Immissionsprognose Luft Gutachtenprüfung

Wolfgang J.MüllerSTE; former Lower Saxony State Agency for Ecology

Bucharest, 21st to 23rd of February 2006

Component 4: “Operational Duties, Integrated Permitting Procedure”Activity 4.3: “Establishment of an Integrated Permitting Procedure, Application of BAT”Mission 41-1: Workshop – “Presentation of the “Manual on Integrated Permitting Procedure” 1

EU-Twinning Project RO2004/IB/EN-09 “Implementation and Enforcement of the Environmental Acquis

at National Level and Coordination of 8 Regional Twinning Projects”

Immissionsprognose Luft

GutachtenprüfungWolfgang J.Müller

Bucharest February 2006






Diese Anforderungen an ein Gutachten gelten für

jedes

Immissionsprognose

Modell !






Gliederung

1. Einleitung

2. Anforderungen an gutachterliche Stellungnahmen

3. Prüfung von Gutachten

4. Fazit






1. Einleitung

• Grundlage zur Feststellung und Beurteilung von

Luftschadstoffen bei Anlagen ist die TALuft

• Für die Immissionsprognose Anhang 3 der TALuft

• Und …..







Grundlagen

• TALuft

• Anforderungen des LAI an Messstellen (Gutachter)

für Emissionsmessungen

• VDI / DIN Richtlinien

Es ist nicht ausreichend diese nur aufzuzählen!






• Beschreibung der Aufgabenstellung

• Vollständige Messplanung

• Beschreibung des tatsächlichen Ablaufs der Messung

• Bei Abweichung von anerkannten Messverfahren oder

Verwaltungsvorschriften detaillierte Begründung erforderlich

• Messwertauflistung


Allgemeine Anforderungen






• Darstellung der Auswerteverfahren

• Qualitätssicherungsmaßnahmen

• Namentliche Benennung des Berichterstatters und der

beteiligten Personen

• Aufgabenstellung und Bewertung der Ergebnisse müssen

aufeinander abgestimmt sein

• Verwaltungsrechtliche Bewertung obliegt der Behörde


Allgemeine Anforderungen






• Emissionsgutachten (E-Messberichte)

• Immissionsgutachten (I-Messberichte)

• Immissionsprognosegutachten (I-Prognose)

3. Prüfung von Gutachten

3 verschiedene Gutachten bilden das „Team“ der

Immissionsprognose






Prüfung von Emissionsgutachten

Formulierung der Messaufgabe

- Vollständige Beschreibung der Aufgabenstellung

- Darstellung der aufgabenbezogenen Sachprobleme

Die Aufgabe muss mit den im Gutachten beschriebenen Mitteln von Dritten nachvollzogen werden können.

Anlagenbeschreibung- Beschreibung der relevanten Anlagenteile inkl. Emissions-

quellen und Einrichtungen zur Erfassung und Minderung der Emissionen

- Betriebs- bzw. Emissionszeiten der Anlage

- Betriebszustand der Anlage während der Messung






Messergebnisse

- Plausibilitätsprüfung der Messergebnisse

- Ergebnisse vergleichbarer Anlagen vorhanden?

- Liegen die Ergebnisse im erwarteten Bereich?

- Weisen die Abluftrandparameter Unplausibilitäten auf?

Prüfung von Emissionsgutachten

Unter Berücksichtigung der genannten Prüf- und Beurteilungspunkte ist dann zu entscheiden, ob das Gutachten bzw. der Messbericht plausibel ist.






Immissionsgutachten

Als Grundlage der Vorbelastung der Immission

Als Bestimmung der Emissionsquellstärke bei diffusen Emissionsquellen

Als Prüfung der Zusatzbelastung durch die neue Quelle






Prüfung von Immissionsprognosegutachten

Einsatzgebiete:

- beliebige Entfernungsbereiche

- einzelne Quellen oder Viel-Quellensysteme

- ebenes oder komplexes Gelände

Ziel:

Prognose der vorhandenen und/oder zu erwartendenSchadstoffbelastung

Immissionsprognosen






Schematischer Ablauf einer Immissionsprognose:

Aufbereitung für die

Ausbreitungs-rechnung

Ausbreitungs-rechnung

Transmission

Bewertung der

Ergebnisse

Ergebnis Ausbreitungs

-rechnung Immission

Daten-sammlung Emission






Prüfung von Immissionsprognosegutachten

Die bisher genannten Anforderungen an gutachterliche

Stellungnahmen sind auch hier zu berücksichtigen.

- Vollständige Beschreibung der Aufgabenstellung

- Darstellung der aufgabenbezogenen Sachprobleme

Die Aufgabe muss mit den im Gutachten beschriebenen Mitteln von Dritten nachvollzogen werden können.

Notwendige Basisinformationen






- Emissionsdaten aus zitierten Messberichten oder einschlägiger

Literatur

- Bewertung der verwendeten Daten

- Rückschlüsse auf andere Anlagen belegen

- Entsprechen die Quellen den Anforderungen der TA Luft?

Emissionsbegrenzungen, Schornsteinhöhe, Ableitung Über

Dach

- Frühere Gutachten zur betrachteten Anlage sind zu benennen

Datensammlung

Die im Gutachten verwendeten Daten sind eindeutig ihrer Herkunft nach zu kennzeichnen und ihrer Auswahl nach zu bewerten.






Eingangsdaten für die Ausbreitungsrechnung

• Die korrekte Überführung der gesammelten Daten in die

Eingangsdatei der Ausbreitungsrechnung ist von

entscheidender Bedeutung!

• Eine detaillierte sachgerechte Prüfung der Eingangsdaten

zur Immissionsprognose ist nur mit ausreichender

Fachkenntnis über das verwendete Ausbreitungsmodell

möglich. Aber die notwendige Vorprüfung kann auch die

Genehmigungsbehörde durchführen !






• Emissionsdaten/-faktoren

• Emissionsmassenstrom

• Abgasvolumen inkl. Bezugsangabe

(feucht/trocken)

• Abgasgeschwindigkeit

• Wärmestrom / Abgastemperatur

• Quellhöhe und räumliche Ausdehnung der Quelle

• Lage der Emissionsquellen (Lageplan)

Eingangsdaten für die Ausbreitungsrechnung






Eingangsdaten Meteorologie

Herkunft des Datensatzes

• Standort (Koordinaten)

• Anemometerhöhe

• Umgebung Einflußfaktoren

Zeitliche Repräsentativität des Datensatzes

Räumliche Repräsentativität

Übertragbarkeit auf Anlagenstandort geprüft ?






1. Ist die Station für die Ausbreitungsverhältnisse im Rechengebiet repräsentativ ?

2. Werden die lokalen Windsysteme von der Station ausreichend berücksichtigt ?

3. Werden die zu erwartenden Hauptwindrichtungen von der Station genügend genau wiedergegeben ?

4. Welche Methode wurde zur Übertragung der meteorologischen Daten einer Station auf das Rechengebiet verwendet? z. B. nach Kolb, FITNAH, METRAS

Eingangsdaten Meteorologie






Quelle:argusoft






Z0 Rauigkeitslänge

Die Datenbankinternen (CORINAIR)

örtlichen Zuweisungen sind mit der Realität zu vergleichen

und ihre sachgerechte Anwendung ist zu prüfen






Die Turbulenzerzeugung aufgrund der Bodenrauigkeitwird durch die Rauigkeitslänge z0 beschrieben.

Die Rauigkeitslänge liegt etwazwischen 1/10 und 1/20 der Hindernishöhe.





at National Level and Coordination of 8 Regional Twinning Projects”Klasse

z0 in

mNutzung nach CORINE–Kataster

1 0,01 Strände, Dünen und Sandflächen; Wasserflächen

2 0,02 Deponien und Abraumhalden; Wiesen und Weiden ; Natürliches Grünland; Flächen mit spärlicher Vegetation; Salzwiesen; Gewässerläufe; Mündungsgebiete

3 0,05 Abbauflächen; Sport– und Freizeitanlagen; Nicht bewässertes Ackerland; Gletscher und Dauerschneegebiete

4 0,10 Flughäfen; Sümpfe; Torfmoore; Meere und Ozeane

5 0,20 Straßen, Eisenbahn; Städtische Grünflächen; Weinbauflächen; Komplexe Parzellenstrukturen; Landwirtschaft und natürliche Bodenbedeckung; Heiden und Moorheiden; Felsflächen ohne Vegetation

6 0,50 Hafengebiete; Obst– und Beerenobstbestände; Wald–Strauch–Übergangsstadien

7 1,00 Nicht durchgängig städtische Prägung; Industrie– und Gewerbeflächen; Baustellen; Nadelwälder

8 1,50 Laubwälder; Mischwälder

9 2,00 Durchgängig städtische Prägung

Rauigkeitsklassierung nach TALuft






z0 Verteilung, Beispiel






• InputDatei Austal2000

• Meteorologie

• Aufpunktraster

• Rauigkeitslänge (CORINE-Kataster)

• Qualitätsstufe






• Ausbreitungsprogramm mit Versionsnummer (AUSTAL2000)

• Aussagen zum Anwendungsbereich des Modells (z.B.

Gebäudeumströmung)

• Den Einsatz des Ausbreitungsmodells begleitende, qualitätssichernde Maßnahmen

Ausbreitungsrechnung

Zur der Ausbreitungsrechnung sind u.a. folgende Angaben

erforderlich:






Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung

Ergebnisdarstellung:

• Darstellung der Berechnungsergebnisse in tabellarischer

Form (Beurteilungsflächen, Monitorpunkte)

• Graphische Darstellung der Berechnungsergebnisse mit

Beurteilungsflächen

Einfache, erste Plausibilitätsprüfung mit der

Windrichtungsverteilung der verwendeten Meteorologie






Bewertung der Ergebnisse der

Ausbreitungsrechnung

• Sind die allgemeinen Anforderungen an Gutachten erfüllt?

• Sind alle genannten Punkte vom Gutachter zufriedenstellend

abgearbeitet worden?

• Erscheinen die ermittelten Ergebnisse plausibel?

Nach Abarbeitung der genannten Prüf- und Beurteilungspunkte

ist dann zu entscheiden, ob das Gutachten plausibel ist.






Immissionsprognosegutachten






4. Fazit

• Auf die Einhaltung der allgemeinen Anforderungen an

Gutachten ist zu achten!

• Die Prüfung von Immissionsprognosegutachten erfordert

Sach- und Fachkenntnis.

• Die Dokumentation der angewendeten Vorgehensweise

als auch einzelner Arbeitsschritte ist im Rahmen der

Qualitätssicherung unbedingt notwendig.

Die vom Gutachter erzeugten Ergebnisse

müssen durch Dritte reproduzierbar sein.






Austal2000Thanks for your attention






Air Pollution

Dispersion Calculation

Industry

Wolfgang J. Müller

Former Lower Saxony State Agency for Ecology






Overview• Basic• Stack height• Gauss vs. Lagrange model • TA Luft – AUSTAL2000• Meteorology• Example Preassessment• Remarks






First General Administrative Regulation Pertaining the

Federal Immission Control Act

Technical Instructions on Air Quality Control – TA Luft1. October 2002

Basic:Basic:TA LuftTA Luftnew Licensing procedure guidelinenew Licensing procedure guidelinefor fullfillingfor fullfillingEU Guidelines Air QualityEU Guidelines Air Quality






First step:Checkstack height






Source strength Exhaust volume

= f ( Mieteneigenschaften,... Betreiber (Management),.... Meteorologie...)

EM

ISS

ION

Point source or diffusive source ?






Low stack height

High stack

TR

AN

SM

ISS

ION

Distance from Source






Abbildung 1: Nomogramm zur Ermittlung der Schornsteinhöhe

D= 1.5 m

T= 80 Grad C

R= 60000m3/h

Q/S (kg/h)

24 kg /h

0.08= 300

H = 55 m plus x m for developed areas

Stack height –Nomogram TA Luft /

Q/S =






PM

SO2

TALuft,Annex 7,Tab. 22

Adjust !?






Gauß Model

TALuft 1986

AUSTAL86






Restrictions of GAUSS Model• Wind- and Turbulence fields are homogeneous in space and time• Flat, homogeneous terrain• Constant source strength• invalid by calm, low windspeed• Statistic of Dispersion Classes

• Dispersion parameters by experiments• Dispersion coefficients valid in the range approx. 100 m ----------------------10 km

• Results:Annual Mean Value, 98% Percentile






Lagrange Partikelmodell VDI 3945 Blatt 3 includePhysical processes :

• Transport by the mean wind

• Dispersion in the Atmosphäre

• Dry Deposition • Chemical process of 1. Order

• thermal & mechanical impuls (plume rise)






Lagrange Modelsystem

„new model system“






0…….80 s.................... 240 s later

Emission1000 Particlesin H=100 m

Calculation of Concentration by mass of particleof each cell volume

Distance from source (m)






Transformation of EU Guideline Air Quality in

National law and TALuft• Components:

NO2, SO2, Benzene, PM10, Tetrachlorethen, Hydrogenfluoride, Ammonia

Heavy metals …• Ambient air concentration and deposition• Timescales:

annual mean, daily mean, and hourly mean with exceedence frequencies per year






Check of Dispersion Calculation ReportProcess flow

Preparation for Calculation

Dispersion Calculation

Transmission

Evaluation of results

Results of Calculation

Ambient air

Data-Collection Inputdata Emission,

Meteo

Orography

Buildings






AUSTAL2000

• Next generation dispersion model

Most flexibel approach with respect to • Meteorology• Terrain, Orography• Wind flow around buildings• Use of meteorological time series• Proved in practice since 16 years






Advantage vs. Gauss model concept

• Timeseries of emission • Timeseries of Meteorology• Profile of winddirection, velocity depending

of height• Roughness length • Terrain, orography • Chemical transformation 1. Order






• Instationary dispersion situation• Timeseries and statistics of meteo data• all kinds of Point- , line-, area- and volume-

sources• Calculation of shorttime and longterm

concentrations • Monitoring of hourly values at monitoring sites

Advantages of AUSTAL2000






AUSTAL2000

• Free software (GNU license) • Programm and software source code

• Based on System LASAT, Janicke• commercial software package

www.austal2000.de






Odour Dispersion Calculation included !

Model system






Meteo Input data• Winddirection in the height of anemometer

• Windvelocity in the height of anemometer

Turbulence describing parameters:• Monin- Obukhov Length• Boundary layer height

• Roughness length describing the turbulence production by soil roughness

• Displacement height• Dispersion Class as used before.






Mean Roughness LengthSubject to the Land CoverIndicated in theCORINE Land CoverInventoryTab. 14 Annex 3 TALuft






Z0 Roughness length

DisplacementHeight d

Forest: z0 = 1,5 mDisplacement Height d= 6*z0 = 9, 0 m

Windprofile u~ ln (z)






Corine Land Cover

http://www.corine.dfd.dlr.de






Z0= 0.77m R=2 km






Meteo Data File StructureTimeseries *.akt

• * AKTERM-Zeitreihe, Deutscher Wetterdienst, Offenbach (KB1A) • * Zeitraum 01/1999 bis 12/1999 • * anonymisierte Daten, Stand: 11.04.2002 • + Anemometerhoehen (0.1 m): 32 41 57 74 98 144 200 244 283

• Station Direction• Year Velocity n/10 (m/s)

• Month Dispersion Class• Day Mixing Height • Time• AK 10999 1999 01 01 00 00 1 1 150 29 1 2 1 -999 9• AK 10999 1999 01 01 01 00 1 1 130 31 1 2 1 -999 9• AK 10999 1999 01 01 02 00 1 1 130 33 1 2 1 -999 9• AK 10999 1999 01 01 03 00 1 1 130 35 1 3 1 -999 9• AK 10999 1999 01 01 04 00 1 1 140 30 1 2 1 -999 9





at National Level and Coordination of 8 Regional Twinning Projects” T

RA

NS

MIS

SIO

N

Wind Direction Distribution (1 year in %)






R= 50 * H,xi,yi c> 3% Limit Value Year

? X,Y max. concentrationadditional loadselection of 2 measuring sites

area of calculation

AUSTAL2000






Monitor point hourly timeseries gas

Imm

issi

on






Nesting of grid cell






ti „ Project1-2006“qs -2az anno96.aktermhq 60z0 0.5so2 2.2no2 4.5no 3.4pm-1 4.7pm-2 4.7

TitleQuality stageData file meteoQuellhöhe (m)Roughness lengthSO2-emission in g/sNO2-emission in g/sNO-emission in g/sDust emission(d < 2.5 µ)Dust emi (2.5 < d < 10 µ)

Input data






Log data file/ data file of Results AUSTAL2000

2004-04-22 17:39:02 START…..

=========================== Beginn der Eingabe ==========================> ti "0305 Tierhaltung Ohne" 'Projekt-Titel Title> gx 3384360.00 'X-Koordinate des Bezugspunktes Reference Coordinate> gy 5794920.00 'Y-Koordinate des Bezugspunktes Reference Coordinate> z0 0.50 'Rauhigkeitslänge roughnesslength> qs 0 'Qualitätsstufe quality stage> as "E:\Meteorology\Austal2000\osnabrueck_91-00.aks" 'AKS-Datei meteodatafile> ha 10.00 'Anemometerhöhe (m)> dd 30 'Zellengröße (m) cellgrid> x0 -413.8 'X-Koordinate der l.u. Ecke des Gitters (coordinate 0,0)> nx 30 'Anzahl Gitterzellen in X-Richtung number of grid cells> y0 -319.0 'Y-Koordinate der l.u. Ecke des Gitters (coordinate 0,0)ny 26 'Anzahl Gitterzellen in Y-Richtung number of grid cells……….

Check in detail is possible !!






• Particle size depending calculation of PM: ambient air concentration and deposition

• Calculation of deposition of Ammonia (Nitrogen)

• Chemical transformation of NO to NO2

• Calculation of 3- dimension Windfield in the case of terrain and building

Advantages of AUSTAL2000






Next steps in Romania:

• Use of AUSTAL2000, source code available, free of charge

• Data format transformation of meteo data for AUSTAL2000

• Automatic roughness length calculation adoption• training






Example – Screening methods preassessment air quality

• Collect, summerize emissions• Compare with National, EMEP Inventory….• What stack height is needed ?• Are emission data reliable?• Calculate air conconcentration by AUSTA2000 model, • Compare with passive sampler and…






1. Simulation of annual mean Concentration






Calculated Time series (hourly) at Monitoring Point 1






Remarks

1. You need persons, who are mainly involved in dispersion calculation !

2. You have to reinforce these persons for checking dispersion calculation reports !

3. These persons have to build up a knowledge center for all kinds of dispersion calculation questions in accordance to the EU Guideline of Air Quality






Thanks for your attention ! …

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