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07.10.2013
Ingenieurbüro LohmeyerGmbH & Co. KGKarlsruhe und Dresden
Innovative Methoden zur Einbindung des relevanten bodennahen Luftaustauschs in
vorausschauende städtebauliche Planungsprozesse
Ulrich ReuterLeiter Stadtklimatologie, Amt für Umweltschutz der Stadt Stuttgart
Marcus LetzelIngenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co.
KG, Karlsruhe
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Ziel
• Innovative Darstellungsmethoden der Ergebnisse von dreidimensionalen Simulationsmodellen
• Ergänzende Darstellungsmethoden für die gutachterliche Praxis
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Motivation
• Typische Szenarien:– Zusammenarbeit zwischen Fachleuten verschiedener Disziplinen– Kommunikation mit Auftraggeber– Bürgerbeteiligung
• Welche Verbesserungen werden durch die Innovationen angestrebt?– Steigerung der Effizienz– Steigerung der Akzeptanz (vgl. Vortrag 13:45 Uhr, Herr Beier)
• Bedarf:– Erweiterte Darstellung der Ergebnisse der Gutachten
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Status quo
3D-Simulation für umweltmeteorologische Gutachten:• Strömungs- und Ausbreitungsverhältnisse
Derzeitige Darstellungsmethoden:• 1D-Profile, z.B. vertikale Windprofile• 2D-Schnitte
– Horizontal:• eben• geländefolgend
– Eingeschränkt: Vertikal• Einfache 3D-Ansichten
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Beispiel 1
Klimaberechnung:Simulation der Kaltluftströmung im Großraum Stuttgart
• Modell: ProWiMo• Visualisierung: Paraview
Szenario:• Tagesgang Strömung
und Temperatur,Beginn 18 Uhr
• Übergeordneter Ostwind• Nächtliche Kaltluft-
abflüsse modifizieren dieWindrichtung lokal
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Beispiel 1
Klimaberechnung:Simulation der Kaltluftströmung im Großraum Stuttgart
• Basis: perspektivische 3D-Darstellung– Potentielle Temperatur in 10 m über Grund (Farbe)– Geschwindigkeitsfeld in 10 m über Grund (Vektorpfeile)
• Innovationen in der 3D-Darstellung:
1. Vertikale Geschwindigkeitsprofile
2. Beliebig orientierte Schnitte
3. Geschwindigkeitsfelder in zwei Höhen über Grund gleichzeitig
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Beispiel 1
Klimaberechnung:Simulation der Kaltluftströmung im Großraum Stuttgart
• Film (extern)
• Beliebiger Schnitt, transparent:Kaltluftabfluss 23 Uhr
Achtung:Wahl einer speziellen Farbskala für detaillierteTemperaturverteilung
• ÜbergeordneteStrömung als zweites Vektorfeld (grün)
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Beispiel 2
Windberechnung:Simulation der Strömung in einem Stadtteil
• Modell: WinMISKAM• Visualisierung: Paraview
Szenario:• Strömungsverhältnisse in
typisch mitteleuropäischem Stadtteil (sog. „Michelstadt“)
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Beispiel 2
Windberechnung:Simulation der Strömung in einem Stadtteil
• Basis: perspektivische 3D-Darstellung
• Innovationen:
1. Stromlinien
2. Beliebig orientierte Schnitte
(Auch Innovationen aus Beispiel 1 sind hier möglich.)
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Beispiel 2
Windberechnung:Simulation der Strömung in einem Stadtteil
• Film (extern)
• Beliebiger Schnitt:Windkomponente quer zur Anströmung
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Beispiel 3
Gekoppelte Strömungs- und Ausbreitungsrechnung:Schadstoffausbreitung im Nachlauf eines Einzelgebäudes
• Modell: OpenFOAM• Visualisierung: Paraview
Szenario:• Emission aus einem
(unsichtbaren) Schorn-stein
• Ausbreitung der Schadstoffwolke
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Beispiel 3
Gekoppelte Strömungs- und Ausbreitungsrechnung:Schadstoffausbreitung im Nachlauf eines Einzelgebäudes
• Basis: perspektivische 3D-Darstellung– Quelle schwarz– Schadstoffwolke
• Innovationen:
1. Intuitiver Eindruck der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung
2. Isooberfläche(n) im Raum:• Position: vorgegebener Wert einer Variable (hier: Konzentration)• Farbe: Wert einer ggf. anderen Variable (hier: Windgeschwindigkeit)
(Auch Innovationen aus den Beispielen 1 und 2 sind möglich.)
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Beispiel 3
Gekoppelte Strömungs- und Ausbreitungsrechnung:Schadstoffausbreitung im Nachlauf eines Einzelgebäudes
• Filme (extern)
Zum Vergleich:Mittlere Konzentrationsverteilung in der Symmetrieebene
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Zusammenfassung
• Ein „Werkzeugkasten“ zur flexiblen, bedarfsgerechten und intuitiv verständlichen 3D-Visualisierung von 1D-, 2D- und 3D-Daten ist z.B. Paraview.
• Folgende innovative Darstellungsmöglichkeiten:
1. Vertikale Geschwindigkeitsprofile als Trajektorien
2. Beliebig orientierte Schnitte
3. Geschwindigkeitsfelder in zwei Höhen über Grund gleichzeitig
4. Stromlinien und Partikel
5. Isooberfläche(n) im Raum• Die 3D-Visualisierung bietet einen weiteren Einblick in die fachlichen
Zusammenhänge dreidimensionaler Simulationsmodelle.
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