Mitigating urban heat island effects at the Empa campus

Urban areas are increasingly vulnerable to climate change, particularly through the Urban Heat Island (UHI) effect, which elevates ambient temperatures and reduces outdoor thermal comfort. This thesis investigates the UHI phenomenon at the Empa campus in Dübendorf, Switzerland, and explores targeted mitigation strategies using ENVI-met simulations. The study identifies critical microclimatic hotspots and evaluates the effectiveness of eight intervention scenarios, including green and blue infrastructure, reflective materials, and combined approaches. Simulations are conducted for current and future climate conditions to assess long-term performance. The final proposed design combines dense vegetation, water features, and cool materials, resulting in measurable improvements. Air temperatures at key outdoor points were reduced by up to 2.4 °C (from 32.6 °C to 30.2 °C), relative humidity increased by as much as 4.5 percent, and mean radiant temperatures dropped by over 30 °C in some areas (from 38.0 °C to 34.0 °C). The Universal Thermal Comfort (UTCI) confirmed enhanced thermal comfort, with reductions in thermal stress reaching over 11 °C. These results offer practical guidance for urban planners aiming to create climate-resilient, comfortable, and sustainable outdoor environments at the building cluster scale.

Le aree urbane sono sempre più vulnerabili ai cambiamenti climatici, in particolare a causa dell’effetto isola di calore urbana (Urban Heat Island, UHI), che innalza le temperature ambientali e riduce il comfort termico esterno. Questa tesi analizza il fenomeno UHI presso il campus di Empa a Dübendorf, in Svizzera, ed esplora strategie di mitigazione mirate attraverso simulazioni con il software ENVI-met. Lo studio identifica i punti microclimatici critici e valuta l’efficacia di otto scenari di intervento, tra cui infrastrutture verdi e blu, materiali riflettenti e approcci combinati. Le simulazioni sono condotte per le condizioni climatiche attuali e future al fine di valutarne le prestazioni nel lungo periodo. Il progetto finale proposto combina vegetazione densa, elementi d’acqua e materiali freschi, portando a miglioramenti misurabili. Le temperature dell’aria nei punti esterni chiave sono diminuite fino a 2.4 °C (da 32.6 °C a 30.2 °C), l’umidità relativa è aumentata fino al 4.5 percento, e le temperature medie radianti sono diminuite in alcune aree di oltre 30 °C (da 38.0 °C a 34.0 °C). L’indice universale del clima termico (UTCI) ha confermato un miglioramento del comfort termico, con una riduzione dello stress termico superiore a 11 °C. Questi risultati offrono indicazioni pratiche per i pianificatori urbani impegnati a creare ambienti esterni sostenibili, confortevoli e resilienti al clima su scala di complessi edilizi.