Auszug aus meiner Master-Thesis zum Thema Energieeffizienz bei Straßen

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1 Anhang: Auszug aus meiner Master-Thesis zum Thema Energieeffizienz bei Straßen hier: Energieeffiziente Verkehrsregelungen vor Geschwindigkeitsbeschränkungen Jörg Steinmetz, Sickstraße 78, Stuttgart, Geschwindigkeitstrichter vor Geschwindigkeitsbeschränkungen Ein weiterer Ansatz zur Steigerung der Energieeffizienz durch energieeffiziente Verkehrsregelungen ist aus Sicht des Verfassers, das Anpassen von Geschwindigkeitstrichtern vor Geschwindigkeitsbeschränkungen. Ausgangssituation Häufig muss der Fahrzeugführer im Bereich von Geschwindigkeitsbeschränkungen auf Autobahnen das Tempo von einem hohen Geschwindigkeitsniveau (130 km/h oder deutlich mehr) auf eine zulässige Höchstgeschwindigkeit von 80 bzw. 60 km/h z.b. im Bereich von Baustellen oder bei der allgemeinen Einführung einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit reduzieren. Nach den geltenden Regelwerken 1 ist die zulässige Geschwindigkeit über einen Geschwindigkeitstrichter rechtzeitig und stufenweise herabzusetzen. Auf Autobahnen und Straßen mit schnellem Verkehr sollen danach die Geschwindigkeitsstufen je 20 km/h (100, 80 u. 60 km/h) und der Mindestabstand zwischen ihnen je 200 m betragen. In den letzten 40 Jahren hat das durchschnittliche Fahrzeuggesamtgewicht deutlich zugenommen. Ein Wagen der sogenannten Kompaktklasse z. B. VW Golf I wog Mitte der 70er Jahre 800 kg. Der heutige Golf VII aus dem Jahre 2013 wiegt dagegen im Durchschnitt rund 1350 kg. Zudem haben sich der durchschnittliche Cw-Wert der den Luftwiderstand der Fahrzeuge widerspiegelt sowie die Getriebeabstimmung und Reifenrollwiderstände (Thema Spritsparreifen) verändert. 1 Siehe Straßenverkehrs-Ordnung Ziffer V VwV-StVO zu Zeichen 41 Zeichen 274 sowie der Richtlinie für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen (RSA).

2 Dadurch haben sich die Fahrwiderstände bei Fahrzeugen in den vergangenen 40 Jahren verändert. Die Abbildung 27 zeigt die Komponenten des Fahrwiderstandes bei Fahrzeugen, u. a. mit dem Roll- und Luftwiderstand. Abbildung 1: Die Komponenten des Fahrwiderstandes u. a. mit Rollwiderstand und Luftwiderstand, Darstellung aus der Zeitschrift Auto, Motor, Sport, Ausgabe 12/2010 Grundsätzlich haben diese geänderten Randbedingungen und Umstände unter anderem positiv dazu beigetragen, dass sich bei den heutigen Fahrzeugen die kinetische Energie sowie deren Ausnutzung im Durchschnitt erhöht haben. So ist der Weg, den ein Fahrzeug ohne abzubremsen (bei eingelegtem höchstem Gang) zur Reduzierung einer Geschwindigkeitsstufe um 20 km/h benötigt, meist deutlich länger als 200 m. 2 Ein gängiges Kompaktfahrzeug (bspw. der Marke VW Golf VI) 3 benötigt erfahrungsgemäß auf ebener Strecke im höchsten Gang zur Reduzierung der Geschwindigkeit (V) von 120 auf 100 und von 100 auf 80 km/h im Durchschnitt jeweils ca. 300 m Wegstrecke (siehe Abbildung 28). 4 Bei Gefällestrecken erhöht sich dieser Wert deutlich. 2 Nicht zuletzt aus eigenen Erfahrungen des Verfassers, mit unterschiedlichen Automodellen getestet. 3 derzeitige Baureihe, Benziner, Schaltgetriebe. 4 Messwerte abhängig vom Fahrzeuggewicht (z. B. auch von der Anzahl der Fahrzeuginsassen), Bereifung, CW- Wert (Fahrzeugaufbauten), Getriebeübersetzung (6-Gang, 5-Gang, Automatik-/Schaltgetriebe), etc.

3 Notwendige Strecke zur Reduzierung der V um 20 km/h = ca. 300 m Abbildung 2: Notwendige Strecke zur Reduzierung der Geschwindigkeit Um die aus den Regelwerken geforderte Abminderung der Geschwindigkeit beispielsweise im Geschwindigkeitstrichter vor einer Autobahnbaustelle um jeweils 20 km/h auf der vorgegebenen Strecke von 200 m einhalten zu können, muss somit der Verkehrsteilnehmer sein Fahrzeug zusätzlich abbremsen (siehe Abbildung 29). Dadurch muss vorher zugeführte Energie unnötig durch Bremsenergie abgebaut werden. Beschilderungsabstand zur Reduzierung der V um 20 km/h = 200 m Restliche Energie wird in Bremsenergie umgewandelt Abbildung 3: Beschilderungsabstand im Breich des Geschwindigkeitstrichters von 200 m, überschüssige Geschwindigkeit muss grundsätzlich in Bremsenergie umgewandelt werden Dies wirkt sich u. a. negativ auf die Schadstoffbelastung durch zusätzlichen und unnötigen Reifen- und Bremsabrieb aus und verursacht unnötigen Energieverbrauch und beeinflusst damit die Energieeffizienz des Straßenraumes. Anforderungen Zur Reduzierung dieser unnötigen Energievernichtung und damit entstehenden Schadstoffbelastungen für Mensch und Umwelt sowie zur Steigerung der Energieeffizienz auf Straßen erscheint eine Änderung der Verkehrsregelung mit der Anpassung der Geschwindigkeitstrichter notwendig. Generell sollte der Bereich, in dem die zulässige streckenbezogene Geschwindigkeit stufenweise auf eine neue zulässige Höchstgeschwindigkeit herabgesetzt wird (also der sogenannte Geschwindigkeitstrichter) so dimensioniert sein, dass der Verkehrsteilnehmer eine ausreichende Wegstrecke zur Verfügung hat, um die Geschwindigkeit auf die

4 angezeigte zulässige Geschwindigkeit ohne Einsatz zusätzlicher Bremsenergie und damit ohne Vernichtung kinetischer Energie zu reduzieren. Um adäquate Werte zu erhalten, müsste die erforderliche Wegstrecke ermittelt werden, die der durchschnittliche Verkehr unter Ausnutzung der kinetischen Fahrzeugenergie ohne Zufuhr zusätzlicher Bremsenergie erfordert, um rechtzeitig auf die vorgeschriebenen Geschwindigkeitsstufen ( km/h) bzw. auf die neue zulässige Geschwindigkeit zu verzögern. Die daraus ermittelten Werte würden dann die neuen Abstände zwischen der Beschilderung der einzelnen Geschwindigkeitsstufen ergeben. Auf Gefälle- oder Steigungsstrecken sollte dieser Wert ggf. mit Zu- oder Abschlägen versehen werden. Um ein abruptes und unnötiges Abbremsen des Fahrzeuges aus den oben genannten Gründen auf einem Streckenabschnitt ohne zulässige Geschwindigkeit vor der Einführung einer zulässigen Geschwindigkeit zu vermeiden, sollte zudem generell der Geschwindigkeitstrichter frühzeitig mit mind. 120 km/h anstelle mit 100 km/h angezeigt werden. Auswirkungen und Nutzen Die insgesamt verbesserte Ausnutzung der kinetischen Energie des fließenden Verkehrs durch ein generell nicht mehr zwingend erforderliches Abbremsen zum Einhalten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit würde insbesondere zur Steigerung der Energieeffizienz durch weniger Kraftstoffverbrauch und zur Senkung der Luftschadstoffe, u. a. durch vermiedenen Reifen und Bremsabrieb führen. Betrachtet man den positiven volkswirtschaftliche Nutzen aus der Veränderung der Schadstoff- und der Klimabelastung (hier anhand von CO 2 Vermeidungskosten) sowie der Betriebskosten (Kraftstoff, Reifen, Bremsen) quantitaiv (vgl. auch EWS 5 5 Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (EWS), Ausgabe 1997.

5 2.3), so könnte sich im Bereich von Geschwindigkeitsbeschränkungen überschlägig nachfolgend beschriebener Effekt ergeben. Die Schadstoff- und Kraftstoffminimierung ermittelt sich nach Abbildung 30 mit Hilfe der Wegstrecke b.), auf der bereits im Vergleich zu a. frühzeitiger nämlich über die Strecke Δ die Antriebsleistung und somit Kraftstoffzufuhr reduziert bzw. unterbrochen werden kann. Abbildung 4: Schematische Darstellung herkömmlicher Geschwindigkeitstrichter zu modifiziertem Geschwindigkeitstrichter und der Strecke Δ Legt man eine mittlere benötigte brems- und antriebsfreie Strecke von 300 m zur Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit je Geschwindigkeitsstufe (20 km/h) gegenüber den bisherigen Vorgaben der Regelwerke von 200 m aus a.) zugrunde, so entspricht Δ einer Wegstrecke von 100 m pro Geschwindigkeitsstufe, auf der gegenüber a.) keine bzw. nur noch eine reduzierte Kraftstoffzufuhr notwendig ist.

6 Auf deutschen Autobahnen sind im Schnitt über 800 Baustellen längerer Dauer und bis zu Tagesbaustellen vorhanden. 6 Basierend auf der o. g. Wegstrecke könnte nach überschlägiger Berechnung (siehe Anlage 4) eine Vergrößerung der Geschwindigkeitsstufen um jeweils 100 m innerhalb des Trichters alleine im Bereich von Autobahnbaustellen 7 bereits eine Reduzierung der Schadstoffbelastung von über t CO 2 pro Jahr bewirken. 8 Zusätzlich würden die Reifen- und Bremsabriebe gemindert werden. Zudem könnten Energieressourcen durch die Reduzierung des Kraftstoffverbrauches in Höhe von über 20 Millionen Liter jährlich eingespart werden. Volkswirtschaftliche Verluste aufgrund von Zeitverlusten da die Geschwindigkeit bereits früher reduziert werden muss werden hier nicht berücksichtigt. Berücksichtigt man zudem die Einsparpotenziale aller übrigen Geschwindigkeitsbeschränkungen auf Bundesautobahnen, so erhöhen sich diese Summen. 6 Baustellenmanagement auf Bundesstraßen, Bundesverkehrsministerium, Baustellenmelder, Stand Hier Baustellenzahlen basierend auf dem Baustellen-Informationssystem des Bundes, Zählung 4/08. 8 Bei der durchgeführten Berechnung wurden die eingesparten Betriebskosten sowie der Kostenansatz zur Bewertung der Klimabelastung also nur die Reduzierung des CO 2 -Ausstoßes berücksichtigt (vgl. u. a. EWS Nr. 3.6). Weitere Emissionsminderungen wurden nicht erfasst. Die CO 2 Vermeidungskosten werden mit einem durchschnittlichen Kostenansatz von 110 Euro (vgl. EWS 3.6, Wert Verbrauchspreisindex angepasst u. abgerundet) pro Tonne CO 2 angesetzt. Bei der Betriebskosteneinsparung wurde lediglich die Kraftstoffeinsparung mit einem derzeit mittleren Preis von 1,60 Euro/Liter berücksichtigt. Reifen- und Bremsenverschleiß bleiben unberücksichtigt.