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Strömungsmechanische Aspekte in der Stadtplanung im Hinblick auf eine Reduktion von Kfz-Emissionen

Volltext

Beschreibung

Die Bedeutung der Themenbereiche Stadtklima und Luftreinhaltung in Ballungsgebieten hat in den letzten Jahren ständig zugenommen. Einen wichtigen Aspekt stellt die verkehrsbedingte Schadstoffbelastung in Innenstädten dar. Die Prognose von zukünftigen Schadstoffbelastungen kann nur bedingt anhand von Messwerten erfolgen. Erforderlich sind vielmehr Prognoseverfahren, mit denen verschiedene Maßnahmen, welche eine Verbesserung der Luftqualität bewirken können (z.B. Veränderungen der Verkehrsführung oder der Bebauung) getestet werden können. Diese Prognoseverfahren müssen u.a. in der Lage sein die komplexen Strömungsverhältnisse in Stadtgebieten zu modellieren. Eine offene Frage ist, inwiefern die Fahrzeugbewegung selbst einen Einfluss auf die Strömungs - und Ausbreitungsverhältnisse in Stadtgebieten hat.

Im Rahmen des vorgestellten Projektes wurde mit Hilfe eines stufenweise aufgebauten Versuchsplans das Ziel verfolgt, möglichst allgemeingültige Aussagen über die Wirkung der Kfz-erzeugten Turbulenz auf die Schadstoffausbreitung in Stadtgebieten abzuleiten. Als Vorleistung für das Vorhaben wurde eine Versuchstechnik entworfen, welche die Überprüfung eines von Plate (1982) vorgeschlagenen Modellgesetzes zur Simulation der Kfz - erzeugten Turbulenz im Windkanal ermöglichte und es wurde eine Windkanalstudie mit idealisierten Straßenschluchten durchgeführt, welche im Rahmen des vorgestellten Projektes erweitert wurde.

Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studien können wie folgt beschrieben werden: Messungen der Konzentrationsverteilungen an den Gebäudewänden haben den Einfluss der Fahrzeugbewegung auf die Ausbreitungsverhältnisse dokumentiert. Zu unterscheiden sind Situationen mit Gegen - bzw. Richtungsverkehr. Letztere führen zu einem signifikanten Schadstofftransport entlang der Straße, welcher nur durch eine aus der Fahrzeugbewegung resultierende, mittlere Strömung, erklärt werden kann. Im Falle von senkrecht angeströmten Straßenschluchten sind folglich die Konzentrationen an den Gebäudewänden asymmetrisch verteilt und nehmen entlang der Straße in Fahrtrichtung zu. Im Falle von Gegenverkehr ist die Konzentrationsverteilung ähnlich wie im Falle stehenden Verkehrs annähernd symmetrisch zur Straßenmitte. Die Fahrzeugbewegung bewirkt einen Rückgang der Konzentrationen, welcher durch erhöhte Turbulenzanteile in der Straßenschlucht zu erklären ist. Ergebnisse aus Versuchen mit unterschiedlichen Verhältnissen von Fahrzeuggeschwindigkeit zur Windgeschwindigkeit und Fahrzeugdichten bestätigen ein aus dem Modellgesetz von Plate (1982) abgeleitetes Ähnlichkeitskriterium. Ein Vergleich der Windkanalergebnisse mit Ergebnissen aus numerischen Ausbreitungsmodellen, welche einen Ansatz zur Parametrisierung der verkehrserzeugten Turbulenz beinhalten, liefert eine gute Übereinstimmung für idealisierte Straßenschluchten mit Gegenverkehr. Basierend auf den Ergebnissen der Studien mit idealisierten Straßenschluchten wurde ein Versuchsprogramm zur Modellierung der Ausbreitungsverhältnisse im Gebiet Stuttgart Hauptstätter Straße unter Berücksichtigung der Kfz - erzeugten Turbulenz aufgestellt. Das Versuchskonzept wird dokumentiert und der Einfluss der Fahrzeugbewegung auf die Konzentrationsverteilung wird aufgezeigt. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Im Vergleich zur Situation mit ruhendem Verkehr sind die Gradienten der horizontalen Konzentrationsverteilung deutlich geringer. Die Unterschiede zwischen den Konzentrationen an den unterschiedlichen Messstellen, welche bei ruhendem Verkehr durch die Umströmung der Gebäude (Luv - Lee Effekt in der Straßenschlucht, Wirbel in Kreuzungsbereichen) verursacht werden, werden abgeschwächt. Eine Absenkung des Konzentrationsniveaus in der Hauptstätter Straße wird bei höheren Geschwindigkeitsverhältnissen beobachtet. Abschließend wird ein Vergleich der im Windkanal gemessenen Konzentrationsverteilungen im Gebiet Stuttgart Hauptstätter Straße mit Ergebnissen aus Modellrechnungen mit den Ausbreitungsmodellen MISKAM und ABC kurz betrachtet.

Ein Vergleich mit Naturdaten war während des vorgestellten Projektes leider nicht möglich. Es sollte aber das Ziel zukünftiger Studien sein, die Übertragbarkeit der erzielten Windkanalergebnisse auf die Natur, insbesondere für Situationen mit Richtungsverkehr, sicherzustellen.

Metadaten

TitelStrömungsmechanische Aspekte in der Stadtplanung im Hinblick auf eine Reduktion von Kfz-Emissionen 
Stand 2000 
Seitenzahl130 
Förderkennzeichen PEF298002
PEF296005

 

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