Visualisierung von Urban Roof Heat Loss in Graz

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1 Visualisierung von Urban Roof Heat Loss in Graz W. Sulzer 1), K. Kern 1), C. Bauer 1), A. Salentinig 1), R. Lazar 1), W. Ganster 2), G. Lorber 2), M. Mudri 3), K. Legat 4), St. Mah 5) Projektpartner: 1) Institut für Geographie und Raumforschung, Karl Franzens Universität Graz, Heinrichstr. 36, 8010 Graz 2) Magistrat Graz, Stadtvermessungsamt, Bauamtsgebäude, Bahnhofcenter, Europaplatz 20, 8011 Graz 3) Ingenieurkonsulent für Geophysik, Schanzelgasse 20, 8010 Graz 4) AVT ZT-GmbH Ingenieurkonsulenten für Vermessungswesen, Eichenweg 42, 6460 Imst 5) ITRES Corporate Head Office ITRES Research Limited, #110, st Street N.W. Calgary, Alberta, Canada Kontaktperson: Wolfgang Sulzer: Projekt: : Thermalanalyse Graz

2 Inhalt Einleitung und Rahmenbedingungen Stadtklimaanalyse und Fernerkundung in Graz - Methoden und Befliegungen Befliegung Dezember 2011: Visualisierung der Dachflächen Ausblick

3 Motivation 1986: 1. Stadtklimaanalyse mittels flugzeuggestützter DAEDALUS Daten 1994: Fertigstellung der Stadtklimaanalyse auf Basis der Befliegung 1986 und zusätzlicher klimatologischer Untersuchungen und Analysen 1990 und 2002 Revision des Stadtentwicklungsplanes unter Einbindung der Stadtklimaanalyse 1996: 2. Befliegungskampagne durch die DLR und Stadtverwaltung 2004: Revision der Stadtklimaanalyse (3. Befliegung) zur Neuerstellung von Klimatopkarten und Klimaeignungskarten 2011/12: Revision der Stadtklimaanalyse (4. Befliegung) zur Erstellung von Klimatopkarten/Klimaeignungskarten und Erfassung der Dachflächen

4 Thermalbefliegungen von GRAZ SENSOR DAEDALUS DAEDALUS DAEDALUS TABI 1800 Wellenlänge 8,60 11,85 µm 8,60 11,85 µm 8,60 11,85 µm 3,70-4,80 µm Datum 02/ Aufnahmezeit Höhe über Grund Nacht: Morgen: Mittag: Mittag: Mittag: Abend: m 1100m 560m 1800m Flugrichtung N/S W/E N/S W/E Overlap: 10% - 40% 30% - 40% 30% 30% - 40% Streifen Resolution 5 x 5m 2.5 x 2.5m 1 x 1m 0,6 x 0.6m

5 Grundlagen und Methoden Workflow Datenverarbeitung: Radiometrische Korrektur Geometrische Korrektur (1986,1996, 2004, 2011) Mosaikieren Befliegungsstreifen Erstellung von Strahlungstemperaturkarten (1:25.000) Erstellung von Oberflächentemperaturkarten (1:25.000) Analyse der Dachflächen von Graz (nur 2011)

6 Nacht Mittag 1986 Morgen

7 Ergebnis: Morgen 2004

8 Der Mehrwert einer Thermalscannerbefliegung im Winterhalbjahr 2011/2012 Befliegungstermine zu einem Abend- bzw. Nachttermin erlauben vertiefende Kenntnisse über die Wärmeverteilung, das lokale Windsystem im gesamten Stadtgebiet und ermöglicht auch den Detailblick auf sensible Stadtgebiete von Graz (neu versiegelte Flächen, Reininghausgründe, Frischluftzubringer Kaltluftproduktion hat sich seit 2004 verändert, etc.). Mit der Befliegung im Winterhalbjahr kann die thermale Signatur der Stadt neue Erkenntnisse des Grazer Stadtklimas vermitteln; Adaptierungen in der Temperaturverteilungskarte, Stadtklimatopkarte und in weiterer Folge in der Karte der klimatologischen Empfehlungen können durchgeführt werden. Durch Begleitmessprogramme wie Fesselballonsondierungen, Temperaturmessfahrten, die auch punktuell und linear Referenzpunkte (Kalibrierung der Thermalscannerdaten; Erhebung des Windsystems, Erfassung der Strahlungstemperatur, mit Wärmebildkameras,...) erfassen, kann ein optimales Zusammenspiel der punktuell und linienhaft erhobenen Geländedaten mit der flächenhaften Scanneraufnahmen erfolgen. Neben der langjährigen Klimadatenanalyse können auch aktuelle Auswertungen der Daten des Grazer Vertikalstationsprofiles über Schloßberg Plabutsch /Kalkleitenmöstl zum Aufnahmezeitpunkt der Befliegung erfolgen und somit verbesserte Aussagen über die Inversionsdynamik (Schadstoffausbreitung) über dem Grazer Raumgetroffen werden

9 Der Mehrwert einer Thermalscannerbefliegung im Winterhalbjahr 2011/2012 Durch die Kombination Scanneraufnahmen Geländemessfahrten Stationswerte können Strömungsbesonderheiten und Feinstaubbelastung dokumentiert und analysiert werden. Zusätzlich sollen zum Befliegungstag und zu vergleichbaren Wetterlagen grobauflösende METEOSAT Daten (alle 15 min, Daten der ZAMG) analysiert werden, bzw. mit anderen klimarelevanten Satellitendaten wie MODIS (Tag- und Nachtaufnahme) die Temperaturverteilung und Entwicklung im Tagesverlauf von Graz analysiert werden. Somit können die oben angesprochenen stadtklimatologisch relevanten Themen (Windfeld, Wäremeinseln / urban heat island etc.) unterstützend und vertiefend analysiert werden. Durch die Analyse der Befliegung können Veränderungen/Auswirkungen von neuen Verbauungsstrukturen ableitet werden und somit zukünftige Änderungen besser beurteilt werden! Durch die hochaufgelösten Thermalbilder kann in Zusammenhang mit Gebäudedächern eine Untersuchung des potentiellen Wärmeverlustes erstellt werden und beispielhaft dar-gestellt werden.

10 (Klimatologisches) Stadtteilmonitoring der Reininghausgründe: Industriezone Isolierte Grünfläche Gartenstadt

11 Thermalbefliegung 2011

12 Flugstreifen der Befliegung am

13 Ballonsondierungen Sondenaufstieg in Graz am mit dem Verlauf der Temperatur, relativen Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit (Windrichtung: durchgehend NW)

14 Messfahrten in Graz am

15 Bodenbedeckungsklassifikation

16 Bodenbedeckungsklassifikation Auswahl der Photodokumentation am (links oben: Platte in Richtung Stadtzentrum; rechts oben: Cafe Rosenhain in Richtung SE; unten links: Plattenkreuz in Richtung Wenisbuch, rechts unten: Lechwald)) (Photos: Sulzer)

17 Lage der thermalen Passpunkte im Stadtgebiet von Graz

18 Gegenüberstellung der gemessenen Oberflächentemperaturen und der TABI Scannerdaten T rad = ε 1/4 T kin wobei T rad die Strahlungstemperatur, ε der Emissionskoeffizient und T kin die wahre Oberflächentemperatur (Jensen, 2005)

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23 Analyse spezifischer LC/LU Einheiten Gartenstadt Blockverbauung Gründerzeit Historisches Zentrum Industriezone Stadtpark-Schlossberg Landwirtschaft Wald /Exposition Building structure T( C) 1986 Diff. (K) T( C) 2004 Diff. (K) Gardentown Block Areas Founding Areas 26,5 +0, Historical Center 29,5 +3,5 22,5 +2,5 Industry

24 Dachflächen Temperaturmaxima (rote Kreise)

25 Dachflächen TABI Daten (links) und Klassifikation der Wärmeausstrahlung (rechts)

26 Dachflächen Klassifikation der Dachtypen und -bedeckungen in den Untersuchungsgebieten

27 Dachflächen / Altstadt

28 Dachflächen / Industriegebiet

29 Dachflächen / Gartenstadt

30 Dachflächen / Freiland

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33 Vergleich der Situation 1986/2011

34 Ausblick und Forschungsbedarf

35 Ausblick und Forschungsbedarf Am Detailausschnitt des Orthophotos (D) ist deutlich erkennbar, dass die beiden Gebäudeteile im Bildmittelpunkt die gleiche Dacheindeckung besitzen, aber in den TABI Daten (C) unterschiedliche Temperaturen aufweisen.

36 Ausblick und Forschungsbedarf Emmissionskoeffizient der spez. Wellenlänge Dacheindeckung Gebäudehöhe Dachkonstruktion Dachnutzung Wärmedämmung Dachboden Windeinfluss

37 TIR4U Thermal InfRared detection of Roof heat loss for University of Graz Teilziele von TIR4U sind: Datenakquisition (zusätzliche Befliegung Winter 12/13) und -homogenisierung für das Untersuchungsgebiet; Methodenentwicklung bezüglich des Zusammenhangs von Emissivität und Oberflächentemperatur unter Einbindung schon durchgeführter Geländemessungen und stadtklimatischer Parameter; Umfangreiche Messkampagnen (T, F, etc) am und im Gebäude Erfassung der unterschiedlichen Dachbedeckungen bzw. -konstruktionen und der unterschiedlichen Nutzungsebenen der einzelnen Gebäude an der Universität in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Gebäude und Technik; Qualitative Erfassung der Wärmeabgabe und Bestimmen von baulichen Defizitgebieten an Dächern; Erstellung von detaillierten Strahlungs- und Oberflächentemperaturkarten; Kommunikation und Bewusstseinsbildung für unterschiedliche Zielgruppen (Gebäude und Technik der Universität, verschiedene Ebenen der öffentlichen Verwaltung wie Magistrat und Amt der Steiermärkischen Landesregierung, sowie über Schulen und die Öffentlichkeit als Multiplikatoren; Kommunikation und Bewusstseinsbildung über Printmedien, die Homepage der Klimaneutralen Universität bzw. unter durch eine Ausstellung (Unicafe) an der Universität Graz und wissenschaftlichen Publikationen.

38 Danke für die Aufmerksamkeit