Windkanäle als Hilfsmittel bei
Ausbreitungsfragen im
Nahbereich
Wolfgang Theurer
Ingenieurbüro Theurer, An den Gewerbewiesen 16, 67374 Hanhofen
Tel. 06344/508789, e-mail: [email protected]
IBT
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
IBT
Regelungen bei Ausbreitungsfragen im Nahbereich
TA Luft (2002) Abschnitt 5.5 – Ableitung von Abgasen
→ „Abgase sind so abzuleiten, dass ein ungestörter Abtransport mit der
freien Luftströmung ermöglicht wird.“
1. BImSchV (2010) §19 - Ableitbedingungen für Abgase
→ kennt den Begriff des „ungestörten Abtransports mit der freien
Luftströmung“ nicht !
VDI 3781 Blatt 4 (neue Version: Juli 2017)
→ fordert u. a. „den ungestörten Abtransport der Abgase mit der freien
Luftströmung“ durch Freisetzungen nur außerhalb von Rezirkulationszonen
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
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Schematische Darstellung der Rezirkulationszonen:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Wolfseher, Gertis: Bodennahe Aerodynamik, Gesundheits-Ingenieur 99 (1978) H.9
Generell:
Ungestörter Abtransport der
Emissionen mit der freien
Luftströmung ergibt reduzierte
bodennahe Immissionen.
Schornsteinhöhe: Mündung 0,4 m über First
Schornsteinposition: firstnah
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Ungestörter Abtransport mit der freien Luftströmung:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Schornsteinhöhe: Mündung in 2,3 m Hori-
zontalabstand von der Dachfläche
Schornsteinposition: an der Traufe
→ ungünstig, da Mündung in der Rezirku-
lationszone
Schornstein in Anlehnung
an VDI 3781 Blatt 4Schornstein zulässig nach
1. BImSchV
Zusätzlich: Ausreichende Verdünnung beachten.
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Firstnahe Schornsteine (1989):
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
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Firstnahe Schornsteine (1990):
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Hausladen, G. (1990): Handbuch der Schornsteintechnik, Feuerungsanlagen und Abgassysteme, Planung – Berechnung – Ausführung. 2. Auflage. R. Oldenbourg Verlag München Wien 1990.
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Rezirkulationszone eines hohen vorgelagerten Gebäudes:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Schornstein zulässig nach
1. BImSchV
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Rezirkulationszone eines vorgelagerten Gebäudes:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Schornstein zulässig nach 1. BImSchV
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Hilfsmittel bei Ausbreitungsfragen im Nahbereich:
Numerische Modelle
standardmäßig diagnostische numerische Strömungs- und Ausbreitungsmodelle, im Nahbereich zu empfehlen: prognostische Modelle (siehe VDI 3783 Blatt 9, 2017),
in der Regel keine Berücksichtigung geneigter Dächer möglich, vereinfachen Gebäude zu firsthohen „Ersatzquadern“1 im Rechengitter,
Abweichungen bei Aufpunkten im Gebäudenahbereich möglich,
liefern in der Regel mittlere Größen,
erfordern zusätzliche Annahmen bei Gerüchen.
1 siehe Bericht „Ersatzquader_20170327.pdf“ unter „Berichte zur Umweltphysik“, Nummer 9, Ingenieurbüro Janicke, www.janicke.de/de/bzu.html
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Modell einer tatsächlichen Bebauung („Original“):
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Original
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Umsetzung in ein „Ersatzquadermodell“
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Ersatzquadermodell
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Hilfsmittel bei Ausbreitungsfragen im Nahbereich:
Windkanaluntersuchungen mit physikalischen Modellen
(siehe VDI 3783 Blatt 12, 2000)
bilden Gebäude einschließlich der Dachformen naturgetreu ab,
berücksichtigen Vegetation und Topografie,
erlauben räumlich hoch auflösende Messungen auch in komplexen Strukturen,
Konzentrationen lassen sich als Zeitreihen direkt messen,
und
erlauben eine unmittelbare Sichtbarmachung der Strömungs- und Ausbreitungsvorgänge.
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Sichtbarmachung der Ausbreitung:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
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Sichtbarmachung der Ausbreitung:
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Sichtbarmachung der Ausbreitung:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
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Messung von Konzentrationszeitreihen:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ko
nz. in
pp
m
Zeit in h
Original Ersatzquader
WR 190°Messpunkt „A“
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Überschreitungshäufigkeiten (z. B. bei Geruchsproblemen):
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ko
nz. in
pp
m
Stundenanteil
Original Ersatzquader
WR 190°Messpunkt „A“
MW EQ: 0.043
4 x MW EQ: 0.170
Original: 0.101; EQ: 0.099
IBT
Messung von Konzentrationszeitreihen:
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ko
nz. in
pp
m
Zeit in h
Original Ersatzquader
WR 246°Messpunkt „A“
IBT
Überschreitungshäufigkeiten:
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Ko
nz.
in p
pm
Stundenanteil
Original Ersatzquader
WR 246°Messpunkt „A“
MW EQ: 0.034
4 x MW EQ: 0.136
Original: 0.182
EQ: 0.075
In 10% einer Stunde werden überschritten:
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Hilfsmittel bei Ausbreitungsfragen im Nahbereich:
Wann sind Windkanaluntersuchungen angebracht ?
Im Vorfeld:
Bei ungünstigen meteorologischen Verhältnissen
Bei Grenzfällen für eine Anwendung der Richtlinie VDI 3781 Blatt 4,
zum Beispiel
bei verschachtelten, sehr komplexen Bebauungen (wie Innenhöfe oder vergleichbare Situationen),
bei topografischen Besonderheiten (wie Tal- oder Steillagen).
Im Nachhinein:
häufig bei Streitfällen.
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Beispiel aus dem Windkanal:
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Beispiel aus dem Windkanal:
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Rezirkulationszone eines hohen vorgelagerten Gebäudes:
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Beispiel aus dem Windkanal:
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Umsetzung in ein „Ersatzquadermodell“
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
Ersatzquadermodell
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Fazit:
Windkanäle berücksichtigen strömungsrelevante Details bei der
Modellierung und liefern räumlich und zeitlich hoch auflösende
Messergebnisse.
Mit überschaubarem Aufwand können so
die Strömungs- und Ausbreitungsverhältnisse sichtbar gemacht,
(manche) Konflikte bereits im Vorfeld vermieden,
strittige Konflikte beurteilt,
und die Wirksamkeit vorgeschlagener Konfliktlösungen überprüft
werden.
Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena
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