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Stadtklimatologie

Die fortschreitende Verdichtung und Erhöhung der innerstädtischen Bebauung erfordert eine zunehmende Berücksichtigung klimatischer und lufthygienischer Faktoren in der Stadtplanung. Das Ingenieurbüro Lohmeyer untersucht alle zentralen Fragen der Stadtklimatologie, wie

  • den Windkomfort
  • die lokale Abgasausbreitung
  • das Strömungsfeld
  • das Gefährdungspotential durch Windböen
  • den thermischen Komfort
  • das Immissionsfeld (z. B. von Kfz-Abgasen).

Ein Vergleich mehrerer Varianten einer geplanten Bebauung ermöglicht eine Optimierung des Bauvorhabens unter klimatischen und lufthygienischen Aspekten. Im Folgenden sind Beispiele für dieses Fachgebiet aufgezeigt.

Windgeschwindigkeitsänderung bei Bebauung

Abb. 1: Analyse der Windgeschwindigkeitsänderung in Lee einer geplanten Bebauung im Vergleich zum Istzustand. Die Zahlen geben an, um wieviel Prozent sich die Windgeschwindigkeit (und damit die Durchlüftung) im Vergleich zum derzeitigen Zustand (Istzustand) ändert.


Die Untersuchung der stadtklimatischen Fragestellungen erfordert eine Analyse der Wind-, Turbulenz- und Ausbreitungsverhältnisse in einem Skalenbereich von wenigen Metern (Windkomfort) bis zu einigen Kilometern (Reichweite einer modifizierten Stadtdurchüftung).

Im Arbeitsbereich Stadtklimatologie setzen wir als Untersuchungsmethode neben numerischen Modellen vor allem Windkanaluntersuchungen ein. Diese sind ein erprobtes und bewährtes Verfahren, um selbst komplexe strömungsdynamische Situationen zu simulieren und flächendeckend zu analysieren.

Flächendeckende Darstellung der Bodenwindgeschwindigkeit nach veränderter Bebauung

Abb. 2: Windkomfort: Flächendeckende Darstellung der Bodenwindgeschwindigkeit infolge einer geplanten Bebauung. An besonders exponierten Punkten kann mit einer speziellen Technik der Windkomfort bestimmt werden.

 

Durch die naturgetreue Modellierung der Strömungs- und Ausbreitungsvorgänge können Immissionsprognosen genau quantifiziert werden. Die zeitliche Auflösung der Immissionsmessungen liegt dabei im Naturmaßstab im Sekundenbereich, so dass auch Probleme zur Geruchsausbreitung untersucht werden können. Laserschnitt-Visualisierungsverfahren ermöglichen eine Sichtbarmachung des Strömungs- und Immissionsfeldes.


Die Ermittlung des Windkomforts sollte nach Möglichkeit im Windkanal erfolgen. In der Praxis werden für abschätzende Betrachtungen zum Windkomfort auch Modellrechnungen mit MISKAM durchgeführt (orientierende Berechnungen). In Abbildung 3 ist dazu ein Beispiel aufgezeigt. Die Nutzungseinschränkungen bzgl. der Windkomfortkriterien wurden aus den mit MISKAM berechneten mittleren Windfeldern und den Turbulenzfeldern abgeleitet

Nutzungseinschränkungen hinsichtlich Windkompfort-Kriterien Abb. 3: Beispiel für die Darstellung von Bereichen mit Nutzungseinschränkungen hinsichtlich der Windkomfort-Kriterien (berechnet mit MISKAM)

Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für die Untersuchung des bodennahmen Strömungsfeldes bei planerischer Änderung innerhalb eines Stadgebiets. Hier wurde ebenfalls mit dem prognostischen Strömungsmodell MISKAM gearbeitet. Mit Hilfe der Modellierung können flächendeckend für die Umgebung Bereiche mit erhöhten und verringerten Windgeschwindigkeiten identifiziert werden. Außerdem sind den Berechnungen Reichweiten von Durchlüftungsänderungen infolge von Baumaßnahmen zu entnehmen.

Änderung der Windgeschwindigkeit infolge geplanter Bauwerke Abb. 4: Änderung der mittleren jährlichen Windgeschwindigkeit infolge geplanter Bauwerke (schwarz) im Vergleich zum Istzustand (Geschwindigkeitsabnahme: blaue Farbtöne; Geschwindigkeitszunahme: rote Farbtöne)

In Abbildung 5 sind Differenzen im Kaltluftvolumenstrom infolge einer geplanten Bebauung aufgezeigt. Die Berechnungen erfolgten für den Istzustand und den Planfall mit dem Kaltluftabflussmodell KALM. Den Berechnungen kann entnommen werden, welche Reichweiten mögliche Änderungen des Kaltluftvolumenstromes haben.

Differenz im Kaltluftvolumenstrom zwischen Planfall und Istzustand

Abb. 5: Differenzen im Kaltluftvolumenstrom zwischen Planfall und Istzustand (rote Farbtöne: Verringerung; blaue Farbtöne: Erhöhung; geplante Bebauungsbereiche sind grün umrandet)

Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für die flächendeckende Berechnung des thermischen Empfindens für verschiedene Zustände (links: Istzustand, rechts: Planfall). Die Berechnungen erfolgten mit dem Modell ENVI-Met3.

thermischen Empfindens bei verschiedenen Istzuständen

Abb. 6: Beispiel für eine flächendeckende Berechnung des Predicted Mean Vote (links: Istzustand, rechts: Planfall)