Stadt Freiburg im Breisgau. 2. Änderung des ersten Teilbebauungsplans Flugplatz

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1 S:\M\PROJ\5\M57\M57_0_BER_D.DOCX : Müller-BBM GmbH Robert-Koch-Str. 85 Planegg bei München Telefon +49(89) Telefa +49(89) Dipl.-Phys. Maimilian Eder Telefon +49(89) Maimilian.Eder@mbbm.com. Juli 06 M57/0 EDM/WDN Stadt Freiburg im Breisgau. Änderung des ersten Teilbebauungsplans Flugplatz Elektromagnetische Felder Bericht Nr. M57/0 Auftraggeber: Bearbeitet von: Berichtsumfang: Stadt Freiburg im Breisgau Stadtplanungsamt Berliner Allee 794 Freiburg i. Br. Dipl.-Phys. Maimilian Eder Dr.-Ing. Gisbert Gralla 6 Seiten insgesamt, davon 8 Seiten Tetteil, Seiten Anhang A, Seiten Anhang B und 4 Seiten Anhang C Müller-BBM GmbH HRB München 8643 USt-ldNr. DE86790 Akkreditiertes Prüflaboratorium nach ISO/IEC 705 Geschäftsführer: Joachim Bittner, Walter Grotz, Dr. Carl-Christian Hantschk, Dr. Aleander Ropertz, Stefan Schierer, Elmar Schröder

2 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 3 Situation und Aufgabenstellung 5 Literatur 5 3 Prognose der Magnetfeldimmission 6 3. Allgemeines 6 3. Ergebnis 7 4 Auswirkung der Änderung des Bebauungsplans 8 C. Allgemeine Beschreibung C... Zur Bahnstrecke parallele Baufelder C... Gedrehtes Baufeld C..3. Gesamtmittelwerte 4 Anhang A: Isolinienkarte Anhang B: Magnetfeldempfindliche Geräte Anhang C: Berechnung der Mittelwerte der magnetischen Flussdichte über den Baufeldern M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite

3 Zusammenfassung Die Stadt Freiburg betreibt derzeit die. Änderung des ersten Teilbebauungsplans Flugplatz im Stadtteil Brühl. Für die Untersuchung zum Thema Elektromagnetische Felder ist die westlich des Bebauungsgebietes befindliche Bahntrasse der Breisgau S-Bahn (BSB AG) von Bedeutung, die derzeit nicht elektrifiziert ist, deren Elektrifizierung jedoch vorgesehen ist und berücksichtigt werden soll. Im Konkreten sollte untersucht werden, inwieweit die Änderung des Bebauungsplans zu einer Änderung der Einwirkung elektromagnetischer Felder auf den zur Bebauung vorgesehenen Flächen (Baufeld 3 und 4) führt. Dies ist nicht hinsichtlich einer zukünftigen Wohnnutzung von Bedeutung, sondern hinsichtlich der Nutzung durch Universitätsinstitute und in diesem Zusammenhang hinsichtlich von Störungen von empfindlichen technischen und wissenschaftlichen Geräten. Ergebnisse Durch die Änderung des Bauungsplans sind die Baufelder 3 und 4 näher an die Bahnstrecke herangerückt, wodurch eine höhere Magnetfeldimmission auf diese Baufelder auftreten wird. Dies betrifft sowohl die minimale magnetische Flussdichte (Erhöhung von 35 nt auf 56 nt), die maimale magnetische Flussdichte (Erhöhung von 073 nt auf 9 nt) und die mittlere magnetische Flussdichte (Erhöhung von 40 nt auf 357 nt). Während die Immission auf etwa 70 % der Baufläche gleich bleibt, bedeutet dies für 30 % der Baufläche eine Verschlechterung, wenn es um die Aufstellung besonders magnetfeldempfindlicher Geräte geht (Elektronenmikroskope, Elektronenstrahllithografiegeräte, MRT-Geräte, MEG-Geräte). Hier sind dann gegebenenfalls aufwändigere Abschirmmaßnahmen erforderlich. Anmerkung: Bei allen Angaben der magnetischen Flussdichte handelt es sich um Spitze-Spitze-Werte. M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite 3

4 Für den Inhalt des vorliegenden Berichtes zeichnen verantwortlich: Dipl.-Phys. Maimilian Eder Dr.-Ing. Gisbert Gralla Telefon +49 (0) Telefon +49 (0) Projektteam Projektverantwortlicher Dieser Bericht darf nur in seiner Gesamtheit, einschließlich aller Anlagen, vervielfältigt, gezeigt oder veröffentlicht werden. Die Veröffentlichung von Auszügen bedarf der schriftlichen Genehmigung durch Müller-BBM. Die Ergebnisse beziehen sich nur auf die untersuchten Gegenstände. M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite 4

5 Situation und Aufgabenstellung Die Stadt Freiburg betreibt derzeit die. Änderung des ersten Teilbebauungsplans Flugplatz im Stadtteil Brühl. Für die Untersuchung zum Thema Elektromagnetische Felder ist die westlich des Bebauungsgebietes befindliche Bahntrasse der Breisgau S-Bahn (BSB AG) von Bedeutung, die derzeit nicht elektrifiziert ist, deren Elektrifizierung jedoch vorgesehen ist und berücksichtigt werden soll. Im Konkreten soll untersucht werden, inwieweit die Änderung des Bebauungsplans zu einer Änderung der Einwirkung elektromagnetischer Felder auf den zur Bebauung vorgesehenen Flächen (Baufeld 3 und 4) führt. Dies ist nicht hinsichtlich einer zukünftigen Wohnnutzung von Bedeutung, sondern hinsichtlich der Nutzung durch Universitätsinstitute und in diesem Zusammenhang hinsichtlich von Störungen von empfindlichen technischen und wissenschaftlichen Geräten. Literatur [] Städtebaulicher Rahmenplan Neues Fußballstadion am Flugplatz und Universitätsquartier, Maßstab :500, Stadt Freiburg i. Br., Stand: [] Planungsunterlage Breisgau S-Bahn 00, Ertüchtigung der Strecke 430 (Breisacher Bahn), Lageplan Trassierung Freiburg Breisach, km,500 km,500, DB Projektbau GmbH, April 0 [3] Planungsunterlage Breisgau S-Bahn 00, Ertüchtigung der Strecke 430 (Breisacher Bahn), Lageplan Trassierung Freiburg Breisach, km,500 km 3,400, DB Projektbau GmbH, April 0 [4]. Teilbebauungsplan FLUGPLATZ für das Universitätsquartier Stadtteil: Brühl Maßstab :000. Plandatum: Stadt Freiburg i. Breisgau. M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite 5

6 3 Prognose der Magnetfeldimmission 3. Allgemeines Das Ziel ist es, die durch den S-Bahn-Betrieb hervorgerufene Magnetfeldimmission auf dem Universitätsgelände zu prognostizieren. Die Immission elektrischer Felder ist hier nicht von Bedeutung, da es um die Beeinflussung empfindlicher Geräte innerhalb von Gebäuden geht und elektrische Felder von üblichen Gebäudehüllen vollständig abgeschirmt werden. Zudem sind die meisten Geräte nur gegenüber magnetischen und nicht gegenüber elektrischen Feldern empfindlich, so dass auch aus diesem Grund eine Betrachtung der elektrischen Felder nicht erforderlich ist. Obwohl auch die vorbeifahrenden Züge auf der nicht-elektrifizierten Strecke allein durch ihre ferromagnetische Masse und die damit verbundene Verzerrung des Erdmagnetfeldes Störungen auf dem Baufeld verursachen, ist dieser Effekt deutlich geringer als die Magnetfeldänderungen, die durch den Betriebsstrom der S-Bahn verursacht werden. Die S-Bahn-Strecke wird deshalb hinsichtlich ihrer stromführenden Teile, die für die Magnetfeldimmission in der Umgebung maßgeblich sind, modelliert. Die eigentliche Magnetfeldberechnung erfolgt dann mit Hilfe eines Feldberechnungsprogramms (WinField, Version 06). Die Modellierung bzw. Berechnung erfolgt dabei im Sinne einer Worst-Case- Betrachtung: Es wird der Strom in den Fahrdrähten (bzw. als Rückstrom in den Gleisen) angenommen, den das nächstgelegene Unterwerk (UW Freiburg) liefern kann (000 A). Streuströme wurden nicht berücksichtigt. Das Ergebnis der Magnetfeldberechnung ist der Betrag des Vektors der magnetischen Flussdichte an jedem Berechnungsort. Folgende Parameter wurden verwendet: Schienenabstand Gleisabstand Fahrdrahthöhe Spannungsversorgung Frequenz Einspeisestrom 435 mm 4000 mm 5500 mm 5 kv Wechselspannung 6,7 Hz 000 A je Gleis M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite 6

7 Bpp in nt 3. Ergebnis In der nachfolgenden Grafik ist die Magnetfeldänderung als Spitze-Spitze-Wert der magnetischen Flussdichte in Abhängigkeit vom Abstand zur Trassenmitte dargestellt. Betrieb mit Maimalstrom Stromloser Betrieb Abstand von Trassenachse in m Abbildung. Magnetfeldänderung durch den S-Bahn-Betrieb in Abhängigkeit vom Abstand zur Trassenmitte. M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite 7

8 4 Auswirkung der Änderung des Bebauungsplans Durch die. Änderung des ersten Teilbebauungsplans sind die Baufelder 3 und 4 näher an die Bahnstrecke herangerückt, weshalb eine höhere Magnetfeldimmission auf diese Baufelder zu erwarten ist. Um diese Auswirkung der Änderung des Bebauungsplans zu quantifizieren, wurden jeweils die minimalen und maimalen Spitze-Spitze-Werte der magnetischen Flussdichte auf den genannten Baufeldern jeweils für die ursprüngliche (hier BP) und die geänderte Version (BP) des Bebauungsplans entnommen und in folgender Tabelle aufgelistet. Tabelle. Minimale und maimale Spitze-Spitze-Werte der magnetischen Flussdichte auf den Baufeldern des ursprünglichen Bebauungsplans (BP) und denen des geänderten Bebauungsplans. B min B ma B mittel BP 35 nt 073 nt 40 nt BP 56 nt 9 nt 357 nt BP/BP 60 % 98 % 56 % Im Anhang A ist die Magnetfeldimmission als Isolinienkarte für beide Versionen des Bebauungsplans in einer Abbildung dargestellt und die Lage der Baufelder eingezeichnet. M57/0 EDM/WDN. Juli 06 Seite 8

9 Anhang A Isolinienkarte M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang A, Seite

10 S:\M\Proj\5\M57\M57_0_BER_D.DOCX: M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang A, Seite

11 Anhang B Magnetfeldempfindliche Geräte M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang B, Seite

12 Magnetfeldempfindliche Geräte Im Zusammenhang mit Forschungseinrichtungen im Bereich Naturwissenschaften und Medizin sind insbesondere folgende Arten von magnetfeldempfindlichen Geräten relevant: - Elektronenmikroskope - Elektronenstrahllithografiegeräte - Magnetresonanztomografie-Geräte (MRT-Geräte) - Magnetoenzephalografie-Geräte (MEG-Geräte) Für Elektronenmikroskope kann von einer typischen Empfindlichkeit von 00 nt ausgegangen werden, bei hochauflösenden Geräten von 50 nt, in Etremfällen sogar nur von 0 nt. Elektronenstrahllithografiegeräte, wie sie insbesondere in der Halbleiterherstellung eingesetzt werden (Elektronenstrahlschreiber zur Maskenherstellung), weisen ähnliche Empfindlichkeiten wie Elektronenmikroskope auf. Typische Empfindlichkeiten liegen bei 00 nt, hochauflösende Geräte verlangen Umgebungen mit weniger als 30 nt. MRT-Geräte sind generell etwas unempfindlicher als Elektronenmikroskope; die zulässigen Werte liegen hier zwischen 00 nt bis 500 µt, bei geschlossenen Tunnelgeräten auch noch etwas höher. Für MEG-Geräte ist grundsätzlich eine Abschirmung gegenüber Magnetfeldern erforderlich. Die Anforderungen für den Aufstellort liegen dann zwischen 500 nt und 000 nt (wobei die Abschirmung dann bereits berücksichtigt ist). In der folgenden Tabelle sind diese Anforderungen und die sich daraus ergebenden erforderlichen Mindestabstände von der hier untersuchten S-Bahn zusammengestellt. Feldreduktionsmaßnahmen (aktive Magnetfeldkompensation, passive Abschirmungen) sind hierbei nicht berücksichtigt. Tabelle B. Geräteanforderungen und erforderliche Mindestabstände von der S-Bahn (Trassenmitte), ohne Berücksichtigung von Feldreduktionsmaßnahmen. Gerätetyp Anforderung Mindestabstand Elektronenmikroskop 0 nt bis 00 nt 50 m bis 700 m Elektronenstrahllithografiegerät 30 nt bis 00 nt 50 m bis 430 m MRT-Gerät 00 nt bis 500 nt 0 m bis 50 m MEG-Gerät 500 nt bis 000 nt 75 m bis 0 m M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang B, Seite

13 Anhang C Berechnung der Mittelwerte der magnetischen Flussdichte über den Baufeldern M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang C, Seite

14 C. Allgemeine Beschreibung Die magnetische Flussdichte B an einem beliebigen Punkt auf einem Baufeld hängt nur vom Abstand dieses Punktes zur Bahnstrecke ab. Diese Abhängigkeit wird in Abschnitt 3 auf Abbildung durch die rote Linie dargestellt und im Weiteren mit B() bezeichnet. Der Mittelwert eines Baufeldes ergibt sich aus der Integration der magnetischen Flussdichte über der Fläche A des Baufeldes, dividiert durch die gesamte Fläche des Baufeldes A B. () B B ( ) da A B A A B lässt sich aus den Seitenlängen a und b der Rechtecke bestimmen und B() ist durch die in Abschnitt 3 ausgeführte Berechnung ebenfalls bekannt; für die Berechnung des Integrals müssen also noch dessen Grenzen und das Flächenelement da in Abhängigkeit von beschrieben werden. Anschließend kann das Integral in Ecel numerisch mit einer Auflösung von Δ = m ausgewertet werden. C... Zur Bahnstrecke parallele Baufelder Bei den Baufeldern 3 und 4 des geänderten Bebauungsplanes und dem Baufeld 4 des ursprünglichen Bebauungsplanes handelt es sich um rechteckige Baufelder, welche parallel zur Bahnstrecke ausgerichtet sind (siehe Abbildung in Anhang A). Die Länge der zur Bahnstrecke parallelen Seiten eines Baufeldes sei a. Bei Integration in -Richtung ergibt sich ein von unabhängiges Flächenelement da a d () Die Abstände der beiden parallelen Seiten eines Baufeldes zur Bahnstrecke seien und. Diese Abstände entsprechen den Grenzen des Integrals. Für den Mittelwert der parallel zur Bahnstrecke ausgerichteten Baufelder ergibt sich dann mit b = : B a ( ) C... Gedrehtes Baufeld B( ) a d ( ) B( ) d Für die Bestimmung des Mittelwertes auf Baufeld 3 des ursprünglichen Bebauungsplans muss das Integral in drei Teile zerlegt werden, da das Baufeld nicht parallel zur Bahnstrecke liegt und damit das Flächenelement da von abhängig ist. Das Baufeld wird durch zwei zur Bahnstrecke parallele Geraden in zwei Dreiecke und ein dazwischen liegendes Parallelogramm geteilt. (3) M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang C, Seite

15 Mittelwert des der Bahnstrecke nähergelegenen Dreiecks Die Fläche A B des Dreiecks lässt sich mit A B c ( ) bestimmen, wobei der -Wert des der Bahnstrecke am nächsten gelegenen Punktes des Baufeldes, und der -Wert der Hypotenuse c des betrachteten Dreiecks ist. Das von abhängige Flächenelement dieses Dreiecks ergibt sich aus geometrischen Überlegungen (4) da c ( d ( ) ) (5) Setzt man die Gleichungen (4) und (6) in Gleichung () ein, erhält man schließlich B c ( ) ( ) B( ) ( B( ) ( ) d c ( ) d ) (6) Mittelwert des Parallelogramms Hier ist das Flächenelement da nicht von abhängig; der Mittelwert kann also analog zu den anderen Baufeldern bestimmt werden, mit den Grenzen und 3 und b = 3. Mittelwert des der Bahnstrecke fernergelegenen Dreiecks Dieser Mittelwert lässt sich ähnlich dem des anderen Dreiecks bestimmen, lediglich sind die Grenzen hier 3 und 4 und das Flächenelement nimmt mit größeren -Werten ab (Nullstelle bei = 4 ): B c ( ) ( 4 4 ) B( ) ( B( ) ( 4 4 c ( ) 3 ) d 4 ) d (7) M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang C, Seite 3

16 C..3. Gesamtmittelwerte Durch die numerische Integration in Ecel (entspricht der Bildung einer Summe) werden mittels der Gleichungen (3), (6) und (7) die Mittelwerte der einzelnen Abschnitte bestimmt. f( ) d f( n), n mit m (8) Diese werden sodann nach Flächenanteil gewichtet addiert. Aus den beiden Mittelwerten der Baufelder 3 und 4 kann dann jeweils für die alte und die neue Version des Bebauungsplans ein Gesamtmittelwert berechnet werden: Tabelle C. Mittelwerte der magnetischen Flussdichte der einzelnen Baufelder des alten und des neuen Bebauungsplans. Baufeld 3 Baufeld 4 Gesamtmittelwert Alter BPlan 69 nt 0 nt 40 nt Neuer BPlan 357 nt 357 nt 357 nt M57/0 GRL/WDN. Juli 06 Anhang C, Seite 4