07.10.2013 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Karlsruhe und Dresden Innovative Methoden zur...

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

07.10.2013 Reuter & Letzel: Innovative Darstellungsmethoden 2


Ziel

• Innovative Darstellungsmethoden der Ergebnisse von dreidimensionalen Simulationsmodellen

• Ergänzende Darstellungsmethoden für die gutachterliche Praxis



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



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



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



Beispiel 1


• 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



Beispiel 1


• Film (extern)

• Beliebiger Schnitt, transparent:Kaltluftabfluss 23 Uhr

Achtung:Wahl einer speziellen Farbskala für detaillierteTemperaturverteilung

• ÜbergeordneteStrömung als zweites Vektorfeld (grün)



Beispiel 2

Windberechnung:Simulation der Strömung in einem Stadtteil

• Modell: WinMISKAM• Visualisierung: Paraview

Szenario:• Strömungsverhältnisse in

typisch mitteleuropäischem Stadtteil (sog. „Michelstadt“)



Beispiel 2


• Basis: perspektivische 3D-Darstellung

• Innovationen:

1. Stromlinien


(Auch Innovationen aus Beispiel 1 sind hier möglich.)



Beispiel 2


• Film (extern)

• Beliebiger Schnitt:Windkomponente quer zur Anströmung



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



Beispiel 3


• 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.)



Beispiel 3


• Filme (extern)

Zum Vergleich:Mittlere Konzentrationsverteilung in der Symmetrieebene



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


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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