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Ermittlung der Schadstoffbelastung in einem Tunnelbauwerk mit geschlitzter Decke an der EB 42 n
(1987)
Eine Schnellstraße durch einen Tunnel mit einer in der Mitte geschlitzten Decke zu führen, wie an der EB 42n im Bereich Königswinter-Oberdollendorf, ist in der Bundesrepublik Deutschland ohne Vorbild. Zur Klärung, welche Umweltbelastungen von einem derartigen Bauwerk ausgehen können, wurde in einer Messkampagne untersucht, welche Schadstoffbelastungen im Tunnel und außerhalb des Tunnels auftreten. Bei einem Verkehrsstau auf einer Richtungsfahrbahn von mehreren Kilometern Länge im Bereich des Tunnelbauwerkes wurden im Tunnel Kohlenmonoxidkonzentrationen gemessen, die um mehr als den Faktor 5 unter dem Grenzwert aus den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) lagen. Die Schadstoffbelastungen am Schlitz des Tunnels sind gering. Sie unterschreiten sowohl die Grenzwerte nach TA Luft, wie auch die Grenzwerte nach der VDI-Richtlinie 2310, die wegen fehlender Grenzwerte für den Straßenbau als Orientierungshilfen herangezogen wurden. Betrachtet wurden die Stoffe Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid und Ozon. Durch die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Berechnung der Konzentrationsprofile in den beiden Tunnelröhren könnte das Prinzip der natürlichen Lüftung erklärt und gezeigt werden, dass ca. 75 % bis 78 % der im Tunnel emitierten Schadstoffe über den Schlitz in der Tunneldecke und die restlichen 22 % bis 25 % über die beiden Portale abgeführt werden. Unter dem Aspekt der Luftreinhaltung ist dieses Bauwerk als umweltfreundlich anzusehen.
Unter der Leitung der Working Party 29 beauftragte die UN ECE Group of Experts on Pollution and Energy (GRPE) die ad-hoc Arbeitsgruppe WMTC mit der Entwicklung eines "World-wide Harmonised Motorcycle Emissions Test ProCedure". Das Ziel dieses Forschungsprogramms ist es, einen weltweit harmonisierten Prüfzyklus für die Messung der Schadstoffemissionen motorisierter Zweiräder zu entwickeln, der den Fahrzyklus und den dazugehörigen Schaltalgorithmus für die Prüfstandmessungen und die Beschreibung der Einstellungen der Prüfstände abdeckt. Die Emissionsvalidierungen im Rahmen des Validierungsprogramms Teil 2 wurden einesteils von der Industrie und andernteils von nationalen Regierungseinrichtungen in verschiedenen Ländern der Welt finanziert. Für Deutschland ließ die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Validierungstests für 8 Motorräder bei der RWTÜV Fahrzeug GmbH in Essen durchführen. Die Ergebnisse sind im ersten Teil des Berichts (Langfassung) dokumentiert. Mit dem Vorhaben sollte darüber hinaus aber noch das Ziel verfolgt werden, einen Vorschlag für die Erfassung von off-cycle Emissionen zu erarbeiten. Der Begriff "off-cycle Emissionen" umfasst diejenigen Emissionen eines Motorrades, die im realen Betrieb bei Fahrzuständen auftreten, die durch den Prüfzyklus nicht erfasst werden. Insofern sind off-cycle Emissionen ein grundsätzliches Problem, selbst bei einem repräsentativen Messzyklus. Beispielsweise werden Emissionen, die bei hochtourigen Fahrweisen mit starken Beschleunigungen auftreten, im WMTC nicht berücksichtigt. Um eine geeignete Lösung für die Erfassung von off-cycle Emissionen zu finden wurden die im Rahmen der WMTC Arbeiten zur Verfügung stehenden in-use Daten zum Fahrverhalten von Motorrädern noch einmal auf ihre Varianzen hin ausgewertet, um Motordrehzahlen und Fahrzeugbeschleunigungen zu bestimmen, die für off-cycle Emissionen zu berücksichtigen sind. Es wurden 3 verschiedenen Methoden zur Erfassung der off-cycle Emissionen untersucht, und zwar WMTC mit erhöhten Schaltdrehzahlen, Load Respose Test und Stationäre Geschwindigkeits-/Drehzahlkombinationen. Aus den Ergebnissen zu den off-cycle emissions kann insgesamt folgendes Fazit gezogen werden: Stationäre Drehzahlen sind für die Emissionsbestimmung im off-cycle Bereich ungeeignet. Die Anwendung des Ansatzes "erhöhte Schaltdrehzahlen" auf den WMTC Geschwindigkeitsverlauf ist ein Schritt in die richtige Richtung, aber er berücksichtigt nicht die größeren Beschleunigungen bei "sportlicher" Fahrweise. Der load response Test ist ein geeigneter Ansatz für die Überprüfung von off-cycle Emissionen. Allerdings muss man für die praktische Anwendung noch Schaltdrehzahlen verbindlich festlegen und Vorkehrungen treffen, um die Gefahr von Reifenschlupf zu verringern und somit die Wiederholbarkeit zu verbessern. Die Konstantfahrtphasen sollten dazu genutzt werden, das Emissionsverhalten bei höheren Drehzahlen als den normalen Schaltdrehzahlen des WMTC zu erfassen. Auch die Frage der Bewertung der Ergebnisse konnte im Rahmen dieses Vorhabens noch nicht abschließend geklärt werden. Um cycle bypass Maßnahmen zu erschweren sollten, die Start- und Zielgeschwindigkeiten darüber hinaus randomisiert werden. Wichtig im Zusammenhang mit der Bewertung von off-cycle Emission provisions ist außerdem die Diskussion und Festlegung von Grenzwerten für den off-cycle Bereich. Bei Fahrzeugen, die mit einem 3-Wege-Katalysator mit Lambdasondenregelung ausgerüstet sind, bietet die Erfassung der Lambdasondenspannung ein ergänzendes Hilfsmittel, um die Funktion der Regelung des Katalysators zu überprüfen. Sie sollte nicht nur im off-cycle Bereich sondern ebenfalls im normalen WMTC angewendet werden.
Das Emissionsmodul des PC-Berechnungsverfahrens zur Abschätzung von verkehrsbedingten Schadstoffimmissionen (MLuS 02) basiert auf dem Handbuch für Emissionsfaktoren des Umweltbundesamtes. Aufgabe war die Berechnungen mit dem neuen Handbuch kompatibel zu machen. Die Aufgabenstellung gliederte sich in 3 Teile: i) Implementierung der neuen Version des Handbuchs in das Emissionsmodul , ii) Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi, gleichzeitige Beseitigung von Inkonsistenzen in der Berechnung , iii) Implementierung des neuen Emissionsmoduls, Durchführung von Systemtests und Modifikationen, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02. Bei der Aktualisierung des Handbuches wurden folgende redaktionelle Änderungen vorgenommen: Herausnahme der 98-Perzentile - außer für das NO2 - im tabellarischen Ausdruck, Erstellung eines Installationsprogramms, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02 gemäß der vorgenommenen Fortschreibung. Im Vergleich zur vorherigen Version ergeben sich folgende Änderungen: Eingangsdaten und ihre Klassifizierung: Dem Emissionsmodul wurden bisher per ASCII-Schnittstelle die folgenden Eingangsdaten übergeben: Bezugsjahr, Gebiets-ID, Straßenkategorie-ID, Fahrbahnlängsneigungs-ID, Anzahl der Fahrspuren, DTV, DTV-ID, Lkw-Anteil, Lkw-Anteil-ID, Kraftstoffszenario-ID, Stop+Go-ID, Das Bezugsjahr wurde rückwirkend auf das Jahr 2000 begrenzt, so dass die Gebietsunterscheidung Ost/West entfallen kann. Längsneigungsklassen: Hinsichtlich der Längsneigungsklassen enthält das Modell die in Tabelle2 (siehe Längsneigungsklassen im Abschlussbericht) dargestellte Klassifizierung. Fahrzeugkategorien: Das Emissionsmodul unterscheidet intern folgende Fahrzeugkategorien: Pkw, Leichte Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse bis 3,5 t), LNfz genannt, Schwere Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse über 3,5 t), im folgenden SNfz genannt. Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi: Nachdem die Änderungen im Emissionsmodul durchgeführt worden waren, wurden alle Visual Basic Codes von ACCESS nach Delphi verlagert. Implementierung des neuen Emissionsmoduls in das MLuS 02: Das Emissionsmodul wurde in das MLuS 02 Programm implementiert. Ruß wird aus dem MLuS entfernt (Außerkraftsetzung der 23. BImSchV).
Es wurde anhand einer ersten Auswertung der Messdaten an der autobahnähnlichen B10 bei Karlsruhe und anhand einer Systematisierung weiterer zugänglicher PM10-Messergebnisse an Straßen im Anwendungsbereich des Merkblattes über Luftverunreinigungen an Straßen (MLuS 02) eine bessere Anpassung des existierenden Verfahrens zur Berechnung verkehrsbedingter PM10-Emissionen im Sinne einer schnell verfügbaren pragmatischen Zwischenlösung für diese Straßen erarbeitet. Mittels der NOx-Tracermethode konnten für die B10 bei Karlsruhe PM10-Emissionsfaktoren abgeleitet werden. Diese betragen im Wochenmittel 81 mg/(km Fzg), wobei an trockenen Werktagen 92 mg/(km Fzg) und an trockenen Sonntagen 59 mg/(km Fzg) ermittelt wurden. Anhand der Auswertung der Inhaltsstoffanalysen wurde u.a. abgeschätzt, dass an trockenen Werktagen ca. 50 % der PM10-Emissionen durch Auspuffemissionen realisiert werden, ca. 20 % durch Reifenabrieb, weniger als 1 % durch Bremsabriebe und ca. 30 % durch Straßenabriebe sowie Wiederaufwirbelung von Schmutzeintrag. Es wurde in diesen Überlegungen angenommen, dass sich die PM10-Emissionen einer Straße aus den Emissionen des Auspuffs sowie dem Anteil aus Abrieb und dem der Aufwirbelung infolge Reifen-, Brems-, Kupplungsbelags- und Straßenabrieb sowie Straßenstaub zusammensetzen. Dabei werden die Emissionen aus dem Auspuff bestimmt nach dem Handbuch für Emissionsfaktoren des Umweltbundesamtes (HBEFA). Die Emissionen für Abrieb und Aufwirbelung wurden auf Basis von aus vorliegenden Messergebnissen abgeleiteten Emissionsfaktoren (getrennt nach PKW und LKW) berechnet. Entsprechende Emissionsfaktoren werden angegeben. Unterschieden wird nach nicht überdeckelten Straßen und Tunnelstrecken. Für Tunnelstrecken, auf denen die Emissionen offenbar geringer sind als auf offenen Straßen, werden niedrigere PKW-Emissionsfaktoren angesetzt als für Straßen auf freier Strecke. Unterschieden wird auch weiterhin in Straßen mit gutem bzw. schlechtem Straßenzustand. Eine eindeutige Geschwindigkeitsabhängigkeit konnte aus den verfügbaren Daten nicht abgeleitet werden. Auch die Regenabhängigkeit ist weiterhin nicht eindeutig geklärt. Für die Bestimmung der Kurzzeitbelastung nach 22. BImSchV für PM10 und CO wurde auf Basis der Auswertung von Messdaten ein statistischer Zusammenhang abgeleitet für die Berechnung der Anzahl von Überschreitungen von 50 -µg PM10/m-³ als Tagesmittelwert beziehungsweise zur Bestimmung des maximalen gleitenden CO-8h-Wertes aus dem jeweiligen Jahresmittelwert. Der Bericht wurde um eine Zusatzuntersuchung zum Vergleich der PM10-Konzentrationen aus Messungen an der A1 bei Hamburg und Ausbreitungsberechnungen erweitert. Diese Zusatzuntersuchung enthält als Anhänge eine Fehlerdiskussion, eine Darstellung des Berechnungsverfahrens PROKAS zur Bestimmung verkehrserzeugter Schadstoffbelastungen sowie die MLuS 02-Protokolle zum PC - Berechnungsverfahren zur Abschätzung von verkehrsbedingten Schadstoffimmissionen nach dem Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Version 5.0j vom 26.02.2002.
Die Reduzierung des Verkehrslärms ist eine große Herausforderung für alle Beteiligten. Das gilt umso mehr, als nach den Prognosen sich die Verkehrsleistung auf der Straße noch stark erhöhen wird. Viele Stellen in Deutschland, wie Industrie, Forschungseinrichtungen und Behörden haben sich der Problematik angenommen. Forschungsarbeiten wurden und werden durchgeführt oder sind in Vorbereitung. Über die nationalen Aktivitäten hinaus wird das Thema europaweit behandelt. In vier Beiträgen wird über die europäischen Forschungsprojekte SILVIA, ITARI, SILENCE und P2RN berichtet. Das Spektrum der Konzepte dieser Forschungsarbeiten ist sehr breit und erstreckt sich über praktische und theoretische Ansätze.
Jahresbericht 2005
(2006)
Der Jahresbericht der Bundesanstalt für Straßenwesen gibt einen Überblick über die Arbeitsschwerpunkte der BASt im Jahr 2005. Neben grundlegenden Informationen über die BASt werden 34 Projekte aus den fünf Forschungsabteilungen der BASt vorgestellt. Abgerundet wird der Jahresbericht mit den Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit, der Internationalen Zusammenarbeit, einer Zusammenstellung der zum Teil in der BASt entwickelten und gepflegten Datenbanken und -sammlungen sowie Zahlen und Fakten des Jahres 2005.
Jahresbericht 2006
(2007)
Der Jahresbericht der Bundesanstalt für Straßenwesen gibt einen Überblick über die Arbeitsschwerpunkte der BASt im Jahr 2006. Neben grundlegenden Informationen über die BASt werden 31 Projekte aus den fünf Forschungsabteilungen der BASt vorgestellt. Abgerundet wird der Jahresbericht mit den Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit, der Internationalen Zusammenarbeit, einer Zusammenstellung der zum Teil in der BASt entwickelten und gepflegten Datenbanken und -sammlungen sowie Zahlen und Fakten des Jahres 2006.
Auf Basis von Immissionsmessdaten an 8 Straßenabschnitten wurde die Wirkung von potenziellen PM10-Minderungsmaßnahmen (Temporeduzierung, Verbesserung des Verkehrsflusses, Verbesserung des Fahrbahnzustandes) beziehungsweise der Einfluss meteorologischer Parameter auf die PM10-Konzentrationen beziehungsweise -Emissionen untersucht. Der Einfluss eines normgerechten Ausbaus einer innerstädtischen Bundesstraße mit Einrichtung einer "Grünen Welle" auf die PMx-Belastungen konnte im Feldversuch an der Bergstraße in Dresden untersucht werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich der Verkehrsfluss nach dem Ausbau in beiden Richtungen deutlich verbessert hat. Stadtauswärts war vor dem Ausbau ein mäßiger Verkehrsfluss (Verkehrssituation nach Handbuch für Emissionsfaktoren = LSA2), stadteinwärts ein schlechter Verkehrsfluss zu verzeichnen gewesen. Nach dem Ausbau funktioniert stadtauswärts die Grüne Welle (HVS2), stadteinwärts gibt es Haltezeiten an den Lichtsignalanlagen, die den Verkehrsfluss im Allgemeinen nur gering beeinträchtigen (HVS2, LSA2). Die mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten lagen im Bereich der Messstelle vor dem Ausbau bei circa 30 km/h und nach dem Ausbau bei über 40 km/h. Es konnte eine PM10-Reduktion durch Verbesserung des Verkehrsflusses (Grüne Welle) trotz höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten von circa 3pg/m3 (circa 35 Prozent der PM10-Zusatzbelastung) abgeleitet werden. Umfangreiche Datenauswertungen konnten für die B10 bei Karlsruhe, die Merseburger Straße in Halle und den Jagtvej in Kopenhagen in Verbindung mit jeweils repräsentativen Hintergrundmessstellen durchgeführt werden. Es konnten erwartungsgemäß deutliche Abhängigkeiten der PM10- und PM2.5-Konzentrationen von meteorologischen Parametern beobachtet werden. Dabei gibt es aber auch eine Vielzahl von Korrelationen der meteorologischen Kenngrößen untereinander, sodass aus der tendenziellen Abhängigkeit der Partikelbelastung von einer meteorologischen Kenngröße unmittelbar nicht auf dessen Ursache/Wirkungsbeziehung geschlossen werden kann. Die stärksten meteorologischen Einflüsse auf die PM10-Gesamtbelastungen gehen von den vertikalen Austauschbedingungen, von der Anzahl niederschlagsloser Tage seit dem letzten Niederschlagsereignis und der Windgeschwindigkeit aus. Die stärksten meteorologischen Einflüsse auf die PM10-Zusatzbelastungen gehen von der Windgeschwindigkeit und -richtung sowie von den Temperaturen aus. Bei den PM10-Emissionsfaktoren zeichnet sich zum Beispiel an der Merseburger Straße für die Werktage mit Niederschlag im Mittel ein circa 30 Prozent geringerer Wert ab als an den trockenen Werktagen. Diese Abnahme ist signifikant. Die PM10-Emissionsfaktoren an den ersten drei trockenen Tagen nach einem Niederschlagsereignis sind gleich, zeigen also keine Zunahme mit andauernder Trockenheit. Bei den PM2.5-Emissionen ist dieser Minderungseffekt durch Niederschlag nicht zu verzeichnen. Eine Bindung des Staubes im Straßenraum bei hoher Luftfeuchtigkeit konnte nicht festgestellt werden. Während die PM2.5-Emissionsfaktoren (weitestgehend Motoremissionen) unabhängig von der Jahreszeit sind, nimmt die Emission der Partikelfraktion PM2.5 bis PM10 im Winterhalbjahr deutlich (über 100 Prozent) zu. Ursachen könnten das Einbringen von Streugut und vermehrte Schmutzeinträge auf der Straße sein. Im Winterhalbjahr sind auch die PM10-Emissionsfaktoren, wie erwartet, von den Austauschbedingungen unabhängig und liegen jeweils deutlich (Faktor zwei) höher als im Sommerhalbjahr. Dieser Anstieg der PM10-Emissionen unter winterlichen Bedingungen könnte auch erklären, warum die PM10-Emissionsfaktoren im Unterschied zu PM2.5 bei niedrigen Tagesmitteltemperaturen deutlich höher sind als bei hohen Temperaturen. Der hohe Anstieg der PM10-Konzentrationen während (winterlicher) austauscharmer Inversionswetterlagen könnte somit sowohl von den schlechten Austauschbedingungen als auch von deutlich höheren nicht motorbedingten PM10-Emissionen beeinflusst sein. Derzeit laufen in parallelen Forschungsprojekten weitere Arbeiten, um den Erkenntnisstand bei der PM10-Emissionsmodellierung beziehungsweise bei der Bewertung von Minderungsmaßnahmen zu erhöhen. Es sollte einer separaten Auswertung vorbehalten sein, aus all diesen neuen Forschungsprojekten die Schlussfolgerungen für die zukünftige PM10-Modellierung zu ziehen.
Im Hinblick auf die prozessbezogenen Beiträge nicht-motorischer Partikelemissionen durch Abriebs- und Aufwirbelung existieren derzeit lediglich Studien, die an stark belasteten Innerortsstraßen oder in Tunneln durchgeführt wurden. Für die Emissionen von Autobahnen konnten die so gewonnenen Ergebnisse daher nicht ohne Weiteres als repräsentativ für die wesentlich häufiger anzutreffende Situation frei angeströmter Autobahnabschnitte betrachtet werden. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurden im vorliegenden Projekt an der Autobahn A61 für mehr als 1 Jahr Luv-Lee Messungen durchgeführt. Mittels der NOx-Tracer-Methode wurden die in Tabelle 16 des Berichtes wiedergegebenen partikelmassen-bezogenen Emissionsfaktoren (EFs) ermittelt. Die EFs für PM10 sind mit Ergebnissen anderer Studien aus Deutschland beziehungsweise der Schweiz gut vergleichbar, während sich für die PM1-10-Fraktion geringere EFs ergaben, als aktuell angenommen. Mittels der Positiv-Matrix-Faktorisierung konnten neben den motorischen Emissionen vier nicht-motorische Quellfaktoren identifiziert und quantifiziert werden. Dabei zeigte sich neben einem deutlichen Einfluss durch Tausalzausbringung insbesondere die Relevanz von Bremsabrieb Diese Ergebnisse bestätigen somit auch für freiliegende Autobahnabschnitte die Signifikanz der nicht-motorischen Partikelemissionen für die PM10-Emissionen.
Im Jahresbericht 2007/2008 wird das 25-jährige Standortjubiläum der Bundesanstalt für Straßenwesen in Bergisch Gladbach-Bensberg zum Anlass genommen, auf die Arbeitsergebnisse der vergangenen Jahre zurückzublicken und den Blick in die Zukunft zu richten. Ausgewählte Beiträge aus allen Fachdisziplinen der BASt zeigen, welche Themen von den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der BASt in den letzten Jahren bearbeitet wurden, wo die Schwerpunkte heute liegen und wie die Aufgaben der Zukunft aussehen.rnAußerdem wird ein kurzer Rückblick auf den Bau der Dienstgebäude in Bensberg und die Entwicklung der BASt in den letzten 25 Jahre gegeben sowie über den Tag der offenen Tür berichtet, an dem das Standortjubiläum in Bensberg zusammen mit etwa 4.000 Gästen gefeiert wurde.rnDie letzten Jahre waren altersbedingt geprägt von vielen personellen Wechseln " auch in der Leitungsebene. Der Generationswechsel ist damit in der BASt nahezu abgeschlossen. Das Kapitel "Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter" informiert über die personellen Entwicklungen und Auszeichnungen der Beschäftigten sowie über den Wechsel des Präsidenten im Jahr 2008.rnAbgerundet wird der Jahresbericht mit den Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit, der Internationalen Zusammenarbeit, einer Zusammenstellung der Publikationen der Jahre 2007 und 2008 sowie Datenbanken und -sammlungen. rn