Stadt, Land…Klima! - Untersuchung und Bewertung des Einflusses von Stadtklimaeffekten auf das Humanbioklima

am Beispiel des Campus der Technischen Universität Berlin.


Projektbericht des Orientierungsprojektes in den Studiengängen Ökologie und Umweltplanung und Landschaftsarchitektur (2. Semester SoSe 2014)

How does it feel? - Temperaturempfinden auf dem Campus der TU Berlin

Autorinnen: Pia Kräft, Sarah Samson, Kathy Börner und Marianne Hachtmann

Foto von M. Hachtmann

Abstract

People were interviewed about their perceived temperature and about factors that might have influence them (clothing, gender, activity) at the campus of the Technical University of Berlin in a three days’ time frame (June 2014). At the same time, quantitative measurements were taken at the campus. The results were compared and analyzed to determine the thesis, whether the perceived temperature would be connected to the gender. The analysis shows a tendency supporting this theory.

Im Rahmen eines Grundlagenprojektes wurde im Juni 2014 auf dem Campus der Technischen Universität Berlin eine Befragung bezüglich des Temperaturempfindens durchgeführt. In die Befragungen flossen auch Faktoren wie Kleidung, Geschlecht und Aktivität ein, da erwartet wurde, dass sie das Temperaturempfinden beeinflussen würden. Parallel wurden quantitative Messdaten erhoben. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der These, ob das Temperaturempfinden des Menschen von seinem Geschlecht beeinflusst wird, verglichen. Bei der Analyse war eine Tendenz festzustellen, welche diese These bestätigt.

Einleitung

Im Rahmen des Grundlagenprojektes „Stadt, Land…Klima!“ wurden im Zeitraum vom 10.-12.06.2014 quantitative Befragungen bzgl. des Hitzestress und zeitgleich klimatologische Messungen auf dem Campus der Technischen Universität Berlin durchgeführt. Die Ermittlung des physiologischen Temperaturempfindens erfolgte mithilfe des aus den Messdaten errechneten UTCI. Die Ermittlung des subjektiven Wärmeempfindens erfolgte mithilfe des Fragebogens. So konnte folgende These untersucht werden:

Das Temperaturempfinden des Menschen steht in Abhängigkeit zu seinem Geschlecht.

In der Fachliteratur wird Frauen eine höhere Vulnerabilität gegenüber hohen (und niedrigen) Temperaturen zugesprochen (vgl. u.a. KOPPE 2005, YOUSEF et al. 1984). Hier werden physiologische Reaktionen auf die Temperatur beschrieben, während subjektives Empfinden nicht Gegenstand der Untersuchung war. Da davon ausgegangen wird, dass die Ermittlung subjektiven Empfindens durch einen Fragebogen an Einflussfaktoren wie strategischem Verhalten oder Anpassung gebunden ist, sollen diese in diesem Artikel Erwähnung finden.

Methoden

Die Befragungen und Messungen wurden am 10.06. von 13-16 Uhr, am 11.06. von 13-14 Uhr und am 12.06. von 13-15 Uhr durchgeführt (s. Abb. 1). In dem folgenden Abschnitt wird der Aufbau der Human Response Station, die Berechnung des UTCI, die Datenverarbeitung in R sowie der Fragenbogenaufbau erläutert.

Fragebogen

Als Vorlage für den quantitativen Fragebogen diente der Fragebogen der Studie „A field studie of thermal comfort in outdoor and semi-outdoor environments in subtropical Sydney Australia“ von SPAGNOLO et al. 2003, da das Ziel in dieser Studie ebenfalls war, individuelles Temperaturempfinden zu ermitteln.

Befragung, Foto von M. Hachtmann

Die erhobenen Daten wurden dann mit dem Programm „R Studio“ verarbeitet und visualisiert. Der Fragebogen ist in acht Fragen untergliedert (vgl. Abb. 2). Durch diese lässt sich das thermische Befinden der Personen differenziert ermitteln. Nur jeweils eine der ordinalskalierten Antwortmöglichkeiten war anzukreuzen. Den Einstieg in den Fragebogen bilden allgemeine Angaben wie Datum, Uhrzeit, Alter und Geschlecht. Zur Untersuchung der These lag der Fokus auf der folgenden Frage: Frage 1: Wie empfinden Sie zurzeit die Temperatur? Diese Frage wurde in Abhängigkeit zu dem Geschlecht betrachtet. Bei dieser Frage hatten die Personen die Möglichkeit, zwischen kalt, kühl, etwas kühl, angenehm, etwas warm, warm, heiß und sehr heiß zu unterscheiden. Diese feinen Abstufungen ermöglichen eine Aussage über Tendenzen des Temperaturempfindens. (SPAGNOLO et al. 2003)

Fragebogen (orientiet an Spagnolo et al. 2003)

Aufbau der Human Response Station

Um die Befragungsergebnisse zu objektivieren, wurden parallel quantitative Messungen mit der Human Response Station (s. Abb. 3) durchgeführt (s. Anhang B).

Human Response Station (Foto von M. Hachtmann)

Die gemessenen Werte wurden mithilfe des Programmes R in den UTCI (Universal Thermal Climate Index) umgerechnet. Die Station beinhaltet folgende Messinstrumente:

  • 3-D-Ultraschallanemometer: Das 3-D-Ultraschallanemometer misst die Windgeschwindigkeit und -richtung.
  • CS 215: Die Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit werden mit dem Temperatur- und Feuchtesensor CS 215 aufgezeichnet.
  • CNR4: ListenpunktFür die Erfassung der kurz- und langwelligen Strahlungen werden die Strahlungsbilanz-Sensoren (CNR 4) benötigt. Hierbei misst CNR4 (1) die direkten Strahlungsflüsse. Gemessen werden ebenso die reflektierten Strahlungsflüsse. Sensor 2 (CNR 4 (2)) zeichnet die kurz- und langwelligen Strahlungen aus dem Osten und Westen auf, während die Strahlungsflüsse aus nördlichen und südlichen Richtungen mit dem Sensor 3 (CNR 4 (3)) gemessen werden.

UTCI

Der UTCI beschreibt die gefühlte Temperatur (C°) des Menschen in Abhängigkeit von Lufttemperatur, -feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Strahlung (DWD 2009). Er wurde zur Vereinheitlichung der bestehenden Verfahren zur physiologischen Bewertung thermischer Umweltbedingungen konstruiert (HUPFER et al. 2006, S. 500). Mithilfe dieses Indexes wird die Wärmebelastung des Menschen anhand der Äquivalenztemperatur beschrieben (vgl. TU Berlin 2012, Anhang B). Der UTCI findet in dieser Ausarbeitung Verwendung, da er besser zur Ermittlung des Humanbioklimas geeignet ist, als Indexe, die auf einfachen Formeln ohne Berücksichtigung der Strahlungswirkung beruhen. Beispiele hierfür sind HI, Humidex oder WCT (BLAZEJCZYK et al. 2012, S. 535). Darüber hinaus ist seine Anwendung nicht wie die anderer Indexe auf spezifische Situationen limitiert: Der UTCI ist im Gegensatz zu HI, Humidex, AT, PET und PT sensibler gegenüber Änderungen der Temperatur, kurzwelligen Strahlung, Luftfeuchte und Windgeschwindigkeit (ebd.).

Ergebnisse

Ergebnisse der Befragung

An der Befragung haben insgesamt 390 Personen teilgenommen, davon waren 110 weiblich (28%) und 276 männlich (72%). Diese Verteilung entspricht weitestgehend mit der Geschlechterverteilung der TU-Studierenden überein (vgl. TU Berlin 2014).

Abbildung 4 Darstellung des Temperaturempfindens von Männern und Frauen im ges. Befragungszeitraum (eigene Darstellung) Abkürzungen: ka: kalt, ku: kühl, ek: etwas kühl, a:angenem, ew; etwas warm, wa: warm, he: heiß, sh: sehr heiß

Abb. 4 zeigt die Temperaturempfindungen von Männern und Frauen über den gesamten Befragungszeitraum. Es ist zu sehen, dass 10% der Männer und 6% der Frauen die Temperaturen als sehr heiß sowie 28% der Männer und 31% der Frauen als angenehm empfanden (vgl. Anhang A).

Abbildung 5 Temperaturempfinden 10.06.2014 (eigene Darstellung)

In Abb. 5 wird das Temperaturempfinden beider Geschlechter am 10.06.2014 dargestellt. Wie in der Abbildung erkennbar (vgl. Anhang A) empfinden 42% der Befragten die Temperatur als heiß und 20% als sehr heiß.

Abbildung 6 Temperaturempfinden von Männern und Frauen am 10.06.2014 (eigene Darstellung) Abkürzungen: ka: kalt, ku: kühl, ek: etwas kühl, a: angenehm, ew: etwas warm, wa: warm, he: heiß, sh: sehr heiß

Abb. 6 zeigt die Unterschiede der Temperaturwahrnehmung von Frauen und Männern an Tag 1, Abb. 5 die gefühlte Temperatur über den gesamten Befragungszeitraum. Dort ist eine deutliche Häufung der angenehmen Temperaturwahrnehmung zu sehen (vgl. Anhang A).

Abb. 7 Temperaturempfinden in dunkler Kleidung am 10.06.2014 (eigene Darstellung)

In Abb. 7 ist das Temperaturempfinden der befragten Teilnehmer in dunkler Kleidung am 10.06.2014 (Tag 1) zu sehen. Auffällig ist, dass 45% der Befragten die Temperatur als heiß empfanden und 14% als sehr heiß.

Abbildung 8 Temperaturempfinden in heller Kleidung am 10.06.2014 (eigene Darstellung)

In Abb. 8 wird das Temperaturempfinden der Befragten in heller Kleidung am 10.06.2014 dargestellt: 21% der Befragten empfanden die Temperatur als heiß und 19% als sehr heiß. Wie in der Tab. 1 sichtbar, gibt es nur geringe Unterschiede in der prozentualen Verteilung der Kleidungsfarbe auf die Geschlechter:

Tabelle 1 Kleidungsfarbe nach Geschlecht (eigene Darstellung)

Männer(Total) Frauen (Total)
Hell 80 25
Mittel/Bunt 119 48
Dunkel 74 36

Ergebnisse der Messungen der Human Response Station Aus der Tab. 3 ist ersichtlich, dass der UTCI am 10.06.2014 zwischen 11:30 bis 15:00 Uhr mit einem durchschnittlichen Wert von 35,43 °C am höchsten war. Zum Teil erreichte er an diesem Tag Höchstwerte von bis zu 38 °C. Am 11.06.2014 wurde der UTCI von 10:00 bis 12.30 Uhr am 11.06.2014 gemessen. An diesem Tag fiel der UTCI von 11 bis 12 Uhr von 30 °C auf 23 °C ab, was auf die Temperaturabkühlung im Zuge eines Gewitters zurückzuführen ist. Der gemittelte UTCI lag bei 27,37 °C. Am 12.06.2014 lag der UTCI im Mittel bei 30,88 °C. Graphen zu den UTCI-Werten in Abhängigkeit zur Zeit sind in Anhang A einsehbar. Tab. 3 zeigt die Mittelwerte des aus allen Messungen errechneten UTCI.

Tabelle 1 UTCI (eigene Darstellung n. ICEE 2009)

Tag Gemittelter UTCI Grad der Belastung
10.06.2014 35,43 Starke Hitzebelastung (23 bis 38)
11.06.2014 27,37 Gemäßigte Hitzebelastung (26 bis 31)
12.06.2014 30,88 Gemäßigte Hitzebelastung (26 bis 31)

Für weitere Informationen über die Ergebnisse der Fragebogenauswertung s. Anhang A.

Diskussion

Störfaktoren während der Messung

Die Human Response Station befand sich in unmittelbarer Umgebung des Befragungsortes. Während der Messung kam es zu unterschiedlichen Störungen: So stand die Messstation ab ca. 14:20 Uhr im Vollschatten, während sich die Befragten teils in der Sonne, teils im Schatten aufhielten. Besonders deutlich ist die Überschattung der Messstation am 10.06.2014 zu erkennen (s. Anhang A). Um 14:00 Uhr liegt der UTCI noch zwischen 36,25 und 37,5 im Bereich der starken Hitzebelastung und sinkt bis 14:20 Uhr ab. Ab diesem Zeitpunkt besteht mit max. 31,5 eine gemäßigte Hitzebelastung auf gleichbleibendem Niveau. Kleinste Schwankungen in der Messung können aufgrund von Passanten aufgetreten sein. Eindeutigkeit der Befragung Schwierigkeiten mit dem Fragebogen fielen erst im Rahmen der Auswertung auf. Wichtig bei einer Befragung ist die Eindeutigkeit der Fragestellung (KROMREY 2000, S.350). So kann Frage 1 über das Temperaturempfinden unterschiedlich gedeutet werden:

  • Der befragten Person ist warm und sie kreuzt warm an.
  • Der befragten Person ist warm und sie kreuzt angenehm an.

Die Optionen zu heiß, zu warm, etc. hätten evtl. zu eindeutigeren Antworten geführt, hätten der Frage jedoch durch eine Wertung ihre Neutralität genommen. Eine Mehrdeutigkeit bzgl. der Fragestellung lässt sich auch an Frage 6 über die Kleiderfarbe feststellen: Helle, bzw. dunkle und bunte Kleidung schließen sich gegenseitig nicht aus. So kann z.B. ein gelbes Hemd, je nach Interpretation des Trägers, als hell oder bunt eingetragen werden.

These: Das Temperaturempfinden des Menschen steht in Abhängigkeit zu seinem Geschlecht.

Da das Thema Hitzestress behandelt wird, liegt der Fokus auf den Antworten heiß und sehr heiß. Frauen reagieren empfindlicher auf zu warme bzw. zu kalte Temperaturen als Männer, dies ist begründet durch physiologische Gegebenheiten (vgl. KOPPE 2005, S. 28). Die vorliegende Befragung konnte nicht bestätigen, dass dies Auswirkungen auf das subjektive Wärmeempfinden in dieser Alltagssituation hat: Am ersten Tag der Befragung empfanden 62% der Männer und 51% der Frauen die Temperatur als heiß bzw. sehr heiß (vgl. Abb.6, Anhang A). Bei näherer Betrachtung von Tag 1 ergibt sich zudem eine Differenz von 10 % in der Kategorie sehr heiß. Ähnlich weniger ausgeprägt verhält es sich an den darauffolgenden Befragungstagen. Männer wären demnach tendenziell empfindlicher gegenüber hohen Temperaturen. Einige nach subjektivem Wärmeempfinden befragende Studien ergaben, dass Frauen erhöhte Temperaturen empfindlicher bewerten (vgl. BESHIR et al 1981, FANGER, 1970). Diese Studien fanden experimentell z.B. in Klimakammern statt. Die Testpersonen wurden unter gleichen Bedingungen (Bekleidung etc.) getestet. Im Gegensatz dazu wurde in der Befragung dieser Studie eine Alltagssituation ausgewählt, so hatten die Befragten Gelegenheiten, sich an die hohen Temperaturen anzupassen. Angepasste Verhaltensweisen sind bspw. Änderung der Bewegung, der Kleidung oder des Aufenthaltsorts. Einige angepasste Verhaltensweisen wurden bei der Befragung erhoben, jedoch nicht ausgewertet (Frage 0, Frage 5). Im Folgenden wird die Kleidungsfarbe (Frage 6) als ein möglicher beeinflussender Faktor diskutiert. Hierzu ist die Betrachtung der Albedo notwendig: Die Albedo bezeichnet das Verhältnis von reflektierter und gestreuter kurzwelliger Strahlung zur gesamten auf eine Oberfläche fallenden Strahlungsenergie (MALBERG 2007, S.44). Aufgrund der mangelnden Eindeutigkeit (siehe Kap. Eindeutigkeit der Befragung) wird auf eine Betrachtung der Zelle bunt/mittel verzichtet. Zur Argumentation wird der wolkenlose Tag 1 verwendet: Aus den Abbildungen 6 und 7 ist ersichtlich, dass den befragten Personen mit dunkler Kleidung tendenziell wärmer ist, als Befragten mit heller Kleidung. Da an diesem Befragungstag mehr Frauen (29%) als Männer (25%) dunkle Kleidung trugen und Männer die Temperatur tendenziell wärmer empfanden, ist davon auszugehen, dass die Kleidungsfarbe nicht der kardinale Faktor für das Temperaturempfinden ist (s. Anhang A). Weitere Studien können bei den Geschlechtern keinen Unterschied im subjektiven Wärmeempfinden bei erhöhten Temperaturen feststellen (vgl. TILLER et al. 2010, PARSONS 2002, NEVINS et al. 1966). Dass in der vorliegenden Befragung Frauen die Temperatur als weniger heiß empfanden, mag daran liegen, dass Frauen wärmere Temperaturen bevorzugen als Männer (vgl. GRIVEL et al. 1991, BESHIR et al. 1981) oder besser angepasst waren. Ein weiterer Faktor, der bei Befragungen eine Rolle spielen kann, ist strategisches Verhalten. Mehrere Studien, in denen auch Befragungen zur Ermittlung des Temperaturempfindens durchgeführt wurden, ergaben, dass Männer weniger sensibel gegenüber Hitzebelastung waren (vgl. KARJALAINEN 2011). Hier wurde jedoch zusätzlich eine positiv/negativ-Wertung der gefühlten Temperatur verlangt (vgl. u.a. BESHIR et al. 1981, FANGER, 1970). Das Ergebnis der vorliegenden Befragung könnte aufgrund der neutralen Fragestellung (Frage 1, vgl. Eindeutigkeit der Befragung) ohne wertenden Charakter zu einem weniger strategischen Antwortverhalten der Männer und so zu anderen Ergebnissen geführt haben. Dass die Beantwortung von Frage 1 durch strategisches Verhalten der Frauen beeinflusst wurde, ist nicht ausgeschlossen, jedoch unwahrscheinlich, zumal sich die im Vergleich höhere gefühlte Hitzebelastung der Männer in der Temperatur, Schatten- und Windpräferenz widerspiegelt (s. Anhang A). Weitere Faktoren bleiben an dieser Stelle unberücksichtigt, zum Beispiel das Herkunftsland als weiterer Einflüsse auf die Empfindlichkeit.

Schlussfolgerung

Um exakte Vergleiche zwischen physiologischem und subjektivem Temperaturempfinden zu ermöglichen, ist es notwendig, Messungen und Befragungen unter gleichen Bedingungen durchzuführen. Eine eindeutige Fragestellung ist für die Eindeutigkeit der Ergebnisse wichtig. Das Hitzeempfinden eines Menschen ist abhängig von einer Vielzahl von Parametern. Hierbei zeigt sich die Tendenz, dass das Geschlecht und die Albedo der Kleidung das Temperaturempfinden beeinflussen, wobei in dieser Studie das Geschlecht der kardinale Faktor ist. Die Tendenz spricht dafür, dass Männer gegenüber hohen Temperaturen sensibler sind als Frauen. Da das Ergebnis von vorhergehenden, physiologisch begründeten Studien abweicht, wird davon ausgegangen, dass vor allem strategisches und angepasstes Verhalten das Ergebnis dieser Befragung beeinflussten.

Quellenverzeichnis

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Anhang


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