Projekt 08391/01

Entwicklung eines benutzerfreundlichen Screening-Modells zur Abschätzung der Immissionskonzentrationen im Nahbereich von innerstädtischen Parkanlagen und Tiefgaragen

Projektdurchführung

Ingenieurbüro Matthias Rau
74081 Heilbronn

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen des beantragten Projektes sollte ein numerisches Modell entwickelt werden, mit dem für typische innerstädtische Bebauungsstrukturen und typische Abluftbedingungen aus Parkgaragen die Immissionsbelastung im Nahbereich der Abluftöffnungen bestimmt werden kann. Das Modell muss eine Ersteinschätzung der zu erwartenden Immissionssituation für standardisierte Fälle erlauben. Es soll zum einen in der Planungsphase fundiert unterstützen, zum anderen aber auch zur Einschätzung der Relevanz von bestehenden Parkgaragen bzgl. der Immissionsgesamtbelastung eingesetzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBasierend auf einer Analyse von Parkgaragen wurde in einer ersten Stufe erarbeitet, wie Parkgaragen in der BRD typischerweise entlüftet werden. Ausgehend von diesen Daten wurden typische Arten von Freisetzungsbedingungen bei Parkgaragen analysiert und es wurden typische innerstädtische Bebauungsstrukturen unter Berücksichtigung strömungsmechanischer Gesichtspunkte definiert.
In der zweiten Stufe wurden für diese typischen Konfigurationen Eingabedateien für die Berechnungen mit dem Modell MISKAM festgelegt und es wurden umfangreiche Testrechnungen mit dem Modell MISKAM für gebäudenahe Punktquellen durchgeführt.
In der dritten Bearbeitungsstufe wurden für die ausgewählten Bebauungsstrukturen sowie unterschiedliche Quellpositionen für Einheitsemissionen bei jeweils 24 Windrichtungen Ausbreitungsrechnungen durchgeführt und in einer Datenbank abgelegt.
Die vierte Stufe umfasst die Erstellung von Programmroutinen, mit denen mit aktuellen Emissionswerten und aktuellen Winddaten auf der Basis der in der Datenbank abgelegten normierten Konzentrationswerte die tatsächlichen Immissionsfelder für einen konkreten Fall berechnen werden können. In der fünften Stufe wurden die gesamten Programmroutinen sowie der Gesamtablauf zu einem Programmpaket mit einer bedienerfreundlichen Oberfläche und einer graphischen Ausgabe der flächig bestimmten Immissionskonzentrationen zusammengeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Im Vorfeld der Entwicklung des Screening-Modells ADIP wurde eine umfangreiche Befragung in 12 bundesdeutschen Städten zur Erfassung spezifischer Kenngrößen unterschiedlicher Parkgaragen mit dem Ziel durchgeführt, die Eingangsdaten zur Berechnung des Emissionsmassenstroms, die Freisetzungsbedingungen bei Parkgaragen sowie die Struktur der näheren Umgebungsbebauung für typische Standardsituationen zu erfassen und zu kategorisieren. Die Auswertung der Daten von insgesamt 60 erfassten Garagen ergab, dass die Betreiber und Genehmigungsbehörden bei den meisten Garagen davon ausgehen, dass die Abluft der mechanisch ventilierten Parkräume zentral über das Dach angeführt wird. Die Begehungen einzelner Garagen zeigte jedoch, dass die Ventilatoren mit Ableitung über Dach meist nur zu einem sehr geringen Prozentsatz der Tagesstunden in Betrieb sind. In der übrigen Zeit dienen daher typische bodennahe Nachströmöffnungen oder Portale als Abluftöffnungen. Diese führen in aller Regel in bebauten Gebieten lokal zu Immissionsproblemen. Dies verdeutlicht die Relevanz dieses Vorhabens. Als Lösungssatz wurde eine Kategorisierung unter aerodynamischen Gesichtspunkten gewählt.
Die ersten Testrechnungen mit dem prognostischen Modell MISKAM zeigten, dass dieses Modell, das seit mehreren Jahren standardmäßig vor allem für die Behandlung von Linienquellen eingesetzt wurde, bei der Behandlung von Punktquellen im Gebäudenahbereich aber Probleme, vor allem bzgl. der Stationarität, aufweist. Dem Programmentwickler wurden Vorschläge zur Verbesserung dieser Punkte unterbreitet, die in einer überarbeiteten Programmversion Berücksichtigung fanden. Mit dieser Version wurden die Berechnungen durchgeführt.
Der Datenbank von ADIP liegen Ausbreitungsfelder für 6 Bebauungsgrundtypen, die weiter bzgl. der Geometrie (Gebäudehöhe, Abstand zwischen Gebäuden) untergliedert wurden, und mindestens 20 Quellpositionen pro Bebauungsfall zugrunde. Es wurde eine einfach zu bedienende Programmoberfläche entwickelt, bei der ein Anwender einen Bebauungstyp auswählen kann. Des Weiteren kann der Anwender beliebige Quellpositionen definieren und diesen eine Quellstärke zuordnen. Mit einer charakteristischen Windstatistik für den Untersuchungsstandort und einer Vorgabe für die Hintergrundbelastung erfolgt die Berechnung der Immissionskonzentration. Diese Berechnung ermöglicht es, in kurzer Zeit mehrere Varianten bzgl. der Anordnung der Abluftöffnung oder der Lüftungssteuerung durchzuspielen.
Mit denn in ADIP vorgegebenen Bebauungsstrukturen ist es nicht möglich, alle in der Realität vorkommenden Gebäudeanordnungen nachzubilden. Ein Anwender muss daher aus dem in ADIP angebotenen Ensemble eine Struktur auswählen, die der betrachteten Gebäudeanordnung am ähnlichsten ist. Falls er sich über die Ähnlichkeit nicht im klaren ist, sollte er eine Struktur wählen, mit der er eher konservative Ergebnisse erwarten kann. Hierzu wurden im Rahmen des Projektes auf der Basis von Testrechnungen Hilfestellungen erarbeitet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse wurden auf einer Fachtagung des bayerischen Landesamtes für Umweltschutz am 24.04.2001 in Augsburg präsentiert. Mehrere Veröffentlichungen in Fachzeitschriften sind vorgesehen.


Fazit

Der modulare Aufbau des Screening-Modells ADIP erlaubt für die Zukunft eine Erweiterung für andere Punktquellen, wie z. B. geruchsintensive Punktquellen, die nicht nur bodennah, sondern beispielsweise auch an Fassaden oder im Dachbereich angeordnet sind. Hierfür ist allerdings eine Erweiterung der Bebauungsstrukturen und Quellpositionen erforderlich. Das Interesse an einer Weiterentwicklung wurde bereits von mehreren Behördenvertretern geäußert.