Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen
Auftraggeber:
Wohnbau GmbH Philosophenring 2 53177 Bonn
Auftrags-Nr.:
1884M
Datum:
27.07.2016
Bearbeiter: Dipl.-Geogr. Björn Siebers
Dipl. Geogr. Thorsten Stock
simuPLAN Dipl. Met. Georg Ludes Alleestraße 10 46282 Dorsten Telefon (02362) 993370 Telefax (02362) 9933720 E-Mail:
[email protected] Sparkasse Vest Recklinghausen (BLZ 426 501 50) Kto.-Nr. 100 608 20
Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016
Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis ................................................................................................................ 3 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................ 3 Abbildungsverzeichnis - Anhang ........................................................................................... 3 1
Aufgabenstellung ............................................................................................................ 5
2
Planvorhaben ................................................................................................................. 7
3
Grundlagen ..................................................................................................................... 9
4
3.1
Bewertung des thermischen Komforts ............................................................ 9
3.2
Windgeschwindigkeitsfaktor als Bewertungskenngröße ................................10
3.3
Ableitung der zu untersuchenden Hauptwindrichtungen ................................11
Mikroklima-Modell ENVI-met ........................................................................................ 14 4.1
Modellbeschreibung ......................................................................................14
4.2
Aufbau der Rechengitter ...............................................................................15
4.3
Eingangsdaten ..............................................................................................16
4.3.1
Gebäude .......................................................................................................16
4.3.2
Vegetation .....................................................................................................17
4.3.3
Oberflächenbeschaffenheit............................................................................20
4.4 5
Initialisierungsparameter ...............................................................................21
Ergebnisse ................................................................................................................... 23 5.1
Temperaturen................................................................................................23
5.1.1
Situation um 16 Uhr nachmittags...................................................................23
5.1.2
Situation um 22 Uhr abends ..........................................................................25
5.1.3
Situation um 4 Uhr nachts .............................................................................25
5.2
Durchlüftung ..................................................................................................26
6
Zusammenfassung ....................................................................................................... 28
7
Literaturverzeichnis....................................................................................................... 31
8
Anhang ......................................................................................................................... 33
Seite 2
Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016
Tabellenverzeichnis Tabelle 1:
Bewertung des thermischen Komforts mit PET, Quelle: [MÜLLER 1999] ..10
Tabelle 2:
Gebäudeparameter ...................................................................................16
Tabelle 3:
Reklassifizierungsschema der Belaubungsdichte ......................................17
Tabelle 4:
Initialisierungsparameter für die Modellberechnungen ..............................22
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1:
Lage des Untersuchungsgebietes .............................................................. 5
Abbildung 2:
Abgrenzung des ENVImet-Rechengebietes ............................................... 6
Abbildung 3:
Lageplan – Städtebauliche Variante 4 vom 07.03.2016 ............................. 8
Abbildung 4:
Lage der Messstation Bonn Auerberg in Bezug zum Untersuchungsgebiet ..................................................................................................................11
Abbildung 5:
Windrichtungsverteilung an der LANUV-Station Bonn Auerberg aus dem Zeitraum 1989 – 2015 ...............................................................................13
Abbildung 6:
Schema der in ENVI-met nachgebildeten Prozesse, Quelle: [HUTTNER 2012] .........................................................................................................15
Abbildung 7:
Vegetation und Gebäude im Istfall ............................................................18
Abbildung 8:
Vegetation und Gebäude im Planfall .........................................................19
Abbildung 9:
Oberflächenbeschaffenheiten im Istfall......................................................20
Abbildung 10:
Oberflächenbeschaffenheiten im Planfall ..................................................21
Abbildungsverzeichnis - Anhang Abb. A1:
PET-Wert um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe
Abb. A2:
.............................. 33
PET-Wert um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
Abb. A3:
.............................. 33
PET-Wert um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe
Abb. A4:
.............................. 34
PET-Wert um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe
Abb. A5:
Lufttemperatur
um
.............................. 34 22
Uhr
(Istfall
/
Planfall
/
Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe Abb. A6:
Lufttemperatur
um
22
Uhr
(Istfall
/
Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
Seite 3
Differenz)
bei
einer
.............................. 35 Planfall
/
Differenz)
bei
einer
.............................. 35
Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 Abb. A7:
Lufttemperatur
um
22
Uhr
(Istfall
/
Planfall
/
Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe Abb. A8:
Lufttemperatur
um
22
Uhr
(Istfall
Lufttemperatur
um
4
Uhr
(Istfall
/ /
Planfall
/
um
4
Uhr
(Istfall
/
Planfall
/
um
4
Uhr
(Istfall
/
Planfall
/
um
4
Uhr
(Istfall
/
bei
einer
Differenz)
bei
einer
Differenz)
bei
einer
.............................. 37 Planfall
/
Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe Abb. A12: Lufttemperatur
Differenz)
.............................. 37
Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe Abb. A11: Lufttemperatur
einer
.............................. 36
Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe Abb. A10: Lufttemperatur
bei
.............................. 36
Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe Abb. A9:
Differenz)
Differenz)
bei
einer
.............................. 38 Planfall
Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe
/
Differenz)
bei
einer
.............................. 38
Abb. A13: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe
.............................. 39
Abb. A14: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 10 m Höhe
.............................. 39
Abb. A15: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
.............................. 40
Abb. A16: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 10 m Höhe
.............................. 40
Abb. A17: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe
.............................. 41
Abb. A18: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 10 m Höhe
.............................. 41
Abb. A19: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe
.............................. 42
Abb. A19: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 10 m Höhe
Seite 4
.............................. 42
Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016
1 Aufgabenstellung Um dem dringenden Wohnbedarf in Bonn Rechnung zu tragen und den Wohnungsmix zeitgemäß zu ergänzen, ist eine bauliche Entwicklung der Siedlung Didinkirica in Bonn geplant. Im Rahmen des vorhabenbezogenen Bebauungsplanes Nr. 6522-1 in Bonn-Castell plant die Wohnbau GmbH die Errichtung von drei Mehrfamilienhäusern in Ergänzung einer bestehenden, mehrstöckigen Wohnanlage. In mehreren Gutachten wurden die Auswirkungen der Planung auf das Klima in Bezug auf das veränderte Windfeld [SIMUPLAN 2014_1 und SIMUPLAN 2016_1] und die Verschattungssituation [SIMUPLAN 2014_2 und SIMUPLAN 2016_2] durch simuPLAN untersucht. Ergänzend zu den bereits erstellten Gutachten sollen mit Hilfe dieses Gutachtens die Auswirkung der Planung in Bezug auf das thermisch-hygrische Milieu (Bioklima) sowie auf die Belüftung unter expliziter Berücksichtigung des Baumbestandes im Umfeld der Planung untersucht werden. Hierzu werden Simulationsrechnungen mit der aktuellen, für kommerzielle Nutzungen verfügbaren Version 3.1 des mikroskaligen Stadtklimamodells ENVImet [ENVImet 2016] für die Ist- und die Plansituation durchgeführt. In die Berechnungen fließen Gebäudestellungen und –höhen, Vegetation und Oberflächenbeschaffenheit ein. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Lage des Untersuchungsgebiets:
Abbildung 1: Lage des Untersuchungsgebietes
Die Abbildung auf der nachfolgenden Seite verdeutlicht die Abgrenzungen des ENVImetRechengebietes:
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016
Abbildung 2: Abgrenzung des ENVImet-Rechengebietes
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2 Planvorhaben Das Plangebiet des vorhabenbezogenen Bebauungsplans liegt im Süden des Ortsteils BonnCastell innerhalb des Stadtbezirks Bonn zwischen Graurheindorfer Straße, Drususstraße sowie den Straßen Am Römerkastell und Rosental. Die Didinkirica-Wohnsiedlung wurde in den 1970er Jahren nach Entwürfen der Architektengruppe Higgins, Ney und Partner aus London gebaut. Die Siedlung umfasst eine VI-VIII geschossige Gebäudezeile zur Graurheindorfer Straße, welche mittig durch einen zweigeschossigen Gebäudeteil gegliedert ist, eine V – VIII geschossige Gebäudezeile zur Drususstraße sowie eine zweigeschossige Wohnzeile mit Satteldach im Norden. Zwischen den Gebäudezeilen liegt die zentrale Grünfläche der Siedlung mit Rasenflächen, Spielplatz sowie Baum- und Strauchbeständen. Innerhalb der zentralen Grünfläche wurde Ende der 1970er Jahre ein „Archäologischer Park“ gestaltet. Das aktuelle Planungskonzept, Stand 25.04.2016 (vgl. Abbildung 3) sieht die Errichtung von drei neuen Baukörpern im Norden, der Mitte sowie im Süden der westlichen Gebäudezeile vor. Baukörper I im Norden und Baukörper II in der Mitte sollen V-geschossig ausgeführt werden. Der neue Baukörper III an der Straße „Rosental“ soll IV-VII-geschossig ausgeführt werden. Alle neuen Gebäude werden zur Minimierung von thermischen Belastungen ein Gründach erhalten. Für die Neubauten im VEP-Geltungsbereich werden 10 Bäume gerodet. Davon unterliegen 7 Bäume der Baumschutzsatzung. Zusätzlich werden 5 Bäume gerodet, um die Entwicklung umliegender Bäume zu fördern. Hiervon unterliegen 2 Bäume der Baumschutzsatzung. Für die insgesamt neun satzungsgeschützten Bäume werden 13 neue einheimische Laubbäume mit einem Mindeststammumfang von 20/25cm Höhe in 1,0 m Höhe gepflanzt. Weiterhin sieht das Planungskonzept eine Neugestaltung des Spielplatzes im nördlichen Teil der zentralen Grünfläche vor. Hierzu gehört auch die Entsiegelung von aktuell versiegelten Flächen.
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016
Abbildung 3: Lageplan – Städtebauliche Variante 4 vom 25.04.2016
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3 Grundlagen 3.1
Bewertung des thermischen Komforts
In der VDI-Richtlinie 3787, Blatt 2 [VDI 2008] werden standardisierte Bewertungsverfahren der Human-Biometeorologie für die auf Menschen bezogene Berücksichtigung von Klima und Lufthygiene (Bioklima) bei der räumlichen Gesamtplanung bereitgestellt. Der Thermische Wirkungskomplex umfasst die meteorologischen Elemente Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit sowie kurz- und langwellige Strahlung, die sich thermophysiologisch auf den Menschen im Freien und in geschlossenen Räumen auswirken. Die gesundheitliche Bedeutung hängt mit der engen Vernetzung von Thermoregulation und Kreislaufregulation zusammen. Bei hoher Wärmebelastung versucht der Körper durch Erhöhung der Hauttemperatur und Schwitzen die Wärmeabgabe zu erhöhen. Aus den genannten meteorologischen Elementen des thermischen Wirkungskomplexes wird zur Bestimmung der thermischen Belastung am Tag die Physiologisch Äquivalente Temperatur (PET) abgeleitet. Sie basiert auf der Lösung der Wärmebilanzgleichung des menschlichen Körpers für stationäre Bedingungen. Bei der Bestimmung der Energiebilanz wird ein „Norm-Mensch“ (Größe 1,75 m, Gewicht 75 kg, Körperoberfläche 1,78 m²) zugrunde gelegt. Die aus dem Münchner Energiebilanz-Modell für Individuen (MEMI) entwickelte Bewertungsgröße PET ist für eine beliebige Stelle im Freien definiert als diejenige Lufttemperatur, bei der in einem typischen Innenraum die Wärmebilanz eines Menschen bei gleichen Werten der Haut- und Kerntemperatur ausgeglichen ist, wie bei den Bedingungen im Freien. Dabei werden für den Innenraum folgende Annahmen gemacht: Dabei werden für den Innenraum folgende Annahmen gemacht:
Die mittlere Strahlungstemperatur entspricht der Lufttemperatur. Die Windgeschwindigkeit beträgt 0,1 m/s. Der Wasserdampfdruck beträgt 12 hPa
Für einen ruhig sitzenden Menschen mit üblicher Innenraumbekleidung stellt sich erfahrungsgemäß bei einer Physiologisch Äquivalenten Temperatur PET von etwa 20 °C eine optimale Behaglichkeit ein. Bei höheren PET-Werten würde eine Wärmebelastung, bei tieferen Werten Kältestress resultieren. Bei anderen Aktivitäten oder auch Bekleidungsverhältnissen verschieben sich die für Behaglichkeit erforderlichen PET-Werte zu höheren (geringere Aktivität oder dünnere Bekleidung) oder niedrigeren (gesteigerte Aktivität oder dickere Bekleidung) Werten.
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 Die durch den PET-Wert definierten Klassen des thermischen Komforts sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 1: PET 4°C 8°C 13°C 18°C 23°C 29°C 35°C 41°C
Bewertung des thermischen Komforts mit PET, Quelle: [MÜLLER 1999] Thermisches Empfinden
Thermophysiologische Belastungsstufe
sehr kalt
extreme Kältebelastung
kalt
starke Kältebelastung
kühl
mäßige Kältebelastung
leicht kühl
schwache Kältebelastung
behaglich
keine thermische Belastung
leicht warm
schwache Wärmebelastung
warm
mäßige Wärmebelastung
heiß
starke Wärmebelastung
sehr heiß
extreme Wärmebelastung
Die für die PET-Bestimmung benötigten meteorologischen Eingangsgrößen Lufttemperatur, Luftfeuchte, mittlere Strahlungstemperatur und Windgeschwindigkeit werden von ENVI-met bereitgestellt (vgl. Kapitel 0). Nachts ist für die Bewertung des Bioklimas insbesondere die Lufttemperatur von Bedeutung, da bei hohen nächtlichen Lufttemperaturen die Erholung durch das Schlafen deutlich eingeschränkt wird.
3.2
Windgeschwindigkeitsfaktor als Bewertungskenngröße
Der Windgeschwindigkeitsfaktor γ stellt ein relativ einfaches Maß zur Darstellung der Durchlüftungssituation und zur Abschätzung des Gefährdungsrisikos durch den Wind beim Aufenthalt im Freien dar. Er ist definiert als das Verhältnis der lokalen Windgeschwindigkeit zur ungestörten Windgeschwindigkeit in derselben Bezugshöhe. Im städtischen Umfeld bewirkt die Verdrängungswirkung größerer Gebäude starke lokale Veränderungen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung. Die Windgeschwindigkeiten sind hier aufgrund der gegenüber dem Freiland erhöhten Rauhigkeit in der Regel niedriger (γ < 1,0). Besonders windschwache Bereiche befinden sich in den Luv- und den Leezonen quer angeströmter Gebäude und im Bereich von Innenhöfen. An Gebäudeecken und in Durchgängen können Geschwindigkeiten als im Umland auftreten (γ > 1,0).
Seite 10
lokal
eng
begrenzt
höhere
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Ableitung der zu untersuchenden Hauptwindrichtungen
Die Hauptwindrichtungen bezeichnen die Windrichtungen, aus denen der Wind an einem Ort am häufigsten weht. Aufgrund der geographischen Lage wird der Überdachwind im Untersuchungsgebiet durch den Einfluss der Nordsee und des Atlantiks sowie durch die Leitwirkung des Rheins geprägt. Daraus lassen sich südöstliche bis westliche Winde als Hauptwindrichtungen ableiten. Zur Überprüfung der Annahme wurde auf die Wetterdaten der nächstgelegene Wetterstation Bonn-Auerberg zurückgegriffen, welche seit Anfang des Jahres 2016 zum Download auf der Internetseite des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) zur Verfügung gestellt werden [LANUV 2016]. Die Messstation befindet sich ca. 2 km nordwestlich des Untersuchungsgebietes und gibt aufgrund ihrer räumliche Nähe sowie ihrer Distanz zum Rhein und zum umliegenden Relief die Windverhältnisse im Untersuchungsgebiet gut wieder (vgl. Abbildung 4)
Abbildung 4: Lage der Messstation Bonn Auerberg in Bezug zum Untersuchungsgebiet
Die nachfolgende Abbildung zeigt die langjährige Windrichtungsverteilung aus dem Zeitraum 1989 bis 2015. Es wird deutlich, dass die übergeordneten Windverhältnisse insbesondere durch die westlichen, südwestlichen und südöstlichen Anströmungsrichtungen geprägt
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1
Unter einer allochthonen Wetterlage versteht man eine durch großräumige Druckgegensätze bedingte
Witterung. Dabei werden Luftmassen, die ihre Prägung in anderen Räumen erfahren haben, herantransportiert. Eine typische allochthone Witterung ist in Mitteleuropa die zyklonale Wetterlage, durch die meist mit einer kräftigen Strömung maritime Luft herangeführt wird. Während allochthoner Witterung können sich lokale tagesperiodische Zirkulationen wie Berg- und Talwinde, Hangwinde oder Land- und Seewinde nicht oder nur schwach ausbilden.
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340
350
0
10
20
330
30 40
320 Wind in m/s 1 - 2 >2 - 3 >3 - 4 >4 - 6 >6 - 8 >8
310 300 290 280
50 60 70 80 90
270 0%
260
2%
4%
6%
250
8% 100 110
240
120 230
130 220
140 210
150 200
190
180
170
160
Abbildung 5: Windrichtungsverteilung an der LANUV-Station Bonn Auerberg aus dem Zeitraum 1989 – 2015
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4 Mikroklima-Modell ENVI-met Die räumlich detaillierte Klimauntersuchung erfolgt mit dem mikroskaligen numerischen Klimamodell ENVI-met 3.1. Es werden zwei Szenarien untersucht. Istfall:
Bestandsbebauung, beschaffenheiten
Planfall:
Bebauung, Baumbestand und Oberflächenbeschaffenheiten nach Realisierung des Planvorhabens
4.1
aktueller
Baumbestand
und
aktuelle
Oberflächen-
Modellbeschreibung
Das für die Simulationsberechnungen eingesetzte Rechenmodell ENVI-met ist ein prognostisches dreidimensionales Modell, welches eine sehr hohe räumliche und zeitliche Auflösung aufweist. Mit typischen räumlichen Auflösungen zwischen 0,5 m und 10 m sowie Zeitschrittlängen von weniger als 10 Sekunden simuliert ENVI-met die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Böden, Vegetation und Gebäuden. Die wichtigsten Rechenergebnisse von ENVI-met sind:
Windgeschwindigkeit und -richtung
Luft- und Bodentemperatur
Luft- und Bodenfeuchte
Turbulenz
Strahlungsflüsse
Zur Berechnung dieser Variablen nutzt ENVI-met verschiedene Untermodelle, die miteinander gekoppelt sind (vgl. Abbildung 6).
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Abbildung 6: Schema der in ENVI-met nachgebildeten Prozesse, Quelle: [HUTTNER 2012]
4.2
Aufbau der Rechengitter
Die Modellrechnungen erfordern die Definition eines Rechengebietes und eine Aufteilung dieses Gebietes in viele quaderförmige Rechenzellen. Aus der Vielzahl der Gleichungssysteme, die ENVI-met während einer Klimasimulation löst, resultieren lange Rechenzeiten. Die Ausdehnung eines ENVI-met-Rechengebietes ist daher begrenzt. Die derzeitige Beschränkung liegt bei 250 x 250 x 30 Rechenzellen pro Simulation. Für die vorliegende Untersuchung wurde eine horizontale Gitterauflösung von 2,5 m festgelegt, um auch mikrometeorologische Effekte durch Kleinstrukturen (wie z.B. Verschattungseffekte durch Einzelbäume und Gebäude) realitätsnah widerzugeben. Für die Auflösung der Rechenzellen in z-Richtung wurde ein variabler, mit der Höhe zunehmender Ansatz gewählt. So wurde für die unteren drei Schichten eine relativ feine Vertikalauflösung von 1 m festgelegt. Ab einer Modellhöhe von 3m erhöht sich die vertikale Zellausdehnung um jeweils 10 %. Bei einer maximalen Anzahl von 30 Zellen in z-Richtung ergibt sich hieraus eine Modellhöhe von 118 m.
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Eingangsdaten Gebäude
Städtische Baukörper sind ein maßgeblicher Einflussfaktor für die Ausprägung des Stadtklimas. Da Gebäude Wärme erheblich besser speichern als ein unbebauter Boden oder Vegetation, und die über den Tag gespeicherte Wärme abends und nachts langsam wieder an die Umgebungsluft abgegeben wird, ist es nachts innerhalb dicht bebauter Gebiete häufig wärmer als im städtischen Umland. Tagsüber lassen sich aber auch gegenläufige Effekte feststellen. So kann sich durch Schattenwurf die Luft in dichten Bebauungsstrukturen in Bodennähe tagsüber weniger stark erwärmen als auf unverschatteten Freiflächen. Neben den Auswirkungen auf den Wärmehaushalt beeinflusst die Bebauungsstruktur einer Stadt auch in erheblichem Maße den Luftaustausch. Durch die erhöhte Rauhigkeit der Oberfläche kommt es zu einer Abnahme der Windgeschwindigkeit und somit zu einer verringerten Frischluftzufuhr. Die Ableitung der Gebäudegrundrisse und –höhen erfolgte auf Grundlage von Luftbildern, Laserscandaten und Plänen (Städtebauliches Konzept) sowie einer Ortsbesichtigung. Die verwendeten Bebauungsgeometrien sind für beide Simulationsrechnungen (Istfall und Planfall) in den Abbildungen 7 und 8 auf Seite 18 dargestellt. Gebäude mit Gründächern sind durch grüne Farbgebung gekennzeichnet. Für die Modellberechnungen werden den Gebäuden neben der Gebäudehöhe auch thermische und strahlungstechnische Eigenschaften zugewiesen. In der aktuellsten validierten ENVI-met Version 3.1 können diese Gebäudeeigenschaften lediglich „global“ für den gesamten Datensatz angepasst werden und nicht für jedes Gebäude individuell eingestellt werden. Für die Simulationen wurden die in ENVI-met hinterlegten StandardGebäudeeigenschaften verwendet, die gemäß den Modellentwicklern die durchschnittlichen Verhältnisse in einer mitteleuropäischen Stadt abbilden. Die nachfolgende Tabelle weist die in den Modellberechnungen verwendeten Eigenschaften aus. Tabelle 2:
Gebäudeparameter
Parameter
Wert
Gebäudeinnentemperatur
293 K
Wärmeübergangskoeffizient Fassaden
1,94 W/(m²K)
Wärmeübergangskoeffizient Dächer
6 W/(m²K)
Albedo Fassaden
0,2
Albedo Dächer
0,3
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 4.3.2
Vegetation
Im Programmsystem ENVI-met kann der Einfluss von Bäumen auf das innerstädtische Mikroklima detailliert abgebildet werden. Bei den Berechnungen werden die folgenden Prozesse berücksichtigt:
Verschattung des Bodens durch Baumkronen Absorption von Strahlung zur Verdunstung von Wasser Einfluss der Vegetation auf das lokale Windfeld
Die im Modell platzierten Bäume werden u.a. durch ihre Höhe, die Wuchsform und die Belaubungsdichte definiert. Baumformen und Belaubungsdichten werden durch die Blattflächendichte (leaf area density = LAD) in zehn äquidistanten Höhenschichten des Baumes im Rechenmodell beschrieben. Der LAD-Index gibt hierbei die Blattdichte in m² pro m³ an. Aufgrund der Vielzahl an Bäumen im Untersuchungsgebiet wurde für alle Bäume die Wuchsform „eindeutige Krone“ zu Grunde gelegt. Die Belaubungsdichte wurde anhand der im Internet veröffentlichten Straßenbaumliste der Deutschen Gartenamtsleiterkonferenz [GALK 2016] abgeschätzt. Die hier für jede Straßenbaumart hinterlegte Information zur Lichtdurchlässigkeit wurde in die in ENVImet hinterlegten Belaubungsklassen reklassifiziert. Hierbei wurde folgendes Reklassifizierungsschema angewendet: Tabelle 3:
Reklassifizierungsschema der Belaubungsdichte
Lichtdurchlässigkeit gem. GALK-Liste
Belaubungsgrad gem. ENVImet
gering
sehr dicht
mittel
dicht
stark
licht
Zur Erfassung und Typisierung der Bestandsbäume auf dem Didincirika-Gelände sowie den Grundstücken an der Straße „Am Römerkastell“ wurde uns von der Ulrich Hartung GmbH ein detailliertes Baumkataster zur Verfügung gestellt. Hieraus konnten die Baumart, Lage, Höhe und Kronendurchmesser abgeleitet werden. Die Erfassung der Bäume im öffentlichen Straßenraum erfolgte mit Hilfe des im Internet veröffentlichten Baumkatasters der Stadt Bonn (Baumart) sowie simuPLAN vorliegenden aktuellen Laserscandaten (Lage und Höhe). Die Lage und Höhe der Vegetation in privaten Gärten wurde ebenfalls auf Grundlage von Laserscandaten bestimmt. Diesen Bäumen wurde pauschal ein „dichter“ Belaubungsgrad zugewiesen. Bei den geplanten Baumpflanzungen auf dem Didincirika-Gelände handelt es sich um einheimische Laub- und Obstbäume. Ihnen wurden pauschal eine Wuchshöhe von 5 m und ein dichter Belaubungsgrad zugewiesen. Die Abbildung 7 und die Abbildung 8 zeigen den in den Berechnungen berücksichtigten Vegetationsbestand für den Istfall, sowie den Vegetationsbestand im Planfall. Die beigen Flächen gehen als Flächen mit niedrigem Bewuchs (Gras, Rasen) in die
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 Simulationsrechnungen ein.
Abbildung 7: Vegetation und Gebäude im Istfall
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016
Abbildung 8: Vegetation und Gebäude im Planfall
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 4.3.3
Oberflächenbeschaffenheit
Ein weiterer wichtiger Baustein, der zur Ausprägung von kleinräumigen Klimatopen führt, ist die vorherrschende Oberflächenart. So wird durch die erhöhte Oberflächenversiegelung und den hiermit verbundenen geringen Grünanteil in städtischen Strukturen die Verdunstung reduziert, was zu einer Erhöhung der Temperatur in innerstädtischen Bereichen führt. Über versiegelten Flächen erfolgt zudem eine stärkere Wärmespeicherung der einfallenden Strahlung. Diese Wärme wird nachts wieder an die Umgebungsluft abgegeben und sorgt für eine gegenüber dem Umland deutlich reduzierte nächtliche Abkühlung. Die in den Simulationsrechnungen verwendeten Oberflächenarten wurden auf der Grundlage von Luftbildern und einer Ortsbesichtigung abgeleitet. Die Abbildung 9 und die Abbildung 10 zeigen die angesetzten Oberflächentypen für die untersuchten Varianten.
Abbildung 9: Oberflächenbeschaffenheiten im Istfall
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Abbildung 10: Oberflächenbeschaffenheiten im Planfall
4.4
Initialisierungsparameter
In der für die Simulationen verwendeten Modellversion 3.1 werden die tageszeitlichen Schwankungen der meteorologischen Parameter über feste Startparameter und den tageszeitlich wechselnden Strahlungseinfall gesteuert. Die Startparameter werden in einer Konfigurationsdatei vorgegeben. Die wichtigsten Startparameter sind:
Geographische Position
Datum und Uhrzeit
Windgeschwindigkeit in 10 m über Grund an einer Referenzstation
Windrichtung
Rauhigkeitslänge an der Referenzstation
Initialisierungstemperatur der Atmosphäre
Spezifische Feuchte in 2.500 m
Relative Feuchte in 2 m über Grund
Bodentemperatur und -feuchte in drei Schichten
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Wolkenbedeckung
Durch die gezielte Wahl der Startparameter wurde ein heißer, trockener Tag ohne Bewölkung mit geringer Windgeschwindigkeit und hieraus resultierendem hohen Wärmestress-Potenzial abgebildet. Mit den gewählten Initialisierungs-Parametern werden am Tag Temperatur-Höchstwerte von über 30°C („Hitzetag“) erreicht. In den warmen Nächten sinkt die Temperatur nicht unter 20°C, so dass die Voraussetzungen für eine „Tropennacht“ erfüllt werden. Die Temperaturverteilung im Modell ist in nicht unerheblichen Maß von Transportprozessen durch den Wind und somit durch die jeweilige Anströmrichtung geprägt. Um eine einseitige Fokussierung auf eine Anströmrichtung zu umgehen, wurden alle Berechnungen für jeweils vier Anströmrichtungen (140°, 220°, 280° und 340°), vgl. Kapitel 3.3 durchgeführt. Die nachfolgende Tabelle dokumentiert die wichtigsten Initialisierungsparameter für die Simulationsrechnungen. Tabelle 4:
Initialisierungsparameter für die Modellberechnungen
Geographische Position
50,74°N, 7,10°E
Startzeit der Simulation
21.06., 04:00 Uhr
Dauer der Simulation
48 Stunden
Potenzielle Temperatur der Atmosphäre
300K (ca. 27°C)
Spezifische Feuchte in einer Höhe von 2.500m
5g Wasser / kg Luft
Relative Feuchte in 2m über Grund
40 %
Rauhigkeitslänge z0
0,1m
Windgeschwindigkeit in 10m ü. Grund
2,0m
Windrichtung
140°, 220°, 280° und 340°
Bodentemperatur Oberste Schicht (0 bis 20cm) Mittlere Schicht (20 bis 50cm) Untere Schicht (unter 50cm)
300K 298K 297K
Bodenfeuchte Oberste Schicht (0 bis 20cm) Mittlere Schicht (20 bis 50cm) Untere Schicht (unter 50cm)
40 % 45 % 50 %
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5
Ergebnisse
Nach Durchführung der Simulationsberechnungen wurden mithilfe der im Programmpaket ENVI-met enthaltenen Software Leonardo die für die weiteren Auswertungen benötigten Parameter (Lufttemperatur, Strahlungstemperatur, relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und-richtung) aus den Ergebnisdateien für eine Höhe von 2,0 m sowie 10,0 m (für die Untersuchungen zur Durchlüftung) über Grund extrahiert. Für die Untersuchungen zum Hitzestress wurden folgende Tageszeiten analysiert:
22.06., 04 Uhr – kälteste Nachtstunde
22.06., 16 Uhr – wärmste Tagstunde
22.06., 22 Uhr – typische Einschlafzeit
Für die Untersuchungen zur Durchlüftung wurden die Windfelder um 16 Uhr analysiert. Die Ergebnisse zu anderen Tageszeiten unterscheiden sich nur unwesentlich von den analysierten Windfeldern.
5.1
Temperaturen
Nachts ist für die Bewertung des Bioklimas insbesondere die Lufttemperatur von Bedeutung, da bei hohen nächtlichen Lufttemperaturen die Erholung durch das Schlafen deutlich eingeschränkt wird. Tagsüber wird die bioklimatische Belastungssituation nicht nur von der Lufttemperatur geprägt. Weitere maßgebliche Einflussfaktoren sind dann die Strahlungstemperatur, die Windgeschwindigkeit und die relative Luftfeuchte. Aus diesen Größen wurde daher für die 16 Uhr-Situation die thermische Belastung mit Hilfe des PET-Wertes (vgl. Kapitel 3) (Zeit der größten Hitzebelastung) bestimmt und dargestellt.
5.1.1
Situation um 16 Uhr nachmittags
Die Abbildungen A2 bis A5 im Anhang zeigen die berechneten PET-Werte für die vier untersuchten Anströmungsrichtungen. Dargestellt sind jeweils der Istfall, der Planfall, sowie die Differenz zwischen Plan- und Istfall. Zur Einordnung der berechneten PET-Werte kann die Tabelle 1 auf Seite 10 herangezogen werden. Die Abbildungen zeigen, dass der thermisch-hygrische Komfort innerhalb des Untersuchungsgebietes in Abhängigkeit des Versiegelungsgrades, der Verschattungssituation sowie der Durchlüftung auf engem Raum stark variiert. So werden im Istfall im Umfeld der Didincirika-Siedlung für die untersuchte Situation PET-Werte zwischen 29° (schwache bis mäßige Wärmebelastung) und > 47° (extreme Wärmebelastung) ausgewiesen. Als besonders überhitzt treten die folgenden Bereiche hervor:
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die weitestgehend unverschatteten, versiegelten Innenhöfe zwischen Drususstraße und Römerstraße
und
schlecht
durchlüfteten
die große Parkplatzfläche des St. Johannes Hospital
die nur wenig begrünten und am Nachmittag unverschatteten Straßen Römerkastell und Rosental
Als besonders kühle Flächen mit günstigen thermischen Eigenschaften sind folgende Bereiche im Untersuchungsraum zu benennen:
die stark begrünte und dadurch verschattete Graurheindorferstraße
die am Nachmittag verschatteten Bereiche östlich von hohen Gebäuden (z.B. den in Nord-Süd Richtung verlaufenden Riegeln der Didincirika-Siedlung)
In den unverschatteten Bereichen der zentralen Grünfläche der Didincirika-Siedlung werden je nach Anströmungsrichtung PET-Werte zwischen 38° und 44° erreicht. Die niedrigeren Werte werden hierbei bei südöstlicher und nördlicher Anströmung simuliert, da in diesen Fällen die Grünfläche sehr gut durchlüftet wird. Positiv wirken sich die Bäume im Norden sowie am südlichen Eingang der Grünfläche aus. Im Schatten dieser Bäume sinkt der PETWert auf Werte < 29° (im Norden), bzw. 35°-38° am südlichen Eingang. Wie die Differenzdarstellungen (Planfall minus Istfall) belegen treten planungsbedingte Veränderungen nur im direkten Umfeld von Maßnahmen auf. Eine Fernwirkung für angrenzende Straßenzüge oder Stadtteile kann somit ausgeschlossen werden. Eine Verbesserung des thermischen Komforts wird im Bereich der zentralen Grünfläche der Didincirika-Siedlung prognostiziert. Positiv wirken sich hier die geplante Anpflanzung der Obstbäume, die Entsiegelung von Flächen im Bereich des Spielplatzes sowie insbesondere die Verschattung durch die drei neuen Baukörper aus. Hieraus resultiert eine Reduktion des PET-Wertes von bis zu 20°C in Teilbereichen des Innenhofes. Eine geringfügige Erhöhung des PET-Wertes um 2-5°C wird im südlichen Eingangsbereich zur zentralen Grünfläche berechnet. Ursächlich hierfür sind die Rodung eines Teils des Baumbestandes sowie eine geringfügig schlechtere Durchlüftung infolge der Realisierung des Baukörpers III. Da die Rodungen jedoch mit dem Ziel einer besseren Entwicklungsmöglichkeit der verbleibenden Bäume durchgeführt werden, ist davon auszugehen, dass der Anstieg des PET-Wertes in diesem Bereich mit der Zeit kompensiert wird. Eine deutliche Erhöhung des PET-Wertes um mehr als 10° wird bei allen untersuchten Anströmungsrichtungen in einem eng abgegrenzten Bereich südlich des Baukörpers II prognostiziert. Ursächlich hierfür sind die Rodung von drei Bäumen, die infolge der Gebäudestellung verminderte Zirkulation sowie die Abstrahlung von drei umliegenden Gebäudeteilen. Zum Teil wird dieser negative Effekt mit der Zeit durch die Entwicklung der südlich der Fassade positionierten Winterlinde gemindert werden. Zur Minimierung von Erwärmungstendenzen empfehlen wir zusätzlich in diesem Bereich eine Fassadenbegrünung zu realisieren.
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Situation um 22 Uhr abends
Zur Beurteilung der Wärmebelastung in der Einschlafphase wurde anders als bei der 16 UhrSituation die Lufttemperatur als Bewertungsmaßstab herangezogen, da zu dieser Tageszeit der Strahlungseinfluss vernachlässigt werden kann. Die Abbildungen A6 bis A9 zeigen die simulierten Lufttemperaturen für die vier untersuchten Anströmungsrichtungen. Dargestellt sind jeweils die Temperaturverhältnisse im Ist und Planfall sowie als Differenz (Planfall minus Istfall). Beim Vergleich der simulierten Temperaturverhältnisse bei unterschiedlichen Anströmungsrichtungen wird deutlich, dass die berechneten Temperaturfelder in ENVImet in starkem Maß von der Anströmungsrichtung beeinflusst werden. Je nach Anströmungsrichtung bilden sich somit stark variierende Temperaturfelder aus. Zur Beurteilung der Auswirkungen der Planung ist daher die Differenzkarte von zentraler Bedeutung. Die Temperaturspanne innerhalb des Untersuchungsgebietes beträgt im Istfall bei allen Anströmungsrichtungen nicht mehr als 1 K. Insgesamt herrschen somit am späten Abend vergleichsweise homogene Temperaturverhältnisse vor. In allen Berechnungsvarianten tritt die Graurheindorfer Straße als relativ kühl hervor. Dies ist auf die infolge der hohen Baumdichte nur geringfüge Erwärmung im Tagesverlauf zurückzuführen. Die Differenzkarten verdeutlichen, dass durch die Planung nur sehr geringfügige und lokal eng begrenzte Veränderungen in der abendlichen Wärmebelastung zu erwarten sind. Je nach Anströmungsrichtung bilden sich im Rechenmodell kleine Zonen mit Temperaturzu-, bzw. abnahmen um bis zu 0,2 K aus. Aus der Verteilung der Flächen mit Temperaturänderungen wird deutlich, dass durch die Planung kein eindeutiger Trend in Richtung Erwärmung oder Abkühlung des Untersuchungsgebietes zu erwarten ist. Die abendlichen Temperaturverhältnisse bei autochthonen Wetterlagen bleiben somit unverändert.
5.1.3
Situation um 4 Uhr nachts
Ähnliches gilt für die Temperaturverhältnisse um 4 Uhr morgens (vgl. Abbildungen A10 bis A13). Auch hier betragen die Veränderungen der Lufttemperatur maximal 0,2 K und sind lokal eng begrenzt. Eine spürbare Veränderung der nächtlichen Temperaturverhältnisse infolge der Realisierung der Planung kann somit ausgeschlossen werden.
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Durchlüftung
Die Abbildungen A14 bis A21 zeigen die Windverhältnisse für die vier untersuchten Anströmungsrichtungen in zwei Auswerteniveaus (2 m und 10 m über Grund). Dargestellt ist jeweils der Windfaktor (vgl. Kapitel 3.2) mit Windpfeilen für den Istfall und den Planfall sowie die Differenz des Windfaktors (Planfall minus Istfall). Der Windgeschwindigkeitsfaktor γ stellt ein relativ einfaches Maß zur Darstellung der Durchlüftungssituation und zur Abschätzung des Gefährdungsrisikos durch den Wind beim Aufenthalt im Freien dar. Er ist definiert als das Verhältnis der lokalen Windgeschwindigkeit zur ungestörten Windgeschwindigkeit in derselben Bezugshöhe (im vorliegenden Fall 2 m und 10 m ü. Grund). Im städtischen Umfeld bewirkt die Verdrängungswirkung größerer Gebäude starke lokale Veränderungen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung. Die Windgeschwindigkeiten sind hier aufgrund der gegenüber dem Freiland erhöhten Rauhigkeit in der Regel niedriger (γ < 1,0). Besonders windschwache Bereiche befinden sich in den Luv- und den Leezonen quer angeströmter Gebäude und im Bereich von Innenhöfen. Auch Bäume können zu einer Minderung der Windgeschwindigkeit führen, allerdings sind die Minderungseffekte deutlich niedriger als bei Gebäuden. Die Abbildung A14 (2 m) und A15 (10 m) zeigen die aktuellen und zukünftigen Windverhältnisse bei einer übergeordneten Anströmungsrichtung aus Südost. Es wird deutlich, dass in innerstädtischen Bereichen aufgrund der erhöhten Rauhigkeit die Windgeschwindigkeit gegenüber der ungestörten Umlandgeschwindigkeit deutlich reduziert ist, der Windfaktor also in der Regel Werte < 1,0 annimmt. Eine Ausnahme hiervon bildet die zentrale Grünfläche der Didincirika-Siedlung. bei südöstlichen Windrichtungen Aufgrund der geringen Rauhigkeit und der einfassenden in Richtung Nord-Süd orientierten Gebäuderiegel fungiert sie bei südöstlichen Windrichtungen als Luftleitbahn. Sowohl im bodennahen Niveau als auch in 10 m über Grund nimmt der berechnete Windfaktor einen Wert < 1,0 an. Dementsprechend sind die Windgeschwindigkeiten hier höher als im ungestörten Umland. Sehr niedrige Windgeschwindigkeiten (Windfaktor < 0,1) werden insbesondere in den Innenhöfen der umliegenden Bebauungsstrukturen sowie in quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Straßenzügen (z.B. Heerstraße) ermittelt. Ein Vergleich der Windfelder in 2 m und 10 m über Grund verdeutlicht, dass mit zunehmender Höhe der bremsende Einfluss der Rauhigkeitselemente (Gebäude und Bäume) abnimmt und die Windgeschwindigkeit im Allgemeinen zunimmt. Die Differenzdarstellungen verdeutlichen, dass die Windgeschwindigkeit im Umfeld der geplanten Baukörper abnimmt. Signifikante Änderungen beschränken sich allerdings auf einen Umkreis von 50 m um den jeweiligen Neubau. An besonders exponierten Gebäudekanten kann es insbesondere im Bodenniveau aufgrund von Windumlenkungen vereinzelt zu erhöhten Windgeschwindigkeiten kommen. Bei der südöstlichen Anströmung ist dies insbesondere am Baukörper III der Fall.
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 Die zentrale Grünfläche als Bereich mit erhöhten Windgeschwindigkeiten und gutem Durchlüftungspotenzial bleibt auch nach Realisierung der Planung erhalten. So ist innerhalb der beiden in Richtung Nord-Süd ausgerichteten Gebäuderiegel keine Veränderung der Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe zu erkennen. Ähnliche Aussagen können für die Windfelder bei südwestlichen (Abbildungen A16 bis A17 und westlichen (A18 bis A19) Anströmungsrichtungen getroffen werden. Allerdings tritt bei diesen Windrichtungen der Innenbereich der Didincirika-Siedlung aufgrund der Queranströmung weniger deutlich als Luftleitbahn hervor. Bei nördlichen Anströmungen hingegen (vgl. A20 bis A21) tritt die zentrale Grünfläche der Didincirika-Siedlung als Luftleitbahn deutlich hervor. Aufgrund der auch im Planfall weiterhin weitestgehend offenen Struktur am südlichen Eingang zur Siedlung bleibt diese Leitbahn mit erhöhtem Durchlüftungspotenzial auch nach Realisierung der Planung erhalten. Zusammenfassend können folgende Aussagen aus der grafischen Analyse der bodennahen Windfelder in 2 m und 10 m ü. G. abgeleitet werden: 1.
Die Ergebnisse zeigen insgesamt innenstadttypische Windverhältnisse mit windschwachen Bereichen in der direkten Umgebung der Wohnbebauung und guten Belüftungsverhältnissen entlang größerer Freiflächen (Straßenraum mit Grünstreifen, zentrale Grünfläche der Didincirika-Siedlung).
2.
Die bodennahen Windverhältnisse werden in starkem Maße von der Bebauungsstruktur geprägt. Hierdurch hervorgerufene Strömungsphänomene - Verdrängung, Wirbelablösung, Kanalisierung, Umlenkung, Stau und Abschirmung – führen zu kleinräumigen Veränderungen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung.
3.
Durch die Realisierung der Planung ist im Umfeld der drei geplanten Baukörper mit niedrigeren Windgeschwindigkeiten zu rechnen. Signifikante windklimatische Veränderungen durch die Realisierung der Planung beschränken sich allerdings auf einen Umkreis von ca. 50 m um den jeweiligen geplanten Neubau.
4.
Negative Auswirkungen auf die Luftleitbahn, welche sich bei südlichen und nördlichen Anströmungsrichtungen infolge der geringen Rauhigkeit sowie der Leitwirkung der umgebenden Gebäude bildet, können aufgrund der in Richtung Süd weiterhin offenen Struktur ausgeschlossen werden.
5.
Nachweisbare Veränderungen infolge der Umsetzung der Planung reichen bei keiner Anströmungsrichtung bis an die Grenzen des Untersuchungsgebietes. Klimatische Auswirkungen auf den Stadtteil können somit ausgeschlossen werden.
Grundsätzlich werden mit den ENVImet-Simulationen die Ergebnisse vorhergegangener Simulationen mit dem mikroskaligen Strömungsmodell MISKAM [SIMUPLAN 2014_1 und SIMUPLAN 2016_1] untermauert und bestätigt.
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6 Zusammenfassung Um dem dringenden Wohnbedarf in Bonn Rechnung zu tragen und den Wohnungsmix zeitgemäß zu ergänzen, ist eine bauliche Entwicklung der Siedlung Didinkirica in Bonn geplant. Im Rahmen des vorhabenbezogenen Bebauungsplanes Nr. 6522-1 in Bonn-Castell plant die Wohnbau GmbH die Errichtung von drei Mehrfamilienhäusern in Ergänzung einer bestehenden, mehrstöckigen Wohnanlage. In mehreren Gutachten wurden die Auswirkungen der Planung auf das Klima in Bezug auf das veränderte Windfeld und die Verschattungssituation durch simuPLAN untersucht. Ergänzend zu den bereits erstellten Gutachten sollten mit Hilfe dieses Gutachtens die Auswirkung der Planung in Bezug auf das thermisch-hygrische Milieu (Bioklima) sowie auf die Belüftung unter expliziter Berücksichtigung des Baumbestandes im Umfeld der Planung untersucht werden. Hierzu wurden Simulationsrechnungen mit der aktuellen, für kommerzielle Nutzungen verfügbaren Version 3.1 des mikroskaligen Stadtklimamodells ENVImet durchgeführt. Untersucht wurden zwei Varianten (Istfall und Planfall) für jeweils vier Anströmungsrichtungen (Südost, Südwest, West und Nord) für einen heißen Sommertag (Tmax > 30°Cm, Tmin > 20°C). Die untersuchten Hauptwindrichtungen wurden aus der langjährigen Windrichtungsverteilung der nahegelegenen LANUV-Station Bonn Auerberg abgeleitet. In die Berechnungen flossen Oberflächenbeschaffenheit ein.
Gebäudestellungen
und
–höhen,
Vegetation
und
Nachts ist für die Bewertung des Bioklimas insbesondere die Lufttemperatur von Bedeutung, da durch hohe nächtliche Lufttemperaturen die Erholung durch das Schlafen deutlich eingeschränkt wird Tagsüber ist die Lufttemperatur jedoch nur ein Baustein bei der Bewertung der innerstädtischen bioklimatischen Belastungssituation. Neben der Lufttemperatur haben insbesondere die Strahlungstemperatur sowie die Windgeschwindigkeit und die relative Luftfeuchte einen großen Einfluss auf den thermischen Komfort. Aus den genannten Größen wurde zur Bestimmung der thermischen Belastung daher der PET (Physiologisch Äquivalente Temperatur) für die 16 Uhr-Situation bestimmt und dargestellt. Die Berechnungsergebnisse für den PET-Wert um 16 Uhr (Zeit der höchsten Hitzebelastung) im Istfall zeigen, dass der thermisch-hygrische Komfort innerhalb des Untersuchungsgebietes in Abhängigkeit des Versiegelungsgrades, der Verschattungssituation sowie der Durchlüftung auf engem Raum stark variiert. So werden im Istfall im Umfeld der Didincirika-Siedlung für die untersuchte Situation PET-Werte zwischen 29° (schwache bis mäßige Wärmebelastung) und > 47° (extreme Wärmebelastung) ausgewiesen. In den unverschatteten Bereichen der zentralen Grünfläche der Didincirika-Siedlung werden
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 je nach Anströmungsrichtung PET-Werte zwischen 38° und 44° erreicht. Die niedrigeren Werte werden hierbei bei südöstlicher und nördlicher Anströmung simuliert, da in diesen Fällen die Grünfläche sehr gut durchlüftet wird. Positiv wirken sich die Bäume im Norden sowie am südlichen Eingang der Grünfläche aus. Im Schatten dieser Bäume sinkt der PETWert auf Werte < 29° (im Norden), bzw. 35°-38° am südlichen Eingang. Planungsbedingte Veränderungen in Bezug auf den PET-Wert treten nur im direkten Umfeld von Maßnahmen auf. Eine Fernwirkung für angrenzende Straßenzüge oder Stadtteile kann auf Grundlage der Rechenergebnisse ausgeschlossen werden Eine Verbesserung des thermischen Komforts wird im Bereich der zentralen Grünfläche der Didincirika-Siedlung in Folge der geplanten Baumpflanzungen sowie der Verschattungen der drei neuen Baukörper prognostiziert. Eine geringfügige Erhöhung des PET-Wertes um 2-5°C wird im südlichen Eingangsbereich zur zentralen Grünfläche berechnet. Ursächlich hierfür sind die Rodung eines Teils des Baumbestandes sowie eine geringfügig schlechtere Durchlüftung infolge der Realisierung des Baukörpers III. Eine deutliche Erhöhung des PET-Wertes um mehr als 10° wird bei allen untersuchten Anströmungsrichtungen in einem eng abgegrenzten Bereich südlich des Baukörpers II prognostiziert. Ursächlich hierfür sind die Rodung von drei Bäumen, die infolge der Gebäudestellung verminderte Zirkulation sowie die Abstrahlung von drei umliegenden Gebäudeteilen. Zum Teil wird dieser negative Effekt mit der Zeit durch die Entwicklung der südlich der Fassade positionierten Winterlinde gemindert werden. Zur Minimierung von Erwärmungstendenzen empfehlen wir zusätzlich in diesem Bereich eine Fassadenbegrünung zu realisieren. Für 22 Uhr (typische Einschlafzeit) und 4 Uhr nachts (kälteste Nachtstunde) wurden die sich einstellenden Lufttemperaturen im Ist- und Planfall berechnet. Die Temperaturspanne innerhalb des Untersuchungsgebietes beträgt im Istfall bei allen Anströmungsrichtungen nicht mehr als 1 K. Insgesamt herrschen somit am späten Abend und in der Nacht vergleichsweise homogene Temperaturverhältnisse vor. Die Berechnungen zum Planfall verdeutlichen, dass durch die Planung nur sehr geringfügige und lokal eng begrenzte Veränderungen in der abendlichen Wärmebelastung zu erwarten sind. Je nach Anströmungsrichtung bilden sich im Rechenmodell kleine Zonen mit Temperaturzu-, bzw. abnahmen um bis zu 0,2 K aus. Aus der Verteilung der Flächen mit Temperaturänderungen wird deutlich, dass durch die Planung kein eindeutiger Trend in Richtung Erwärmung oder Abkühlung des Untersuchungsgebietes zu erwarten ist. Die abendlichen und nächtlichen Temperaturverhältnisse bei autochthonen Wetterlagen bleiben somit gegenüber der Istsituation nahezu unverändert. Die Berechnungsergebnisse zusammenfassen: 1. Die
Ergebnisse
zeigen
zur
Belüftungssituation
insgesamt
lassen
innenstadttypische
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sich
folgendermaßen
Windverhältnisse
mit
Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 windschwachen Bereichen in der direkten Umgebung der Wohnbebauung und guten Belüftungsverhältnissen entlang größerer Freiflächen (Straßenraum mit Grünstreifen, zentrale Grünfläche der Didincirika-Siedlung). 2.
Die bodennahen Windverhältnisse werden in starkem Maße von der Bebauungsstruktur geprägt. Hierdurch hervorgerufene Strömungsphänomene - Verdrängung, Wirbelablösung, Kanalisierung, Umlenkung, Stau und Abschirmung – führen zu kleinräumigen Veränderungen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung.
3.
Durch die Realisierung der Planung ist im Umfeld der drei geplanten Baukörper mit niedrigeren Windgeschwindigkeiten zu rechnen. Signifikante windklimatische Veränderungen durch die Realisierung der Planung beschränken sich allerdings auf einen Umkreis von ca. 50 m um den jeweiligen geplanten Neubau.
4.
Negative Auswirkungen auf die Luftleitbahn, welche sich bei südlichen und nördlichen Anströmungsrichtungen infolge der geringen Rauhigkeit sowie der Leitwirkung der umgebenden Gebäude bildet, können aufgrund der in Richtung Süd weiterhin offenen Struktur ausgeschlossen werden.
5.
Nachweisbare Veränderungen infolge der Umsetzung der Planung reichen bei keiner Anströmungsrichtung bis an die Grenzen des Untersuchungsgebietes. Klimatische Auswirkungen auf den Stadtteil können somit ausgeschlossen werden.
Grundsätzlich werden mit den ENVImet-Simulationen zur Belüftung die Ergebnisse vorhergegangener Berechnungen mit dem mikroskaligen Strömungsmodell MISKAM untermauert und bestätigt. Abschließend kann festgestellt werden, dass planungsbedingte Veränderungen des Stadtklimas, welche gegen eine Realisierung des Vorhabens sprechen würden, auf der Grundlage der Rechenergebnisse ausgeschlossen werden können.
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7
Literaturverzeichnis
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unter:
[GALK 2016] Deutsche Gartenamtsleiterkonferenz: GALK Straßenbaumliste, abzufragen unter: http://www.galk.de/arbeitskreise/ak_stadtbaeume/webprojekte/sbliste/. Frankfurt am Main, 2016. [HUTTNER 2012] Huttner, S.: Further Development and application of the 3D microclimate simulation ENVImet. Dissertation zur Erlangung des Grades “Doktor der Naturwissenschaften” im Promotionsfach Geographie. Mainz, 2012. [ [LANUV 2016] Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz: Messwerte der Station BonnAuerberg, abzurufen unter: https://www.lanuv.nrw.de/umwelt/luft/immissionen/berichte-undtrends/einzelwerte-kontinuierlicher-messungen/. Recklinghausen, 2016. [MÜLLER 1999] Müller, U., Kuttler, W., Tetzlaff, G.: Wissenschaftliche Mitteilungen aus dem Institut für Meteorologie der Universität Leipzig und dem Institut für Troposphärenforschung e.V. Leipzig. Workshop Stadtklima 17./18. Februar 1999 in Leipzig. Leipzig, 1999. [SIMUPLAN 2014_1] Ludes, G., Clodt, S.: Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn-Castell. Bericht zu den lokalklimatologischen Untersuchungen. Dorsten, 2014. [SIMUPLAN 2014_2] Ludes, G., Clodt, S.: Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn-Castell. Verschattungsstudie. Dorsten, 2014. [SIMUPLAN 2016_1] Ludes, G., Clodt, S.: Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn-Castell. Bericht zu den lokalklimatologischen Untersuchungen. Dorsten, 2016. [SIMUPLAN 2016_2] Ludes, G., Clodt, S.: Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn-Castell. Verschattungsstudie. Dorsten, 2016. [VDI 2008] Verein Deutscher Ingenieure: VDI 3787, Blatt 2. Umweltmeteorologie. Methoden zur human-
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Bebauungsplan Nr. 6522-1 in Bonn Castell Gutachten zu den lokalklimatischen Auswirkungen Bericht vom 27.07.2016 biometeorologischen Bewertung von Klima und Regionalplanung. Teil I: Klima. Düsseldorf, 2008.
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Lufthygiene
für
die
Stadt-
und
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8 Anhang
Abb. A2: PET-Wert um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe
Abb. A3: PET-Wert am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
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Abb. A4: PET-Wert am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe
Abb. A5: PET-Wert am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe
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Abb. A6: Lufttemperatur. um 22 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe
Abb. A7:
Lufttemperatur um 22 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
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Abb. A8:
Abb. A9:
Lufttemperatur. um 22 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe
Lufttemperatur um 22 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe
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Abb. A10: Lufttemperatur um 4 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe
Abb. A11: Lufttemperatur um 4 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
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Abb. A12: Lufttemperatur um 4 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe
Abb. A13: Lufttemperatur um 4 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
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Abb. A14: Windgeschwindigkeit um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 2 m Höhe
Abb. A15: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 140° in 10 m Höhe
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Abb. A16: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 2 m Höhe
Abb. A17: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 220° in 10 m Höhe
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Abb. A18: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 2 m Höhe
Abb. A19: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 280° in 10 m Höhe
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Abb. A20: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 2 m Höhe
Abb. A21: Windgeschwindigkeit am 22.06. um 16 Uhr (Istfall / Planfall / Differenz) bei einer Anströmungsrichtung von 340° in 10 m Höhe
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