooral de stralingsgrootheid zeer belangrijk en wordt daarom heel gedetailleerd gemeten op de mobiele platforms.
7
3 Metingen en analyse Voor de metingen is gekozen voor een mooie en typische zomerse dag tijdens een warme zomer periode (Fig. 1). Op deze dag was er weinig wind en geen bewolking en er treedt dan een behoorlijk UHI effect op.
Temperatuur (°C)
30
25
20 Cabauw 15
Centrum
10 0
6
12
18
24
Tijd (locale tijd)
Figuur 1: Zomerse dag van de mobiele metingen op 24 juli 2012 (Bronnen: NMU station “Gemeentehuis” en KNMI station Cabauw).
De nachtelijke temperaturen laten een hele duidelijke piek zien van 5.3°C UHI effect terwijl tijdens het tijdstip van de hoogste temperatuur van 30.3°C (rond 18:00u locale tijd) het UHI oploopt tot 3.3°C. Vaste stations zijn een puntmeting maar geven wel een gedetailleerd beeld van de variatie in de tijd. De mobiele metingen kunnen een ruimtelijke verdeling in kaart brengen. De mobiele metingen geven tevens de mogelijkheid om veel gedetailleerder de factoren die bijdragen aan hittebeleving van de mens in kaart te brengen (Heusinkveld, et al., 2010).
Aan de hand van geografische informatie werden een aantal routes uitgezet door Utrecht en omgeving. De route die uitgezet werd omvatte o.a.:
8
Laagbouw flats met veel groen
Oude centrum
Nieuwbouw wijken in zuid
Diverse parken
Op de gekozen meetdag was de windsnelheid laag en een wolkenloze lucht (24 juli 2012). Bij deze omstandigheden wordt het UHI het grootst omdat er enerzijds overdag veel stralingswarmte binnenkomt en er ’s nachts goede stralingsafkoeling plaats vindt waardoor verschillen goed zichtbaar worden. Verder zal een lage windsnelheid de afkoeling vertragen en de stad kan zo overdag meer warmte opslaan. Er werden 3 meettrajecten uitgezet en tijdens het heetst van de dag en in de avond gereden.
9
Figuur 2: Temperatuur metingen rond 17:00u locale tijd (kaart: Aerodata). In het buitengebied is het vooral onder de bomen koeler en in de stad zijn de warmste locaties waar veel verhard oppervlak is (Fig. 2). Figuur 3-5 laten verschillende voorbeelden van parken zien en het effect op lucht temperatuur.
10
Figuur 3: Bovenste paneel overdag (rond 17:00 u): Park rechtsboven 1.6°C koeler dan wijk linksboven. Onderste panel ’s avonds: Park 5.2°C koeler (rond 23:00 u. Locale tijd) (kaarten: Aerodata).
11
Figuur 4: Wilhelminapark en centrum: Bovenste panel overdag bijna 3°C koeler dan centrum (17:00 u), onderste panel ’s avonds: Park is 2.3°C koeler dan centrum (rond 23:00u locale tijd) (kaarten: Aerodata).
12
Figuur 5: Gras is overdag ook verkoelend, hier ongeveer 1.3°C koeler dan de omliggende wijken (kaart: Aerodata).
Gevoelstemperatuur overdag Volgens figuur 3-5 lijkt het alsof het temperatuurverschil tussen de wijken overdag niet zo belangrijk is als ’s avonds. Echter overdag heeft de globale straling (zon) een hele grote bijdrage aan de hittebeleving en in dezelfde straat kunnen verschillen van 15 graden in gevoelstemperatuur PET optreden. Wind kan verkoelend werken maar op deze dag was wind geen significante term in de PET reductie. Verder is de wind vaak gereduceerd in de stad. Schaduw is dus een belangrijke factor om thermisch comfort op straat te verbeteren. Daarnaast zorgt schaduw ervoor dat asfalt en gevels niet zo opwarmen hetgeen de luchttemperatuur in de avonduren ook verlaagt.
13
Figuur 6: Wilhelminapark: Thermisch comfort, PMV=1.1 in park en meer dan 3.7 in de wijk (zie tabel 1) (kaart: Aerodata).
Aangenaam warm is het overdag in de parken met veel schaduw zoals het Wilhelminapark maar op sommige plekken in de stad waar weinig wind is en geen schaduw kan de hittestress heel hoog oplopen (Fig. 6 en Tabel 1).
In de avonduren worden de verschillen dus veel groter (let op de andere schaal bij de grafieken). In deze periode treedt dan ook het grootste UHI effect op.
14
4 Conclusies en discussie De mobiele metingen van 24 juli 2012 laten duidelijk zien dat ook de stad Utrecht een aanzienlijk UHI heeft. In de avonduren loopt het temperatuursverschil met het buitengebied en het centrum makkelijk op tot boven de 5 °C. Overdag zijn de verschillen kleiner maar in de namiddag worden juist de hoogste temperaturen gemeten en dan is het risico op hittestress groter vooral op schaduwloze en windluwe zones in de stad. De verschillen in gevoelstemperatuur kunnen overdag in de stad flink oplopen en geven grote verschillen tussen zon of schaduwplekken. Op zonnige plekken worden grenswaarden overschreden waarboven het thermisch comfort overgaat naar serieuze hittestress voor een gezond persoon. Het verdient dan ook de aanbeveling om hiermee rekening te houden bij de inrichting van de straten (schaduw elementen). Wel dient opgemerkt te worden dat de hittestress berekeningen gebaseerd zijn op een gezond persoon standaard gekleed voor binnenwerk man lage activiteit (man, 1.75 m lang, 75 kg, 35 jaar, kledingfactor 0.9 Clo (lange broek, shirt en colbert jasje)). Vooral voor ouderen wordt de hittebelasting veel hoger ondanks zomerse kleding. Utrecht heeft veel groen waar mogelijkheden zijn om te ontsnappen aan de hitte. Stedelijk groen zorgt voor afkoeling zoals te zien is in de diverse parken. Vooral in een park met veel bomen blijft het ’s middags zelfs koeler dan in het grasland van het buitengebied. De groene wijken bleven het koelst in de nacht.
Dankwoord De auteur wil graag de volgende personen danken voor hun inzet o.a. bij de mobiele metingen: Jasper Candel, Bert van Hove, Laura Kleerekoper, Wiebke Klemm, Joel Schroter en Martin Sikma. Daarnaast natuurlijk de gemeente Utrecht voor het beschikbaar stellen van locaties voor het plaatsen van een weerstation. Speciale dank gaat uit naar Roland Peereboom van Milieucentrum Utrecht voor het gastvrij ter beschikking stellen van het Milieucentrum hetgeen een perfecte uitvalsbasis bleek voor de fietsmetingen!
15
5 Referenties EEA, 2008. Impacts of Europe's changing climate: 2008 indicator-based assessment. EEA Report No 4/2008. European Environment Agency. Heusinkveld, B.G., L.W.A. van Hove, C.M.J. Jacobs, G.J. Steeneveld, J.A. Elbers, E.J. Moors, A.A.M. Holtslag, 2010. Use of Mobile platform for assessing urban heat stress in Rotterdam. Proceedings of the 7the Conference on Biometeorology. Albert-LudwigsUniversity of Freiburg, Germany, 12-14 April 2010, 433-438. http://www.meteo.unifreiburg.de/forschung/publikatione/berichte/index.html Höppe, P., 1999. The physiological equivalent temperature – a Universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. Int. Biometeorol., 43, 71-75.
Katzschner, L., Maas, A., Schneider, A., 2009. Das Städtische Mikroklima: Analyse für die Stadt- und Gebäudeplanung. Bauphysik 31, Heft 1. DOI: 10.1002/bapi.200910004
Matzarakis, A., Rutz, F., Mayer, H., 2007. Modelling radiation fluxes in simple and complex environments – Application of the RayMan model. Int J of Biometeorol 51, 323-334.
Matzarakis A., Mayer, H., Iziomin, G., 1999, Applications of a universal thermal index: physiological equivalent temperature. Int J Biometeorol 43: 76-84.
Matzarakis, A.,Rutz, F., Mayer, F., 2007: Modelling radiation fluxes in simple and complex environments—application of the RayMan Model. Int J Biometeorol (2007) 51:323–334, DOI 10.1007/s00484-006-0061-8
Nijs, T. de, Crommentuijn L., Farjon H., Leneman, H., Ligtvoet, W., De Niet, W., Schotten, K., 2002: Vier scenario's van het Landgebruik in 2030, Achtergrondrapport bij de Nationale Natuurverkenning 2, RIVM rapport 408764 003, RIVM, Bilthoven.
16
