Urban Climate and Heat Stress Hazards - an Indoor Perspective

Abstract

Hitzestress beeinflusst nicht nur das Wohlbefinden, sondern vor allem auch die menschliche Gesundheit. Während Hitzestress im Außenraum bereits detailliert untersucht wurde, gibt es nur wenige Studien, welche sich mit thermischen Belastungen im Innenraum befassen. Dabei hält sich die Bevölkerung der Industriestaaten im Durchschnitt durchschnittlich 90 % des Tages im Innenraum auf. Analysen der klimatischen Bedingungen im Innenraum sind essenziell, um zugrundeliegende Prozesse zu verstehen, die Auswirkungen auf den Menschen zu erfassen und passende Anpassungsstrategien entwickeln zu können. Ziel der Arbeit ist es daher, verschiedene Innenraumklimata zu untersuchen und zu bewerten. Zur Untersuchung ihrer Charakteristika wurden Räume ohne Nutzerverhalten innerhalb eines Gebäudes bemessen und analysiert. Die Ergebnisse wurden dann verwendet, um ein detailliertes Innenraummesssystem zu entwickelt und an verschiedenen Standorten in Berlin aufzubauen. Die erhobenen Daten wurden dann verwendet, um die Variabilität von Hitzestress im Innenraum zeitlich und räumlich anhand des UTCI (Universal Thermal Climate Index) zu untersuchen. Den Abschluss bilden umfangreiche Analysen zu den Einflüssen von Innenraum- und Außenraumtemperaturen auf die Mortalität mittels Generalisierter Additiver Modelle (GAM). Die Ergebnisse zeigen, dass Hitzestress im Innenraum eine ernstzunehmende Gefahr darstellt. Alle Untersuchungsräume weisen hohe thermische Belastungen auf. UTCI Werte im Innenraum schwanken innerhalb eines Gebäudes und weisen im Vergleich zum Außenraum sehr hohe Belastungswerte während der Nacht auf. Die höchsten Werte wurden in modernen Gebäuden mit großen Fensterflächen ermittelt. Bezüglich der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf das Innenraumklima konnte das Außenklima als wichtigste Einflussgröße bestätigt werden. Des Weiteren zeigt sich, dass die Innenraumtemperatur im Vergleich zur Außenraumtemperatur ein ebenso guter Prädiktor für Mortalität ist.

Heat stress influences not only the comfort of humans but also human health. Heat stress in outdoor environments has been investigated extensively, whereas only a few studies have focused on indoor environments. People in industrialized countries spend approximately 90 % of their day in confined spaces. Analyses of indoor climatic conditions are essential to understanding the underlying processes, determining the impacts on humans and developing appropriate adaptation measures. The aim of this work is to investigate and assess different indoor climates and provide a valuable contribution to future research questions. To analyze indoor climate characteristics or, rather, the influence of different meteorological parameters, the indoor climate in four rooms in one building without user behavior was measured and examined. The results were used to establish a detailed indoor measurement system at different study sites distributed over Berlin. The gathered data were then used to assess indoor heat stress variability on a temporal and spatial scale using the UTCI (Universal Thermal Climate Index). Finally, an extensive analysis of the influence of indoor climate and outdoor climate on mortality was conducted by applying generalized additive models (GAM). The results indicate that indoor heat stress is a severe threat. All study rooms experienced high thermal loads, regardless of the building type they were located in or their location within the building. Indoor UTCI values varied within buildings and further exhibited very high heat stress levels during night compared to outdoors. The highest values were measured in modern buildings with a high percentage of windows. Among the different driving factors of indoor climate, outdoor climate was confirmed to have the highest impact. Moreover, this thesis shows that indoor air temperature is an equally good predictor of mortality compared to outdoor climate.