Optimierung von Kühlung und CO2-Emissionen urbaner Areale mit intuitiver Software für Kommunalverwaltungen inklusive Verteilnetzen, strategischer klimaangepasster Vegetation und geothermischer Systeme zur Mitigation von Hitzeinseleffekten

Forschungsinhalt

Der Klimawandel stellt Städte vor besondere Herausforderungen: Steigende Temperaturen und häufigere Hitzewellen führen zu einer zunehmenden Überhitzung urbaner Räume. Klimaanpassungsmaßnahmen werden daher immer wichtiger, um Menschenleben zu schützen, die Lebensqualität in Städten zu sichern und Infrastrukturen zu erhalten. Gleichzeitig verstärken dichte Bebauung, versiegelte Flächen und wachsender Energieverbrauch den sogenannten Effekt urbaner Hitzeinseln (UHI).

Die steigende Nachfrage nach Kühlung, etwa durch Klimaanlagen oder Rechenzentren, verschärft dieses Problem zusätzlich, da Abwärme an die Umgebung abgegeben wird. Auch der städtische Untergrund und das Grundwasser erwärmen sich zunehmend und geraten unter Druck.

CO2OL ISLANDS setzt hier mit einem integrierten Ansatz an: Ziel ist es, Wärme und Kälte intelligent zu managen und den Untergrund als saisonalen Energiespeicher zu nutzen. Geothermie, urbane Vegetation und innovative Niedertemperatur-Verteilnetze werden dabei systematisch miteinander verknüpft.

Kern des Projekts ist die modellhafte Entwicklung eines innovativen Verwaltungsverfahrens, das auf dem Einsatz Urbaner Digitaler Zwillinge basiert und eine beschleunigte Planung von Klimaanpassungsmaßnahmen ermöglicht. Die UDZ dienen dabei als integrative Datengrundlage, in der relevante Informationen, Modelle und Szenarien zusammengeführt werden. Auf dieser Basis wird eine anwenderfreundliche Softwarelösung entwickelt, die es erlaubt, Maßnahmen ganzheitlich zu bewerten und Entscheidungsprozesse effizient zu unterstützen. Ziel ist es, belastbare Entscheidungsgrundlagen für eine nachhaltige und klimaresiliente Stadtentwicklung zu schaffen und Planungsprozesse deutlich zu beschleunigen.

Ober- und unterirdische Hitzeinseln​

Die zunehmende Versiegelung und intensive Nutzung urbaner Räume sowie ein steigender Energieverbrauch in Gebäuden, Verkehr und Industrie führen zu einer Überhitzung von Städten und ihrem Untergrund. Dichte Bebauung, versiegelte Flächen und unterirdische Bauwerke wie Tunnel, Keller und Abwasserleitungen erhöhen den Wärmeeintrag, sodass sich die Luft im innerstädtischen Bereich insbesondere nachts deutlich weniger abkühlt als im Umland. Auch das Grundwasser erwärmt sich dadurch, obwohl es eine wichtige und schützenswerte Trinkwasserquelle ist. Der Klimawandel verstärkt diesen Effekt zusätzlich durch häufigere Hitzewellen und eine zunehmende Abwärme aus Klimaanlagen und Rechenzentren.

Die obere Abbildung zeigt die Luftübertemperatur in Berlin am 02.08.2020 um 03.00 Uhr nachts (Datenquelle: HOSTRADA DWD). Die untere Abbildung verdeutlicht erhöhte Grundwassertemperaturen von über 14,5 Grad Celsius im Stadtzentrum im Jahr 2020 (Quelle: Geoportal Berlin). Das Forschungsvorhaben CO2OL ISLANDS untersucht, wie der urbane Untergrund durch geothermische Nutzung als Wärme- und Kältequelle sowie als saisonaler Speicher genutzt werden kann, um diese Überhitzung nachhaltig zu reduzieren.

Urbane Digitale Zwillinge

Urbane Digitale Zwillinge sind digitale Abbilder von Städten, in denen räumliche Daten, Infrastrukturen und Umweltinformationen zusammengeführt werden. Sie ermöglichen es, komplexe Zusammenhänge zu analysieren und unterschiedliche Szenarien realitätsnah zu simulieren. Folgende Bausteine werden im Projekt CO2OL ISLANDS näher betrachtet, um Entscheidungen für eine nachhaltige und klimaresiliente Stadtentwicklung zu treffen:

Gebäude

Dieser Baustein beschreibt Struktur, Nutzung und Energiebedarf von Gebäuden. Daraus werden Lastprofile für Heizen und Kühlen sowie zukünftige Versorgungsszenarien abgeleitet.

Geothermie

Hier wird das Potenzial der Erdwärme im Untergrund analysiert. Ziel ist es, geeignete Flächen und Systeme für eine nachhaltige Wärme- und Kälteversorgung zu identifizieren.

Grundwasser

Der Baustein betrachtet Güte und Temperatur des Grundwassers. Es ist entscheidend für die Bewertung von Genehmigungsfähigkeit und der Auswirkungen geothermischer Nutzung sowie für die präzise Identifikation unterirdischer Hitzeinseln.

Klima

Klimadaten und Stadtklimamodelle liefern die Rahmenbedingungen für alle Analysen. Sie helfen, mikroklimatische Effekte und zukünftige Entwicklungen zu berücksichtigen.

Vegetation

Vegetation beeinflusst das Stadtklima durch Verschattung und Verdunstung. Dieser Baustein integriert Stadtgrün als wichtigen Faktor für Energiebedarf und Aufenthaltsqualität.

Verteilnetz

Dieser Baustein untersucht bestehende und neue Energieverteilnetze. Ziel sind effiziente, lokal angepasste Lösungen für die Versorgung ganzer Quartiere.

Reallabor Charlottenburg-Wilmersdorf

Das Reallabor Charlottenburg-Wilmersdorf liegt im Westen Berlins und gehört zu den dicht besiedelten innerstädtischen Bezirken der Hauptstadt. Geprägt durch eine hohe Bevölkerungsdichte, einen großen Bestand an mehrgeschossigen Wohngebäuden und vielfältige gewerbliche Nutzungen, weist das Gebiet einen besonders hohen Energiebedarf für Heizung und Kühlung auf. Gleichzeitig ist der Bezirk stark vom Urban Heat Island Effekt betroffen – typische Herausforderungen, wie sie in vielen wachsenden Städten zu beobachten sind.

Gerade diese Kombination macht Charlottenburg-Wilmersdorf zu einem idealen Untersuchungsraum für das Projekt CO2OL ISLANDS. Hier treffen komplexe städtische Strukturen, unterschiedliche Nutzungen und sensible Umweltfaktoren wie Klima, Vegetation, Untergrund und Grundwasser unmittelbar aufeinander. Die vorhandenen Rahmenbedingungen ermöglichen es, Wechselwirkungen realitätsnah zu analysieren und innovative Lösungsansätze unter praxisnahen Bedingungen zu entwickeln.

Das Reallabor bietet damit die Chance, integrierte Konzepte für eine klimafreundliche Wärme- und Kälteversorgung im urbanen Raum zu erproben. Die gewonnenen Erkenntnisse sind dabei nicht nur für den Bezirk selbst von Bedeutung, sondern lassen sich auf viele vergleichbare Stadtgebiete übertragen und leisten so einen wichtigen Beitrag zur klimaresilienten Stadtentwicklung.

Untersuchungsgebiet DRK Kliniken Berlin Westend

Im Rahmen des Forschungsprojekts wird untersucht, wie geothermische Anlagen und Verfahren zur klimafreundlichen und nachhaltigen Deckung des Kälte- und Heizwärmebedarfs von Gebäuden und Gebäudeensembles beitragen können. Ein exemplarisches Untersuchungsobjekt stellt dabei das Gebäudeensemble der DRK Kliniken Berlin Westend im Reallabor Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf dar.

Für diesen Standort erarbeiten die Projektpartner eine konzeptionelle Studie, die aufzeigt, inwieweit der zukünftige Kälte- und Heizwärmebedarf des Klinikums durch geothermische Lösungen gedeckt werden kann. Dabei werden sowohl technische als auch genehmigungsrechtliche und betriebliche Fragestellungen berücksichtigt.

Neben der Nutzung des Untergrunds direkt unter dem Klinikgelände wird, sofern erforderlich, auch die Einbeziehung umliegender Flächen, insbesondere öffentlicher Räume, geprüft. Ziel ist es, tragfähige und nachhaltige Versorgungskonzepte zu entwickeln, die als Modell für vergleichbare Gebäudeensembles dienen können.

Förderung

Das Verbundvorhaben “CO2OL_ISLANDS – Cooling and CO2 Optimization for Urban Landscapes with Intuitive Software for Local Administrations Integrating Network Design and Subsurface Systems” (Laufzeit 2026 bis 2030) wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit dem Förderkennzeichen 01LR2503A/B/C/D/E gefördert.

Aktuelles von CO2OL ISLANDS

Auftaktveranstaltung in Speyer

Am 27.–28. April 2026 fand die Kick-off-Veranstaltung zum Fördercall „Planungsbeschleunigung für die Klimaanpassung mit Urbanen Digitalen Zwillingen“ statt. Im Rahmen des zweitägigen Workshops diskutierten wir gemeinsam mit der Begleitforschung LinkUDT sowie unseren Schwesterprojekten zentrale Fragestellungen, methodische Ansätze und Kooperationsmöglichkeiten.

Energietage 2026

Wir freuen uns, dass wir am 05.05.2026 auf den Berliner Energietage 2026 unser Forschungsprojekt vorstellen durften. Bei der Veranstaltung „Erfolgreiche Umsetzung der Wärmewende im urbanen Bestand mit oberflächennaher Geothermie“ haben wir einen Einblick in unser Forschungsvorhaben gegeben. Hier der Link zur Veranstaltung!

Kontakt

Das Verbundvorhaben CO2OL ISLANDS wird vom Projektpartner UdK Berlin koordiniert.

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