Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die gezielte Herabsetzung der Windaktivit\u00e4t \u00fcber Industriebet\u00e4tigungsfl\u00e4chen (z. B. Deponien oder Umschlagpl\u00e4tze von Sch\u00fcttg\u00fctern, wie Erze, Kohle, Salze, Filterst\u00e4ube, Fasermaterialien, Baustoffe) soll die atmosph\u00e4rische Mitnahme von Stoffen durch den Wind verhindern bzw. minimieren und so angrenzende Siedlungsgebiete vor zu gro\u00dfen Immissionen sch\u00fctzen. Als Windschutzanlagen werden h\u00e4ufig wallose oder wallbehaftete Geh\u00f6lzschutzstreifen vorgesehen, die eine Industriefl\u00e4che teilweise oder ringsum umgeben. W\u00e4hrend man \u00fcber den einzelnen Windschutzstreifen und seine Wirksamkeit im Gebiet stromab mittlerweile recht gut Bescheid wei\u00df, besteht eine Wissensl\u00fccke \u00fcber die aerodynamische Wechselwirkung von Windschutzstreifen, die eine Industriefl\u00e4che entweder von zwei Seiten oder ringsum umgeben. Es ist z. B. nicht klar, ob durch einen ungeeigneten Abstand der Streifen zueinander oder Fehlproportionen nicht eine Wirbelwalze zwischen den Streifen, und damit \u00fcber der Industriefl\u00e4che, entstehen kann, die Schwebstoffe geradezu kontraproduktiv f\u00fcr die Umwelt in h\u00f6here Luftschichten verfrachtet. Das vorliegende Projekt soll dies durch experimentelle und numerische Untersuchungen kl\u00e4ren und dringend ben\u00f6tigte Bemessungsgrundlagen f\u00fcr die Windberuhigung solcher von Windschutzanlagen eingegrenzter Industriefl\u00e4chen liefern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen von experimentellen Modelluntersuchungen in einem atmosph\u00e4rischen Grenzschichtwindkanal sollen systematische Versuchsreihen gefahren werden, bei denen die relevanten str\u00f6mungsphysikalischen Einflussparameter der umgebenden Windschutzstreifen variiert werden. In Abh\u00e4ngigkeit von Geometrieparametern der Sockelw\u00e4lle sowie von H\u00f6he und Porosit\u00e4t der Schutzstreifen werden hochpr\u00e4zise Str\u00f6mungsgeschwindigkeitsmessungen im Schutzgebiet durchgef\u00fchrt. Zum Einsatz kommt ein laseroptisches Str\u00f6mungsgeschwindigkeitsme\u00dfsystem (2-d-Laser-Doppler-Anemometer), das nicht nur Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten, sondern auch turbulente Schubspannungen und damit Austauschgr\u00f6\u00dfen zu messen erlaubt. Die experimentellen Untersuchungen sollen durch numerische Str\u00f6mungsberech-nungen unterst\u00fctzt werden. Die detaillierte Analyse des Windfeldes und seiner Aktivit\u00e4t im Bereich der zu sch\u00fctzenden Industriefl\u00e4che wird optimale Konfigurationen von Schutzanordnungen erkennen lassen. Hieraus sollen sich Empfehlungen \u00fcber optimale Auslegungen solcher gegen\u00fcber liegenden oder um-gebenden Windschutzanordnungen ableiten, die f\u00fcr den in der Praxis t\u00e4tigen und mit Umweltschutzauf-gaben betrauten Ingenieur wichtige Entscheidungshilfen liefern.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die folgenden Ergebnisse beziehen sich auf die Beschreibung des Windschutzes durch die Reduktion der aerodynamischen Kraftwirkung auf im Zwischenfeld zweier Windschutzstreifen befindliche K\u00f6rper im Vergleich zur Kraftwirkung in der ungest\u00f6rten Str\u00f6mung. Die experimentellen Windkanaluntersuchungen zeigen, dass bei einer Doppelwindschutzstreifen-Anordnung (luv- und leeseitig) der Streifenabstand und die Porosit\u00e4t der Bewuchsstreifen die wichtigsten Einflussfaktoren in Hinblick auf eine optimierte Wind-beruhigung im Zwischengebiet darstellen. Die Gr\u00f6\u00dfe der gesch\u00fctzten Bereiche nimmt erwartungsgem\u00e4\u00df mit steigendem Abstand zu. Dies gilt solange bis ein bestimmter Abstand, der von den strukturellen Eigenschaften der Windschutzstreifen und dem Grad der Schutzwirkung abh\u00e4ngt, erreicht wird. Bei \u00dcber-schreiten dieses Abstandes wirken die beiden Windschutzstreifen nur noch als Einzelstreifen und der stromab angeordnete Streifen beeinflusst nicht mehr das Schutzgebiet des vorangegangenen, luvseiti-gen Streifens. Werden die Randbedingungen und der Abstand jedoch richtig gew\u00e4hlt, so kann das Windschutzgebiet zwischen zwei aerodynamisch kommunizierenden Streifen im Vergleich zum Schutzgebiet des Einzelstreifens merklich vergr\u00f6\u00dfert werden. Dies gilt insbesondere f\u00fcr die F\u00e4lle, bei denen sich die aerodynamische Kraftwirkung auf K\u00f6rper im Vergleich zur Kraftwirkung in der ungesch\u00fctzten Str\u00f6mung schwach bis mittelm\u00e4\u00dfig stark reduziert. Demgegen\u00fcber lassen sich Gebiete h\u00f6chsten Windschutzes, die sich meist direkt hinter einem Streifen befinden, kaum durch die Anordnung eines zweiten Streifens stromab beeinflussen. Der optimale Abstand zwischen zwei Windschutzstreifen nimmt mit abnehmender, geforderter Schutzwirkung und kleiner werdender Porosit\u00e4t zu. Windschutzstreifen geringer Porosit\u00e4t verursachen wesentlich gr\u00f6\u00dfere Schutzvolumen als Anordnungen mit hoher Porosit\u00e4t. Der Einfluss des B\u00f6schungswinkels auf die Gr\u00f6\u00dfe der gesch\u00fctzten Fl\u00e4che ist gering. Undurchl\u00e4ssige sockelwallbehaftete Windschutzstreifen und gleich hohe Windschutzstreifen ohne Wall besitzen eine \u00e4hnliche Schutzwirkung, w\u00e4hrend ein Wall ohne Bewuchsstreifen lediglich ein wesentlich kleineres Gebiet wind-beruhigt. Der Einfluss vom Verh\u00e4ltnis der Bewuchsh\u00f6he zur Sockelwallh\u00f6he bei mitteldichten Wind-schutzstreifen ist gr\u00f6\u00dfer als bei dichten Windschutzstreifen. Im Lee aller untersuchten sockelwallbehafteten Windschutzstreifen bilden sich Rezirkulationsvolumen aus. Deren Gr\u00f6\u00dfe wird wesentlich beeinflusst durch die Porosit\u00e4t und bei mitteldichten Windschutzstreifen auch durch das Verh\u00e4ltnis der Bewuchs- zur Sockelwallh\u00f6he. Im Lee undurchl\u00e4ssiger Windschutzstreifen ist eine stark ausgepr\u00e4gte R\u00fcckstr\u00f6mung in Bodenn\u00e4he zu erkennen, die sich mit zunehmender Porosit\u00e4t abschw\u00e4cht. Bei mitteldichten sockelwallbehafteten Windschutzstreifen gleicher Gesamth\u00f6he nimmt die Gr\u00f6\u00dfe der Rezirkulationsvolumen und die Wiederanlegel\u00e4nge mit der H\u00f6he des Sockelwalls stark, bei undurchl\u00e4ssigen Windschutzstreifen nur leicht ab. Die numerischen Berechnungen weisen die gleichen Tendenzen auf. Der Vergleich mit Untersuchungen sockelwallbehafteter Einzelstreifen zeigt, bis auf den Einfluss des Verh\u00e4ltnisses von Bewuchs- zur Sockelwallh\u00f6he bei niedrig geforderter Schutzwirkung, eine sehr gute \u00dcbereinstimmung.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ergebnisse der Untersuchungen wurden auf der 10. Fachtagung Lasermethoden in der Str\u00f6mungsmesstechnik in Rostock vom 10. bis 12. September 2002, auf dem International Workshop on Physical Modelling of Flow and Dispersion Phenomena in Prato, Italien, vom 03. bis 05. September 2003 und auf der International Conference Wind Effects on Trees in Karlsruhe vom 16. bis 18. September 2003 durch Vortr\u00e4ge vorgestellt und in den jeweiligen Proceedings ver\u00f6ffentlicht. Die Konferenz Wind Effects on Trees wurde in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU organisiert. Eine Publikation im Journal Environmental Fluid Mechanics ist in Vorbereitung. Aufbauend auf dem Projekt wird zudem im kommenden Jahr eine Dissertationsarbeit angefertigt werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mittels 2D-LDA-Messungen wurde das Str\u00f6mungsfeld zwischen zwei sockelwallbehafteten Windschutz-streifen in Abh\u00e4ngigkeit von deren Geometrie und Anordnung erfasst. Es wurde gezeigt, dass der Ab-stand der beiden Windschutzstreifen und deren Porosit\u00e4t einen gro\u00dfen Einfluss auf die Windschutzwirkung der Anlage aus\u00fcbt, w\u00e4hrend der Einfluss der Sockelwallgeometrie gering ist. Das Verh\u00e4ltnis von Bewuchs- zu Sockelwallh\u00f6he hat f\u00fcr undurchl\u00e4ssige Windschutzstreifen mit Wall und gleicher Gesamth\u00f6he ebenfalls eine geringe Auswirkung auf den Windschutz. Die Schutzwirkung eines Walls ohne Bewuchs ist jedoch deutlich schlechter. Numerische Berechnungen best\u00e4tigen diese Ergebnisse. Mit den abgeleiteten Schutzvolumen, welche die Gr\u00f6\u00dfe von gesch\u00fctzten Bereichen abh\u00e4ngig von der Art und vom Grad der Schutzwirkung beschreiben, wird dem planenden Ingenieur eine Bemessungsgrundlage und Entscheidungshilfe f\u00fcr die Auslegung solch doppeltangeordneter Windschutzanlagen geliefert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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