Windkanäle als Hilfsmittel bei

Ausbreitungsfragen im

Nahbereich

Wolfgang Theurer

Ingenieurbüro Theurer, An den Gewerbewiesen 16, 67374 Hanhofen

Tel. 06344/508789, e-mail: IB.Theurer.SP@t-online.de

IBT

Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena

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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:

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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):

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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:

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Schornstein zulässig nach

1. BImSchV

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Rezirkulationszone eines vorgelagerten Gebäudes:

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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“):

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Original

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Umsetzung in ein „Ersatzquadermodell“

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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:

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Sichtbarmachung der Ausbreitung:

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Sichtbarmachung der Ausbreitung:

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Messung von Konzentrationszeitreihen:

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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

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:

Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, 24.10.2017, Jena

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“

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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.

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