Budapesti klímakirakós II.: Kék és zöld hálózat

A Budapesti klímakirakós második részében Szabó Lilla arra hívja fel a figyelmet, hogy mivel a sűrű belvárosi városszövetben a zöldinfrastruktúra-fejlesztés lehetőségei korlátozottak, egy párologtató hálózat (víz- és szélhálózat) kiépítésére lenne szükség annak érdekében, hogy a város felkészüljön a klímakrízis következményeire.

A Budapesti klímakirakós első cikke a klímakrízist és ennek előttünk álló konkrét lenyomatait, mint például a budapesti városi hősziget jelenség súlyosságát kívánta érzékeltetni. A hőtérképek részletesebb vizsgálata rámutatott arra, hogy a klímakérdés komplexitását nem célszerű kizárólag a zöld infrastruktúra fejlesztésre redukálni. Ebben a cikkben amellett érvelek, hogy a sűrű belvárosi városszövetben a zöldinfrastruktúra-fejlesztés lehetőségei korlátozottak, és ehelyett, illetve emellett egy párologtató hálózat (víz- és szélhálózat) kiépítésére lenne szükség.

Belvárosi zöld infrastruktúra

A zöldfelületek, mivel párologtató felületek, valóban hűtik a környezetüket, de ez a zöldfelület méretétől, illetve az összes párologtató levélfelület arányától is függ. A hőtérképeken jól látható a nagyobb elővárosi zöldfelületek erős, a méretesebb közparkok közepes lokális / mezo-klimatikus hatása.[1] A történeti városszövet kis méretű és szórványosan elhelyezkedő zöldterületeinek (pl. Hunyadi tér) hatása még mindig megfigyelhető, de mértéke kisebb, és a lokális/mikro skálán marad. A sűrűn beépített belvárosi szövet zöldfelületeinek aránya annyira elenyésző, hogy nincs számottevő hatásuk az összvárosi klímára. A belső zónának, és annak is inkább Nagykörúton belüli városrész zöldfelületi arányának drasztikus növelése nem reális. A zöldfelületek kompaktsága és mérete meghatározó abban, hogy mekkora a klimatikus szerepük. Kicsi, szétdarabolódott zöldfelületek, illetve fasorok hatása kicsi, főleg ha árnyékadását (mely egy építmény hatása is lehetne) nem vesszük figyelembe. Ráadásul egy rosszul elhelyezett fasor még a ventilációs csatornát blokkolhatja is, ami épp ellenkező folyamatokat indíthat be. Ez természetesen nem azt jelenti, hogy nincs hatalmas szükség fasorokra. A bécsi klímaterv [2] (2. kép) ebből a szempontból is előremutató, mert a zöldfelületi elemeket nem csak típusaik szerint választja szét, hanem hatásukat is hat különböző szempontból vizsgálja. Így egy fa, illetve fasor kiemelten fontos lehet pszichés és jóléti szempontból, de összvárosi léptékben (lokális skála ill. mezo skála) kisebb a klimatikus jelentőségük.  Közvetlen árnyékukban ülve ezek a zöldfelületi elemek valóban kifejtenek valamennyi hűtő, illetve mikroklimatikus hatást, viszont ez maximum 1 °C léghőmérsékleti („száraz hőmérséklet") különbséget ér el.[3]

A nagyobb belvárosi udvarok hatását mutatta ki Baranka Györgyi és csapatának[4] kutatása.  Nagy zöldfelületi aránnyal rendelkező árnyékos udvarok valóban klimatikus puffert jelenthetnek az egész belváros számára. Az udvarok további zöldítése ezért támogatandó, viszont mindenképpen további intézkedésekkel együtt kell, hogy megjelenjen. Ha a növények által kibocsátott frissebb levegő a gangos udvar alján megreked, akkor értelemszerűen nincs is jelentős visszahatása az összvárosi klímára. A zöldfelületek által generált hűvösebb levegő cirkulációjának és továbbterjedésének biztosítása kulcskérdés.

Lokális klíma és fokozott hőtárolás

A városi mesterséges felszín a terület sugárzási és vízháztartási mérlegét és szellőzési jellemzőit jelentősen módosítja és a már említett felmelegedéshez vezet. A budapesti klímaanalízisből kiderül, hogy a budapesti nyári átlagos felhőborítottság alacsony, és a beeső sugárzás mennyisége magas. A fokozott arányú rövidhullámú sugárzás a sűrű városszövetben megreked, és emellett a felmelegedett felületekből származó hosszúhullámú sugárzás is nehezebben hagyja el a várost. A vízháztartás szintén negatív irányban tolódik el, mivel a túlnyomórészt nem vízáteresztő városi felszín a csapadék gyors lefolyásához vezet. A párologtató-hűtő felületek és a párolgás aránya így jóval alacsonyabb, mint a vidéki területeken. A szél kritikus szerepet játszik a város klímájában. A városban erősen lecsökkent szélsebesség egyrészt a hűvösebb területek (pl. zöldfelületek) levegőjét nem tudja eloszlatni, másrészt csökken a zöldfelületek, vízfelületek párolgásának és így hűtésének intenzitása, harmadrészt a lecsökkent szél a szennyezett levegő megrekedéséhez, illetve az üvegházhatású gázok magasabb koncentrációjához, így ismét a hosszúhullámú sugárzás fokozottabb elnyeléséhez és felmelegedéshez vezet.[1]

Ráadásul a budapesti hőmérséklet a nyári éjszakákon egyre ritkábban fog a komfort felső határértékének számító 26 °C alá hűlni. Az éjszakai lehűlés hiánya hőmérsékleti katalizátorként hat Budapestre, mivel a város szerkezete (gyűrűs-sugaras úthálózat és sűrű városszövet), felszínborítottsága (nagyrészt burkolt), a városi metabolizmus és a budapesti épületek szerkezete is egy magas arányú szenzibilis hőtárolást idéz elő. Ez konkrétan azt jelenti, hogy a beeső napsugárzás és a közlekedésből és épületek működéséből származó antropogén hő az utak burkolataiban és a századfordulós gangos házak vastag téglafalaiban tárolódik. Ezek magas hőtároló tömege - ami általában klimatikus szempontból előny lenne – a hosszan tartó extrém meleg időszakokban hátránnyá válik, hiszen napokig megtartják a hőmérsékletet, és éjszaka sem tudnak lehűlni. Az emberi reakció erre a belső terek még fokozottabb klimatizálása lesz, melynek során a beltérből elvont hő értelemszerűen a városi térben, az utcákon adódik le.

A sűrű városszövetben megrekedt hőnek további negatív következményei vannak, hiszen a minket körülvevő felületek sugárzási hőmérséklete még növelheti is az általunk érzékelt hőmérsékletet a tényleges léghőmérséklethez képest. A hőmérsékleti észlelésünket többek közt a szélsebesség, a beeső sugárzás mennyisége és a körülöttünk lévő felületek sugárzási hőmérséklete is nagymértékben befolyásolja. Ez azt jelenti, hogy azokon a nyári napokon, amikor a budapesti belvárosban meg se mozdul a levegő, és ráadásul a napok óta tartó hőség egy része tárolódott az épített elemekben (burkolatokban és az épületek falaiban), akkor az ezekről az elemekről ránk visszasugárzott hő miatt a levegő hőmérsékletét jóval magasabbnak is érezhetjük (+ 3-4°C), mint a valóságban.[3]

A budapesti lokális klímaanalízis óránkénti eredményeit és az ún. pszichrometriai diagramot[5] vizsgálva az is kiderül, hogy a magas nyári hőmérséklet és alacsony relatív páratartalom miatt a direkt párolgási hűtés (víz + szélrendszer) az egyik leghatékonyabb eszköz a budapesti városi klíma hűtésére. A párolgási hűtés a nyári, nappali komfortban lévő időszakot drasztikusan, akár 40%-kal növelheti. Katalizátorként hat, ha mindez árnyékban, vízfelület mellet, közepes szélben (1.5-3 m/s) történik, mert ebben az esetben az érzékelt hőmérséklet akár 10°C-kal is alacsonyabb lehet.

Városi szél

A hőtérképet újra szemügyre véve feltűnhet a Duna erős hűtő hatása a belvárosra, melyet a víztömeg feletti nyitott tér és a felgyorsuló szél tovább segít. A hűtő hatás szerepe nagyjából addig terjed, amíg az utcahálózat meg nem törik, mert ott a szél blokkolódik. 

A városi szél, a ventilációs csatornák klimatikus szerepe többszörösen fontos, mivel elősegíti a fokozott párolgási hűtést, hozzájárul a léghőmérséklet csökkentéséhez, erősíti a vízfelület (vagy vizes tájépítészeti elemek), illetve zöldfelület által lehűtött levegő eloszlatását, csökkenti a levegő szennyezettségét. (A fokozott levegőszennyezés hatására emelkedik az üvegházhatású gázok koncentrációja a város fölött, ami erősíti az üvegházhatást, és így a város felmelegedését.[6]) Mindemellett kulcsfontosságú, hogy nem csak a valós hőmérsékletet, hanem az általunk észlelt hőmérsékletet is jelentősen csökkenti. 

Budapesten a szél sebessége európai viszonylatban átlagosnak mondható. Az óránkénti meteorológiai adatok részletes vizsgálata rengeteg értékes plusz információval szolgál. Ismert tény, hogy a budapesti uralkodó szélirány északnyugati. A szélgyakoriságot is ábrázoló szélrózsán (a fekete koncentrikus körök egységnyi időtartamnak felelnek meg) is jól látszik, hogy ez az elfordulások csak egyharmadát teszi ki. Az adatsort hőmérséklet szerint szűkítve viszont még az is kiderül, hogy meleg napokon (26°C léghőmérséklet felett) a szélirány ettől teljesen eltérő, és a közepes sebességű déli – délnyugati szelek dominálnak. Az éves óránkénti adatsorból az is jól látható, hogy szezonális értelemben viszonylag homogén a szélsebesség, de tavasszal valamivel nagyobb, és ősszel kisebb. Jól kitűnnek viszont az egész évet jellemző napi különbségek. A nappali szél jóval erősebb, mint az éjszakai, amely még egy ok, illetve magyarázat a város éjszakai lehűlésének hiányára.

Budapest városszerkezete és az utcák tájolásának folyamatos megtörése (gyűrűs – sugaras szerkezet) klimatikus szempontból előnytelen. A budapesti történeti városszövet ventilációja kifejezetten rossz, melynek oka az utcahálózat folytonosságának gyakori hiányában, a sűrű beépítésben, az utcák magas keresztmetszeti viszonyszámában (magasság – szélesség arány), valamint a rendkívül homogén beépítési magasságban keresendő.

A belváros egy kiválasztott részére lefuttatott széláramlási analízisből is látható, hogy a sűrű budapesti városszerkezet blokkolja a város átszellőzését. Az utak csak egy bizonyos magasság – szélesség arány felett engedik be a szelet, így a nagyobb, szélesebb utak (pl. Andrássy út, Nagykörút) ventilációs csatornaként működhetnek. (Az elemzés a fákat nem vette figyelembe, melyek a szélsebességet tovább csökkenthetik.) A gangos udvarokban és a szűk utcákban a szélsebesség szinte teljesen lecsökken, a szél a háztetők feletti rétegben halad tovább anélkül, hogy a városszerkezetbe belépne (ún. skimming flow hatás). Azt is megfigyelhetjük, hogy már az enyhén diverzebb városszerkezet is megmozgatja a légcirkulációt. Jól látható az elemzésen, hogy a foghíjak és a környezetüknél magasabb épületek (pl. Operaház) is meggyorsítják a légmozgást (ún. downwash hatás), és így segítik a szennyező anyagok távozását a várostestből.[8] Figyelembe kell venni, hogy toronyházaknál ez a hatás nem kívánt mértékű turbulenciát is okozhat, ami már a gyalogosok szélkomfortjának határértékét is túllépheti.

A városi légcirkuláció összetettségét az is fokozza, hogy a szelet és főként az alacsony sebességű (1 m/s alatt) szelet a termikus légáramlás is módosíthatja. Így egy ventilációs csatornát nem csak a fák, de egy nagyméretű aszfaltozott felület felett felszálló légáramlat is ’blokkolhatja’. Többek között ezért is van szükség a sugárzási kitettség, a felületek albedójának [10], illetve a már említett árnyékos területek kiterjedésének elemzésére.

A városi szélrendszer komplex összefüggései és ellentmondásai nehezítik annak integrációját a tervezésbe. Ahhoz, hogy a szél által nyújtott pozitív klimatikus hatásokat ki lehessen használni, számos további kutatásra lenne szükség.

Konklúzió

Míg a zöld infrastruktúra klimatikus jelentősége az átmeneti és elővárosi zónában és az átmeneti zónában kiemelten fontos, a belső zónában – véleményem szerint - korlátolt. (Az elővárosi zöldgyűrű jelentőségéről és a zöldtetők budapesti alkalmazásának korlátairól írt munkám később a Budapesti Zöldinfrastruktúra Koncepcióba [11] is beépült.) A hősziget hatással leginkább terhelt Nagykörúton belüli pesti városrészek zöldfelületi arányának radikális növelése – bár rendkívül pozitív és jövőbe mutató lenne – nem reális gazdasági és megvalósíthatósági szempontok miatt, és feltehetően klimatikus szempontból sem a leghatékonyabb.

Amint láttuk, a belvárosban a blokkolt légcirkuláció több ok miatt is kulcstényező, és a város további felmelegedéséhez vezet, a belváros szellőzésének elősegítése, azaz egy városi szélrendszer létrehozása kiemelten fontos lenne, melyet párologtató felületek rendszerével együtt kell tervezni. A belváros nyári hőháztartásának kezelésére egy integrált kék hálózat (’víz’, szél és árnyék) kidolgozását tartom a legcélravezetőbbnek, melyről a következő cikkben lesz még szó.

Szabó Lilla, építész (ETH), tájépítész (BCE), jelenleg tudományos munkatárs az ETH Építészeti Karának Technológiai Intézetében (ETH ITA)
lilla.szabo@arch.ethz.ch

A lektorálásért hálás köszönet Ongjerth Richárdnak.

A cikk nagy részben a következő munkák kivonata:
Szabó Lilla: The potential of ventilation corridors to mitigate urban heat island effect - case study Budapest, Focus work Spring-Autumn semester 2020, Chair of Architecture and Building Systems Prof. Dr. Arno schlüter, Institute of Technology in Architecture, Department of Architecture, ETH Zürich, 02.02.2021
Szabó Lilla: Re-activate Budapest, Klimatische Interventionen zur Stadtwiederbelebung, freies Diplom, Lehrstuhl von Prof. Andrea DEPLAZES, Koexaminatoren: prof. Dr. Ákos Moravánszky, prof. Dr. Arno Schlüter, Departement Architektur, ETH Zürich, 20.05.2021

Felhasznált irodalom:

[1] T. Oke, G. Mills, A. Christen, J. Voogt: Urban Climates, Cambridge, Cambridge University Press, 2017

[2] Municipality of Vienna: Urban Heat Island Strategy, 2018

[3] Noemi Kantor et. al.: Small-scale human-biometeorological impacts of shading by a large tree, Open Geosciences, Vol. 8, No. 1., 2016

[4] Baranka Györgyi, Ongjerth Richárd, Szkordilisz Flóra, Kocsis Orsolya: Climate-Conscious Development of an Urban Area in Budapest, Hungary, ICUC9 – 9, International Conference on Urban Climate jointly with 12th Symposium on the Urban Environment, 31 August 2015

[5] A pszichrometriai diagramok a hőmérsékletet és a páratartalom viszonyát mutatják be pl. jelen esetben a budapesti éves lokális klímára nézve. A diagram ezáltal alkalmas az emberi termikus komfort, illetve tervezési stratégiák és az ezekhez szükséges energiaigény kifejezésére.

[6] Pongrácz Rita, Bartholy Judit: Alkalmazott és városklimatológia, ELTE, 2013

[7] pl. Stadt Zürich – Grünstadt Zürich: Programm Klimaanpassung - Fachplanung Hitzeminderung, 2020

[8] G. Latini, G. Passerini & S. Tascini: Influence of building-downwash effect on urban traffic pollution, Air Pollution XII, C. A. Brebbia (szerk.), WIT Press, 2004

[9] Lea A. Ruefenacht, Juan Angel Acero (ed.): Strategies for Cooling Singapore, A catalogue of 80+ strategies to mitigate urban heat island and improve outdoor thermal comfort, Cooling Singapore, 2017

[10] Az albedó a felületek fényenergia elnyelő tulajdonsága.  Ha valaminek magas az albedója, az nagyobb mennyiségű fényenergiát visszaver a légkörbe, ha alacsony, az elnyeli a ráeső fény nagy részét. A beépített területeken, az alacsony albedó hatása hozzájárul a városi hőszigethez.

[11] Budapesti Zöldinfrastruktúra Koncepció I. kötet, 2017

Időjárási adathalmaz: https://openweathermap.org

Szerk.: Hulesch Máté, Winkler Márk