Bebauungsplan Campus Morgenstelle Teil 2 Universität Tübingen

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1 Müller-BBM GmbH Niederlassung Karlsruhe Schwarzwaldstr Karlsruhe Telefon +49(721) Telefax +49(721) Dipl.-Met. Axel Rühling Telefon +49(721) Axel.Ruehling@MuellerBBM.de 05. Dezember 2012 Bebauungsplan Campus Morgenstelle Teil 2 Universität Tübingen Einfluss der geplanten Bebauung auf lokale Kaltluftströmungen Bericht Nr. M102866/01 \\S-KAR-FS01\ALLEFIRMEN\M\Proj\102\M102866\M102866_01_Ber_1D.DOC : Auftraggeber: Auftragsnummer: Bearbeitet von: Berichtsumfang: Zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9001 Akkreditiertes Prüflaboratorium nach ISO/IEC Vermögen und Bau Baden-Württemberg Amt Tübingen Schnarrenbergstraße Tübingen Dipl.-Met. Axel Rühling Dr. rer. nat. Rainer Bösinger Insgesamt 25 Seiten Müller-BBM GmbH Niederlassung Karlsruhe HRB München USt-ldNr. DE Geschäftsführer: Horst Christian Gass, Dr. Carl-Christian Hantschk, Stefan Schierer Dr. Edwin Schorer, Norbert Suritsch

2 Inhaltsverzeichnis 1 Situation und Aufgabenstellung 3 2 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse Topographische und orographische Gegebenheiten Bisherige Untersuchungen und Bewertungen des B-Plangebietes als Kalt-/Frischluftschneise 8 3 Technische Grundlagen Vorgehen und Methodik Rechengebiet und digitales Geländemodell Kaltluftsimulationen 14 4 Bewertung der klimatischen Auswirkungen des B-Plans auf Kaltluftproduktion und Frischluftzufuhr 22 5 Grundlagen Dezember 2012 Seite 2

3 1 Situation und Aufgabenstellung Die Vermögen und Bau Baden-Württemberg, Amt Tübingen, erstellt im Rahmen des Bebauungsplanverfahrens Campus Morgenstelle Teil 2 einen Umweltbericht. Hierzu muss auch das Schutzgut Klima abgearbeitet werden. Nach ersten Gesprächen mit der Stadt und der Oberen Naturschutzbehörde sind insbesondere die Einflüsse der geplanten Bebauung auf Kaltluftentstehung, -abfluss und -strömung zu betrachten. Das B-Plangebiet befindet sich auf einer Anhöhe im nördlichen Stadtgebiet von Tübingen. Das Gebiet befindet sich auf einer zum Käsenbachtal hin abfallenden Kuppe, die als Kaltluftentstehungsgebiet eingeschätzt wird. Westlich schließt die Anhöhe des Schnarrenbergs an das Gebiet an. Insgesamt ist das umgebende Gelände westlich und nördlich des B-Plangebiets entweder bebaut oder mit Wald bestanden. Im Geltungsbereich des Bebauungsplans sind neue bis zu zehngeschossige Baukörper geplant. Es wird befürchtet, die geplante Bebauung könne den durch Kaltluftströmungen wesentlich bestimmten Frischlufttransfer in die Stadt Tübingen gefährden. Für die klimatische Bewertung sind die folgenden Fragen ausschlaggebend: 1.) Ist ein relevanter Kaltluftstrom vorhanden und reicht der vermutete Kaltluftstrom bis zum B-Plangebiet und darüber hinaus ins Stadtgebiet hinein? 2.) Falls ja, in welchem Maße würde die Kaltluftentstehung und -ventilation durch Bauvorhaben beeinträchtigt? In der vorliegenden Untersuchung werden durch Modellrechnungen mit einem geeigneten Kaltluftentstehungs- und -abflussmodell die Auswirkungen des Vorhabens auf einen lokalen Kaltluftstrom durch vergleichende Modellrechnungen für die Istsituation (Bestand) und den Planfall quantifiziert und beurteilt. Aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Skalen, die für die Kaltluftproduktion und den Kaltluftabfluss zu betrachten sind, müssen sowohl Modellierungen in großem Umgriff für den großräumigen Einfluss als auch besser aufgelöste, kleinräumige Modellierungen zur Detailanalyse im B-Plangebiet durchgeführt werden. 05. Dezember 2012 Seite 3

4 2 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse 2.1 Topographische und orographische Gegebenheiten Das Untersuchungsgebiet Campus Morgenstelle der Universität Tübingen befindet sich auf dem Schnarrenberg, eine Erhebung nördlich der Tübinger Innenstadt (Abbildung 1). Das Gebiet befindet sich auf einer zum Käsenbachtal hin abfallenden Kuppe (Abbildung 2). Westlich schließt die Anhöhe des Steinenbergs an das Gebiet an. Das umgebende Gelände westlich und nördlich des B-Plangebiets ist entweder bebaut oder mit Wald bestanden. Die östlich und südlich liegenden Flanken im direkten Umfeld sind von Magerwiesen und Streuobstwiesen geprägt, in die inselartig kleinere Waldbereiche eingestreut sind. Der unterhalb liegende Käsenbach wird von dichtem, waldartigem Gehölzbestand umsäumt (Abbildung 3 und Abbildung 4). Abbildung 1. Untersuchungsgebiet (rot markiert) auf der topographischen Karte, Original- Maßstab 1: [11] 05. Dezember 2012 Seite 4

5 Abbildung 2. Vergrößerter Ausschnitt mit Untersuchungsgebiet (rot markiert) auf der topographischen Karte, Original-Maßstab 1: [11] 05. Dezember 2012 Seite 5

6 Abbildung 3. Luftbild des Standorts [2] 05. Dezember 2012 Seite 6

7 Abbildung 4. Blick von bestehendem Hochhaus auf dem Campus Morgenstelle nach Süden längs der Schnarrenbergstraße (oben) und nach Südosten ins Käsenbachtal (unten) [9] 05. Dezember 2012 Seite 7

8 2.2 Bisherige Untersuchungen und Bewertungen des B-Plangebietes als Kalt- /Frischluftschneise In den vorliegenden klimatologischen Untersuchungen [1] [5] [7] [8] wird dem Untersuchungsgebiet Bedeutung als Kaltluftentstehungs- und Kaltluftabflussgebiet in austauscharmen Strahlungsnächten zugesprochen. Im Umfeld des Campus Morgenstelle sind südöstlich der bebauten Bereiche im Hangbereich zum Käsenbachtal bedeutsame Kaltluftproduktionsflächen vorhanden [7] (siehe auch Abbildung 2 und Abbildung 3). Dem Käsenbachtal wird eine lokal bedeutsame Strömung [5] zugewiesen, die als Frischluftschneise für die Innenstadt von Tübingen dient. Die Kaltluftströme im Käsenbachtal stellen nur einen Teil (Ast) der Frischluftzufuhr für die Stadt Tübingen dar. Der Volumenstrom im Käsenbachtal wird von Kaltluftströmen in anderen Bereichen (z. B. Goldersbachtal aus Richtung Bebenhausen [8]) deutlich übertroffen. Die Kaltluftentstehung ist im Untersuchungsgebiet heterogen. Einer hohen Kaltluftproduktion über Wiesen bzw. einer mäßigen im Wald steht eine negative, d. h. kaltluftzehrende Produktion über versiegelten Flächen, wie dem größten Teil des bestehenden Campus Morgenstelle, gegenüber. Das Plangebiet Campus Morgenstelle Teil 2 ist teilweise bereits versiegelt (Parkplatz, siehe Abbildung 3 und Abbildung 4). In [7] wird ausgeführt: Das in der Anlage wiedergegebene städtebauliche Konzept greift in einem Maße in die Wiesenflächen ein, das als stadtklimatisch erheblich zu bezeichnen ist, weil einerseits Flächen aus dem kaltluftbildenden Prozess herausgenommen werden und andererseits die Fließdynamik bei der Überströmung durch Hindernisse und die Erhöhung der strömungsphysikalischen Rauigkeit erheblich beeinflusst wird.. Die vorgesehene Bebauung greift in ihrem östlichen Teil also so weit in das Tal vor, dass sie für den dortigen Kaltluftabfluss relevant sein wird (Bergwinde). Für die lokale Abströmung von den Hängen (Hangabwinde) ist das gesamte Planungsgebiet relevant. Da diese Luftbewegungen für den lufthygienischen Austausch im unteren Ammertal von Tübingen für die lufthygienische und stadtklimatische Belastung von Bedeutung sind, hat die Bebauung der Flächen Auswirkungen im dicht bebauten Universitätsviertel im Ammertal. Quantifiziert werden kann diese Austauschleistung aufgrund des gegenwärtigen Kenntnisstandes ebenso wenig wie die Veränderungen, die durch eine Bebauung entsprechend dem vorgeschlagenen Bebauungskonzept zu erwarten sind. Diese Ausführungen, die sich nach Aussage des Autors auf Analogieschlüsse von ähnlichen Standorten im Stadtgebiet stützen [müssen] und so nur mit einer gewissen Unsicherheit möglich [sind], sollen mit den hier beschriebenen Simulationsberechnungen mit einem geeigneten Kaltluftabflussmodell präzisiert werden. 05. Dezember 2012 Seite 8

9 3 Technische Grundlagen 3.1 Vorgehen und Methodik Zur Erfassung der örtlichen Gegebenheiten wurde ein Ortstermin mit Fotodokumentation durchgeführt [9]. Die vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Unterlagen [10] wurden gesichtet und ausgewertet. Der Geltungsbereich des Bebauungsplans Campus Morgenstelle Teil 2 ist in der Abbildung 5 zu sehen. Dort sind auch die geplanten Baugrenzen für die neuen bis zu zehngeschossigen Baukörper eingezeichnet. Auf Basis der Lagepläne wurden die bestehenden Gebäude und die entsprechend der Baugrenzen (Abbildung 5) maximal möglichen neuen Baukörper digital aufgenommen und in das für das eingesetzte Simulationsmodell geeigneten Format übertragen. Abbildung 5. Lageplan Campus Morgenstelle mit Geltungsbereich des Bebauungsplans Campus Morgenstelle Teil 2 (dick gestrichelt) und Baugrenzen der geplanten Bebauung (dünn gestrichelt) [10] 05. Dezember 2012 Seite 9

10 Für eine Bewertung der Auswirkungen des Planvorhabens auf Kaltluftströme werden diese durch vergleichende Berechnungen für die Istsituation (Bestand) und den Planfall quantifiziert und anhand der Kriterien der VDI 3787 Blatt 5 [14] beurteilt. Die Kaltluftbildung und Kaltluftflüsse sind dazu durch Modellrechnungen zu quantifizieren. Für die Berechnung der Kaltluftabflüsse wurde das Simulationsmodell KLAM_21 des Deutschen Wetterdienstes (DWD) [4] eingesetzt. KLAM_21 berücksichtigt die Geländestruktur, die Oberflächenbeschaffenheiten und kleinräumige Strömungshindernisse, wie z. B. Dämme, Wälle, Mauern oder Gebäude. Grundlage der Modellierung mit KLAM_21 sind Höhen- und Flächennutzungsdaten für das gesamte Rechengebiet. Jedem Flächenelement im Rechengebiet müssen mindestens Werte für die Geländehöhe, die Rauigkeitslänge der Bodenoberfläche und die relative Ausstrahlung der Fläche zugewiesen werden. Je nach Landnutzung werden zusätzliche Angaben zur mittleren Baum- oder Gebäudehöhe, zum Blattflächen- oder Wandflächenindex und zum Bestandsgrad (Bodenbedeckung durch die Baumkronen) bzw. zur Bodenbedeckung durch Gebäude berücksichtigt. Der Einfluss, den isolierte, steil aufragende Hindernisse - wie z.b. Straßendämme oder Einzelgebäude - auf die Kaltluftströmung ausüben, kann nur ungenügend über spezielle "Landnutzungen" modelliert werden. Der Grund dafür ist, dass solche Hindernisse in die Kaltluftschicht hineinragen und deshalb um- oder überströmt werden. Letzteres setzt voraus, dass die vor dem Hindernis sich stauende Kaltluft eine entsprechende Höhe erreicht hat. Das Modell KLAM_21 bietet die Möglichkeit, solche Hindernisse explizit als Gebäude zu modellieren. Bei den Gebäuden wird die Kälteproduktion innerhalb der umschlossenen Bereiche auf Null gesetzt, d. h. Flächenelemente mit Gebäuden produzieren keine Kaltluft. Außerdem wird in ihrem Außenbereich die effektive Ausstrahlung (d. h. die Antriebsgröße für die Kaltluftproduktion) um einen von der Gebäudehöhe abhängigen Faktor vermindert. Die Hindernisse wirken sperrend auf die Kaltluftströmung. Solange die Kaltlufthöhe geringer ist als das jeweilige Hindernis, kann keine Kaltluft darüber hinweg fließen. Erst wenn die Kaltlufthöhe die Hindernishöhe überschreitet, wird ein (auf den oberen Bereich des vertikalen Strömungsprofils beschränkter) Kaltlufttransport möglich. KLAM_21 ist dafür konzipiert, die zeitliche Entwicklung der Kaltluftentstehung zu simulieren und dabei quantitative Aussagen zur Strömungsgeschwindigkeit, zur Kaltluftschichtdicke und zum Kaltluftvolumenstrom zu liefern. 3.2 Rechengebiet und digitales Geländemodell Die Simulationen für die Kaltluftströmungen wurden für ein weitaus größeres Rechengebiet als das eigentliche Untersuchungsgebiet durchgeführt, um die Einzugsbereiche der Kaltluft ausreichend zu erfassen. Gleichzeitig ist für das B-Plangebiet eine sehr detaillierte Betrachtung notwendig, um die Bebauungsstrukturen und deren Einfluss aufzulösen. Das KLAM_21-Rechengebiet wurde auf 7,5 km x 7,5 km mit einem Kerngebiet zur Auswertung von 2 km x 2 km festgelegt. Die räumliche Auflösung des Rechengitters in der Horizontalen beträgt im Kerngebiet 5 m x 5 m. 05. Dezember 2012 Seite 10

11 Zur Berücksichtigung der Orographie bei der Berechnung der Kaltluftströmungen wurden die Höhendaten im Rechengebiet in einer Rasterauflösung von 50 m zugrunde gelegt [6]. Das damit erzeugte digitale Geländemodell (DGM) ist in der Abbildung 6 dargestellt. Die Flächennutzungsdaten (Bodenbedeckung, Grundlage für die Kaltluftproduktionsraten) wurden anhand der topografischen Karte [11] digital aufgenommen und in die für das Modell KLAM_21 geeigneten Formate übertragen. Zusätzlich wurden die bestehenden Gebäude und die geplante Bebauung digitalisiert (siehe Abschnitt 4.1 und Abbildung 5) und in die Eingangsdaten für die Rechenläufe IST (Bestand / Istsituation) und PLAN (Planfall) von KLAM_21 aufgenommen. Abbildung 7 zeigt die angesetzten Flächennutzungen im Rechengebiet von KLAM_21 und Abbildung 8 zeigt den jeweiligen Ausschnitt Kerngebiet für die Rechenläufe IST und PLAN. In den Abbildungen sind jeweils die einzeln aufgelösten Gebäude auf dem Campus Morgenstelle schwarz markiert. Abbildung 6. Geländehöhen im Rechengebiet der Kaltluftberechnungen mit KLAM_21 [6] 05. Dezember 2012 Seite 11

12 Abbildung 7. Bodenbedeckung (Flächennutzung) 1 im Rechengebiet der Kaltluftberechnungen mit KLAM_21 [11] 1 Die Flächennutzung Industriegebiet bezeichnet hier Flächen mit hohem Versiegelungsgrad und größeren Gebäudekomplexen, die auch für das Areal der Universitätsklinik Berg / Berufsgenossenschaftlichen Unfallklinik angenommen wurde. 05. Dezember 2012 Seite 12

13 Abbildung 8. Bodenbedeckung (Flächennutzung) Ausschnitt Kerngebiet der Kaltluftberechnungen mit KLAM_21 [11], Bestand / Istsituation (oben) und Planfall (unten) 05. Dezember 2012 Seite 13

14 3.3 Kaltluftsimulationen In gegliedertem Gelände kann das bodennahe Wind- und Strömungsfeld bei entsprechenden Randbedingungen durch Kaltluftabflüsse modifiziert werden. Die sich in den Abend- und Nachtstunden am Boden bildende Kaltluft weist gegenüber den umgebenden Luftmassen eine höhere Dichte auf. Dementsprechend setzen sich die Kaltluftmassen auf geneigten Flächen dem Gefälle folgend in Bewegung. Für die Berechnung der Kaltluftabflüsse wurde das Simulationsmodell KLAM_21 [4] des Deutschen Wetterdienstes (DWD) eingesetzt, welches die zeitliche Entwicklung der Kaltluftentstehung simuliert und quantitative Angaben der Strömungsgeschwindigkeiten und Kaltluftschichtdicken sowie die entsprechenden Kaltluftvolumenströme liefert. Die Abbildung 9 zeigt die für den Rechenlauf IST (Istsituation mit bestehenden Gebäuden) und den Rechenlauf PLAN (Planfall mit bestehenden und geplanten Gebäuden) ermittelten Kaltluftströmungen und Kaltluftschichtdicken zu Beginn der Nacht bei einer Strahlungswetterlage. In Abbildung 10 und Abbildung 11 ist die zeitliche Entwicklung der Kaltluftströmungen und Kaltluftschichtdicken zu sehen. Dargestellt sind jeweils die über die örtlichen Kaltluftschichthöhen gemittelten Fließgeschwindigkeiten. In den Abbildungen sind die einzeln aufgelösten Gebäude der Rechenläufe IST (bestehende) und PLAN (bestehende und geplante) auf dem Campus Morgenstelle grau markiert. Zu Beginn der Nacht (Abbildung 9) werden mit Einsetzen der Kaltluftproduktion nur geringe Fließgeschwindigkeiten und Kaltluftschichtdicken im Untersuchungsgebiet simuliert. Lediglich im Käsenbachtal und im Öhler treten aufgrund der Talneigungen nennenswerte Fließgeschwindigkeiten mit ca. 0,5 m/s und Schichtdicken von 10 m bis 20 m auf. Die an den Hängen des Steinenbergs produzierte Kaltluft, welche Richtung Campus Morgenstelle fließt, teilt sich aufgrund der Riegelwirkung der bestehenden Bebauung in einen nördlichen und einen südlichen Teilstrom auf, die beide den Campus umfließen. Im Bereich der Unikliniken Berg wird aufgrund der Bebauung und der Plateaulage keine Kaltluftschicht aufgebaut. Im weiteren Verlauf einer idealtypischen Kaltluftsituation treten das Käsenbachtal und der Öhler immer deutlicher als Leitbahnen für den Kaltluftabfluss Richtung Ammertal hervor. Aufgrund der Bebauung und des zum Teil dichten Bewuchses, welche als Bodenrauigkeit den Kaltluftstrom bremsen, bleiben die Fließgeschwindigkeiten weitgehend unter 1 m/s. Im südlichen Käsenbachtal steigen die Kaltluftschichtdicken im Laufe der Nacht immer weiter an und erreichen Höhen von 30 m bis zu 60 m. Im südlichen Bereich des Untersuchungsgebiets zeigt sich am Anstieg der Kaltluftschichtdicke der Effekt des Kaltluftsammelgebiets im Ammer- bzw. Neckartal. Alle Kaltluftzuflüsse werden in diesen beiden Talsystemen gesammelt, da die Längsneigung dieser Täler zu klein ist, um einen Abtransport zu bewirken. Im Laufe einer Kaltluftnacht füllen sich die beiden Täler immer mehr mit Kaltluft an, was sich auch an den Randhängen und somit im Untersuchungsgebiet bemerkbar macht. 05. Dezember 2012 Seite 14

15 Abbildung 9. Kaltluftströmung und -höhe in der Anfangsphase der Kaltluftentwicklung IST (oben) und PLAN (unten) 05. Dezember 2012 Seite 15

16 Abbildung 10. Kaltluftströmung und -höhe etwa eine Stunde nach Beginn der Kaltluftströmung - IST (oben) und PLAN (unten) 05. Dezember 2012 Seite 16

17 Abbildung 11. Kaltluftströmung und -höhe bei ausgeprägter Kaltluftströmung IST (oben) und PLAN (unten) 05. Dezember 2012 Seite 17

18 Der Vergleich der oben dargestellten Ergebnisse der Rechenläufe IST und PLAN zeigt nur wenig offensichtliche Unterschiede im Bereich der geplanten Bebauung auf dem Campus Morgenstelle. Im Istzustand findet auf der Freifläche südlich der bestehenden Bebauung noch Kaltluftproduktion statt, obwohl bereits im Istzustand Teilflächen als Parkplätze versiegelt sind. Diese Kaltluft fließt mit geringer Geschwindigkeit direkt nach Osten ins Käsenbachtal. Bereits im Hangbereich wird die östliche Bewegungskomponente durch den vorhandenen, von Nord nach Süd gerichteten Kaltluftstrom im Käsenbachtal in südliche Richtung umgelenkt. Die im Istzustand im B-Plangebiet lokal produzierte Kaltluft mischt sich somit in den größeren Strom im Käsenbachtal ein, der vor allem aus den Hangbereichen nördlich des Campus gespeist wird. Im Planfall entfällt die überbaute Fläche als Kaltluftproduktionsfläche und aufgrund des nach Süden ausgeweiteten Gebäuderiegels kommt es lokal zu Verschiebungen der Kaltluftströmung. Im Hangbereich zum Käsenbachtal wird die östlich gerichtete Bewegungskomponente hinter der geplanten Bebauung reduziert. Südlich der geplanten Bebauung kommt es zu einer Verdrängung des Teilstroms vom Steinenberg weiter nach Süden, wo er auf einen dichteren Gehölzstreifen trifft, der zusätzlich bremsend wirkt. Die Auswirkungen der Bebauung im Rahmen des B-Plans Campus Morgenstelle Teil 2 bleiben auf der ausgewerteten Skala im Wesentlichen auf den näheren Bereich um das B-Plangebiet beschränkt. Um die Austauschleistung zweier Volumenströme vergleichen zu können, muss der Volumenfluss in einem repräsentativen Querprofil durch jedes Tal quantifiziert werden [1]. Zur Quantifizierung der möglichen Auswirkungen der geplanten Bebauung wurden daher die Kaltluftströme im Käsenbachtal bilanziert. Dies sind die wesentlichen Ströme, die zu einer Frischluftzufuhr Richtung Innenstadt beitragen und durch die geplanten Baumaßnahmen betroffen sein können. Die Abbildung 12 zeigt den gewählten Talquerschnitt Käsenbach-Nord im oberen Käsenbachtal unterhalb des Campus Morgenstelle, über die der in verschiedenen Phasen der Kaltluftentwicklung jeweils passierende Kaltluft-Volumenstrom summiert wurde. Die Tabelle 1 weist die ermittelten Bilanzierungen und die zugehörigen Änderungen im Planfall gegenüber der Istsituation für den Talquerschnitt Käsenbach-Nord aus. Tabelle 1. Bilanz der Kaltluft-Volumenströme am Talquerschnitt Käsenbach-Nord Kaltluftphase Volumenstrom IST in [m³/s] PLAN in [m³/s] Änderung Beginn ,7% nach ca. 1 Stunde ,3% ausgeprägte Kaltluft ,2% Die größten relativen Änderungen vom Ist- zum Planfall treten kurz nach Einsetzen der Kaltluftproduktion auf. Zu diesem frühen Zeitpunkt ist der Volumenstrom mit weniger als m³/s noch gering und wird hauptsächlich durch die lokalen Produktionsflächen rund um das Käsenbachtal gespeist. 05. Dezember 2012 Seite 18

19 Relativ schnell im weiteren Verlauf einer Kaltluftnacht (schon nach ca. einer Stunde) erreicht der Volumenstrom sein stationäres Maximum, bei dem Zufluss aus dem Produktionsgebiet und Abfluss ins Ammertal im Gleichgewicht sind. In diesem stationären Zustand sind die Anteile an Kaltluft, die aus dem B-Plangebiet stammen, gering und daher ergibt sich nur eine geringe Reduktion des über den Talquerschnitt integrierten Volumenstroms. Der für den Talquerschnitt Käsenbach-Nord ermittelte Volumenstrom von bis zu etwa m 3 /s stimmt gut mit dem messtechnisch ermittelten Volumenstrom von m 3 /s [1] an einem vergleichbar gelegenen Talquerschnitt überein. Südlich davon im unteren Käsenbachtal fließen die Kaltluftströme des oberen Käsenbachtals und des östlich gelegenen Öhlers zusammen, um weiter bis in das Ammertal zu gelangen [1] [7]. Die Auswertung der Profilmessungen in der o. g. Analyse der Kaltluftbewegungen im Bereich Öhler/Käsenbach [1] besagen, daß beide Strömungen in etwa dem gleichen Umfang zum Luftaustausch unterhalb der Mündung beider Täler beitragen [1]. Um den Einfluss der geplanten Bebauung für das untere Käsenbachtal zu ermitteln, wurden für den in Abbildung 13 gezeigten Talquerschnitt Käsenbach-Süd ebenfalls die jeweils passierenden Kaltluftströme quantifiziert (Tabelle 2). Der für diesen Talquerschnitt im unteren Käsenbachtal ermittelte Volumenstrom von bis zu etwa m 3 /s ist im Einklang mit der obigen Aussage einer in etwa zu erwartenden Verdoppelung des Volumenstroms. Tabelle 2. Bilanz der Kaltluft-Volumenströme am Talquerschnitt Käsenbach-Süd Kaltluftphase Volumenstrom IST in [m³/s] PLAN in [m³/s] Änderung Beginn ,2% nach ca. 1 Stunde ,6% ausgeprägte Kaltluft ,9% Im Bereich des dargestellten Querschnitts ergeben sich zu Beginn der Kaltluftphase praktisch keine Unterschiede zwischen Istzustand und Planfall. Dies ist eine Folge der geringen Kaltluftfließgeschwindigkeiten zu Beginn der Kaltluftnacht. Der ausgewertete Zeitpunkt Beginn (Integrationszeit des Modells 15 Minuten) ist bei beiden Querschnitten identisch. Zu diesem frühen Zeitpunkt stammen die durch den Querschnitt Käsenbach-Süd abfließenden Kaltluftmassen noch nicht aus dem Bereich des B-Plangebiets 2, daher wird noch keine Änderung ermittelt. In der Kaltluftphase ausgeprägte Kaltluft (d.h. nach mehreren Stunden) zeigt sich aufgrund der allmählich einsetzenden Stagnation der Kaltluft im Ammertal und der bis in den Bereich des Querschnitts ansteigenden Kaltluftschichtdicke eine leichte Reduktion des Volumenstroms. 2 Bei einer Fließstrecke von ca. 1 km und einer Fließgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s braucht die im Bereich des B-Plangebiets produzierte Kaltluft ca. eine halbe Stunde bis sie den Querschnitt Käsenbach-Süd passiert. 05. Dezember 2012 Seite 19

20 Abbildung 12. Lage des Talquerprofils Käsenbach-Nord (grauer Balken, Bild oben) zur Bilanzierung der Kaltluft-Volumenströme (Beispiel Vertikalschnitt Bild unten) 05. Dezember 2012 Seite 20

21 Abbildung 13. Lage des Talquerprofils Käsenbach- Süd (grauer Balken, Bild oben) zur Bilanzierung der Kaltluft-Volumenströme (Beispiel Vertikalschnitt Bild unten) 05. Dezember 2012 Seite 21

22 4 Bewertung der klimatischen Auswirkungen des B-Plans auf Kaltluftproduktion und Frischluftzufuhr In den früheren klimatologischen Untersuchungen [1] [5] [7] [8] wird dem Untersuchungsgebiet Bedeutung als Kaltluftentstehungs- und Kaltluftabflussgebiet in austauscharmen Strahlungsnächten zugesprochen. Im Umfeld des Campus Morgenstelle sind südöstlich der bebauten Bereiche im Hangbereich zum Käsenbachtal bedeutsame Kaltluftproduktionsflächen vorhanden [7] (siehe auch Abbildung 2 und Abbildung 3). Dem Käsenbachtal wird eine lokal bedeutsame Strömung [5] zugewiesen, die als Frischluftschneise für die Innenstadt von Tübingen dient. Die Kaltluftentstehung ist im Untersuchungsgebiet heterogen. Einer hohen Kaltluftproduktion über Wiesen bzw. einer mäßigen im Wald steht eine negative, d. h. kaltluftzehrende Produktion über versiegelten Flächen, wie dem größten Teil des Campus Morgenstelle, gegenüber. Das Plangebiet Campus Morgenstelle Teil 2 ist teilweise bereits versiegelt. Hauptsächlich östlich des Parkplatzes werden potentiell hochwertige Kaltluftproduktionsflächen durch die geplante Neubebauung verloren gehen. Diese Flächen liegen bereits im derzeitigen Zustand in Bezug auf die Kaltluftproduktionsflächen des Steinenbergs im Lee der bestehenden Gebäude (Abbildung 5). Für die Bewertung klimatischer Aspekte in der Raumplanung gibt es derzeit keine verbindlichen Vorgaben. In der Richtlinie VDI 3787 Blatt 5 [14] werden Kriterien zur Beurteilung der planerischen Auswirkungen auf Kaltluftflüsse vorgeschlagen. Danach sind prozentuale Änderungen gegenüber dem Ist-Zustand von bis zu 5 % als geringe, bis zu 10 % als mäßige und größer als 10 % als hohe Auswirkung einzustufen [14]. Absolute Bewertungsmaßstäbe z. B. für die Klimarelevanz eines Kaltluftabflusses sind nicht einheitlich ableitbar. Die Schriftenreihe Raumordnung [16] gibt eine Größenordnung des Volumenstroms für klimarelevante Auswirkungen von ca m³/s an. Ab diesem Volumenstrom können Gruppen von Einzelgebäuden und kleinere Siedlungen von Kaltluftabflüssen durch-, um- oder überströmt werden (Richtlinie VDI 3787 Blatt 5 [14]). Bei geringeren Volumenströmen reduzieren sich die Wirkräume und der Kaltluftabfluss hat z. B. nur noch eine begrenzte Eindringtiefe in dichter bebaute Areale. Zur Quantifizierung der Auswirkungen des Vorhabens auf die Kaltluftströme wurden vergleichende Kaltluftsimulationen für die Istsituation (Bestand) und den Planfall mit dem Modell KLAM_21 durchgeführt (Abschnitt 4.3). Die berechneten Volumenströme liegen bei voll ausgebildeter Kaltluft in einer Größenordnung von ca m³/s im nördlichen Käsenbachtal und ca m³/s im südlichen Käsenbachtal und stimmen gut mit Messwerten überein (ca m³/s im nördlichen Käsenbachtal und Verdoppelung im südlichen Käsenbachtal). Gemessen an dem in der Schriftenreihe Raumordnung [16] vorgeschlagenen Bewertungsmaßstab einer Größenordnung von m³/s für klimarelevante Kaltluftabflüsse ist der Wirkungsraum der beiden summierten Kaltluftabflüsse aus dem Käsenbachtal und dem Öhler begrenzt. Nichtsdestotrotz zeigt sich ein - wenn auch abgeschwächtes - Eindringen des Kaltluftabflusses bis ins Ammertal. 05. Dezember 2012 Seite 22

23 Die ermittelten Änderungen der Volumenströme sind nur in der Anfangsphase der Kaltluftentwicklung im oberen Käsenbachtal direkt unterhalb des Campus Morgenstelle größer als 5 % (Tabelle 1). Bereits 30 Minuten nach Beginn der Kaltluftbildung ist die Minderungswirkung der geplanten Neubebauung auf unter 2 % gesunken. Im unteren Käsenbachtal liegen die ermittelten Einflüsse wegen der zusätzlichen Kaltluft aus dem Öhler unter 1 % (Tabelle 2). Die Auswirkung der geplanten Neubebauung auf die Funktion des B-Plangebiets als Kaltluftabflussgebiet bzw. als Frischluftschneise wird nach den o. a. Kriterien der VDI- Richtlinie als gering bewertet. Die Häufigkeit des Auftretens (in Jahresstunden) von Kaltluft wird durch das Planvorhaben nicht verändert. Kompensationsmaßnahmen könnten auf der Grundlage der Simulationen in geringem Umfang vor allem südlich der geplanten Bebauung auf dem Campus Morgenstelle sinnvoll erscheinen. Ein Teil des Kaltluftabflusses vom Steinenberg wird aufgrund der vergrößerten Riegelwirkung gezwungen weiter südlich um die Bebauung herum zu strömen. Dort trifft er auf dem Weg ins Käsenbachtal auf einen dichter ausgebildeten Gehölzstreifen, der bremsend wirkt. In diesem Bereich könnte eine Reduktion des Bewuchses fördernd für den Zufluss vom Steinenberg wirken. Nach den o. a. Erkenntnissen ist nicht zu erwarten, dass durch das Planvorhaben erhebliche Beeinträchtigungen der Ventilation des Stadtgebiets von Tübingen auftreten werden. Unter Berücksichtigung der allenfalls kleinräumigen und insgesamt gering zu bewertenden mikroklimatischen Änderungen ist nicht mit relevanten Beeinträchtigungen mikroklimatischer Wohlfahrtsfunktionen zu rechnen. Dipl.-Met. Axel Rühling Dr. rer. nat. Rainer Bösinger 05. Dezember 2012 Seite 23

24 5 Grundlagen [1] Analyse der Kaltluftbewegungen bei austauscharmen Strahlungswetterlagen im Bereich Öhler/Käsenbach, Dr. Vogt Büro für Angewandte Klimatologie, Tübingen, 1998 [2] Digitale Orthophotos der Landesvermessung Baden-Württemberg, Daten- und Kartendienst der LUBW, [3] DWD Deutscher Wetterdienst (1999, 2001, 2003): Klimaatlas der Bundesrepublik Deutschland, Teil 1: Lufttemperatur, Niederschlagshöhe, Sonnenscheindauer, Teil 2: Verdunstung, Maximumtemperatur, Minimumtemperatur, Kontinentalität, Teil 3: Bewölkung, Globalstrahlung, Anzahl der Tage klimatologischer Ereignisse, Phänologie. Offenbach am Main [4] DWD Das Kaltluft-Abfluss-Modell KLAM_21. Deutscher Wetterdienst, Offenbach, März 2008 [5] Erläuterungen zur Karte der bodennahen Luftbewegungen im Stadtgebiet Tübingen bei austauscharmen Strahlungswetterlagen in den unteren 80 m der Atmosphäre, Joachim Vogt, Tübingen, 1993 [6] GlobDEM50 Deutschland, digitales Höhenmodell für Deutschland, Auflösung 50 m; metsoft GbR, Heilbronn [7] Kurzgutachten zur geplanten Universitätserweiterung Morgenstelle (1. Bauabschnitt ) aus stadtklimatologischer Sicht, Dr. Vogt Büro für Angewandte Klimatologie, Tübingen, [8] Mikrometeorologische Untersuchung zum Kaltluftabfluss entlang des Öhlerbachtals auf Höhe der Gärtnerei Kehrer in Tübingen, ima Immissionen Meteorologie Akustik, [9] Ortseinsicht am mit Fotodokumentation [10] Planungsunterlagen Campus Morgenstelle, Stand April 2011, Vermögen und Bau Baden-Württemberg, Amt Tübingen [11] TOP 50, Topographische Karte Baden_Württemberg, CD-Version, M 1: [12] VDI 3787 Bl. 1: Umweltmeteorologie: Klima und Lufthygienekarten für Städte und Regionen, VDI/DIN-Handbuch-Reinhaltung der Luft, Band 1 b; Dezember 1997, im Januar 2003 durch VDI inhaltlich überprüft und als unverändert weiterhin gültig bewertet [13] VDI 3787 Bl. 2, Umweltmeteorologie Methoden zur human-bioklimatischen Bewertung von Klima und Lufthygiene für die Stadt und Regionalplanung, Teil I: Klima, November Dezember 2012 Seite 24

25 [14] VDI 3787 Bl. 5, Umweltmeteorologie Lokale Kaltluft, Dezember 2003 [15] VDI 3787 Bl. 9, Umweltmeteorologie Berücksichtigung von Klima und Lufthygiene in räumlichen Planungen, Dezember 2004 [16] Schriftenreihe Raumordnung des Bundesministers für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau. Nr Luftaustauschprozesse und ihre Bedeutung für die räumliche Planung Dezember 2012 Seite 25