Mehr als Schatten: Neue Technik macht Außenbereiche erträglicher
Ein Forschungsteam der UCLA zeigt, wie sich in Außenbereichen wie Bushaltestellen oder Schulhöfen auch bei großer Hitze kühle Zonen schaffen lassen - ohne massive Bauten oder Klimaanlagen. Solche Lösungen werden dringend gebraucht.
Denn im öffentlichen Raum geht es nicht nur um Temperaturwerte, sondern auch um Sichtbarkeit, Sicherheit und Zugänglichkeit. Anders gesagt: Man kann nicht jede Haltestelle in ein abgeschottetes Minihaus verwandeln. Genau deshalb verfolgt ein Forschungsteam der UCLA einen anderen Ansatz: eine offen gestaltete Struktur, die trotzdem kühlt - durch gezielte Steuerung von Wärmestrahlung.
Die Technik dahinter: Die Aluminiumplatten leiten über kaltes Wasser Wärme ab. Ihre schwarz gestrichene Innenseite absorbiert zusätzliche Körperwärme. Die halb metallisierten Wände sorgen dafür, dass Wärme von außen nicht auf die Personen im Inneren zurückstrahlt. Sicht und Offenheit bleiben trotzdem erhalten.
Einfacher Aufbau, coole Wirkung: Der Prototyp in Aktion
Der Prototyp wurde an heißen Tagen auf dem UCLA-Campus und bei einem Straßenmarkt getestet. Die Lufttemperatur lag dabei jeweils bei rund 29 °C. Im Inneren der Struktur wurde eine mittlere Strahlungstemperatur von etwa 25,5 °C gemessen - ein Wert, der deutlich unter dem Niveau der ungeschützten Umgebung lag. Dort hätte eine stehende Person rund 32 °C Strahlungswärme wahrgenommen - also mehr als 6 Grad Unterschied beim subjektiv empfundenen Hitzestress.
Städte weltweit werden sich in den kommenden Jahren überlegen müssen, wie sie öffentliche Außenräume bei steigenden Temperaturen nutzbar halten - mit gezielt gestalteter Hitzeminderung. Das Forschungsteam der UCLA betreibt hier vor allem Ideenfindung. Die Ansätze sind aber skalierbar, kostengünstig und deshalb durchaus anwendbar - als technische Bausteine für neue Wege der städtischen Klimaanpassung über den klassischen Schatten hinaus.
Siehe auch:
Wie draußen kühlen ohne massive Bauten?
Parks, Bushaltestellen, Schulhöfe - öffentliche Orte, an denen Menschen tagsüber unterwegs sind, bieten oft kaum Schutz vor Hitze. Doch wie lässt sich dort Kühlung schaffen, ohne geschlossene Räume zu bauen? Klassische Lösungen setzen auf massive, fensterlose Strukturen, die Hitzeeinwirkung schlicht blockieren. Das ist wirksam - aber weder überall praktikabel noch sozialverträglich.Denn im öffentlichen Raum geht es nicht nur um Temperaturwerte, sondern auch um Sichtbarkeit, Sicherheit und Zugänglichkeit. Anders gesagt: Man kann nicht jede Haltestelle in ein abgeschottetes Minihaus verwandeln. Genau deshalb verfolgt ein Forschungsteam der UCLA einen anderen Ansatz: eine offen gestaltete Struktur, die trotzdem kühlt - durch gezielte Steuerung von Wärmestrahlung.
Dieses kostengünstige und skalierbare Design ist ein praktischer Schritt über den klassischen Schatten hinaus, um Menschen zu helfen, die an heißen Tagen im Freien sein müssen - besonders während extremer Hitzeperioden.Die Lösung kombiniert drei aktiv wassergekühlte Aluminiumplatten mit halbtransparenten Polymerwänden, die sichtbares Licht durchlassen, aber infrarote Wärmestrahlung reflektieren. Dadurch entsteht ein Bereich, der das Hitzeempfinden deutlich senkt, ohne sich wie ein geschlossener Raum anzufühlen. Genau darin sehen die Forscher den Schlüssel: "Dieser Ansatz ermöglicht sichtbar offene Kühlstrukturen, die von einer breiten Öffentlichkeit akzeptiert werden", schreiben sie.
Die Technik dahinter: Die Aluminiumplatten leiten über kaltes Wasser Wärme ab. Ihre schwarz gestrichene Innenseite absorbiert zusätzliche Körperwärme. Die halb metallisierten Wände sorgen dafür, dass Wärme von außen nicht auf die Personen im Inneren zurückstrahlt. Sicht und Offenheit bleiben trotzdem erhalten.
Einfacher Aufbau, coole Wirkung: Der Prototyp in Aktion
Der Prototyp wurde an heißen Tagen auf dem UCLA-Campus und bei einem Straßenmarkt getestet. Die Lufttemperatur lag dabei jeweils bei rund 29 °C. Im Inneren der Struktur wurde eine mittlere Strahlungstemperatur von etwa 25,5 °C gemessen - ein Wert, der deutlich unter dem Niveau der ungeschützten Umgebung lag. Dort hätte eine stehende Person rund 32 °C Strahlungswärme wahrgenommen - also mehr als 6 Grad Unterschied beim subjektiv empfundenen Hitzestress.
Prototyp mit Potenzial
Die Studie, veröffentlicht in Nature Sustainability, stellt damit keinen fertigen Bauplan für künftige Stadtmöblierung vor - wohl aber eine technische Idee mit Zukunftspotenzial. Die Konstruktion ist derzeit ein gut funktionierender Prototyp auf einem Parkplatz. Doch sie zeigt, wie sich der bisherige Zielkonflikt zwischen Kühlwirkung und Offenheit auflösen lässt.Städte weltweit werden sich in den kommenden Jahren überlegen müssen, wie sie öffentliche Außenräume bei steigenden Temperaturen nutzbar halten - mit gezielt gestalteter Hitzeminderung. Das Forschungsteam der UCLA betreibt hier vor allem Ideenfindung. Die Ansätze sind aber skalierbar, kostengünstig und deshalb durchaus anwendbar - als technische Bausteine für neue Wege der städtischen Klimaanpassung über den klassischen Schatten hinaus.
Was ist passive Kühlung?
Passive Kühlung bezeichnet Verfahren zur Temperaturregulierung in Gebäuden, die ohne oder mit minimalem Energieaufwand auskommen. Im Gegensatz zur aktiven Kühlung mit Klimaanlagen nutzt die passive Kühlung natürliche Prozesse und Ressourcen wie Erdreich, Grundwasser oder Verdunstung.
Auch bekannt als "passive cooling" oder "natural cooling", zielt sie darauf ab, Überhitzung zu vermeiden und ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Dabei werden Wärmesenken genutzt, um überschüssige Wärme aus dem Gebäude abzuleiten, ohne dabei energieintensive Kältemittelkreisläufe zu benötigen.
Auch bekannt als "passive cooling" oder "natural cooling", zielt sie darauf ab, Überhitzung zu vermeiden und ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Dabei werden Wärmesenken genutzt, um überschüssige Wärme aus dem Gebäude abzuleiten, ohne dabei energieintensive Kältemittelkreisläufe zu benötigen.
Welche Arten gibt es?
Es gibt sowohl technische als auch natürliche Systeme zur passiven Kühlung. Zu den technischen Lösungen zählen Wärmepumpen mit Kühlfunktion, Erdluftbrunnen, Verdunstungskühlung und Latentwärmespeicher, die physikalische Prinzipien zur Wärmeabfuhr nutzen.
Natürliche Methoden umfassen außen liegenden Sonnenschutz, Dach- und Fassadenbegrünung sowie gezielte Nachtlüftung mit Speicherung der Kühle in massiven Bauteilen. Auch bauliche Maßnahmen wie die richtige Gebäudeausrichtung und spezielle Verschattungselemente zählen zu den passiven Kühlkonzepten.
Natürliche Methoden umfassen außen liegenden Sonnenschutz, Dach- und Fassadenbegrünung sowie gezielte Nachtlüftung mit Speicherung der Kühle in massiven Bauteilen. Auch bauliche Maßnahmen wie die richtige Gebäudeausrichtung und spezielle Verschattungselemente zählen zu den passiven Kühlkonzepten.
Wie funktioniert Kühlung mit Wärmepumpe?
Bei der passiven Kühlung mit Wärmepumpen wird die natürliche Kühlung des Erdreichs oder Grundwassers genutzt. In etwa 15 Metern Tiefe herrscht ganzjährig eine konstante Temperatur von 10-15 °C, die als Wärmesenke dient.
Die Raumwärme wird über Flächenheizungen (meist Fußbodenheizung) aufgenommen und mittels eines Wärmeübertragers an den Solekreislauf abgegeben. Dabei ist der Verdichter der Wärmepumpe nicht in Betrieb, lediglich die Umwälzpumpen arbeiten, was den Energieverbrauch minimal hält. So können Räume um etwa 5 °C abgekühlt werden.
Die Raumwärme wird über Flächenheizungen (meist Fußbodenheizung) aufgenommen und mittels eines Wärmeübertragers an den Solekreislauf abgegeben. Dabei ist der Verdichter der Wärmepumpe nicht in Betrieb, lediglich die Umwälzpumpen arbeiten, was den Energieverbrauch minimal hält. So können Räume um etwa 5 °C abgekühlt werden.
Was kostet passive Kühlung?
Die Kosten für passive Kühlung variieren je nach System und Gebäudegröße. Wer bereits eine Sole-Wärmepumpe und Flächenheizung besitzt, kann die Kühlfunktion für etwa 2.000 bis 4.000 Euro nachrüsten lassen.
Bei einer Neuinstallation liegen die Gesamtkosten für Wärmepumpe, Installation und Sonden- oder Brunnenbohrung bei etwa 20.000 bis 25.000 Euro, zuzüglich 50 bis 70 Euro pro Quadratmeter für eine Flächenheizung. Über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) sind jedoch attraktive Zuschüsse möglich.
Bei einer Neuinstallation liegen die Gesamtkosten für Wärmepumpe, Installation und Sonden- oder Brunnenbohrung bei etwa 20.000 bis 25.000 Euro, zuzüglich 50 bis 70 Euro pro Quadratmeter für eine Flächenheizung. Über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) sind jedoch attraktive Zuschüsse möglich.
Was ist Verdunstungskühlung?
Verdunstungskühlung (auch adiabatische Kühlung genannt) nutzt den physikalischen Effekt, dass beim Verdunsten von Wasser Wärmeenergie gebunden wird. Ähnlich wie beim Schwitzen wird dem Raum dadurch Wärme entzogen.
Bei diesem Verfahren wird warme Luft über feuchte Oberflächen geleitet. Die entstehende Verdunstungskälte wird über Luftkanäle in die Innenräume zurückgeführt. Im Vergleich zu konventionellen Klimaanlagen können so bis zu 90 Prozent der laufenden Energiekosten eingespart werden, allerdings benötigt das System eine gewisse Anlaufzeit.
Bei diesem Verfahren wird warme Luft über feuchte Oberflächen geleitet. Die entstehende Verdunstungskälte wird über Luftkanäle in die Innenräume zurückgeführt. Im Vergleich zu konventionellen Klimaanlagen können so bis zu 90 Prozent der laufenden Energiekosten eingespart werden, allerdings benötigt das System eine gewisse Anlaufzeit.
Wie funktionieren Erdluftbrunnen?
Erdluftbrunnen nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs zur Luftkühlung. Die Außenluft wird durch unterirdisch verlegte Rohre geleitet, wo sie sich auf die Temperatur des umgebenden Erdreichs abkühlt.
Die gekühlte Luft wird anschließend über eine Lüftungsanlage in die Räume verteilt. Ein besonderer Vorteil: Im Winter kann das System umgekehrt zur Vorheizung der Luft genutzt werden, da die Erdtemperatur dann über der Außentemperatur liegt. Erdluftbrunnen funktionieren besonders gut in Kombination mit kontrollierten Lüftungssystemen.
Die gekühlte Luft wird anschließend über eine Lüftungsanlage in die Räume verteilt. Ein besonderer Vorteil: Im Winter kann das System umgekehrt zur Vorheizung der Luft genutzt werden, da die Erdtemperatur dann über der Außentemperatur liegt. Erdluftbrunnen funktionieren besonders gut in Kombination mit kontrollierten Lüftungssystemen.
Vorteile gegenüber Klimaanlagen?
Passive Kühlsysteme verbrauchen deutlich weniger Energie als konventionelle Klimaanlagen - laut Bundesverband Wärmepumpe bis zu 80 Prozent weniger bei der passiven Kühlung mit Wärmepumpen. Dies schont nicht nur den Geldbeutel, sondern auch die Umwelt durch geringeren CO₂-Ausstoß.
Weitere Vorteile sind der geräuscharme Betrieb, keine Zugluftprobleme und die geringere gesundheitliche Belastung durch fehlendes Kältemittel. Besonders vorteilhaft ist die Nutzung von Synergieeffekten: Die im Sommer ins Erdreich abgegebene Wärme verbessert im Winter die Effizienz der Heizfunktion.
Weitere Vorteile sind der geräuscharme Betrieb, keine Zugluftprobleme und die geringere gesundheitliche Belastung durch fehlendes Kältemittel. Besonders vorteilhaft ist die Nutzung von Synergieeffekten: Die im Sommer ins Erdreich abgegebene Wärme verbessert im Winter die Effizienz der Heizfunktion.
Für welche Gebäude geeignet?
Passive Kühlsysteme eignen sich grundsätzlich sowohl für Neu- als auch Bestandsbauten, wobei die Integration in Neubauten meist einfacher und kostengünstiger ist. Besonders effektiv sind sie in gut gedämmten Gebäuden mit Flächenheizungen.
Für Sole-Wasser- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit Kühlfunktion wird ausreichend Grundstücksfläche für Erdkollektoren oder Sonden benötigt. Auch in großen Bürogebäuden und Gewerbeimmobilien werden passive Kühlsysteme zunehmend eingesetzt, da sie dort besonders hohe Einsparungen ermöglichen können.
Für Sole-Wasser- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit Kühlfunktion wird ausreichend Grundstücksfläche für Erdkollektoren oder Sonden benötigt. Auch in großen Bürogebäuden und Gewerbeimmobilien werden passive Kühlsysteme zunehmend eingesetzt, da sie dort besonders hohe Einsparungen ermöglichen können.
Zusammenfassung
- UCLA-Forschungsteam entwickelt offene Kühlstrukturen für Außenbereiche
- Kombination aus wassergekühlten Aluminiumplatten und halbtransparenten Wänden
- Halbmetallisierte Wände reflektieren Wärmestrahlung, lassen aber Licht durch
- Bei Tests zeigte sich eine Reduktion des Hitzestresses um mehr als 6 Grad
- Der Ansatz löst den Konflikt zwischen effektiver Kühlung und öffentlicher Sicherheit
- Lösung für Hitzeprobleme in Städten ohne abgeschottete Bauweise
Siehe auch:
- Kühlung von Halbleitern mit Licht: Neue Studie zeigt großes Potenzial
- Chip-Kühlung der Zukunft: Forscher finden effizientes Interface-Material
- 10 Grad runter: MIT-Forscher erreichen sehr effektive Passiv-Kühlung
- Sehr viel effizienter: Forscher bauen Wasserkühlung direkt in den Chip
- Wasserkühlung im Großformat: Microsoft will Datenzentren versenken
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