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E.Romberg/FONT>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Zusammenfassung/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI SIZE+1>Im komplexen Terrain gibt es wenig Möglichkeitendie Ausbreitung von Kfz-Abgasen in unmittelbarer Nähe der Quelle hinreichendgenau zu erfassen. Eine leistungsfähige Methode für diesen Problemkreissind Ausbreitungssimulationen im Windkanal. Anhand von mathematisch-physikalischenAnalysen kann gezeigt werden, daß bei Erfüllung bestimmter ModellgesetzeWindkanalmessungen für die Praxis angewandt werden können. AnBeispielen zur Tieflegung der Rheinuferstraße in Düsseldorfsowie zur Abdeckung der hochbelasteten Stadtautobahn A40 in Essen wirddokumentiert, wie Windkanalmessungen für Luftreinhaltungsfragen anStraßen zum Einsatz kommen./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Allgemeine Vorbemerkungen/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI SIZE+1>Die Schadstoffbelastung kann in den Innenstädtenan Verkehrsschwerpunkten so erheblich sein, daß die Überschreitungvon Grenzwerten zur Regel gehören. Trotz umfangreicher Emissionsminderungsmaßnahmensind die Immissionen für einige Schadstoffkomponenten nach wie vorhoch, weil das ständig steigende Verkehrsaufkommen sowie das Nichteinbeziehender Nutzfahrzeuge in Emissionsminderungskonzepte die erzielten Erfolgekompensieren. Emissionseitig sind mit den Emissionsbegrenzungen fürneuzugelassene Lkw nach der EURO 1 ab 1993 sowie nach der EURO 2 ab 1996die gezetzlichen Voraussetzungen für die Einbeziehung der Nutzfahrzeugegeschaffen worden. Immissionsseitig sind in der Bundesrepublik Deutschlandmit der 22. und 23. Verordnung zum §40 Abs.2 des Bundesimmissionsschutz-Gesetzes(BImSchG) die Voraussetzung geschaffen worden, Maßnahmen zu prüfen,wie diesen hohen Immissionsbelastungen entgegenzuwirken ist./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Fachausdrücke/FONT>/FONT>/B>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Emission / Immission/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Als Emission bezeichnet man die von einem Fahrzeug oderanderen Emittenten ausgestoßene Luftschadstoffmenge in Gramm Schadstoff proStunde. Die in die Atmosphäre emittierten Schadstoffe werden vom Windverfrachtet und führen im umgebenden Gelände zu Luftschadstoffkonzentrationen,den so genannten Immissionen. Diese Immissionen stellen Luftverunreinigungen dar,die sich auf Menschen, Tiere, Pflanzen und andere Schutzgüter überwiegendnachteilig auswirken. Die Maßeinheit der Immissionen am Untersuchungspunkt istµg (oder mg) Schadstoff pro m³ Luft./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Hintergrundbelastung / Vorbelastung/ Zusatzbelastung / Gesamtbelastung/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Als Hintergrundbelastung wird im Folgenden diejenigeImmission je Schadstoff am Immissionspunkt bezeichnet, die aus Quellen wieIndustrie, Gewerbe und Hausbrand sowie nicht erfasstem Verkehr in großerEntfernung herrührt. br>Vorbelastung ist die Immission je Schadstoff ohne die Beiträge desStraßenverkehrs in den Planungsbereichen; sie enthält die Hintergrundbelastung.br>Die Zusatzbelastung ist diejenige Immission je Schadstoff, die ausschließlichvom Verkehr auf den zu beurteilenden Straßen hervorgerufen wird. br>Die Gesamtbelastung ist die Summe aus Vorbelastung und Zusatzbelastung undwird bei den hier betrachteten Schadstoffkomponenten in µg/msup>3/sup> angegeben./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Grenzwerte / Prüfwerte /Leitwerte / Vorsorgewerte/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Grenzwerte sind vom Gesetzgeber vorgeschriebeneBeurteilungswerte für Luftschadstoffkonzentrationen, die in der Regel nichtüberschritten werden dürfen. Sie sind auf der Grundlage wissenschaftlicherErkenntnisse mit dem Ziel festgelegt worden, schädliche Auswirkungen auf diemenschliche Gesundheit und/oder die Umwelt insgesamt zu vermeiden, zu verhütenoder zu verringern. Die Einhaltung der Grenzwerte zum Schutz der menschlichenGesundheit wird in Bereichen überwacht, in denen sich Menschen über einenZeitraum aufhalten, der mit dem Mittelungszeitraum des betreffenden Grenzwertesvergleichbar ist. Damit hat z.B. der Jahresmittelwert dort keine Relevanz, wosich Menschen nicht dauernd aufhalten - z.B. im Straßenraum oder amFahrbahnrand. Werden die zum Schutz der menschlichen Gesundheit festgelegtenGrenzwerte eingehalten, sind nach gegenwärtigem Kenntnisstand gesundheitlicheBeeinträchtigungen nicht zu erwarten. Dies gilt auch für empfindlichePersonen. Bei deutlicher und dauerhafter Überschreitung der Grenzwerte ist einallgemein erhöhtes Krankheitsrisiko möglich./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Die Grenzwerte für den Schutz von Ökosystemen und für denSchutz der Vegetation beziehen sich auf größere, besonders zu schützendeBereiche, die weitgehend unbeeinflusst durch menschliche Aktivitäten sind, wiez. B. Naturschutzgebiete. Sie kommen im vorliegenden Untersuchungsgebiet nichtzum Tragen./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Für Stoffe wie z.B. Ruß existieren in Deutschland keineGrenzwerte. Die 23. BImSchV gibt für diesen Luftschadstoff jedoch sogenannte Prüfwerte vor, bei deren Überschreitung der Einsatz verkehrslenkenderMaßnahmen zur Senkung der Schadstoffbelastung zu prüfen ist. Diese Prüfwertewerden hier wie Grenzwerte behandelt./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Leit- bzw. Vorsorgewerte stellen zusätzlicheBeurteilungsmaßstäbe dar, die zahlenmäßig niedriger als Grenzwerte sind undsomit im Konzentrationsbereich unterhalb der Grenzwerte eine differenzierteBeurteilung der Luftqualität ermöglichen./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Jahresmittelwert/ 98-Perzentilwert/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>An den betrachteten Untersuchungspunkten unterliegen dieKonzentrationen der Luftschadstoffe in Abhängigkeit von Windrichtung,Windgeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen etc. ständigen Schwankungen. DieImmissionskenngrößen Jahresmittelwert und 98-Perzentilwert charakterisierendiese Konzentrationen. Der Jahresmittelwert stellt den über das Jahr gemitteltenKonzentrationswert dar. Da eine das ganze Jahr über konstante Konzentration zumgleichen Jahresmittelwert führen kann wie eine zum Beispiel tagsüber sehrhohe und nachts sehr niedrige Konzentration, gibt es zusätzlich zum Jahresmittelwertauch den so genannten 98-Perzentilwert der Konzentrationen. Das ist derjenigeKonzentrationswert, der in 98 % der Zeit des Jahres unterschrittenwird. Der 98-Perzentilwert ist also ein Maß für die Spitzenkonzentrationen,die zum Beispiel bei Verkehrsspitzen und/oder schlechtenDurchlüftungsverhältnissen auftreten./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Fahrmuster /Verkehrssituation/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Emissionen und Kraftstoffverbrauch hängen in hohem Maße vomFahrverhalten der KFZ ab, die sich in unterschiedlichen Betriebszuständen wieLeerlauf im Stand, Beschleunigung, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit,Bremsverzögerung etc. befinden. Das typische Fahrverhalten der KFZ kann zu sogenannten Fahrmustern zusammengefasst werden. Durch Messungen wurden vom TÜVRheinland die Emissionen für Straßen außerhalb bzw. innerhalb von Ortschaftenfür 10 typische Fahrmuster bestimmt. Im realen Straßenverkehr jedoch gibt esmehr als 10 Fahrmuster. Deshalb wurden vom Umweltbundesamt eine Vielzahl von sogenannten Verkehrssituationen definiert (als Kombination von Fahrmustern) unddafür die Emissionen gegeben. Verkehrssituationen sind durch die Merkmale einesStraßenabschnitts wie Geschwindigkeitsbeschränkung, Ausbaugrad,Vorfahrtregelung etc. charakterisiert./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>PM2.5 bzw. PM10/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Es handelt sich um Partikel, die einen Größen selektierendenLufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von2.5 µm bzw. 10 µm eine Abscheidewirksamkeit von 50 % aufweist.Als PM10-Konzentrationen werden im vorliegenden Gutachten dieFeinstaubkonzentrationen, bestehend aus Partikeln mit aerodynamischemDurchmesser bis 10 µm betrachtet. Feinstaubkonzentrationen können aufgrund derLungengängigkeit der Partikel gesundheitsgefährdender sein als Konzentrationenbestehend aus größeren Staubpartikeln./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>ÄquivalentwertEG-RL/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Die EG fordert, dass ein Stundenmittelwert der NOsub>2/sub>-Konzentrationvon 200 µg/msup>span stylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>in nicht mehr als 18 Stunden pro Jahr überschritten werden darf. Diesentspricht ca. einem 99.8-Perzentilwert von 200 µg/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>. Es lässt sichabschätzen, dass diese Forderung in etwa äquivalent ist mit der Forderung,einen 98-Perzentilwert 130 µg/msup>span stylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> nicht zu überschreiten. Dieser Wert wird imfolgenden Äquivalentwert EG-RL genannt. Eine analoge Betrachtungsweise führt zueinem Äquivalentwert EG-RL für PM10 von 28 µg/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> im Jahresmittel, beidessen Unterschreitung auch der Grenzwert für die PM10-Tagesmittelwerte eingehaltenist./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Gesetzliche Rahmenbedingungen/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Nachfolgend werden die in der geplanten Studie verwendetenBeurteilungswerte für die beurteilungsrelevanten Autoabgaskomponentenzusammenfassend aufgeführt. Diese Beurteilungswerte sowie die entsprechendeNomenklatur werden im späteren Gutachten durchgängig verwendet./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Die Beurteilung der Schadstoffimmissionen erfolgt durchVergleich mit den Prüfwerten nach 23. BImSchV (a href#tabelle1>b>Tab. 1/b>/a>) bzw. mit den jeweiligen Immissionsgrenzwerten nach 22. BImSchV (a href#tabelle2>b>Tab. 2/b>/a>). Relevant sind hier die Jahresmittelwerte von 40 µg NOsub>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>2/span>/sub>/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>, 40 µg PM10/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>, 5 µg Benzol/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> und 8 µg Ruß/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>, dieÜberschreitungshäufigkeiten des Stundenmittelwertes von 200 µg NOsub>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>2/span>/sub>/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> und die Überschreitungshäufigkeitendes 24‑Stundenmittelwertes von 50 µg PM10/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>./FONT>/FONT>P>a nametabelle1>/a>table classMsoNormalTable border1 cellspacing0 cellpadding0 width586 stylewidth:439.45pt;margin-left:3.5pt;border-collapse:collapse;border:none> tr stylepage-break-inside:avoid> td width142 rowspan2 stylewidth:106.35pt;border:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Schadstoff/b>/p> /td> td width444 colspan2 valigntop stylewidth:333.1pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter styletext-align:center>b>Prüfwert in µg/msup>3/sup>/b>/p> /td> /tr> tr stylepage-break-inside:avoid> td width217 valigntop stylewidth:163.0pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Jahresmittel/b>/p> /td> td width227 valigntop stylewidth:6.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>98-Perzentilwert/b>/p> /td> /tr> tr> td width142 valigntop stylewidth:106.35pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>NOsub>2/sub>/b>/p> /td> td width217 valigntop stylewidth:163.0pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>-/p> /td> td width227 valigntop stylewidth:6.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>160/p> /td> /tr> tr> td width142 valigntop stylewidth:106.35pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Benzol/b>/p> /td> td width217 valigntop stylewidth:163.0pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>10/p> /td> td width227 valigntop stylewidth:6.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>-/p> /td> /tr> tr> td width142 valigntop stylewidth:106.35pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Ruß/b>/p> /td> td width217 valigntop stylewidth:163.0pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>8/p> /td> td width227 valigntop stylewidth:6.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>-/p> /td> /tr>/table>FONT FACECALIBRI SIZE+1>b>Tabelle 1:Beurteilungsmaßstäbe für Luftschadstoffimmissionen nach 23. BImSchV/b> /font>p>a nametabelle2>/a>table classMsoNormalTable border1 cellspacing0 cellpadding0 width586 stylewidth:439.45pt;margin-left:3.5pt;border-collapse:collapse;border:none> tr stylepage-break-inside:avoid> td width76 valigntop stylewidth:2.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Schadstoff/b>/p> /td> td width85 valigntop stylewidth:63.8pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Mittelungszeitraum/b>/p> /td> td width132 valigntop stylewidth:99.25pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Immissionsgrenzwert in µg/msup>3/sup>/b>/p> /td> td width151 valigntop stylewidth:4.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Zulässige Überschreitungen im Kalenderjahr/b>/p> /td> td width142 valigntop stylewidth:106.3pt;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>b>Toleranzmarge im Jahr 2010 in µg/msup>3/sup>/b>/p> /td> /tr> tr stylepage-break-inside:avoid> td width76 valigntop stylewidth:2.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>span langIT>NOsub>2/sub>/FONT>/FONT>/B> /td> td width85 valigntop stylewidth:63.8pt;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>span langIT>1 Stunde/FONT>/FONT>/B> /td> td width132 valigntop stylewidth:99.25pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle stylemargin-left:0cm>span langIT>200 (130)/FONT>/FONT>/B> /td> td width151 valigntop stylewidth:4.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>span langIT>18 (keine)/FONT>/FONT>/B> /td> td width142 valigntop stylewidth:106.3pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>span langIT>0/FONT>/FONT>/B> /td> /tr> tr stylepage-break-inside:avoid> td width76 valigntop stylewidth:2.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>span langIT>NOsub>2/sub>/FONT>/FONT>/B> /td> td width85 valigntop stylewidth:63.8pt;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Kalenderjahr/p> /td> td width132 valigntop stylewidth:99.25pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle stylemargin-left:0cm>40/p> /td> td width151 valigntop stylewidth:4.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Keine/p> /td> td width142 valigntop stylewidth:106.3pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>0/p> /td> /tr> tr stylepage-break-inside:avoid> td width76 valigntop stylewidth:2.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>PM10/p> /td> td width85 valigntop stylewidth:63.8pt;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>24 Stunden/p> /td> td width132 valigntop stylewidth:99.25pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle stylemargin-left:0cm>50 (28)/p> /td> td width151 valigntop stylewidth:4.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>35 (keine)/p> /td> td width142 valigntop stylewidth:106.3pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>0/p> /td> /tr> tr stylepage-break-inside:avoid> td width76 valigntop stylewidth:2.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>PM10/p> /td> td width85 valigntop stylewidth:63.8pt;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Kalenderjahr/p> /td> td width132 valigntop stylewidth:99.25pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle stylemargin-left:0cm>40/p> /td> td width151 valigntop stylewidth:4.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Keine/p> /td> td width142 valigntop stylewidth:106.3pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>0/p> /td> /tr> tr stylepage-break-inside:avoid> td width76 valigntop stylewidth:2.0cm;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Benzol/p> /td> td width85 valigntop stylewidth:63.8pt;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Kalenderjahr/p> /td> td width132 valigntop stylewidth:99.25pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle stylemargin-left:0cm>5/p> /td> td width151 valigntop stylewidth:4.0cm;border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>Keine/p> /td> td width142 valigntop stylewidth:106.3pt;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 3.5pt 0cm 3.5pt> p classTabelle aligncenter stylemargin-left:0cm;text-align:center>0/p> /td> /tr>/table>FONT FACECALIBRI SIZE+1>a nameTabelle2>/a>b>Tabelle 2: Immissionsgrenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit nach der22. BImSchV /b>/font>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>In der 22. BImSchV sind Immissionsgrenzwerte undzeitabhängige Toleranzmargen für Schwefeldioxid (SOsub>2/sub>),Stickstoffdioxid (NOsub>2/sub>), Stickstoffoxide (NOsub>x/sub>), Partikel(PM10), Blei, Benzol und Kohlenmonoxid (CO) festgelegt. Die für verkehrsbedingteSchadstoffimmissionen - aufgrund der Emissionsstärken - relevanten Immissionsgrenzwerteentsprechend der 22. BImSchV sind in der a href#tabelle2>b>Tab. 2/b>/a> aufgeführt. /FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Für Stickstoffdioxid gelten also b>40 µg/msup>3/sup>für den Jahresmittelwert/b> sowie b>18 zulässige Überschreitungen von200 µg/msup>3/sup> pro Jahr/b>, was dem oben bereits angesprochenen 99,8‑Perzentilbzw. einem 98‑Perzentil-Äquivalentwert von b>130 µg/msup>3/sup>/b>sup>/sup>(a href#tabelle2>b>Tab. 2/b>/a> in Klammern) entspricht. Für die Beurteilung ersetzt dieser Wert als Äquivalent zum Grenzwert gemäß der 22. BImSchV den Prüfwert der 23. BImSchV.br>Zum Schutze der Vegetation wird ein Jahresmittelwert von 30 µg/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> für die Stickstoffoxidegenannt, der für die hier geplante Untersuchung aber irrelevant ist.br>Neben den Stickoxiden haben die PM10 Partikel noch eine Beurteilungsrelevanz.Hier werden maximal 4b>0 µg/m/b>b>sup>span stylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> PM10 für den Jahresmittelwert/b>b> /b>sowieb>35 Überschreitungen des Tagesmittelwerts von 50 µg/m/b>b>sup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> pro Jahr/b> zugelassen,was dem Jahresmittel-Äquivalentwert von b>28 µg/m/b>b>sup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>/b>b>sup> /sup>/b>(a href#tabelle2>b>Tab.2/b>/a> in Klammern) entspricht. br>In der 22. BImSchV ist für Benzol der b>Jahresmittelwert /b>von b>5 µg/m/b>b>sup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> /b>festgelegt. Dieserersetzt den bisher zugrunde gelegten Prüfwert von 10 µg/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> gemäß 23. BImSchV,wobei im Gegensatz zu diesem der neue Wert ein verbindlicher Grenzwert ist. br>Für die Beurteilung von Maßnahmen vor 2010 werden den Grenzwerten gemäß 22.BImSchV noch Toleranzmargen zugeschlagen. Für NOsub>2/sub> werden demnach fürjedes Jahr vor 2010 2 µg/msup>3/sup> zum Grenzwert für denJahresmittelwert bzw. 10 µg/msup>3/sup> zum Grenzwert für denSpitzenwert addiert. br>Die Grenzwerte für PM10 treten ab 2005 in Kraft, so dass hier keine Toleranzmargenmehr zugerechnet werden.br>Beim Benzol ist bis zum 1. Januar 2006 noch eine Toleranzmarge von 5 µg/msup>3/sup>zugelassen, die sich dann um jährlich 1 µg/msup>3/sup> verringert, biszum 1.Januar 2010 der gesetzliche Immissionswert von 5 µg/msup>3/sup>erreicht ist.br>Aus der 23. BImSchV bleibt für die vorliegend geplante Studie ausschließlich derPrüfwert von b>8 µg/m/b>b>sup>span stylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup>/b> als b>Jahresmittelwert/b> relevant./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Neben den Änderungen im Immissionsschutzrecht sind in denletzten Jahren vom Europäischen Rat erheblich verschärfte Emissionsgrenzwertebeschlossen und zum Teil bereits umgesetzt worden. Mit der Euro I und IIsind 1993 bzw. 1996 die ersten Stufen der Euro I bis V in Kraft gesetztworden, wodurch die Gesamtemissionen trotz erhöhten Verkehrsaufkommens bisAnfang 2001 um mehr als 30 % zurückgegangen sind. Seit 2001 sind mit denRichtlinien der Euro III (RL 96/69/EG für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge bzw. RL96/01/EG für Lkw und Busse) die Emissionsgrenzwerte weiter verschärft worden,wobei die zulässigen Emissionen für Neufahrzeuge gegenüber der Euro IInoch einmal um ca. 30 % reduziert worden sind. Mit der Euro IV (RL98/69/EG für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge sowie RL 99/96/EG für Lkw und Busse)werden 2005 die zulässigen Stickoxidemissionen nochmals um ca. 30 % vonden Werten der Euro III verringert. Bei Ruß ist für neu zugelassene Lkwund Busse sogar eine Reduzierung um 80 % gegenüber 2001 vorgesehen. Spätestens2010 tritt mit der Euro V die vorläufig letzte Stufe der Europäischen Beschlüssein Kraft. /FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Schadstoffkomponenten und deren Emissionen/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Obligatorisch ist die Berechnung der Komponenten, für die esGrenzwerte gemäß der novellierten 22. BImSchV gibt und deren Erreichenoder Überschreiten möglich ist. Das sind hier Stickoxide, Benzol undFeinstaubpartikel PM10. Andere in dieser Verordnung genannte Komponenten wieCO, Blei und SOsub>span stylefont-size:9.0pt;line-height:150%>2/span>/sub>sind für Vorhaben wie das Vorliegende irrelevant, da für diese aufgrund derEmissionen und aktuellen Messdaten von einer deutlichen Unterschreitung derGrenzwerte auszugehen ist./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Darüber hinaus muss auch Ruß in die Betrachtung miteinbezogen werden, da der Jahresmittelwert von 8 µg/msup>spanstylefont-size:9.0pt;line-height:150%>3/span>/sup> als Prüfwert gemäß23. BImSchV aktuell ist, aber keinen tatsächlichen Grenzwertcharakter hat.Hier sind zwar überproportionale Emissionsminderungen durch die Umsetzung derEmissionsrichtlinien zu erwarten, aber nach dem heutigen Kenntnisstand sindneben den verbrennungsbedingten Rußemissionen auch der Ruß aus Reifenabrieb zuberechnen, da dieser einen erheblichen Anteil am Gesamtruß hat./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Die verbrennungsbedingten Schadstoffemissionen des Verkehrs könnenz.B. mithilfe des im Auftrag des Umweltbundesamtes entwickelten Modells MOBILEVermittelt werden. Die Emissionen auf den Straßenabschnitten imUntersuchungsgebiet sowie im Umfeld einer geeigneten Immissions- Messstelle werdenauf Grundlage von Verkehrsdaten angesetzt. Verkehrstagesgänge von Pkw undSchwerverkehr werden dabei so weit wie vorhanden mit berücksichtigt. Beilückenhafter Datenbasis gibt das Modell straßenspezifische Verkehrstagesgängevor. Um die Genauigkeit zu erhöhen, müssen die Spezifikationen wie Straßenart,Fahrbahnbreite, Vorfahrt- und Signalreglung sowie Steigungen und Gefälle vorOrt erfasst werden. In den daraus berechneten Emissionsfaktoren werden in derAnalyse des Status quo die Auswirkungen der Euro I und II bereitsberücksichtigt. Für eine Prognose < 2015 fließen die EURO III und zum Teildie EURO IV mit ein. In der Prognose 2015 sind die Normen EURO I bis IV nahezuvoll zur Auswirkung gekommen, und die EURO V ist ebenfalls bereits mit einemdeutlichen Anteil wirksam. Die Genauigkeit der auf diese Weise ermitteltenEmissionsfaktoren lässt sich bei guter Datenbasis mit ± 10 bis 15 %angeben./FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Für die Emissionen aus Reifen-, Bremsen- und Straßenabriebsowie aus der Aufwirbelung von Straßenstaub, die einen erheblichen Anteil anden Gesamtemissionen haben, gibt es keine gesicherten Emissionsfaktoren. Daherwerden diese mit besonderen Verfahren ermittelt. Die Rußemissionsfaktoren fürden Reifenabrieb werden aus den Messungen (/6/ Rauterberg-Wulff, 1999a und 1999b)abgeleitet. /FONT>/FONT>P>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Zur Quantifizierung der nicht motorbedingten Emissionen desPM10 wird eine Formel der US Environmental Protection Agency (EPA) herangezogen,die als EPA-Formel bekannt ist, und in den USA bereits angewandt wird. In (/1/Lohmeyer et al., 2001) sind Parameter-Modifikationen vorgeschlagen worden, umdie Formel auf deutsche Verhältnisse anzupassen; diese wird daher modifizierteEPA-Formel genannt./FONT>/FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Theoretische Grundlagen der Windkanalmodellierung/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Die theoretischen Grundlagen für die Modellierungeines Ausbreitungsvorgangs im Windkanal leiten sich aus den atmosphärischenTransport- und Zustandsgleichungen ab. Ein kompletter Satz dieser Gleichungenbeinhaltet die Erhaltungssätze von Masse, Impuls und Energie und erfülltden 1. und 2. Hauptsatz der/FONT> FONT FACECALIBRI>Thermodynamik. DieTransportgleichungen beschreiben dabei die zeitliche Variabilitätder/FONT> FONT FACECALIBRI>Zustandsgrößen wie die Luftdichte/FONT>FONT FACESymbol>r/FONT>, FONT FACECALIBRI>die masseförmigenLuftbeimengungen KFONT SIZE-2>m/FONT>, die virtuelle Temperatur TFONT SIZE-2>V/FONT>,den Luftdruck p und den Windgeschwindigkeitsvektor IMG SRCImage18.gif HEIGHT14 WIDTH17>.Für die Prognose von Ausbreitungsvorgängen in der Atmosphäremüssen diese Transportgleichungen gelöst werden./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die exakte, vollständige Lösung dieserTransportgleichungen ist nicht möglich und auch nicht zweckmäßig.Es ist daher üblich, diese Gleichungen auf die betrachtete Problemstellungzu skalieren. Für Ausbreitungsvorgänge im komplexen Terrain sindinsbesondere Abläufe im näheren Quellbereich von Interesse. Fürdie Skalierung ergibt sich daraus im allgemeinen ein Untersuchungsgebietx, y, z < 1000 m. In der Umwelt-Meteorologie ist dafür der BegriffMicroscale üblich. Aus der Skalierung folgen unmittelbar und mittelbareine Reihe von Vereinfachungen, so daß sich die Transportgleichungenreduzieren lassen:/FONT>UL>LI>FONT FACECALIBRI>Reduzierung um mesoskalige oder synoptische Größenordnungen,/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Degenerierung des Geopotentialgradienten auf die Vertikalkomponenteder Schwerkraft/FONT> FONT FACECALIBRI> /FONT>I>FONT FACESymbol>F/FONT>/I>FONT FACECALIBRI> g /FONT>I>k/I> mit I>k/I> FONT FACECALIBRI>Einheitsvektor derVertikalkomponente/FONT>,/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Degenerierung der Corioliskraft/FONT> FONT FACECALIBRI>2/FONT>I>FONT FACESymbol>W/FONT>/I>FONT FACECALIBRI> x I>w/I> f . /FONT>I>FONT FACECG Times>k/FONT>/I>FONT FACECALIBRI> xI>w/I> mit dem breitenabhängigen Coriolisparameter/FONT> f FONT FACECALIBRI>2|/FONT>I>FONT FACESymbol>W/FONT>/I>FONT FACECALIBRI>| . sin /FONT>FONT FACESymbol>fg/FONT>FONT FACECALIBRI>,der Winkelgeschwindigkeit der Erde /FONT>I>FONT FACESymbol>W/FONT>/I>FONT FACECALIBRI>und dem Breitengrad /FONT>FONT FACESymbol>fg/FONT>FONT FACECALIBRI>,/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Gültigkeit der Boussinesq-Approximation./FONT>/LI>BR>FONT FACECALIBRI>Daher kommt die Luftdichte nicht mehr als unabhängigeVariable in den Transportgleichungen vor und ist - abgesehen vom Auftriebsterm- konstant. Im Auftriebsterm treten Dichteunterschiede nur aufgrund vonTemperaturunterschieden auf. Unmittelbar aus der Boussinesq-Approximationfolgt die Forderung nach Divergenzfreiheit des StrömungsfeldesB>/B>/FONT>FONT FACESymbol>Ñ/FONT>FONT FACECALIBRI>.B>I>w/I>/B> 0B>./B>/FONT>/UL>FONT FACECALIBRI>In der bodennahen Ausbreitungsschicht (Prandtl-Schichtz < 100 m) ist der Transport darüber hinaus turbulenzbestimmt,so daß i. a. die molekulare Diffusion von Masse und Wärme gegenüberder turbulenten vernachlässigbar ist. Verwendet man für die Skalierungdes Problems im komplexen Terrain z. B. die SkalierungsgrößenH als charakteristische Gebäudehöhe, USUB>H/SUB> als Horizontalwindgeschwindigkeitan einer Meßstelle z.B. 10 m über Dach (häufig auch USUB>ref/SUB>in 10 m Höhe über Grund am Einströmrand des Untersuchungsgebietes),die Differenz der potentiellen Temperatur/FONT> (FONT FACESymbol>DQ/FONT>SUB>FONT SIZE+1>Q/FONT>/SUB>)SUB>0/SUB> FONT FACESymbol>Q/FONT>SUB>0/SUB> - FONT FACESymbol>QFONT SIZE-2>¥/FONT>/FONT> FONT FACECALIBRI>zwischen dem oberen Rand des Untersuchungsgebietes unddem Boden, ASUB>Q/SUB> die Quellfläche, durch die Luftverunreinigungenin die Atmosphäre übergehen, IMG SRCImage19.gif HEIGHT28 WIDTH29>die Quellmassenstrom in kg/s, der durch ASUB>Q/SUB> tritt. Anlalog seih der Strom anthropogener Wärme die über die Fläche IMG SRCImage20.gif BORDER0 HEIGHT31 WIDTH31>andie Atmosphäre abgegeben wird.So erhält man die dimensionslosenTransportgleichungen für/FONT>UL>LI>FONT FACECALIBRI>die masseförmigen Luftbeimengungen (Wasserdampf,Schadstoffe/FONT> etc.)/LI>/UL>FONT FACECALIBRI> /FONT>DIR>DIR>IMG SRCImage21.gif HEIGHT49 WIDTH341>B> /B>FONT FACECALIBRI>(1)/FONT>/DIR>/DIR>UL>LI>FONT FACECALIBRI>den Impuls/FONT>/LI>UL>LI>IMG SRCImage22.gif HEIGHT48 WIDTH222>/LI>/UL>/UL>DIR>DIR>IMG SRCImage23.gif HEIGHT53 WIDTH444>B>FONT FACECALIBRI>/FONT>(2)/B>/DIR>/DIR>UL>LI>B>die Wärme/B>/LI>/UL>DIR>DIR>IMG SRCImage24.gif HEIGHT49 WIDTH234>P>IMG SRCImage25.gif HEIGHT53 WIDTH513>B>FONT FACECALIBRI> /FONT>(3)/B>/DIR>/DIR>Die (1) bis (3) mit * gekennzeichneten Größen sind dimensionslos.( ^ ) und () kennzeichnen das mit der Dichte gewogene Hesselberg-Mittelbzw. die Fluktuation. Entsprechend bedeuten IMG SRCImage26.gif HEIGHT29 WIDTH24>und() das einfache Reynolds-Mittel und die entsprechenden Fluktuationen.Die Zeichen (.) und (:) zwischen den Vektoren und Tensoren bedeuten skalarebzw. doppelt skalare Multiplikationen. In der dargestellten Form sind dieGleichungen systeminvariant und gelten sowohl in der Natur als auch imModell des Windkanals. Die dimensionslosen Faktoren vor den Termen aufden rechten Seiten der Gleichungen müssen im Modell und in der Naturgleich sein. Als Kennzahlen ergeben sichBR> UL>LI>FONT FACECALIBRI>aus (1) IMG SRCImage27.gif HEIGHT49 WIDTH116>/FONT>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic> /FONT>FONT FACECALIBRI>die Transmissionskennzahl B>(4)/B>/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>aus (2) B>ReSUB>h/SUB>/B> die Gebäudereynoldszahlmit /FONT>FONT FACESymbol>n m/r/FONT>FONT FACECALIBRI> als kinematischeZähigkeit, wobei m die dynamische Zähigkeit darstellt, Fr diedensimetrische Froudezahl und RO die Rossbyzahl./FONT>/LI>UL>LI>IMG SRCImage28.gif HEIGHT41 WIDTH96>B>FONT FACECALIBRI> /FONT>(5a) IMG SRCImage29.gif HEIGHT53 WIDTH137>(5b)/B>/LI>BR>IMG SRCImage30.gif HEIGHT45 WIDTH66>B> (5c)/B>/UL>/UL>DIR>DIR>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic> /FONT>/DIR>/DIR>UL>LI>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic>-/FONT>FONT FACECALIBRI> aus(3) mit der Eckert-Zahl/FONT>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic> IMG SRCImage31.gif HEIGHT53 WIDTH96>/FONT>FONT FACECALIBRI>und/FONT>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic> IMG SRCImage32.gif HEIGHT25 WIDTH18>/FONT>FONT FACECALIBRI>derspezifischen Wärmekapazität/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>sowie /FONT>IMG SRCImage33.gif HEIGHT25 WIDTH21>/LI>/UL>B>FONT FACECALIBRI>die Wärmetransmissionszah/FONT>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic>l/FONT>/B>DIR>DIR>IMG SRCImage34.gif HEIGHT48 WIDTH220>B>FONT FACECALIBRI>/FONT>(6a)/B>P>IMG SRCImage35.gif HEIGHT48 WIDTH213>B>FONT FACECALIBRI> /FONT>(6b)/B>/DIR>/DIR>Die Lösung der Gleichungen (1) bis (3) erfolgt im Windkanal durchAusmessen der dimensionslosen Prognosegrößen. Diese müssengleich sein wie in der Natur, wenn die Kennzahlen in Modell und Natur gleichsind. Die gleichzeitige Erfüllung aller Ähnlichkeitsbedingungen(Gleichheit der Kennzahlen) ist im Windkanal praktisch nicht möglichaber auch nicht erforderlich. Abhängig vom Problem reduzieren sich(2) und (3). Bei der Modellierung eines Ausbreitungsvorgangs im komplexenGelände verschwindet im adiabatisch (im Windkanal isotherm) atmosphärischenSchichtungszustand die rechte Seite der Gleichung (2) komplett, wenn -geometrische Ähnlichkeit vorausgesetzt - die GebäudereynoldszahlReFONT FACECALIBRI>FONT SIZE-2>H/FONT> > 10FONT SIZE-2>4/FONT>als kritischen Wert überschreitet. Die Strömung ist dann reinturbulenzbestimmt. Modellrechnungen von Eichhorn /2/ haben gezeigt, daßin diesem Fall die Stabilität der atmosphärischen Schichtungkaum einen Einfluß auf das Strömungsfeld hat. Der zweite Termauf der rechten Seite von (3) gibt die Umwandlung von kinematischer Energieder Strömung in Wärme an (Reibungsdissipation). Diese spieltim vorliegend betrachteten Fall keine Rolle und entfällt. Der Quelltermin (3) ist nur relevant, wenn Wärmequellen im Modell simuliert werden.Die (3) ist dann formal identisch mit (1). Bei Erfüllung der geometrischenÄhnlichkeitsbedingungen - d. h. maßstabsgetreue Modellierungdes Geländes - und Überschreiten der kritischen Reynoldszahlstellt sich das Strömungs- und Turbulenzfeld automatisch richtig ein.Eine Austauschparameterisierung der turbulenten Flüsse ist wie beieiner mathematischen Lösung der Gleichungen nicht erforderlich, dadiese direkt simuliert werden. Bei Bedarf können die turbulenten Flüsse/FONT> IMG SRCImage36.gif HEIGHT29 WIDTH48>FONT FACEAvantGarde,Century Gothic>, IMG SRCImage37.gif HEIGHT21 WIDTH41>/FONT>FONT FACECALIBRI>und IMG SRCImage38.gif HEIGHT25 WIDTH41>alseigenständige Felder gemessen werden./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Modellierung der Konzentrationsfelder/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Für praktische Anwendungen in der Lufthygieneinteressieren im allgemeinen aber nicht die turbulenten Flüsse - diesesind Voraussetzung für den naturgetreuen Transportprozeß - sonderndie Konzentrationsfelder, die im Modell direkt gemessen werden können.Bei gleichen Kennzahlen in Modell und Natur gemäß (4) sind dieKonzentrationsfelder ebenfalls gleich. Als Umrechnungsvorschrift auf dieNatur erhält man mit (4)/FONT>DIR>DIR>IMG SRCImage39.gif HEIGHT52 WIDTH385>B>FONT FACECALIBRI>(7)/FONT>/B>/DIR>/DIR>IMG SRCImage40.gif HEIGHT22 WIDTH52>FONT FACECALIBRI>ist das Verhältnisder Austrittgeschwindigkeit der Abluft zur Überdachwindgeschwindigkeitund a die Windrichtung. Insbesondere bei Kaminemissionen und Tunnelabluftemissionenist IMG SRCImage41.gif HEIGHT29 WIDTH104>zu simulieren./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Umrechnungsvorschrift (7) kann abhängigvom Quelltyp unterschiedlich dargestellt werden. Das läßt sicham besten in der Anwendung auf einen Straßentunnel dokumentieren.Hier sind die Abluftbeiträge aus dem Tunnelportal mit denen der Linienquellevon der Rampe zu überlagern. Das C*-Feld jeder dieser Quelltypen mußseparat modelliert werden. Das Konzentrationsfeld ergibt sich in diesemFall zu/FONT>DIR>DIR>IMG SRCImage42.gif HEIGHT60 WIDTH420>B>FONT FACECALIBRI>(8)/FONT>/B>/DIR>/DIR>IMG SRCImage43.gif HEIGHT28 WIDTH57>FONT FACECALIBRI> ist der Quellmassestromder Schadstoffe in kg/s, ASUB>P/SUB> die Portalfläche in mSUP>2/SUP>, IMG SRCImage44.gif HEIGHT25 WIDTH48>dieQuellstärke der Schadstoffe von der Straße in kg/(m.s) und Bist die Straßenbreite (Quellbreite) in m./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>MODELLGESETZE/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Aus (1) bis (3) ergeben sich Modellgesetze, die beider Modellierung der Ausbreitung zu erfüllen sind. Je nach Problemstellunggibt es Quell- und Senkenterme für Impuls und Energie, die in denoriginären Gleichungen nicht enthalten sind. Dieses sind z.B. diedurch den Verkehr oder durch den Abluftstrahl in das Strömungsfeldeingebrachten Impulsbeiträge. Für eine mathematische Lösungder Gleichungen (1) bis (3) müßten die entsprechenden Termeauf den rechten Seiten der Gleichungen (2) und (3) addiert werden. Es istschwierig, die exakte mathematische Formulierung für diese Terme abzuleiten.Für Windkanalversuche werden jedoch lediglich die dimensionslosenKennzahlen dieser Terme benötigt. In der Windkanaltechnologie sinddaher weitere Verfahren bekannt, um die charakteristischen Kennzahlen abzuleiten.Eine Möglichkeit ist die Dimensionsanalyse nach dem P-Theorem vonBuckingham. Ein weiteres Verfahren ist die axiomatische Relation zweierphysikalilscher Größen gleichen Typs. Die Transmissionskennzahl(4) hätte z.B. auch aus der Relation der Verhältnisse von Transmissionsflußdichteund Emissionsflußdichte abgeleitet werden können, in Modellund Natur gleich sein müssen. Für die Modellierung des Straßenverkehrsbzw. des Abluftstrahls müssen die Kennzahlen mit einer der genanntenMethoden abgeleitet werden. So erhält man für den Fahrzeugeinflußunter der Annahme, daß die gesamte vom Verkehr gegen die Atmosphähreerbrachte Leistung in Turbulenzleistung umgesetzt wird die Turbulenzproduktionszahl:/FONT>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>IMG SRCImage45.gif HEIGHT54 WIDTH174>FONT FACECALIBRI> (9)/FONT>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>FONT FACECALIBRI>Darin sind IMG SRCImage46.gif HEIGHT22 WIDTH45>dieWiderstandsbeiwerte der Fahrzeuge bzw. des Geländes, IMG SRCImage47.gif HEIGHT22 WIDTH21>dieGeschwindkeit der Fahrzeuge, IMG SRCImage48.gif HEIGHT22 WIDTH24>diemittlere Fahzeugfläche gegen die Strömung, IMG SRCImage49.gif HEIGHT22 WIDTH20>dieVerkehrsdichte in Kfz/m und IMG SRCImage50.gif HEIGHT22 WIDTH18>derRauhigkeitsparameter in m./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Sie besagt, daß das Verhältnis der Turbulenzproduktiondurch den Verkehr und aufgrund der Stadtrauhigkeit in Modell und Naturgleich sein muß. Bei geometrischer Ähnlichkeit müssen dieVerhältnisse der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Windgeschwindigkeit inModell und Natur übereinstimmen /5/. Dies gilt analog auch fürdie durch den Wind bedingte Ablenkung des Abluftstrahls. Es folgt unmittelbar,daß die Verhältnisse IMG SRCImage51.gif HEIGHT38 WIDTH49>inNatur und Modell gleich sein müssen. Hat der Abluftstrahl darüberhinaus gegenüber der Umgebung eine höhere Temperatur (z.B. weildie Kfz im Tunnel Wärme abgeben), so kann der Strahlauftrieb durcheine entsprechende Froudezahl berücksichtigt werden./FONT>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>IMG SRCImage52.gif HEIGHT56 WIDTH217> B>(10)/B>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>IMG SRCImage53.gif HEIGHT21 WIDTH52>FONT FACECALIBRI>sind die Dichte-bzw. Temperaturunterschiede der Abluftstrahlen gegenüber der Umgebungsdichtebzw. -temperatur. Diese Kennzahl besagt, daß das Verhältnisdes Strahlauftriebs zum Strahlvortrieb in Natur und Modell gleich seinmuß. Gleichung (10) zeigt darüber hinaus die Möglichkeit,einen Temperaturunterschied in der Natur durch einen Gasdichteunterschiedim Modell zu simulieren. Der Strahlauftrieb wird mit Helium modelliert,weil nach (10) im Modell ein Temperaturunterschied erzeugt werden müßte,der um den Maßstabsfaktor größer ist als in der Natur.Bei einem Modellmaßstab von 1:300 erforderte ein Temperaturunterschiedvon 4 °C in der Natur eine Temperatur von 1200 °C im Modell./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Einhaltung der Modellgesetze ist nicht immereinfach zu realisieren. Ihre Erfüllung muß i.a. durch Experimenteverifiziert werden. Dabei können als Ergebnisse/FONT>OL>LI>FONT FACECALIBRI>die Ähnlichkeit in Modell und Natur,/FONT>/LI>LI VALUE1>FONT FACECALIBRI>die Unabhängigkeit der Ausbreitung von bestimmtenKennzahlen/FONT>/LI>LI VALUE1>FONT FACECALIBRI>oder die Nichtmodellierbarkeit des Problems/FONT>/LI>/OL>FONT FACECALIBRI>nachgewiesen werden./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Ein Beispiel für 1. ist in Bild 1 dargestellt.Hier ist der Nachweis erbracht worden, daß mit Drahtwolle und LochscheibenBewuchs unterschiedlicher Winddurchlässigkeit modelliert werden kann.Das Bild 1 zeigt die Reduzierung der Windgeschwindigkeit hinter dem Bewuchsim Modell (oben) und in der Natur (unten). Auf diese Weise ist festgestelltworden, welche Lochscheibenkombination einem vorgegebenen Bewuchs entspricht./FONT>P>FONT FACECALIBRI>In gleicher Weise müssen sämtliche Einflußparameterauf ihre Ähnlichkeit zur Natur überprüft werden. In derPraxis sind die meisten dieser Einflüsse bereits bekannt und könnenfür Versuche direkt eingestellt werden. Es gibt aber immer wiederBesonderheiten, die eine Überprüfung auf Naturähnlichkeiterfordern. Ein besonders wichtiges Beispiel für 2. ist der Nachweisder Existenz einer kritischen Reynoldszahl im komplexen Terrain./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Geometrischen Ähnlichkeitsgesetze forderndie naturgetreue Nachbildung des Modells. Die naturgetreue Nachbildungder lokalen Gegebenheiten ist i.a. aber noch nicht hinreichend. Die Windwirbel,die an den Gebäudekanten ablösen, müssen im Modell bezüglichihrer Größe in der Natur um den Maßstabsfaktor verkleinertwerden. Dazu ist im Windkanal eine Mindestgeschwindigkeit einzuhalten,die sich aus der Reynolds-Zahl ergibt. Als sogenannte Gebäudereynolds-Zahlerhält man die Gleichung 5a, wobei B>USUB>H/SUB>/B> die Windgeschwindigkeitin Dachhöhe der Gebäude in m/s, und H die Höhe des umströmtenGebäudes in m ist. Sie folgt also aus der Differentialgleichung fürden Impulstransport./FONT>BR>A NAMEWindreduzierungsfunktionen>/A>IMG SRCImage54.gif HEIGHT417 WIDTH566>BR>IMG SRCImage55.gif HEIGHT413 WIDTH566>BR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 1: Ermitteln der A HREF#Windreduzierungsfunktionen>Windreduzierungsfunktionen/A>durch Bewuchs im Windkanal anhand eines Vergleichs von Modell- und Naturuntersuchungen/FONT>/B>P>Streng genommen muß die Reynolds-Zahl in der Natur und im Modellgleich sein, weil sämtliche Kräfte im Verhältnis zueinanderin Modell und Natur gleich sein müssen also auch das VerhältnisTrägheitskraft/Reibungskraft. In sogenannten aerodynamisch rauhenStrömungen ändert sich aber die Struktur der Windwirbel nichtmehr, wenn eine minimale kritische Reynolds-Zahl überschritten wird.In /5/ wurde nachgewiesen, daß für die Modellierung von Schadstoffausbreitungsvorgängeneine kritische Gebäude-Reynoldszahl existiert und bei etwa ReFONT FACECALIBRI>FONT SIZE-2>H/FONT> 11.000 liegt. Das bedeutet, daß man bei einer Bebauungsgrößevon z.B. 16m wie in den unten vorgestellten Fällen für die Ausbreitungssimulationenim Maßstab 1:300 im Windkanal eine minimale Windgeschwindigkeit von/FONT>DIR>DIR>IMG SRCImage56.gif HEIGHT56 WIDTH324>B>FONT FACECALIBRI>(11)/FONT>/B>/DIR>/DIR>B>einhalten muß. Für Re/B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE-2>H/FONT>> 11 000 ist die mit (4) definierte Transmissionsfunktion keine Funktionder Reynoldszahl mehr. Diese Tatsache ermöglicht praktisch erst Windkanalversuchefür Ausbreitungsfragen, da man anderenfalls mit unpraktikablen Windgeschwindigkeitenarbeiten müßte. Es zeigt sich darüber hinaus, daßnicht alle Modellgesetze streng erfüllt werden müssen. Die Modellgesetzezeigen aber auch die Grenzen der Modellierbarkeit im Windkanal. Ein wichtigesBeispiel ist der Einfluß der Erdrotation. Die Rossbyzahl kann imWindkanal nicht simuliert werden. Deshalb kann die Abluftausbreitung inGebieten mit Abmessungen größer als etwa 10 km nicht mehr imWindkanal untersucht werden, ohne größere Fehler in Kauf zunehmen./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1> /FONT>/FONT>/B>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Experimentelle Voraussetzungen/FONT>/FONT>/B>P>B>FONT FACECALIBRI>Windkanal/FONT>/B>BR>Der A HREF#Grenzschichtwindkanal>Grenzschichtwindkanal/A> derArbeitsgruppe Aerodynamik im Bauwesen an der Ruhr-Universität Bochumhat eine Meßstreckenlänge von etwa 10m, eine variierbare Höhevon 1,6m bis 1,9m und eine Breite von 1,8m (Bild 2).BR>B> /B>P>A NAMEGrenzschichtwindkanal>/A>IMG SRCImage82.gif HSPACE9 BORDER0 HEIGHT433 WIDTH600>P>B>Bild 2: Meßstrecke Grenzschichtwindkanal/B>P>Er wird nach der Eiffelbauart betrieben. Das Gebläse wird mit maximal105 kW angetrieben. Der gesamte Windkanal liegt in einem geschlossenenRaum, in dem die Strömung zirkuliert. Weitere Einzelheiten zum BochumerGrenzschichtwindkanal sind in /1/ beschrieben.P>Im Kanal wird ein Modell der zu untersuchenden Situation aufgebaut.In Bild 2 enthält dieses Modell einen Straßentunnel und dieUmgebung im Maßstab 1:300. Das eigentliche Modell ist in der Regelkreisförmig mit einem Durchmesser von 1,7m ausgebildet. Da das globaleWindfeld, wie es in der Natur durch das Gelände ensteht, im Windkanalauf der Meßstecke vor dem eigentlichen Modell erzeugt wird, mußnur noch ein kleiner Ausschnitt im unmittelbaren Nahbereich des Portalsnaturgetreu nachgebildet werden (im Beispiel ca. 500m vom Tunnelportal).P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1> /FONT>/FONT>/B>BR>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Tracer- und Modelltechnik/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Die Simulation der Abgasausbreitung erfolgt durchTracergasexperimente. Bei Linienquellen wie Straßen besteht die Möglichkeit,die Fahrbahnoberfläche der Modellstraße aus einem speziellenporösen Sintermetall zu fertigen. Diese Konstruktion sowie eine geeigneteTracergaszuleitung stellt sicher, daß das Gas mit gleichmäßigerIntensität, impulsfrei, also ohne nenneswerte Eigengeschwindigkeitaustritt. Die eigentliche Quelldynamik wird wie in der Natur erst durchden Verkehr selbst erzeugt. Die Modellfahrzege müssen für dengewählten Maßstab von z.B. 1:300 abhängig von der Komplexitätder Umgebung mit Geschwindigkeiten zwischen 20 und 80km/h bewegt werden.Diese Technik ist in /5/ beschrieben./FONT>P>FONT FACECALIBRI>In den Modellen sind an verschiedenen, vom Experimentatorfrei vorzugebenden Stellen Meßpunkte angeordnet. Die Entnahme deslokalen Tracergasgemisches erfolgt möglichst impulsfrei, um das Strömungsfeldnicht zu stören. Als Tracer wird Schwefelhexaflourid (SF6) verwendet.Der Nachweis erfolgt mit einem Elektronen-Einfang-Detektor (ECD) der FirmaMeltron. Der Konzentrationsnachweis ist über 3 Größenordnungenmöglich. Für die Modellierung von Geruchsproblemen (z.B. Dieselgeruch)müssen die turbulenten Flüsse IMG SRCImage58.gif HEIGHT29 WIDTH57>gemessenwerden, da sowohl die zeitliche Ansprechschwelle der Nase als auch dieDauer der Geruchswahrnehmung für die Beurteilung mit dem richtigenZeitmaßstab erfaßt werden muß. Da die Windkanalzeit imZeitraffer abläuft, werden die Konzentrationsfluktuationen mit einemschnellen Flammenionisationsdetektor (FID) gemessen. Dieses FID ist vonder Firma COMBUSTION in Großbritannien speziell für derartigeProbleme entwickelt worden. Als Tracergas dient in diesen Fällen einPropan / Stickstoffgemisch./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>Modelliertechniken/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Abgrenzung des modellierbaren Gebietes/FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Größe des modellierbaren Bereicheshängt wegen der festgelegten Abmessungen des Windkanals sehr wesentlichvom Maßstabsfaktor ab. Die Wahl des Modellmaßstabs unterliegtin der Regel einer Reihe von Zwangsbedingungen und ist damit sowohl nachoben als auch nach unten begrenzt. Die obere physikalische Grenze läßtsich kaum noch weiter verschieben, weil sich die maßgeblichen dimensionslosenGrenzschichtparameter nicht in beliebiger Größe simulieren lassen.Insbesondere die Integrallängenmaße der atmosphärischenGrenzschicht sind mit wachsendem Maßstab immer schwieriger einzustellen.Am Grenzschichtwindkanal der Ruhr-Universität Bochum ist ihre Simulationbisher maximal im Maßstab 1:200 (vergl. /5/)./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die physikalisch mögliche untere Grenze istdagegen sehr niedrig und liegt außerhalb der praktischen Anwendbarkeit.Der Grund liegt darin, daß die großen energiereichen turbulentenWirbel nicht stabil sind (die Natur strebt immer ein Energieminimum an)und sehr bald in kleinere Wirbel zerfallen. Physikalisch läßtsich nach unten ein beliebiger Maßstab einstellen (geometrische Ähnlichkeit).Technisch ist man aber durch die folgenden Kriterien beschränkt:/FONT>UL>LI>FONT FACECALIBRI>die kritsiche Reynolds-Zahl (dynamische Ähnlichkeit)/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>die lokale Auflösung des verwendeten Meßsystems,z.B. der Tracergasentnahmesonden./FONT>/LI>/UL>FONT FACECALIBRI>In /5/ wird gezeigt, daß mit der kritischen Reynolds-Zahlvon 11.000 ein Maßstab von minimal 1:315 angestrebt werden muß,um Details bis zu 3m noch hinreichend genau zu modellieren. Da bei Untersuchungenim innerstädtischen Bereich die maßgeblichen Gebäudeabmessungenerheblich größer als 3m sind, ist die Erfüllung der Gebäude-Reynolds-Zahlbedingungim Maßstab 1:300 mit der erreichbaren Strömungsgeschwindigkeitdes vorhandenen Windkanals allein kein Problem. Hier ließe sich einMaßstab von 1:900 noch gut verwirklichen. Die einschränkendeBedingung ist vielmehr das kinematische Ähnlichkeitskriterium fürdas Verhältnis aus Abluftstrahl und Windgeschwindigkeit. Hier läßtsich die folgende Beziehung abschätzen:/FONT>P>FONT FACECALIBRI>Soll im Tunnelbetrieb eine Abluftgeschwindigkeitvon 6m/s bei einer Windgeschwindigkeit von 0,5m/s verwirklicht werden,so ergibt sich ein zu simulierendes Geschwindigkeitsverhältnis/FONT>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>V* 5 m/s/ (0,5 m/s) 12 (12)/FONT>/B>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>/DIR>FONT FACECALIBRI>Mit Gl. 11 ist gezeigt worden, daß zur Erfüllungder Reynolds-Zahlbedingung im Windkanal eine Überdachgeschwindigkeitvon mindestens 3,1m/s eingestellt werden muß. Da das VerhältnisV* eine dimensionslose Ähnlichkeitsvariable ist, muß diesesin der Natur und im Modell gleich sein (kinematisches Ähnlichkeitskriterium).Damit erhält man als noch zu modellierende Abluftstrahlgeschwindigkeitim Modell/FONT>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>VSUB>o,Modell/SUB> USUB>Modell/SUB> /FONT>/B>FONT FACECALIBRI>SUP>FONT SIZE+1>./FONT>/SUP>V* 3,1 m/s /FONT>FONT FACESymbol>·/FONT>FONT FACECALIBRI>12 37,2m/s (13)/FONT>/DIR>/DIR>FONT FACECALIBRI>Um diese Bedingung bequem erfüllen zu könnenund um beispielsweise auch noch höhere Abluftstrahlgeschwindigkeitenin der Natur berücksichtigen zu können, muß eine Abluftstrahlgeschwindigkeitvon etwa 40m/s angestrebt werden. Diese Strömungsgeschwindigkeit undderen Regelung erfordert bereits einen erheblichen Aufwand. Eine Verkleinerungdes Maßstabes, um ein größeres Gebiet modellieren zu können,ist also unpraktikabel, da die erforderliche Strömungsgeschwindigkeitin gleichem Maße erhöht werden muß, wie der Maßstabverkleinert wird. Die Modellierung eines größeren Bereicheskann deshalb nur durch größere Modelle realisiert werden. DerEinbau einer größeren Drehplatte ist unmöglich, so daßin den hier vorgestellten Untersuchungen eine spezielle Technik angewendetwurde, bei der die nicht symmetrische Ausbreitung des Abluftstrahls ausgenutztwird./FONT>P>FONT FACECALIBRI>In Mitwindrichtung ist mit einem größerenAusbreitungsweg zu rechnen als in den Gegen- oder Seitenwindrichtungen.Man kann deshalb den Ausbreitungsweg in einem 1. Schritt verlängern,indem man die Portalöffnung exzentrisch auf die Drehplatte baut. Damitverlängert man für fast alle Windrichtungen das Ausbreitungsgebiet(Mit- und Seitenwinde). Ausschließlich in den Gegenwindrichtungenwird das Ausbreitungsgebiet verkürzt. Anhand von Rauchversuchen, diein den Voruntersuchungen u.a. auch zur Abgrenzung des Untersuchungsgebietesdurchgeführt wurden, konnte nachgewiesen werden, daß der Abluftstrahlin den Gegenwindrichtungen umgestülpt und auf kürzester Streckein Höhen bis über 50m verdünnt wird. Das führt dazu,daß in diesen Richtungen die Bodenbelastungen sehr rasch abklingenund ein solch weites Ausbreitungsfeld wie in den Mitwindrichtungen hiernicht erforderlich ist. Eine weitere Vergrößerung des modellierbarenGebietes ist in einem 2. Schritt über eine virtuelle Vergrößerungder Drehscheibe erreicht worden. Dabei wird das naturgetreue Modell sogebaut, als wenn der Windkanal eine wesentlich größere Breitehätte. Die Platte mit dem Durchmesser von 1,7m ist nach wie vor drehbargelagert. Mit jeder notwendigen Drehung des Modells läßt maneinen Ringsektor mitwandern. In Richtung der Windkanalachse kann man dasModell damit wesentlich vergrößern. Auch hier macht man sichdie Tatsache zunutze, daß sich der Abluftstrahl hauptsächlichin Mitwindrichtung ausbreitet und der Platzbedarf quer zum Wind nicht sogroß ist. Bei einer Drehung des Modells werden die Gebäude desRingsektors, der aus den Meßbereich herausgewandert, abgebaut undGebäude, die in den Modellbereich hineinwandern, aufgebaut. Auf dieseWeise konnte das Untersuchungsgebiet effektiv vergrößert werden.Der Auswirkungsbereich des Tunnels ist damit gut erfaßt worden. Insgesamtkonnte auf diese Weise ein Ausbreitungsgebiet abgegrenzt werden, das einemRadius von etwa 500m (in Mitwindrichtung sogar mehr) um das Portal herumentspricht. Ein Nachteil dieser Modellierungsmethode ist der sehr erheblicheUmbauaufwand, der bei jeder Einstellung einer neuen Windrichtung erforderlichwird./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>Modellbau/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Tunnelmodelle/FONT>P>FONT FACECALIBRI>Für die Untersuchung von innerstädtischenStraßentunneln müssen i.a. aufgrund des eingeschränktenModellmaßstabs für die beiden Portalbereiche getrennte Modellegebaut werden. Die Ausschnittsbereiche wurden jeweils so gewählt,daß sich das Portal etwa im 1. Drittel der Kreisscheibe befindet.Diese Position ist sowohl aus modellbautechnischer als auch meßtechnischerSicht sinnvoll./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Nachbildung der Tunnelportale ist nicht problemlos.Durch das Ausfahrtportal wird der Abluftstrahl ausgeblasen und durch dasEinfahrportal eine entsprechende Luftmenge, die in der Natur durch dieKolbenwirkung der Fahrzeuge mitgerissen wird, angesogen. Die Röhrenbis zum Portal müssen eine hinreichende Länge haben, um hierkeine Aufwärtsströmung durch die Zuleitung zu erzeugen. Die idealeEinleitung der Luft in die Tunnelröhre wäre eine Tangentialeinleitung.Man ist hier mit den vorgegebenen Möglichkeiten natürlich beschränkt.Die Zuleitung muß daher so weit wie möglich zum Modellrand gelegtwerden und möglichst flach verlaufen. Man kann aus den genannten Gründenmit dem Portal auch nicht ganz zum Modellrand. Die Grenze des 1. Drittelsder Kreisscheibe ist bereits die äußerste Position zum Modellrand.Man ist hinsichtlich der Lage des Portals also weitestgehend eingeschränkt.Beispiele für derartige Tunnelmodelle werden unten mit Auszügenaus den Untersuchungen zur Tieflegung der Rheinuferstraße in Düssekdorfbzw. mit der geplanten Teilabdeckung der Stadtautobahn A 40 im BereichHobeisenstraße vorgestellt./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Geländemodelle/FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Modellierung eines stark reliefierten Geländesmit Höhenunterschieden von mehr als 100 m ist mit einem Maßstabvon 1:300 nicht mehr hinreichend zu realisieren, weil die maßgeblichehorizontale Geländeentwicklung dann in der Regel deutlich über1 km liegt. In diesen Fällen ist es erheblich, daß die wesentlichenHöhenzüge und Talschneisen im Modell enthalten sind, weil diesein erster Linie das Ausbreitungsverhalten bestimmen. Insbesondere könnensich im Lee einer Erhebung Strömungsablösezonen ausbilden./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Wenn die Ausbreitung in einem derartigen Geländezu untersuchen ist, kann man leicht zu einem kleineren Maßstab, z.B.1:500, übergehen. Die im wesentlichen einschränkende Bedingungist die verkehrsinduzierte Turbulenz. In einem stark gegliederten Geländeverliert diese aber weitestgehend an Bedeutung, weil die Turbulenzproduktionvornehmlich durch das Gelände geprägt wird. Bei der Modellfertigungist aber darauf zu achten, daß an den Höhen keine Reynoldszahlen-abhängigeStrömung entsteht. Geländemodelle sollten daher in Stufen angefertigtwerden, die ein vorzeitiges Ablösen der Strömung vermeiden./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Straßentunnelmodelle kleinen Maßstabsin stark gegliederten Gelände lassen sich nur mit ganz erheblichemAufwand über sämtliche Ausblasverhältnisse modellieren,wenn das Portal in unmittelbarer Nähe von Gebäuden mit mittlererBebauungshöhe liegt. Ist Bebauung nur mittelbar betroffen, ist dieModellierung trotz kleineren Maßstabs sogar mit geringerem Aufwandmöglich, weil die Reynoldszahl dann durch die umgebenden Höhenbestimmt wird. Reynoldszahlenunabhängigkeit erhält man dann schonfür Windgeschwindigkeiten von etwa 1 m/s. Ein derartiger Fall wirdunten mit der Untersuchung für das Regierungspräsidium Stuttgartzur B 14n vorgestellt./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Tracertechnik/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Für die Tracermessungen in den Modellen werdeni.a. rasterartig Meßpunkte vorgegeben, so daß praktisch jederOrt im Modell analysiert werden kann. 19 dieser Meßstellen sind gleichzeitigansteuerbar, die der Experimentator jeweils frei wählen kann. Siebestehen aus feinen Meßröhrchen (Außendurchmesser 1,5mm,Innendurchmesser 1mm). Durch diese wird die Luft angesaugt und die Konzentrationdes darin enthaltenen Meßgases analysiert. Eine 20. Meßstellesammelt jeweils eine Probe der Umgebungsluft, da die sich ansammelnde Konzentrationim Raum vom Meßergebnis abgezogen werden muß (vergl. auch /5/).Als Meßgas dient ein zertifiziertes SFSUB>6/SUB>-Luft-Gemisch,das für die Messungen zur Linienquelle i.a. 1000 vpm SFSUB>6/SUB>in Stickstoff enthält und als festes Gemisch angeliefert wird./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Der Nachweis der Tracergaskonzentrationen erfolgtmit einem ECD (Elektronen-Einfang-Detektor) des Fabrikats Meltron. DieSF6-Tracer Methode hat sich besonders deshalb bewährt, weil man imgünstigsten Fall Konzentrationen bis zu 10SUP>-6/SUP> ppm nachweisenkann. Das Meltron-Gerät hat 6 Meßbereiche, von denen jeder übereinen Verstärker von 0-10 Volt betrieben werden kann. Die unteren3 Bereiche verschwinden mit zunehmender Meßdauer aber im Grundkonzentrationsrauschen,so daß effektiv 3 Meßbereiche zur Verfügung stehen. Aberauch damit können noch höchste Verdünnungsraten der Quellkonzentrationennachgewiesen werden./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Modellieren der Quellen/FONT>P>FONT FACECALIBRI>In den später vorgestellten Untersuchungen mußtenaufgrund der unterschiedlichen Quelltypen bzw. aufgrund der verschiedenenSituationen mehrere Modelliertechniken angewandt werden. Der Einflußeiner jeden Quelle ist separat zu untersuchen, um in der späterenÜbertragung auf die Natur die unterschiedlichen Betriebsbedingungender Quellen berücksichtigen zu können. Grundsätzlich istaber auch der Einsatz einer Mehrtracertechnik möglich (für jedenQuelltyp werden unterschiedliche Tracer verwendet). Man kann dann simultanverschiedene Quelltypen untersuchen./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Quelltypen sind entsprechend ihrer Emissionsdynamikzu unterscheiden. In der vorliegenden Untersuchung gilt folgende Typisierung:/FONT>UL>LI>FONT FACECALIBRI>Portal dynamische Punktquelle/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Straße passive Linienquelle./FONT>/LI>/UL>FONT FACECALIBRI>Die Dynamik der Portalquelle ergibt sich daraus, daßauch in der Natur die Abluft mit einem Anfangsimpuls ausgeblasen wird.Die Linienquelle hat als solche keine Eigendynamik. Zwar blasen die Fahrzeugein der Natur heiße Abgase aus, diese gelangen aber in den Hecksogdes emittierenden Fahrzeugs. Dort werden sie sehr schnell mit der kaltenUmgebungsluft vermischt, so daß aus der Temperatur der Abgase keineQuelldynamik resultiert. Die eigentliche Dynamik dieser Quelle - die Verwirbelungder Abgase durch den Verkehr - muß im Modellversuch mit nachgebildetwerden./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Im Modellversuch darf die Linienquelle selbst keineEingendynamik aufweisen. Um die Straße als linienförmige Emissionsquellenachbilden zu können, wird die Fahrbahnoberfläche z.B. aus einemspeziellen porösen Sintermetall ausgebildet. Durch die Fertigung diesesMetalls sowie durch eine geeignete Tracergasleitung ist sichergestellt,daß auf einer Streckenlänge von 1,60m das Gas mit gleichmäßigerIntensität austritt. Der Durchfluß des Tracergemisches mußso gering sein, daß das Gas praktisch impulsfrei, d. h. ohne nennenswerteEigengeschwindigkeit austritt. Dies ist notwendig, da die Tracergaswolkesonst einen nicht natürlichen Ausbreitungsweg nehmen würde./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Modellierung der Portalabluftquellen ist diekomplexeste Aufgabe der Windkanaluntersuchungen. In die Portalluft derAusblasseite wurde jeweils eine definierte Menge SFSUB>6/SUB> injiziert.Diese Seite ist die zu modellierende Quelle. Die andere Röhre dientzur Simulation der gegenseitigen Beeinflussung der einzelnen Luftströmungen.Für die Versuche sind die Ausblasseite und die Ansaugseite des Tunnelsmit gleicher Strömungsgeschwindigkeit betrieben worden, weil die Verkehrsbelastungenin beiden Röhren jeweils gleich groß waren. Die Ausblasröhredes Tunnels, die als Quellröhre verwendet wurde, mußte unabhängigvon der Ansaugröhre des selben Tunnels betrieben werden, damit - beispielsweisedurch Strömungskurzschluß - keine unkontrollierbaren Tracergasanteilein die Ausblasluft gelangen. Aus diesem Grund war jeweils eine Pumpe fürdie Ansaugröhre und eine für die Ausblasröhre dieses Tunnelsvorzusehen. Um die Portalkonzentrationen hinreichend genau bestimmen zukönnen, mußte von einer Mischung reiner Luft mit reinem SFSUB>6/SUB>ausgegangen werden. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit mit der die Luftaus das Portal ausströmt, ist in die entsprechende Tunnelröhreein Miniaturschalenkreuzanemometer eingebaut worden. Ein Anemometer gleichenTyps befindet sich in der anderen Portalröhre (Ansaugseite). Vor Beginnder Messungen wurden die Anemometer im eingebauten Zustand mit Hilfe vonHitzdrahtanemometern kalibriert und danach deren Position nicht mehr verändert.Die Kalibrierung war erforderlich, da die Schalenkreuzanemometer vom Herstellerfür eine freie Anströmung eingestellt worden sind. Im vorliegendenAnwendungsfall muß die Strömungsgeschwindigkeit einer Rohrströmunggemessen werden, wobei sich der Querschnitt im Rohr ändert./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Wie oben bereits erwähnt, ist die Simulationeines Abluftstrahls mit der geforderten Geschwindigkeit, der darüberhinaus auch noch regelbar sein muß, nicht unproblematisch. Zur Realisierungder angegebenen Ausblasverhältnisse (AusblasverhältnisTunnelluftgeschwindigkeit/Windgeschwindigkeit)werden zwei spezielle Hochleistungsseitenkanalverdichter eingesetzt undsimultan betrieben. Für die Untersuchungen zum Rheinufertunnel inDüsseldorf mußte noch ein weiterer Tunnel berücksichtigtwerden. Im Anschluß an das Südportal wird die VölklingerStraße (Rheinuferstraße) etwa 180 m frei geführt und gelangtanschließend in die Unterführung Gladbacher Straße. Modelltechnischmußte die Unterführung Gladbacher Straße mit einem drittenSeitenkanalverdichter simuliert werden, weil die Strömung des Ausfahrtportalsdie Hauptströmung vom Rheinufertunnel überlagert./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Aus den o.g. Ähnlichkeitsgründen wird eineLuftströmung im Tunnel des Modells von 5m/s nicht unterschritten.Mit der erreichbaren Überdachwindgeschwindigkeit von 11m/s ist dieSimulation eines unteren Ausblasverhältnisses von V*0,5 möglich.Der Abluftstrahl muß dabei einen Turbulenzgrad zwischen 10% und 12%aufweisen, damit er sich wie in der Natur aufweitet. Um geringe Konzentrationenmit hinreichender Genauigkeit nachzuweisen, kann bei diesen Untersuchungenkein Gas mit konstantem Mischungsverhältnis verwendet werden. Mitsteigendem Ausblasverhältnis zwischen 0 und 12 muß i.a. derSFSUB>6/SUB> -Anteil erhöht werden. Die Tracergaszugabe wurde überein elektronisches Dosiersystem des Fabrikats MKS 259 kontrolliert. DasMeßverfahren beruht auf Wärmeleitfähigkeitsmessungen desströmenden Gases und hat eine höhere Genauigkeit als 1%. Es konntenDurchflußmengen in den Bereichen von 0-20cmSUP>3/SUP>/min und 0-500cmSUP>3/SUP>/mineingestellt werden. Das SFSUB>6/SUB> wird vor der Quelle in den Versorgungsschlauchgeleitet. Aus den bekannten Flüssen Luft und SFSUB>6/SUB> kann diePortalkonzentration bestimmt werden. Da für die Ergebnisse zur Umrechnungauf die Natur nur Konzentrationsverhältnisse interessieren, ist dieZugabe von Tracern so gewählt worden, daß an den Meßstellenein deutliches Meßsignal vorliegt. Für quellnahe Meßstelleneinerseits und quellferne Meßstellen andererseits mußte dieTracerzugabe variiert werden, um das Analysegerät nicht zu übersteuernbzw. um an den quellfernen Meßstellen ein Signal über dem Grundkonzentrationsniveauzu erhalten./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>Rauchtracerversuche/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Vor Beginn der quantitativen Konzentrationsmessungenwerden die Strömungsverhältnisse mit Hilfe eines Rauchtracerssichtbar gemacht. Dazu werden aus einem modifizierten Nebelgenerator Wasser-Glycerin-Dampfdurch das Tunnelportal emittiert. Für 2dimensionale Strömungsinformationenkann die Strömung mit Hilfe einer speziellen Lichtschnittechnik sichtbargemacht werden. Der Strahl eines Argon-Ionen Lasers wird in ein dünnesLichtband aufgefächert, das über einen Bereich von etwa 50 cmim Modell verschoben werden kann. Die Rauchtracerversuche liefern ein qualitativesBild über den Einflußbereich der jeweiligen Quelle. Ergebnisseaus diesen Versuchen finden bei der Festlegung der KonzentrationsmeßstellenBerücksichtigung. Derartige Versuche sind erforderlich, um erste Vorstellungenüber das Ausbreitungsverhalten der Abluft im Untersuchungsgebiet zubekommen. Sie liefern Informationen über:/FONT>UL>LI>FONT FACECALIBRI>immissionsrelevante Orte der Meßstellen fürspätere Tracermessungen (Auswahl kritischer Bereiche und Höhen),/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>gegenseitige Beeinflussung von Ab- und Zuluftstrahl(Strömungskurzschluß),/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>kritische Windrichtungen und Ausblasverhältnisse,/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>besondere Strömungsverhältnisse für diespätere Interpretation der Meßergebnisse./FONT>/LI>/UL>FONT FACECALIBRI>Abhängig vom eingestellten Abluftausblasverhältnisoder der eingestellten Windrichtung sind jeweils unterschiedliche Bereichedes Untersuchungsgebietes betroffen. Ein endgültiger Meßstellenbelegungsplanwird in enger Anlehnung an Ergebnisse von Rauchtracerversuchen festgelegt./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>Modellierung der verkehrsbedingten Turbulenz/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Im Straßennahbereich ist die effektivste Turbulenzproduktionsquelleder Verkehr selbst. Die durch den Verkehr erzeugte Anfangsdiffusitätbestimmt im wesentlichen auch das Ausbreitungsverhalten und damit die quantitativenErgebnisse im Quellenumfeld. Der tatsächliche Einfluß der verkehrserzeugtenTurbulenz hängt u.a. auch von der Umgebungsbebauung ab und läßtsich nicht vorhersagen. Es ist daher in /5/ eine Methode entwickelt worden,die den dynamischen Einfluß des Verkehrs ensprechend nachbildet./FONT>P>FONT FACECALIBRI>An einem Band werden flache Plättchen befestigt,die im gegebenen Maßstab den Querschnitt der Modellfahrzeuge nachbilden.Dieses Band wird an den Modellenden über je 2 Rollen umgelenkt undunter dem Fahrkanal zurückgeführt. Jeweils eine dieser Rollenwird mit einem Elektromotor angetrieben. Beide Fahrspuren sind getrenntregelbar. Die einzustellende Verkehrsgeschwindigkeit muß in Vorversuchenermittelt werden und hängt außer von den WiderstandsflächenCSUB>W/SUB>/FONT>FONT FACESymbol>·/FONT>FONT FACECALIBRI>F (Widerstandsbeiwert mal größte Fahrzeugfläche) auch vonder Stadtrauhigkeit CSUB>U/SUB> (U für Umgebung) der Umgebung ab.Ergebnisse derartiger Vorversuche werden in /5/ ausführlich vorgestellt.Dort ist nachgewiesen worden, daß in einer Reynoldszahlen - unabhängigenStrömung oberhalb einer kritischen Modellfahrzeuggeschwindigkeit dieTransmissionsfunktion nicht mehr signifikant von der Fahrzeuggeschwindigkeitabhängt. Die sich dann einstellenden Funktionswerte sind als die Wertebei Normalverkehr festgestellt worden. Um diese Unabhängigkeit zuerzielen, war unter den damaligen Ausbreitungsbedingungen eine Fahrzeuggeschwindigkeitim Modell von 80 km/h erforderlich./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Im Rahmen der Untersuchungen zur Abdeckung der A40sind für den Prognose-Null-Fall, d.h., heutige Situation ohne Tunnel,die erforderlichen kritischen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt worden.Das Bild 3 zeigt für Meßstellen, die unmittelbar am Einschnittrandliegen - das sind die Stellen, bei denen der Verkehr den größtenEinfluß hat - die Transmissionsfunktionen in Abhängigkeit vonder Modellfahrzeuggeschwindigkeit. Im Gegensatz zu den Untersuchungen in/5/ stellt sich hier für komplexere Randbedingungen die gesuchte Unabhängigkeitbereits für Modellfahrzeuggeschwindigkeiten von höchstens 15km/h ein. Die tatsächlich kritische Fahrzeuggeschwindigkeit wird etwazwischen 10 und 15km/h liegen. Die Modellbedingungen im vorliegenden komplexenFall sind also wesentlich einfacher zu erfüllen, als in den einfachenSituationen gem. /5/. Für die folgenden Versuche sind zur Simulationdes Verkehrs die Modellfahrzeuggeschwindigkeiten auf etwa 22 km/h eingestelltworden. Es war davon auszugehen, daß man für sämtlicheMeßstellen und Windrichtungen sicher über der kritischen Fahrzeuggeschwindigkeitlag./FONT>BR>IMG SRCImage59.gif BORDER0 HEIGHT309 WIDTH612>UL>B>FONT FACECALIBRI>Bild 3: Einfluß der Fahrzeuggeschwindigkeit/FONT>/B>/UL>In der gleichen Weise wird vor jedem Windkanalversuch vor Beginn der eigentlichenVersuche die kritische Modellfahrzeuggeschwindigkeit für das entsprechendeGebiet ermittelt. Im Modellversuch Düsseldorf ist z.B. nur unmittelbarneben der Trasse noch eine leichte Abhängigkeit vom Verkehrsflußfestgestellt worden.P>Anders stellte sich die Situation bei den Untersuchungen zur B14n dar.Hierbei handelte es sich um eine neugeplante Brücke, die sich überdas Nesenbachtal in Stuttgart erstrecken soll. Wie bereits oben erwähnt,handelt es sich bei diesem Untersuchungsgebiet um ein stark strukturiertesGelände, so daß ein Gebiet modelliert werden mußte, dassich über 2 km erstreckt. Der Modellmaßstab wurde daher zu 1:500gewählt. Das Modell ließ sich aber dennoch nicht auf ein Drehmodellanordnen. Die Fahrzeugbewegung war hier in der oben geschilderten Weisenicht modellierbar. Die Anfangsdiffusität der Quelle wurde hier durcheine spezielle Quellkonfiguration erreicht. Die Homogenität der Quellewar sehr genau durch eine entsprechende symmetrisierte Tracergaszuführunggewährleistet. Für die Realisierung der Anfangsdiffusitätder Quelle wurde der austretende Tracerstrom an der Quelloberflächedurch ein stolperleistenähnliches Hindernis verwirbelt. Davon abgesehen,dürfte an den interessierenden Aufpunkten in dem hier vorliegendenUntersuchungsgebiet der Einfluß der verkehrsinduzierten Turbulenzkeine Rolle mehr spielen. Da die hier verwendete Technik aber wesentlicheinfacher zu realisieren ist, als die herkömmlich von uns verwendete,wäre ein Vergleich dieser beiden Verfahren anhand definierter Versuchsbedingungeninteressant.P>B> /B>P>B>Meßkonzept/B>P>Die eigentlichen Ausbreitungsexperimente mußten für jedeQuelle separat vorgenommen werden, weil sonst ein eindeutiger Quellbezugnicht mehr ableitbar wäre. Der Quellbezug ist jedoch erforderlich,denn nur damit ist die Umrechnung der dimensionslosen Transmissionsparameterin Konzentrationen möglich. Erst in der Immissionssimulation könnendie entnormierten Beiträge der einzelnen Quellen wieder überlagertwerden.P>Auf der Grundlage von vorliegenden Rauchtracerversuchsergebnisse wirdfür jeden Quelltyp ein eigener Meßplan entwickelt. Die Meßstellenbelegungist für jede Windrichtung und für jeden Quelltyp neu festzulegen.Immer dann, wenn der Abluftstrahl ein besonders großes, immissionsrelevantesGebiet überstreicht, werden für einzelne Windrichtungen auchbei gleichem Quelltyp Meßstellenumbelegungen vorgenommen. Damit isteine umfangreiche Erfassung des gesamten Untersuchungsgebietes möglich,ohne daß jede Meßstelle für jede Windrichtung explizitbelegt werden muß. Die Erfassung eines größeren Gebietesin mehreren Meßläufen bei sonst gleichen Ausbreitungsbedingungenist in der Regel allein schon deshalb erforderlich, weil i.a. quellnahe,direkt im Abluftstrahl liegende Meßpunkte mit untersucht werden müssen.Diese verschiedenen Fälle konnten wegen der oben geschilderten Gründenicht mit der gleichen Quellkonzentration untersucht werden.P>Der Abluftstrahl überstreicht für jede eingestellte Windrichtungein ganz bestimmtes Gebiet. Zwar ist dieses Gebiet nicht so deutlich einzugrenzenwie z.B. bei einer verhältnismäßig ungestörten Ausbreitung.Anhand der Rauchversuche ließen sich aber die Grenzen der Ausbreitungsgebietejeweils hinreichend gut abschätzen. Die jeweilige Meßstellenauswahlsoll gewährleisten, daß Messungen mit Nullkonzentrationen möglichstselten sind. Eine Meßstelle, über die man Informationen fürsämtliche Windrichtungen sammeln möchte, muß nicht notwendigerweisefür alle Windrichtungen belegt sein. Bei bestimmten Windrichtungenkann mit einiger Sicherheit z.B. vorhergesagt werden, daß eine MessungNull ergeben würde. Es wäre dann nicht zweckmäßig,diese Meßstelle für diese Windrichtungen zu belegen, sonderndie Probenahmestelle stattdessen an ein anderes Meßröhrchenanzuschließen. Mit jeder Drehung des Modells erhält man alsoein aktives Feld, das repräsentativ mit Meßstellen ausgelegtwird. Dabei ist es wichtig, auch die Randbereiche des Ausbreitungsgebietesmeßtechnisch zu erfassen. Zeigt z.B. eine Meßstelle in einemvermeintlichen Randgebiet statt der erwarteten niedrigen Konzentrationnoch hohe Werte, so muß diese Meßstelle nach einer Modelldrehungweiter belegt bleiben. In vielen Fällen ist eine weitere Messung beigleichen Modelleinstellungen aber anderen Meßstellenbelegungen erforderlich.Damit wird gewährleistet, daß nicht Werte zu Null gesetzt werden,die sich noch im relevanten Ausbreitungsgebiet befinden. Das relevanteAusbreitungsgebiet wandert mit jeder Modelldrehung. Dementsprechend werdendie Meßstellen umbelegt. Man erhält damit eine Informationsbasis,die wesentlich höher ist als mit dem Konzept stationärer, festvorgegebener Meßstellen. Obwohl der Aufwand bei einem dynamischenMeßgebiet wesentlich höher ist als bei einem stationären,resultiert ein überproportional hoher Informationsgewinn im Vergleichzum Mehraufwand. Insbesondere konnten mit der Methode des dynamischen Meßfeldessämtliche möglichen Konfliktbereiche in den Untersuchungsgebietenmeßtechnisch abgedeckt werden.P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Ausbreitungssimulationen/FONT>/FONT>/B>P>B>FONT FACECALIBRI>Portalabluft/FONT>/B>P>Die Untersuchungen zur Portalabluftausbreitung sind quantitativ undqualitativ die anspruchvollsten Messungen. Für die Untersuchung zurA40 waren das Ost- und Westportal und für die Tieflegung der Rheinuferstraßedas Nord- und Südportal zu untersuchen. Beim Rheinufertunnel kam darüberhinaus noch das Nordportal der Unterführung Gladbacher Straßehinzu.P>Untersuchungstechnisch unterscheiden sich die jeweiligen Portale - inder Regel sogar bei den unterschiedlichen Portalen des selben Tunnels -und müssen jeweils im gleichen Umfang abgehandelt werden. Die Ausbreitungdes Abluftstrahls hängt wesentlich vom eingestellten Ausblasverhältnisund von der relativen Richtung des Windes zum Abluftstrahl ab. Bei parallelemWind in Ausbreitungsrichtung der Abluft bleibt der Strahl zunächstverhältnismäßig kompakt. Die Abnahme der Konzentrationim Strahl erfolgt in erster Linie durch die Strahlturbulenz (die Fahrzeugwirkungmit berücksichtigt). Bei Gegenwind verliert die Abluftfahne sehr schnellihren Impuls und wird vollständig umgestülpt. Je nach der Bebauungssituationim Umfeld wird der Strahl mehr oder weniger stark aufgeweitet. Die Konzentrationennehmen in dieser Richtung rasch niedrige Werte an.P>Anhand von Einzelsituationen kann aber noch keine Immissionsbewertungvorgenommen werden. Diese lassen sich eher dazu heranziehen, Immissionsschutzmaßnahmenso zu konzipieren, daß sie möglichst effektiv sind. Bei genauerKenntnis des Ausbreitungsfeldes lassen sich besonders hohe Belastungssituationengezielt abbauen. Die eigentliche Beurteilung erfolgt auf der Grundlagevon statistischen Kenngrößen, für die es auch Beurteilungswertegibt. Ein Windkanalmeßplan muß daher so gestaltet werden, daßdie Berechnung der maßgeblichen Kenngrößen möglichist. In Bild 4 ist daher veranschaulicht worden, wie die Windkanalmessungenin Immissionsverteilungen umgerechnet werden. Die Darstellung beschränktsich auf den Simulationsweg für die Berechnung der Portalbeiträge.Die Ermittlung der Linienquellenbeiträge verläuft analog, istaber wesentlich einfacher, da die Dimension der Quelldynamik hier nichtzu berücksichtigen ist.P>Die Immissionssimulation baut sich im wesentlichen auf drei Blöckenauf. In Bild 4 enthält der mittlere Block die eigentlichen Windkanalmessungen.Dieser Block stellt die Transmissionsfunktionen für einen einzigenAufpunkt dar. Sie besteht jeweils aus zwei Matrizen - entsprechend fürNormalverkehr und für Stop-and-go -. Jede Matrix enthält in denZeilen die Funkionswerte für unterschiedliche Windrichtungen und inden Spalten die Abhängigkeit vom Ausblasverhältnis.BR> CENTER>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+2>Auswahlkriterien/FONT>/FONT>/CENTER>CENTER>IMG SRCImage60.gif HEIGHT278 WIDTH475>/CENTER>CENTER> /CENTER>CENTER>/CENTER>CENTER>IMG SRCImage61.gif HEIGHT217 WIDTH481>/CENTER>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1> /FONT>/FONT>/B>/CENTER>CENTER>IMG SRCImage62.gif HEIGHT285 WIDTH481>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 4: Immissionssimulation auf der Basis vonWindkanalmessungen/FONT>/B>P>Beispiele für Windkanalanwendungen in Fragen der Luftreinhaltung.Genau genommen müßten die Matrizen noch eine dritte Dimensionerhalten, die den Strahlauftrieb aufgrund von Abluftstrahlübertemperaturenbeschreibt. Ein derartiges Meßprogramm wäre aber so umfangreich,daß es praktisch undurchführbar ist. Auch müßtendazu die Naturvorgaben einer Abluftstrahltemperaturzeitreihe bekannt sein.Das gibt es praktisch nicht, so daß man sich hinsichtlich des Abluftstrahlauftriebsdarauf beschränkt, nachzuweisen, daß die Aussage ohne Berücksichtigungdes Auftriebs konservativ ist, was im allgemeinen der Fall ist. Es istaber durchaus möglich, daß einzelne Punkte aufgrund des Auftriebsauch höher durch Schadstoffe befrachtet werden. Man wird sich danndarauf beschränken, für diese Aufpunkte einen Sicherheitszuschlagabzuleiten. Es ist aber eher davon auszugehen, daß selbst an Aufpunkten,die im Einzelfall Konzentrationserhöhungen zeigen, statistisch dieAuswirkungen nur marginal sind. Ein Beispiel dazu wird unten vorgestellt.P>Auch ohne Berücksichtigung des Abluftstrahlauftriebs könnendie Matrizen nicht vollständig durch Windkanalmessungen gefülltwerden. Vielmehr ist ein geeigneter Meßplan so abzuleiten, daßanschließend numerische Interpolationsmöglichkeiten bestehen.P>Der erste Block in Bild 4 enthält die Naturvorgaben als Auswahlkriterium,der dritte Block stellt die Verknüpfung der Naturvorgaben mit derTransmissionsfunktion aus den Windkanalmessungen dar. Der erste Block enthältim wesentlichen zwei Auswahlmerkmale. Jede der drei Matrizen enthältfür eine vorgesehene 10-Jahres-Simulation etwa 88.000 Elemente, wennauf der Basis von Stundenmittelwerten simuliert wird. Das erste Auswahlkriteriumist zunächst die Windrichtung, mit der die Zeile der Transmissionsmatrixbestimmt wird. Zuvor muß aber eine Koordinatentransformation vorgenommenwerden, die aus der B>Windrichtung /B>FONT FACESymbol>a/FONT>FONT FACECALIBRI>und der Neigung zur Straßenachse zum Norden (/FONT>FONT FACESymbol>Q/FONT>FONT FACECALIBRI>)den entsprechend auszuwählenden Funktionswert zum Modellwinkel /FONT>FONT FACESymbol>f/FONT>FONT FACECALIBRI>bestimmt. /FONT>FONT FACESymbol>F/FONT>FONT FACECALIBRI>ist dabei jeweils in 10° - Schritten in der Funktionsmatrix enthalten./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Mit dem zweiten Auswahlkriterium wird der Spaltenwertder Funktionsmatrix bestimmt. Dazu muß zunächst die Abluftstrahlströmungsgeschwindigkeit- abhängig von den Verkehrsbedingungen, den aerodynamischen Beiwerkendes Tunnels und der Fahrzeuge sowie den Lüftungsbedingungen und denWinddrucken auf die Portale - ebenfalls als 10-Jahres-Zeitreihe bestimmtwerden. Die Verknüpfung dieser Matrix mit der Windgeschwindigkeitsmatrixergibt eine Abluftstrahlausblasverhältnismatrix, die das Ausblasverhältnisdarstellt. Die Berücksichtigung der unterschiedlichen FunktionsmatrizenNormalverkehr und stop and go erfolgt abhängig vom Verkehrszustanddurch ein logisches B>Oder/B>./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Im dritten Block werden die aus den Verkehrs- undEmissionsbedingungen berechneten Schadstoffquellstärken, die ebenfallsim Vorfeld als Zeitreihe ermittelt worden sind, und die Windgeschwindigkeitenmit dem jeweils selektierten Transmissionsfunktionswert IMG SRCImage63.gif HEIGHT30 WIDTH33>ensprechendder Gleichung (7) verknüpft. Als Ergebnis erhält man eine Konzentrationsmatrix,die die gleiche Größe wie die Windmatrix hat. Durch statistischeAuswertung können aus dieser Matrix die erforderlichen Kenngrößenfür die Beurteilung berechnet werden./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Beispiele für Windkanalmessungenin Fragen der Luftreinhaltung/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Am Grenzschichtwindkanal der Arbeitsgruppe Aerodynamikim Bauwesen an der Ruhr-Universität Bochum werden bereits seit 1980Ausbreitungsmessungen durchgeführt. Seit 1985 dienen hier in Zusammenarbeitmit dem Büro B>INFU-TECHNIK/B> Windkanalmessungen als Grundlagefür Immissionsprognosen. Die im folgenden vorgestellten Ergebnissegeben daher nur einen Ausschnitt aus dem Anwendungsspektrum wiedergeben.Auf die Gegenüberstellung von Windkanal- und Feldmessungen kann andieser Stelle verzichtet werden. In /4/ und /1/, konnte gezeigt werden,daß die Übereinstimmung von Windkanalmessungen mit Feldversuchenim allgemeinen sehr gut ist. /1/ /5/ und /6/ berichten ausführlichüber Untersuchungen zum Einfluß von Lärmschutzwändenund Anpflanzungen auf die Abgasausbreitung an Autobahnen. Die Ergebnissesind u.a. bereits in das MLuS-92 /7/ eingeflossen. In /4/ wird berichtet,wie auf der Grundlage von Windkanalmessungen Immissionsprognosen fürStraßen explizit durchgeführt werden. An dieser Stelle werdendaher insbesondere Anwendungen zu Straßentunneln und eine Ausbreitungssituationin stark topografisch gegliedertem Gelände sowie deren Ergebnisseim innerstädtischen Bereich vorgestellt./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>Rheinufertunnel Düsseldorf/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Typische Anwendungen für Windkanluntersuchungensind innerstädtische Straßentunnel. Unter dem Einflußkomplexer Bebauungsstrukturen gibt es keine andere Methode, die Ausbreitungder Abluft mit hinreichender Genauigkeit zu erfassen. 1988/89 sowie 1992/92sind umfangreiche Windkanaluntersuchungen zum seinerzeit noch in Plan befindlichenRheinufertunnel in Düsseldorf durchgeführt worden. Der Tunnelhat eine Gesamtlänge von etwa 2 km und emittiert aus den PortalenAbluft mit hoher Konzentration in das Umfeld. Das Bild 2 zeigt das Modellim Bereich des Nordportals - die Düsseldorfer Altstadt./FONT>BR>FONT FACECALIBRI>Für das Nord- und Südportal mußtenjeweils separate Windkanalmodelle gebaut werden. Auf der Grundlage derMessungen im Windkanal sind 1989 vom TÜV-Rheinland anhand von Computersimulationendie 10Jahresverteilungen der Immissionen berechnet worden. Aus diesen Immissionsverteilungenkönnen die statistischen Beurteilungsgrößen wie Jahresmittelwertund 98-Perzentil abgeleitet werden vgl. /4/. Gegenstand der genannten Untersuchungenu.a. war die Gegenüberstellung von 2 verschiedenen Entlüftungsvarianten.Im Vergleich zum Status-quo und zum Prognose-Null-Fall sind die zu erwartendenImmissionen bei der Abluftabgabe über die Portale bzw. über Abluftkamineermittelt worden. Exemplarisch sind in den Bildern 5 und 6 die Verteilungender 98-Perzentile des NOSUB>2/SUB> für den Ist-Zustand bzw. denPlanungszustand gegenübergestellt worden. Die Isolinien klassifizierendie von der vorhandenen Straße ausgehenden NOSUB>2/SUB>-Zusatzbelastungen(Bild 5) sowie die durch den geplanten Tunnel im Bereich des Südportals(Bild 6). Die Bebauungshöhe im dargestellten Gebiet variiert zwischen16 und 54 m. Ein Vergleich der Bilder 5 und 6 zeigt, daß sich nichtnur die Trassenführung, sondern auch der Bebauungszustand ändert.Die Rastergrößen betragen 30 m./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Es ist deutlich zu erkennen, daß sich die Immissionenim Bereich des Portals erhöhen. Der in Bild 6 dargestellte Fall istbesonders komplex, da sich nach etwa 180 m südlich hinter dem Hauptportalein weiterer ca. 300 m langer Tunnel anschließt. Die Immissionsbeiträgedieses Tunnels waren ebenfalls zu ermitteln. Das Bild 6 zeigt bereits dieGesamtbeiträge vom Haupt- und Nebentunnel sowie von der 180m langenfreien Strecke. Der Abluftstrahlauftrieb durch Übertemperaturen derTunnelabluft sind nicht mit in die Immissionssimulationen eingeflossen,da ein Temperaturjahresgang nicht ableitbar war. Gleichwohl ist der Einflußdes Auftriebs im Windkanal simuliert worden. Das Bild 7 zeigt exemplarischden Einfluß für den Windrichtungsbereich von 0SUP>0/SUP> bis150SUP>0/SUP>. Als Übertemperatur sind 4SUP>0/SUP> C simuliertworden. Die Darstellung zeigt das Verhältnis der über alle Meßstellenim Untersuchungsgebiet gemittelten Konzentrationen mit und ohne Abluftstrahlauftrieb.Es wird deutlich, daß die Schadstoffbelastungen vom Tunnel abhängigvon der Windrichtung episodenweise zwischen 20% und 80% niedriger liegenkönnen, als in der konservativen Prognose vorgegeben ist. Fürdie Gesamtaussage ist diese Tendenz vorsichtig zu bewerten. Da einerseitsder Temperaturgang nicht bekannt ist, es andererseits aber auch einzelneMeßstellen gibt, an denen sich Konzentrationserhöhungen einstellen./FONT>P>IMG SRCImage64.gif HEIGHT525 WIDTH569>CENTER>IMG SRCImage65.gif HEIGHT518 WIDTH569>/CENTER>P>IMG SRCImage66.gif HEIGHT296 WIDTH560>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 7: Einfluß des Abluftstrahlauftriebsaufgrund von Übertemperaturen/FONT>/B>P>B>Bemerkenswert sind auch die Ergebnisse der Untersuchungen zur Tunnelentlüftungüber einen Abluftkamin. Das Bild 8 zeigt die mit Bild 6 vergleichbareDarstellung. Die Ergebnisse unterscheiden sich nicht so gravierend, daßein Lüfterbauwerk sinnvoll wäre. Die Situation mit Lüfterbauwerkist lufthygienisch insgesamt zwar besser im Vergleich zur reinen Abluftabgabeüber die Portale, die Beiträge von der Unterführung GladbacherStraße, der Völklinger Straße und dem Abluftkamin hinterlassenimmer noch eine hohe Gesamtbelastung. Berücksichtigt man in einerGesamtbeurteilung, daß am Rheinufer über beinahe 2 km die Zusatzbelastungenvon der Rheinuferstraße völlig verschwinden, so bedeutet derRheinufertunnel auch aus lufthygienischer Sicht eine Qualitätsverbesserung./B>P>IMG SRCImage67.gif HEIGHT507 WIDTH573>P>FONT FACECALIBRI>Die Bilder 9 und 10 dokumentieren exemplarisch denEinfluß von komplexer Bebauung auf die Abluftausbreitung aus einemAbluftkamin. Sie stellen sogenannte Kaminhöhenfunktionen dar. DasBild 9 zeigt die Situation am Nordportal des Rheinufertunnels fürunterschiedliche Aufpunkte. Die Bilder oben ergeben sich bei Windrichtungenzum Rhein, wobei der Wind die verhältnismäßig homogeneBebauung der Altstadt überstreicht. Bei den Bildern unten ist derWind in die Bebauung hineingerichtet. Die Kaminhöhenfunktionen stellendie Konzentrationen an den Aufpunkten bei unterschiedlichen Kaminhöhenim Verhältnis zu den Konzentrationen bei einer Bezugshöhe von16,5 m dar. 16,5 m entspricht der mittleren Bebauungshöhe im Portalumfeld.Es wird also gezeigt, bei welchen Kaminhöhen die Konzentrationen anden verschiedenen Aufpunkten höher oder niedriger liegen als bei einerKaminhöhe von 16,5 m. Wenn der Wind zum Rhein hinbläst, nimmtdie Konzentration mit zunehmender Kaminhöhe stetig ab./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Die Kaminhöhenfunktionen lassen sich hier durchein modifiziertes Gaußsches Ausbreitungsmodell beschreiben. Die Meßstellenliegen dabei jeweils mit aufsteigender Numerierung weiter vom Kamin entfernt,wobei aufeinander folgende Nummern (z.B. N17, N18) jeweils 30 m entsprechen.Der direkte Abstand vom Kamin zur ersten Meßstelle N17 beträgtetwa 130 m. Der Wind bläst dabei genau aus Süd-West, wobei derPunkt N17 in direkter Richtung vom Kamin angeblasen wird. Der nördlicheund westliche Abstand vom Kamin beträgt genau 90 m. Die Position desKamins liegt bei Q14, wobei in absteigender alphanumerischer Folge derAbstand vom Kamin jeweils um 30 m in nördlicher Richtung zunimmt.Die Punkte N18, N19 usw. setzen sich dabei in direkter westlicher Richtungfort. Bläst der Wind dagegen aus Nord-West auf die Altstadtbebauungzu (Bild 9 unten), so nimmt abhängig von der Meßstelle die Konzentrationmit zunehmender Kaminhöhe nicht mehr in jedem Fall stetig ab. Würdeman hier z.B. ein Gaußsches Ausbreitungsmodell ansetzen, so würdeman an den Meßpunkten T10, U9 und X11 bei einer Kaminhöhe von24,75 m die Konzentrationen zu niedrig prognostizieren./FONT>P>IMG SRCImage68.gif HEIGHT834 WIDTH574>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Tieflegung der Rheinuferstraße:Umfeld Nordportal bei Altstadt/FONT>/FONT>/B>/CENTER>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>Bild 9: Kaminhöhenfunktionen im homogenund unbebauten Gelände/FONT>/B>/CENTER>CENTER>IMG SRCImage69.gif HEIGHT835 WIDTH573>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Tieflegungder Rheinuferstraße: Umfeld Südportal in Unterbilk/FONT>/FONT>/B>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 10: Kaminhöhenfunktionen im inhomogenbebauten Gelände/FONT>/B>P>B>Am Südportal, in dessen Umfeld die Bebauung wesentlich inhomogenerals am Nordportal ist, wäre der Fehler mit dem Gaußschen Modellnoch extremer. Ohne hier im einzelnen auf die Lage der Meßstellenin Abhängigkeit zum Kaminstandort einzugehen, zeigt das Bild 10, daßan einigen Meßstellen die Konzentrationen durch den Kamin in 1,50m Höhe über den Boden mit zunehmender Kaminhöhe noch ansteigenkönnen. Das bedeutet, daß in einer inhomogen bebauten Umgebungnicht unbedingt eine höhere Kaminhöhe zu einer niedrigeren Bodenbelastungführt. Z.B. ist am Aufpunkt S16 die Konzentration bei einer Kaminhöhevon 33 m noch beinahe 1 ½ mal so hoch wie bei einem etwa 8 m hohenKamin. Die aus lufthygienischen Gründen optimale Kaminhöhe kannalso durchaus niedriger liegen, als die mittlere Höhe der Umgebungsbebauung.Erst eine umfangreiche Immissionssimulation, die allen Windrichtungen undallen Meßpunkten Rechnung trägt, kann Auskunft darübergeben, welche Kaminhöhe als die optimale zu wählen ist. Es zeigtesich, daß bei Kaminhöhen bis über 50 m die Immissionenim Untersuchungsgebiet insgesamt nur marginal niedriger liegen als beider 100%-igen Abluftabgabe über die Portale. Dagegen sind Bereichezusätzlich belastet worden, die vorher nicht von der Tunnelabluftbetroffen waren. Der Grund dafür liegt einerseits in sogenannten downwash-Effektenaufgrund der hohen Umgebungsbebauung. Andererseits war zu berücksichtigen,daß der Tunnel aufgrund der Trägheit des Abluftstrahls und derSchleppwirkung der Fahrzeuge noch etwa 10% Restabluft über die Portaleabgibt./B>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Teilabdeckung der A 40 in Essen/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Der Rheinufertunnel steht als Beispiel für eineTrasse, die an den Portalen nahezu in Gleichlage verläuft. Die Bilder11 und 12 zeigen dagegen Ergebnisse einer Immissionsprognose für denPrognose-Null-Fall (Bild 11) und für die geplante Abdeckung der imEinschnitt geführten Stadtautobahn A40 in Essen (Bild 12) zwischender Wickenburgstraße und Hobeisenstraße. Sie zeigen die beidenuntersuchten Bereiche in der Umgebung des West- und des Ostportals. Dasaufgedruckte Raster hat je Masche eine Länge von 30 m. Der unterschiedlichschattierte Bereich an beiden Seiten der Trasse stellt exemplarisch fürdas 98-Perzentil des NOSUB>2 /SUB>die Belastungssituation dar. Die dunkelstenZonen geben Bereiche mit auftretenden Grenzwertüberschreitungen wieder.Die Bilder stellen bereits eine bewertende Dokumentation dar. Bewertetwird hier der unmittelbar an den Einschnitt angrenzende 30 m Bereich. Flächenin größerer Entfernung werden im Portalumfeld zwar ebenfallszusätzlich belastet, die resultierenden Immissionen liegen aber deutlichim unkritischen Konzentrationsbereich. Damit wird insbesondere auch dieNahbereichsrelevanz der Quelle unterstrichen./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Interessanterweise liegen die maximalen Konzentrationennicht in unmittelbarer Nähe zum Portal, sondern sie treten 80 und180 m vom Portal entfernt auf (vergl. Bild 12 Beurteilungsgebiet West oben).Auf der Ostseite treten dagegen keine vergleichbaren Immissionsbelastungenauf, obwohl sich auch hier Gebäude unmittelbar am Einschnittrand befinden.Die Begründung wird anhand der Bilder 13 und 14 deutlich. KritischeWindrichtungen sind in der Regel die Queranströmrichtungen. Die derA40 nächstgelegenen Gebäude an der Nordseite des Einschnitts- die Benno-Strauß-Straße - bestimmen im wesentlichen das Ausbreitungsverhaltenam Westportal. Bei nördlichen Winden gelangt ein großer Teilder Abluft trotz der Tieflage der A40-Trasse und trotz der relativ hohenImmissionsschutzwände in den Leesog der Gebäude. Diese Bilderzeigen Rauchaufnahmen an dem Portal nächstgelegenen Gebäude derBenno-Strauß-Straße. Das Bild 13 zeigt die Situation bei Normallichtund das Bild 14 als Lichtschnitt. Man erkennt deutlich, daß sichan der Gebäudereihe ein Ablösegebiet ausbildet, in das der Abluftstrahlumgelenkt wird. Diese Gebäude werden also bei Mit- und Gegenwindrichtungenmit Abluft aus dem Tunnel beaufschlagt. Bei niedrigen Ausblasverhältnissenwaren die näher zum Portal liegenden Gebäude (Bilder 13 und 14)betroffen und bei höheren Ausblasverhältnissen der etwa 150 mvom Portal beginnende Gebäudeblock. Zwischen den beiden Baublöckenliegt eine Bebauungslücke, in der die Konzentrationen deutlich niedrigerliegen. Diese Lücke ist für ein Lüftungskonzept verwendetworden, um die Grenzwertüberschreitungen an der Benno-Strauß-Straßeabzubauen./FONT>P>FONT FACECALIBRI> /FONT>P>IMG SRCImage70.gif HEIGHT789 WIDTH564>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Abdeckung der A40 in Essenzwischen zwischen Wickenburg und Hobeisenstraße/FONT>/FONT>/B>/CENTER>DIR>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 11: Immissionsbeurteilung der Ist-Situationbei zukünftiger Verkehrsbelastung/FONT>/B>/DIR>/DIR>/DIR>IMG SRCImage71.gif HEIGHT778 WIDTH562>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Abdeckung der A40 in Essenzwischen zwischen Wickenburg und Hobeisenstraße/FONT>/FONT>/B>/CENTER>DIR>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 12: Immissionsbeurteilung des Planungsfallsbei zukünftiger Verkehrsbelastung/FONT>/B>/DIR>/DIR>/DIR>CENTER>IMG SRCImage72.gif HEIGHT343 WIDTH496>/CENTER>P>HR ALIGNRIGHT WIDTH25% SIZE4>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Abdeckung der A40 in Essen zwischenzwischen Wickenburg und Hobeisenstraße/FONT>/FONT>/B>DIR>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 13: Normallicht-Rauchtraceraufnahme/FONT>/B>CENTER>B> /B>/CENTER>CENTER>B> /B>/CENTER>/DIR>/DIR>/DIR>CENTER>IMG SRCImage73.gif HEIGHT331 WIDTH488>/CENTER>P>HR ALIGNRIGHT WIDTH25% SIZE4>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Abdeckung der A40 in Essen zwischenzwischen Wickenburg und Hobeisenstraße/FONT>/FONT>/B>DIR>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 14: Lichtschnitt-Rauchtraceraufnahme/FONT>/B>/DIR>/DIR>/DIR>B>In diesem Konzept ist die Lüftung im Tunnel abhängig von dervorherrschenden Windrichtung sowie der zugehörigen Windgeschwindigkeitso gesteuert worden, daß die Hauptbelastungen möglichst in dieseBebauungslücke eingeleitet werden. Dieses konnte jeweils durch Erhöhungder Lüftung erzielt werden, wenn der portalnahe Gebäudeblockbeaufschlagt wurde, durch Abschalten der Lüftung, wenn die Selbstlüftungdurch die Fahrzeuge die Hauptabluft bereits in diese Lücke einleitetund zuletzt durch eine weitere Erhöhung der Lüftung, wenn derAbluftstrahlimpuls aufgrund der Selbstlüftung bereits so hoch war,daß der entfernt liegende Bebauungsblock an der Benno-Strauß-Straßebetroffen war. Für ein solches Konzept ist eine ständige Winderfassungerforderlich, weil das Ausblasverhältnis nicht nur von der Tunnalabluftgeschwindigkeit,sondern auch von der Windgeschwindigkeit abhängt. Ein derartiges Konzeptist ausschließlich auf der Grundlage von Windkanalmessungen ableitbar.Solange keine wesentlichen baulichen Änderungen im Untersuchungsgebietvorgenommen werden, kann mit Hilfe der vorliegenden Transmissionsparameterauch bei sich ändernden Verkehrs- und Emissionsbedingungen ein neuesLüfterkonzept durch Computersimulationen abgeleitet werden. Auf derGrundlage der Windkanalmessungen konnte aber ein Lüfterkonzept entwickeltwerden, mit dem die NOSUB>2/SUB>-Immissionen deutlich werden konnten.Bei dem abgeleiteten Konzept ist die maximal zu installierende Lüfterleistungder Nordröhre um das 1,8fache zu erhöhen./B>P>B>Am Ostportal ist dagegen keine geschlossene Bebauung an der A40 vorhanden,so daß sich die Tieflage und die Immissionsschutzwände hierdirekt auswirken. Bei Queranströmung gelangen die Abgase bereits starkverdünnt aus dem Einschnitt in die Umgebung, da die Abgase bis zu500 m im Einschnitt gefangen bleiben und sich über diese Strecke Frischluftin den Einschnitt mit einmischt. Die eigentliche Zusatzbelastung durchden Tunnel wird daher über eine lange Strecke verteilt, was zu einerverhältnismäßig niedrigen Immissionsbelastung in der Umgebungführt. Lediglich an Gebäuden in der Nähe der Trasse geratenAbgase in den Leesog der Gebäude, was an diesen Stellen etwas höhereImmissionsbelastungen erwarten läßt. Da hier aber keine geschlosseneBebauung wie am Westportal vorliegt, bleiben die Immissionskonzentrationenrelativ niedrig./B>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Abluftausbreitung in topographischstark gegliedertem Gelände/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Die geplante B14 zwischen Stuttgart Schattenringund Südheimer Platz wird im Bereich des Südheimer Platzes übereine bis zu 23 m hohe Brücke geführt, die im Osten an den Tunneldurch die Heslacher Wand anschließt/FONT>P>FONT FACECALIBRI>Bei einer Verkehrsbelastung von etwa 50.000 Kfz/Tagkönnen relevante schadstoffimmissionsseitige Auswirkungen im naheliegendenSiedlungsgebiet nicht ausgeschlossen werden - insbesondere weil auch dieImmissionsvorbelastung im Untersuchungsgebiet bereits hoch ist. Ein Hochhausbefindet sich in weniger als 60 m Abstand von dieser geplanten Brückeund überragt diese noch deutlich. Nordöstlich von der geplantenBrücke befinden sich bereits in etwa 30 m Entfernung empfindlicheNutzungen. Insbesondere für eine nahe gelegene Kindertagesstättewar ein Nachweis erforderlich, daß dort zukünftig schädlicheImmissionskonzentrationen auszuschließen sind. Gegen den Planfeststellungsbeschlußzu diesem Vorhaben wurde vor allem aus diesen Gründen vor dem Verwaltungsgerichtshofin Mannheim geklagt./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Das potentielle Auswirkungsgebiet ist topografischstark gegliedert, so daß die Ausbreitung von Schadstoffen durch dielokalen Verhältnisse deutlich geprägt wird. Um diese Effektereal zu simulieren, werden Windkanalversuche durchgeführt. EinfachereVerfahren zur Belastungseinschätzung stehen für derart komplexeSituationen nicht zur Verfügung./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Für die Untersuchungen ist ein Geländemodellgebaut worden. Das Bild 15 gibt einen Überblick über den Untersuchungsbereich.Der modellierte Bereich ist durch eine fette Umrandung markiert. Das FotoBild 16 zeigt das Modell aus der Richtung Süd-West. Im Verlauf desNesenbachtals erkennt man vor der geplanten Brücke das Hochhaus./FONT>P>FONT FACECALIBRI>Das modellierte Versuchsgebiet ist hinreichend groß,so daß sich die lokalen Strömungen naturgetreu ausbilden können.Die einzelnen Höhenschichten der Topografie sind mit Styroporplattennachgebildet worden. Der Bewuchs wird durch Drahtwolle simuliert, die dieEigenschaft von Bewuchs sehr gut nachbildet, /6/./FONT>P>IMG SRCImage74.gif HEIGHT806 WIDTH564>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Neubau der B14 in Stuttgartzwischen Schattenring und Südheimer Platz/FONT>/FONT>/B>/CENTER>DIR>DIR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 15: Modellgebiet für die Windkanalsimulationen/FONT>/B>CENTER>IMG SRCImage75.gif HEIGHT455 WIDTH330>/CENTER>/DIR>/DIR>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Neubau der B14 in Stuttgartzwischen Schattenring und Südheimer Platz/FONT>/FONT>/B>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 16: Gesamtübersicht aus Südwest/FONT>/B>P>B>Die Tracergasquellen, die B14 mit Brücke und Tunnel müssenso realisiert werden, daß die Dynamik der Quelle naturgetreu simuliertwird. Der Brückenkörper muß maßstäblich verkleinertdie gleichen Abmessungen haben wie in der späteren Hauptausführung.Die Dynamik der Quelle wird wie oben beschrieben nachgebildet. Die vertikaleAufweitung der Tracergasfahne ist dabei nicht ganz so groß wie siebeim Einsatz von Modellfahrzeugen in größeren Modellmaßstäbenwäre. Die gemessenen Tracergaskonzentrationen und damit die auf dieNatur umgerechneten Immissionen sind dadurch höher. Dieses ist imSinne einer konservativen Betrachtung akzeptiert worden./B>P>B>Im Bild 17 ist die Meßstelle für die Referenzwindgeschwindigkeitzu erkennen. Es handelt sich um eine Hitzdraht-Kreuzsonde der Firma DANTEC.Die Sondenspitze befindet sich etwa in der Bildmitte. Die Meßhöheentspricht der der Naturmeßstelle am Marienplatz. Um -falls erforderlich-später auch auf andere Referenzhöhen umrechnen zu können,ist das lokale bodennahe Windprofil vom Boden bis zu einer Höhe vonumgerechnet 50 m gemessen worden./B>P>B>Es waren zwei Quellen zu untersuchen:/B>UL>LI>B>Der Einflüsse der offen geführten Abschnitte, insbesonderedie geplante Brücke,/B>/LI>LI>B>der Tunnel durch die Heslacher Wand./B>/LI>/UL>CENTER>IMG SRCImage76.gif HEIGHT316 WIDTH546>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Neubau der B14 in Stuttgart zwischenSchattenring und Südheimer Platz/FONT>/FONT>/B>BR>B>FONT FACECALIBRI>Bild 17: Teilansicht des Modells mit geplanterBrücke/FONT>/B>P>B>Zur Realisierung der B14 mit der Brücke ist von unten ein zertifiziertesSF6-Luftgemisch eingeleitet worden, das über die gesamte Emissionsbreitein die Modellumgebung injiziert wird./B>P>B>Beim Tunnel sind unterschiedliche Abluftausströmgeschwindigkeitenzwischen 1 und 8 in der oben beschriebenen Weise eingestellt worden. Trotzhoher SF6-Zugaben konnten an keiner der Meßstellen noch signifikateKonzentrationen nachgewiesen werden, so daß der Tunnel bei der späterenImmissionsberechnung nicht mehr berücksichtigt werden mußte./B>P>B>Für die Messungen wurden je Windrichtung an 28 MeßpunktenProben angesogen und analysiert. Für die Bedienung von 28 Meßpunktenmußten also Mehrfachversuche mit Meßstellenumbelegungen durchgeführtwerden. Da nicht jeweils alle Meßstellen umbelegt werden mußten,sind gleichbleibende Meßstellen zur Überprüfung der Reproduzierbarkeitder Messungen verwandt worden./B>P>B>Gleichzeitig mit den Tracermessungen wird in der Referenzhöhe(nach Naturvorgabe 22 m) die Windgeschwindigkeit gemessen. Diese fließtin die Berechnung der dimensionslosen Ausbreitungsparameter mit ein./B>P>B>Eine Beurteilung der Immissionen ist nur dann möglich, wennihre statistischen Kenngrößen, Jahresmittelwert und 98-Perzentilaus den Messungen abgeschätzt werden können. Die Ausbreitungsfunktionensind daher für verschiedene Windrichtungen ermittelt worden. Eigentlichmüßten für jede Windrichtungsklasse, die zur Verfügungsteht, die Ausbreitungsfunktionen bestimmt werden. Um den Untersuchungsaufwandzu beschränken, sind die Messungen aber nur für die Windrichtungenmit den größten Häufigkeiten durchgeführt worden.Dieses sind auch die kritischen Windrichtungen, bei denen der Wind dieAbgase von der Brücke auf die besiedelten Bereiche zubläst. Betrachtetman die Windrose im Bild 18, die aus Windmessungen im gleichen Tal am Marienplatzim Jahr 1977 erstellt worden ist, so fällt es auf, daß sichdurch das Nesenbachtal eine eindeutige Hauptwindkomponente aus Südwestmit einer Häufigkeit von 31,7 % ausbildet. Diese Windrichtung istfür die Immissionsbeiträge im nordöstlich gelegenen SiedlungsgebietHeslach besonders relevant und lieferte aus den Windkanalmessungen auchdie höchsten Konzentrationen. Dreht der Wind weiter nach Süden,so nehmen die Konzentrationen in diesem Siedlungsgebiet sehr schnell ab./B>P>B>Bei Winden aus Nordost ist der südwestliche Bereich der GewerbeansiedlungHeidenklingenstraße (Foto Bild 16, Bebauung um das Hochhaus) am stärkstenbetroffen. Mit einer Häufigkeit von 9,2 % ist diese Windrichtung fürden südwestlichen Bereich immissionsrelevant./B>CENTER>B>Marienplatz 1977/B>/CENTER>CENTER>IMG SRCImage77.gif HEIGHT481 WIDTH534>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 18: Mittlere Häufigkeit der Windrichtungenin %/FONT>/B>P>B>Mit Erfassen der häufigsten und gleichzeitig kritischen Windrichtungenund dem Jahresmittelwert der Windgeschwindigkeiten läßt sichder Jahresmittelwert der Immissionen aus dem DTV abschätzen. Schwierigerist die Ermittlung der 98-Perzentile. Um diese abzuschätzen, mußein Zusammenhang zwischen dem Auftreten von kritischen Verkehrssituationenund kritischen Windrichtungen hergestellt werden. Das ist keine Schwierigkeit,wenn Verkehrstages- oder sogar Wochenganglinien einerseits und Windzeitreihenandererseits zur Verfügung stehen. Im vorliegenden Fall existierteaber nur ein DTV-Wert für die Verkehrsbelastung. Da andererseits aberTagespegel der Windrichtungshäufigkeiten für die relevanten Windrichtungsklassenvorlagen ist es sinnvoll, auch Annahmen über die Ganglinien des Verkehrszu treffen. Dazu wurde die Tagesganglinie der B27, die wie die B14 ebenfallsradial von Süden nach Stuttgart verläuft, als vergleichbar angenommenund mit einem DTV von 50.000 Kfz auf die lokalen Bedingungen umgerechnet.Hinsichtlich der Windgeschwindigkeiten ist der Jahresmittelwert und einmittlerer nicht hinreichend. Benötigt würde ein Tagesgang derWindgeschwindigkeitshäufigkeiten je Windrichtungsklasse. Diese standenaber für die Meßstelle am Marienplatz nicht zur Verfügung.Ersatzweise wurden Häufigkeitsverteilungen der Windgeschwindigkeitenaus den Jahren 1990 und 1991 von der Meßstation Schwabenzentrum herangezogen.Die Verteilungsfunktion wurde in modifizierter Form auf die Bedingungenam Marienplatz übertragen. Es war insbesondere zu berücksichtigen,daß am Marienplatz keine Calmen vorkommen, d.h. in keinem Fall Windgeschwindigkeitenunter 0,5 m/s aufgetreten sind. Mit diesen zusätzlichen Informationenwaren auch die 98-Perzentile abzuschätzen./B>P>B>Ergebnisse/B>P>B>Die Lage der Meßstellen zeigt das Bild 19. Sie sind mit 1 bis28 durchnumeriert./B>P>B>Die stärksten Auswirkungen der Neubaumaßnahme ergebensich an den Meßstellen 10 und 11, die weiter entfernt liegen alsdie übrigen Meßstellen. Durch die Hochlage der Straßewerden die maximalen Bodenkonzentrationen erst in größerer Entfernungvon der Trasse erreicht./B>P>B>In den Bildern 20 und 21 sind exemplarisch für das 98Perzentildes NOSUB>2/SUB> die Gesamtbelastungen dargestellt. Die Gebietsvorbelastungist als einfach schraffierte Fläche dargestellt. Es ist zu beachten,daß die Ordinaten der Diagramme nicht bei Null beginnen. Die Meßstellen1-12 liegen nordwestlich von der geplanten B14, und hier liegen auch diebesonders empfindlichen Wohngebiete. Es zeigt sich, daß die Belastungenhier aufgrund der Neubaumaßnahme über dem Vorbelastungsniveauliegen werden. Auf der anderen Seite -südwestlich von der B14- liegendie NO2-Immissionen nach dem Neubau der B14 geringfügig überder Vorbelastung. Die Werte liegen noch deutlich unter Grenzwert von 200µg/mSUP>3/SUP> gemäß der 22. BImSchV. An der Meßstelle11 sind die Zusatzbelastungen aufgrund der B14n so hoch, daß miteiner Überschreitung des Prüfwertes von 160 µg/mSUP>3/SUP>gemäß der 23. BImSchV zu rechnen ist./B>P>B>Im Bild 21 repräsentieren die Meßstellen 15 bis 18 dieBodenmeßstellen am Hochhaus. Eine genauere Übersicht liefertdas Bild 22, das auch die Belastungen an den einzelnen Gebäudefassadenin verschiedenen Höhen am Hochhaus dargestellt. Es zeigt sich, daßdie Verteilungen über die Höhe verhältnismäßiggleichmäßig sind. Das bedeutet, daß die lokalen Effektedurch das Hochhaus gegenüber den Effekten, die sich aus der ausgeprägtenTopografie ergeben, kaum noch eine Rolle spielen. Die Konzentrationen inBodennähe am Fuß des Hochhauses sind am höchsten und nehmenzum Dach hin ab. An der Ostfassade ergeben sich die höchsten Werte.Es werden aber keine Grenzwerte überschritten./B>P>B>Es ist festgestellt worden, daß die Immissionsbelastung sichaufgrund des Neubaus der B14 erhöht. Es ergeben sich aber keine unzulässighohen Immissionswerte. Aufgrund des Immissionsgutachtens sind die Einwände,daß unzulässig hohe Immissionen durch die B14 folgen würden,vom Verwaltungsgerichtshof Mannheim zurückgewiesen worden. EntsprechendeGutachten der Kläger sind gegen das Windkanalgutachten nicht anerkanntworden./B>P>IMG SRCImage78.gif HEIGHT828 WIDTH575>CENTER>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Neubau der B14 in Stuttgartzwischen Schattenring und Südheimer Platz/FONT>/FONT>/B>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 19: Meßstellen/FONT>/B>P>IMG SRCImage79.gif HEIGHT394 WIDTH575>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 20: NOSUB>2/SUB> Belastungen nordöstlichvon der B14 n/FONT>/B>CENTER>IMG SRCImage80.gif HEIGHT403 WIDTH575>/CENTER>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 21: NOSUB>2/SUB> Belastungen südwestlichvon der B14 n/FONT>/B>P>IMG SRCImage81.gif HEIGHT415 WIDTH575>P>B>FONT FACECALIBRI>Bild 22: NOSUB>2/SUB> Belastung an den Hochhausfassaden/FONT>/B>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Schlußbetrachtung/FONT>/FONT>/B>P>FONT FACECALIBRI>Durch Windkanalversuche können die atmosphärischenTransportgleichungen im Analogverfahren gelöst werden, so daßdie Simulation der Schadstoffausbreitung insbesondere im komplexen Terrainmöglich ist. Es konnte dokumentiert werden, daß der Windkanalbereits einen festen Platz in der Planungspraxis hat. Insbesondere fürden unmittelbaren Quellnahbereich gibt es noch kein Verfahren das ähnlichbelastbare Immissionsvorhersagen erlaubt. Aber auch thermisch geschichteteStrömungen sind mittlerweile unter bestimmten Voraussetzungen möglich/3/./FONT>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1> /FONT>/FONT>/B>P>B>FONT FACECALIBRI>FONT SIZE+1>Literatur/FONT>/FONT>/B>OL>LI>FONT FACECALIBRI>Brilon, W.; Niemann; H.J.; Romberg, E.:Wind Tunnel Experimentson Spread of Exhausts in the Vicinity of Motorways. Proc. 14th ARRB Conference,Part 3, pp. 177-186, 1988./FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Eichhorn, J.: Entwicklung und Anwendung eines dreidimensionalenmikroskaligen Stadtklima-Modells. Dissertationsschrift, Mainz, 1989/FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Kuttler, W.; Romberg, E.: The Occurrence and Effectivenessof Country Breezes by Means of Wind Tunnel and In Situ-Measurements. Tobe publ. 9th World Clean Air Congress, IU-9A.04, Montreal, Sept. 1992./FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Romberg, E.: Wind Tunnel Studies on the Effect of Trafic,Pollution Protecting hedges and Structures on the Diffusion of ExhaustGases on Roads. Proc. of the International Road and Traffic Conferenceon Roads and Traffic 2000, Vol. 5, Berlin 1988, pp 53-5./FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Romberg, E.; Niemann, H.-J.; Brilon, W.; Hölscher,N.: Windkanaluntersuchungen über die Ausbreitung von Abgasen an Hochleistungsstraßen2. und 3. Teilstudie im Auftrage der BASt; Bochum 1984 und 1986./FONT>/LI>LI>FONT FACECALIBRI>Rauterberg-Wulff, A. (1999b): Beitrag des Reifen- und Bremsenabriebs zur Rußemission an Straßen. Fortschrittsberichte desVDI, Reihe 15: Umwelttechnik Nr. 202./FONT>/LI>LI> FONT FACECALIBRI>Lohmeyer, A., Düring, I.(2001): Validierung von PM10-Immissionsberechnungen im Nahbereich von Straßenund Quantifizierung der Feinstaubbildung von Straßen. Auftraggeber:Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologie, Berlin undSächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Dresden. Juni 2001./FONT>/LI>/OL> /td> /tr>/table> /BODY>/HTML>);?>
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