Lärmberechnung und -visualisierung in dreidimensionalen Stadtmodellen auf Grundlage der EU-Umgebungslärmrichtlinie


Masterarbeit, 2011
57 Seiten, Note: 1,7

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Schall und Lärm
2.1 Definition von Schall und Lärm
2.2 Berechnung und Bewertung von Schall
2.3 Mittelungs- und Beurteilungspegel
2.4 Auswirkungen auf den Menschen

3 Die Richtlinie 2002/49/EG über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm
3.1 Allgemeines
3.2 Hintergrund und Zielsetzung
3.3 Harmonisierte Indizes und Bewertungsmethoden
3.4 Ermittlung von Belastetenzahlen
3.5 Öffentlichkeitsbeteiligung
3.6 Umsetzung der Richtlinie in deutsches Recht
3.7 Kritik und Diskussion

4 Datengrundlagen und Lärmberechnung
4.1 3D-Stadtmodelle
4.1.1 Ableitung der Modelle aus Katasterdaten
4.1.2 Das Austauschformat CityGML
4.1.3 Das 3D-Stadtmodell der Stadt Bochum
4.2 Digitale Geländemodelle
4.3 Sonstige Daten
4.4 Verwendete Software
4.5 Das Projektgebiet
4.6 Berechnung der Fassadenpegel

5 Visualisierung der berechneten Ergebnisse
5.1 Umsetzung im CtyViewer...
5.1.1 nach EU-Vorschrift
5.1.2 als Informationssystem
5.1.3 Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsmethoden
5.2 Evaluierung und Diskussion der Ergebnisse
5.2.1 Schwierigkeiten bezüglich der Gebäude- und Stockwerkshöhen
5.2.2 Möglichkeiten der Pegeldarstellung
5.1.3 Analyse der Belastetenzahlen
5.2.4 Zusammenfassung und Ausblick

6 Fazit

Literaturverzeichnis

Vorwort

Den Anstoß zu dieser Arbeit bildete ein Kooperationsprojekt der Stadt Bochum mit dem Geographischen Institut der Ruhr-Universität Bochum, bei dem die Fragestellung „Wie kann das 3D-Stadtmodell der Stadt Bochum für umweltrelevante Themenbereiche genutzt werden?“ durch ein Praktikum mit anschließender Master-Arbeit erörtert werden sollte. Da ich mich im Verlauf des Studiums bereits sehr interessiert mit dem Thema Lärm sowie mit der Erstellung und Verwendung von 3D-Stadtmodellen beschäftigt habe, war die Nutzung von 3D-Daten in Bezug auf Lärm eine naheliegender und näher zu untersuchender Themenkomplex. An dieser Stelle möchte ich herzlich bei den Mitarbeitern der Stadt Bochum, vor allem bei Herrn Ridder, Herrn Jung, Herrn Schöller und bei Herrn Grothe bedanken, die mich während des Praktikums und bei der Erstellung dieser Arbeit maßgeblich unterstützt haben. Vielen Dank auch an die Firma Braunstein & Berndt GmbH für die Bereitstellung der Lärmprognose-Software SoundPLAN sowie an Herrn Steffens von dem Unternehmen 3DIS, der die Umsetzung der Lärmvisualisierung erst ermöglicht hat. Nicht zuletzt möchte ich noch David Beckeherm und Rebecca Trinowitz fürs Korrekturlesen sowie für ihre tatkräftigen Anregungen und die Unterstützung danken.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Hörschwelle und Schmerzgrenze

Abbildung 2: Frequenzbewertungen

Abbildung 3: Physiologische Lärmwirkungen bei unterschiedlichen Pegeln

Abbildung 4: Bestimmung der Immissionspunkte nach VBEB

Abbildung 5: Bestehendes Recht im Vergleich mit den EU-Anforderungen

Abbildung 6: Unterschiedliche Detaillierungsgrade (LoD) bei 3D-Stadtmodellen

Abbildung 7: Das Bochumer 3D-Stadtmodell im CityViewer

Abbildung 8: Digitales Geländemodell

Abbildung 9: Kartenauszug aus dem Stadtplan Bochums

Abbildung 10: Wohnbebauung im Projektgebiet

Abbildung 11: Wohnbebauung im Projektgebiet (Herner Str.)

Abbildung 12: Das Projektgebiet in SoundPLAN®

Abbildung 13: Fassadenpegel in einem Meter Abstand

Abbildung 14: Eingabe der Berechnungsparameter

Abbildung 15: Darstellungsarten von Gebäuden hinsichtlich des Lärmpegels

Abbildung 16: Legende der Pegelwerte Lden

Abbildung 17: Das Werkzeug „Noise Levels“ im CityViewer

Abbildung 18: Das EU-Modell im CityViewer

Abbildung 19: Das Modell abgeleitet aus der Stockwerksanzahl

Abbildung 20: Verschattung an der Herner Str.

Abbildung 21: Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsmethoden (EU)

Abbildung 22: Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsmethoden (Stockwerke)

Abbildung 23: Falsche Gebäudehöhe

Abbildung 24: Falsche Stockwerkshöhe

Abbildung 25: Einteilung der Pegelklassen in 3 dB(A) – Schritten

Abbildung 26: Einteilung der Pegelklassen in 5 dB(A)- Schritten

Abbildung 27: Verdeckung der Gebäude durch Vegetation

Abbildung 28: Rasterlärmkarte

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Fristen zur Durchführung der EU-Umgebungslärmrichtlinie (BMU 2008)

Tabelle 2: Von SoundPLAN® übermittelte Parameter (eigene Darstellung)

Tabelle 3: Belastetenzahlen nach EU- Vorschrift

Tabelle 4: Belastetenzahlen nach Berechnung anhand von Stockwerkshöhen

1 Einleitung

Lärm, insbesondere Straßenverkehrslärm ist in Deutschland und in der gesamten Europäischen Union eines der vorangingen Umweltprobleme. Die Schaden erzeugende Wirkung von Lärm auf den Menschen ist in zahlreichen Studien untersucht worden und zumindest bei höheren Schallpegeln belegt. Neben diesem Aspekt fühlen sich laut einer Umfrage des Umweltbundesamtes mit rund 68.000 beteiligten Personen, 36 % hochgradig und 59 % der Befragten wesentlich vom Straßenverkehrslärm belästigt. Aufgrund dieser Problematik hat die Europäische Union am 25. Juni 2002 die Richtlinie 2002/49/EG des europäischen Parlaments und des Rates über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm (im Folgenden EU-Umgebungslärmrichtlinie genannt) erlassen. Darin wird unter anderem geregelt, dass von den zuständigen Behörden Lärmkarten und Aktionspläne erstellt werden sollen und die Anzahl der von einer bestimmten Lärmart belasteten Personen ermittelt werden müssen. Diese Belastetenzahlen werden anhand von Fassadenpegeln an betroffenen Gebäuden berechnet und verlangen im günstigsten Fall ein 3D-Stadtmodell, zumindest jedoch Daten über die Gebäudehöhe. In der Richtlinie sollen diese Daten in der Tabellenform dargestellt werden. Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen und der in der Richtlinie geforderten Öffentlichkeitsbeteiligung ist es aus meiner Sicht jedoch sinnvoll, diese Daten dreidimensional und vor allem interaktiv zu visualisieren. Auf diese Weise entsteht ein Informationssystem welches leicht verständlich, nachvollziehbar und für die Stadtverwaltung sowie für interessierte Bürgerinnen und Bürger nutzbar sein kann. Darüber hinaus sind die Fassadenpegel in den Ergebnissen genauer als zweidimensionale Lärmkarten, die zumeist in einem groben Raster gerechnet werden.

In dieser Master-Arbeit wird die Entstehung dieses Informationssystems beschrieben sowie die Möglichkeiten der Nutzung und dessen eventueller Mehrwert analysiert. Darüber hinaus wird ein Vergleich gezogen zwischen Berechnungsmethoden strikt nach EU-Vorgaben und einer optimierten Fassung. Es wird ferner untersucht, ob und inwiefern sich dabei die Anzahl der von Lärm betroffenen Personen ändert. Der Einsatz des Informationssystems beschränkt sich hier auf ein kleines Projektgebiet in Bochum Grumme, welches stellvertretend das gesamte Stadtgebiet repräsentieren soll. Eine Einschränkung war zwingend notwendig. Dies hängt vor allem mit den langen Rechenzeiten für die Lärmberechnung sowie den großen Datenmengen zusammen, welche den Umfang dieser Arbeit gesprengt hätten. Es ist jedoch denkbar, die vorhandenen Berechnungen der Stadt Bochum zu verwenden, um so ein in die gesamte Stadt übergreifendes System zu erhalten. Außerdem wird diskutiert inwieweit das System über eine Visualisierung hinausgehend in Zukunft weiterentwickelt werden könnte.

Dazu gehe ich im Abschnitt 2 zunächst näher auf die Begriffe Schall und Lärm ein, um die physikalischen Grundlagen der Lärmberechnung zu erläutern und den Leser in den Themenkomplex einzuführen. Das folgende Kapitel 3 befasst sich mit einer kritischen Betrachtung der EU-Umgebungslärmrichtlinie und den damit enthaltenen Berechnungsvorschriften. Zahlreiche Aspekte, die Berechnung und Bewertung von Lärm betreffend, werden an dieser Stelle erläutert. In Kapital 4 werden die für die Lärmberechnung notwendigen Datengrundlagen, insbesondere unter Berücksichtigung von 3D-Stadtmodellen, vorgestellt. Ferner wird dargelegt, mit welchen Schritten und nach welchen Kriterien die Berechnung vorgenommen wurde. Der letzte Abschnitt (Kap.5) stellt schließlich die Ergebnisse der Berechnung sowie deren Visualisierung vor und gibt einen Ausblick bezüglich der Weiterentwicklung des Informationssystems. Eine Analyse der berechneten Lärmimmissionen oder Vorschläge zur Minderung werden an anderer Stelle ausführlich behandelt und sind nicht Teil dieser Arbeit.

2 Schall und Lärm

Im folgenden Abschnitt werden die in dieser Arbeit häufig verwendeten Begriffe Schall und Lärm definiert, näher erläutert und in den Kontext der Themenstellung integriert. Dieser Gliederungspunkt ist sehr allgemein und oberflächlich gehalten, da lediglich einige Grundlagen in Bezug auf die Lärmberechnung vermittelt werden sollen.

2.1 Definition von Schall und Lärm

Allgemein betrachtet ist Schall eine Schwingung in einem elastischen Medium (Luft, Wasser, feste Körper), die sich in Wellenform in einer bestimmten, vom Medium beeinflussten Geschwindigkeit ausbreitet. In der Luft bewegt sich der Schall in Form von Longitudinalwellen mit einer Geschwindigkeit von ca. 1240 km/h (bei 20° C) und wird als Luftschall bezeichnet. Dieser breitet sich in alle Richtungen, sowie auch in die Höhe aus.Prinzipiell wird die Schallausbreitung in drei Schallfeldanteile gegliedert:

- Direktschall
- Bodenreflexion
- und Fassadenreflexion

Breitet sich der Direktschall von der Quelle ausgehend aus, nimmt der Pegel bei einer Entfernungsverdopplung um 3 dB ab. Durch jedes Hindernis zum Beispiel eine Häuserwand, wird der Schall reflektiert und verliert durch die Absorption Energie. Die sich ausbreitende Schallwelle besitzt eine bestimmte Wellenlänge und Frequenz, aus welcher sich die Tonhöhe ableitet. Die Frequenz wird in Hz (Hertz) angegeben und wird vom menschlichen Gehör im Bereich von ca. 16 Hz bis 16.000 Hz wahrgenommen (Hörschall). Frequenzen die unter diesem Bereich liegen, werden als Infraschall bezeichnet, darüber liegende als Ultraschall. Infraschall wird jedoch zum Teil als Vibration und Erschütterung wahrgenommen. Schallereignisse die in Verbindung mit Lärm gebracht werden, bestehen in der Regel aus einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen und werden als Geräusch bezeichnet (BIA 2003 42-48).

Lärm stellt in einer zunehmend technisierten Gesellschaft ein erhebliches Problem dar: vor allem durch das stetig steigende Verkehrsaufkommen. Davon betroffene Personen können durch diesen Umstand belästigt, erheblich gestört und bei höheren Pegeln auch in ihrer Gesundheit geschädigt werden. Lärm ist also ein negativ zu bewertender Begriff eines bestimmten Geräusches oder Schallereignisses. Dabei lässt sich Lärm nicht exakt messen, da zum einen die Art des Geräusches und zum anderen die subjektive Wahrnehmung die Beurteilung maßgeblich beeinflussen. So empfinden beispielsweise die Besucher eines Rockkonzertes die Musik als angenehm, während sich Anwohner womöglich gestört fühlen. Jedoch kann wohl mit gutem Gewissen behauptet werden, dass Straßenverkehrslärm, um den es in dieser Arbeit geht, von kaum jemanden als angenehm definiert wird. Darüber hinaus ist medizinisch bewiesen, dass sich ab einem gewissen Lärmpegel Gehörschäden einstellen, sodass die Wirkung in einem so genannten Beurteilungspegel (vgl. 2.3) erfasst werden kann (BIA 2003 18-19). Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass Lärm unerwünschte und unangenehme Geräusche darstellt, welche subjektiv belästigen und stören und objektiv zu Gesundheitsschädigungen führen können.

2.2 Berechnung und Bewertung von Schall

Um Geräuscheinwirkungen auf den Menschen zu beschreiben, wird der Schalldruck p verwendet. Der Schalldruck beschreibt die durch ein Geräusch verursachte Luftdruckschwankung und wird in Pa (Pascal) gemessen. Da das menschliche Ohr extreme Schalldruckunterschiede wahrnehmen kann, angefangen von der Hörschwelle von ca. 2 x 10 ^-5 Pa bis hin zur Schmerzschwelle bei ca. 20 Pa, wurde das logarithmische Pegelmaß des Bel, bzw. des Dezibel (dB = 1/10 Bel) eingeführt. So lässt sich der Hörbereich des Menschen auf einer Skala von 0 dB (Hörschwelle) bis 120 dB (Schmerzschwelle) darstellen. Dabei kommt einer Zunahme des Schalldruckpegels von 10 dB in etwa einer Verdopplung der empfundenen Lautstärke gleich. Ab einer Erhöhung von 3 dB wird ein Geräusch als spürbar lauter empfunden. Allerdings reagiert das menschliche Gehör unterschiedlich empfindlich auf bestimmte Frequenzen. So liegt der empfindlichste Bereich zwischen 1000 und 4000 Hz, niederfrequente und sehr hochfrequente Geräusche werden weniger stark wahrgenommen. Dies lässt sich auch in Abb. 1 erkennen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Hörschwelle und Schmerzgrenze

(Kloepfer et al. 2006: 175)

Die Hörschwelle, d.h. die Luftdruckschwankung, die gerade noch wahrgenommen werden kann, steigt mit sinkender Frequenz und ist bei etwas unterhalb von 4 kHz am geringsten. Die empfundene Lautstärke ist also stark abhängig von der Frequenz.Um diesen Aspekt in der Schallmesstechnik zu berücksichtigen, wird auf so genannte Frequenzbewertungen zurückgegriffen (BIA 2003 56-59). In den meisten Fällen, so auch bei der Beurteilung nach der EU-Umgebungslärmrichtlinie, wird die A-Frequenzbewertung verwendet (Abb. 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Frequenzbewertungen

(Kloepfer et al. 2006: 175).

Wie in der obigen Darstellung zu sehen ist, werden vor allem die tiefen Frequenzen unterhalb von 500 Hz in der A-Bewertung stark gedämpft. So wird zum Beispiel ein Geräusch bei 100 Hz mit einem Abschlag von etwa 20 dB gemessen. Im empfindlichsten Bereich des menschlichen Gehörs zwischen 1000 und 5000 Hz wird bei der A-Bewertung ein leichter Aufschlag vorgenommen. Die übrigen Filter besitzen mit Ausnahme des D-Filters, welcher u.a. in der Luftfahrt verwendet wird, in der Praxis keine Relevanz. Werden Bewertungsfilter bei einer Messung oder Berechnung zugrunde gelegt, verwendet man die verkürzte Schreibweise dB(Bewertungsfilter), also zum Beispiel 65 dB(A) und aufgeführtes bedeutet in diesem Falle A-bewerteter Schalldruckpegel (BIA 2003 103-105). An der Nutzung von Frequenzbewertungskurven bei der Berechnung von Lärm wir jedoch Kritik geübt, da eine genaue Abbildung der Realität nicht gewährleistet ist. Um diese Problematik zu beseitigen, wird u.a. gefordert, in möglichen neuen Bewertungsalgorithmen auch weitere Aspekte wie z.B. die Häufigkeit, Rauigkeit oder die Periode eines Geräusches zu berücksichtigen. Dementsprechende Modelle sind jedoch noch nicht konsensfähig (Kloepfer et al. 2006: 251).

2.3 Mittelungs- und Beurteilungspegel

Eine Vielzahl der durch den Verkehr entstehenden Geräusche schwanken in Hinblick auf ihre Intensität und ihre Frequenzzusammensetzung. Daher können langfristige Situationen durch Messungen oder generalisierte Berechnungen nicht adäquat erfasst werden. Zu diesem Zweck wurden so genannte Mittelungspegel eingeführt, bei denen ein Mittelwert über einen bestimmten Zeitraum berechnet wird. In der Praxis werden zumeist energieäquivalente Mittelungen eingesetzt, welche die Intensität eines Geräusches mit der Zeit in Verbindung bringen. So werden beispielsweise besonders laute Einzelgeräusche mit einem Aufschlag berücksichtigt, die bei einer herkömmlichen Mittelung wegfallen bzw. sich kaum auf das Endergebnis auswirken würden. In der EU-Umgebungslärmrichtlinie findet zusätzlich eine gewichtete Aggregation der Geräuschimmissionen statt. Das bedeutet, es werden unterschiedliche Beurteilungszeiträume ermittelt und zu einem Gesamtwert zusammengefasst (vgl. 3.3). Die energieäquivalente Mittelung erzielt eine hohe Genauigkeit bei gleichmäßigen Pegelverläufen wie z.B. an Autobahnen oder großen Bundesstraßen. Bei kurz auftretenden Geräuschspitzen mit damit einhergehenden längeren Ruhephasen (z.B. an Eisenbahnstrecken) ergeben sich im Vergleich meist höhere Mittelungspegel, die teilweise durch Abzüge in den Berechnungsvorschriften wieder subtrahiert werden (Kloepfer et al. 2006: 252 – 254). Werden solche Korrektursummanden verwendet - dazu gehören beispielsweise auch Zuschläge für die Ton- oder Impulshaltigkeit - ist die Rede von Beurteilungspegeln. Ziel ist es, die Geräuscheigenschaften genauer darzustellen (Umweltbundesamt 2010).

2.4 Auswirkungen auf den Menschen

Lärm wirkt sich auf den gesamten Körper eines Menschen aus, äußert sich jedoch meist sehr unspezifisch. Vorrangig ist das Gehör betroffen, jedoch kann sich andauernder Lärm auch auf das Herz-Kreislauf- und das hormonelle System auswirken. Darüber hinaus kann Lärm auch das psychosoziale Wohlbefinden einschränken, da dieser zum Beispiel die für den Menschen äußerst wichtigen Schlafphasen stört, aber auch des Weiteren dafür verantwortlich gemacht werden kann, dass eine angenehme, ruhige Kommunikationsebene in gewissen Stadtbereichen nicht gewährleistet ist. (Kloepfer et al. 2006: 125). Kloepfer belegt das durch Lärm bedingte Hörverluste ab einen über mindestens acht Stunden einwirkenden Mittelungspegel von 85 dB(A) oder bei mindestens fünfzehn aufeinanderfolgenden Maximalpegeln von über 99 dB(A) eintreten und als aurale Wirkung bezeichnet werden (primäre Lärmwirkungen). Allerdings muss angemerkt werden, dass eine durch Verkehrslärm ausgelöste Schwerhörigkeit sehr unwahrscheinlich ist, da die kritische Grenze selbst bei hoher Verkehrsdichte nicht erreicht wird (Kloepfer et al. 2006: 129, 130). Zu den extraauralen Wirkungen von Lärm zählen beispielsweise Leistungsbeeinträchtigungen (sekundäre Lärmwirkungen). So stören Geräusche, die nicht in Verbindung mit der aktuellen Tätigkeit stehen, kognitive Funktionen und lassen den Körper schneller ermüden. Als Folge daraus können Informationen überhört, übersehen und falsch eingeordnet werden (Kloepfer et al. 2006: 151). Zu den tertiären Lärmwirkungen gehören Veränderungen des Blutdrucks und der Durchblutung von Haut und Schleimhäuten. Darüber hinaus kommt es zur Beeinträchtigung der Schlaftiefe bis hin zum Aufwachen. In der Darstellung von Jansen et al. (Abb. 3) sind einige Lärmwirkungen aufgeführt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Physiologische Lärmwirkungen bei unterschiedlichen Pegeln

(Jansen et al. 1996: 32)

Die linke Spalte der obigen Abbildung gibt die Mittelungspegel, die mittlere die Maximalpegel an. Jansen et al. betonen jedoch , dass jeder Mensch unterschiedlich auf Lärm reagiert und nicht zwangsläufig eine Krankheit entstehen muss. Langfristige Lärmwirkungen auf das Herz-Kreislaufsystem sind zudem schwer nachweisbar, da eine Reihe von exogenen und endogenen Faktoren bei der Erkrankung mit eine Rolle spielen. Zumindest kann jedoch festgestellt werden, dass Lärm einen Risikofaktor für Herz-Kreislauf Erkrankungen darstellt (Jansen et. al. 1996: 35). Laut Kloepfer et al. (2006: 168, 169) gibt es in diesem Bereich zahlreiche Studien, welche allerdings teils widersprüchlich sind oder methodische Mängel aufweisen. Zusammenhänge zwischen Verkehrslärm und dem Risiko für Herzerkrankungen sind jedoch bei hohen Mittelungspegeln (über 65 dB(A)) nicht auszuschließen.

3 Die Richtlinie 2002/49/EG über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm

In diesem Abschnitt geht es allgemein um die EU-Umgebungslärmrichtlinie und speziell um relevante Berechnungsvorschriften und Methoden welche die Grundlage für die Berechnungen in dieser Arbeit bilden. Darüber hinaus wird auf die Umsetzung der Richtlinie in deutsches Recht eingegangen und mögliche Schwachpunkte, insbesondere in Hinblick auf die Fassadenpegel, werden im Verlauf von mir erörtert.

3.1 Allgemeines

Die Richtlinie 2002/49/EG über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm ist ein Rechtsakt der Europäischen Union und gehört zum so genannten sekundären Unionsrecht. Die Kennzeichnung setzt sich aus dem Jahr, einer laufenden Nummer und abhängig von dem Jahr in dem die Richtlinie erlassen wurde den Bezeichnungen Europäische Union, Europäische Gemeinschaft bzw. Europäische Wirtschaftsgemeinschaft zusammen. Die Mitgliedsstaaten haben dabei einen Handlungsspielraum, in welchen Umfang die Richtlinie umgesetzt wird. Allerdings müssen die in der Richtlinie genannten Verpflichtungen durch die Mitgliedsstaaten noch in das nationalstaatliche Recht übertragen werden, was in Deutschland durch die Änderung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) geschehen ist (Europäische Union 2010).

Als Umgebungslärm wird in der Richtlinie derjenige Lärm bezeichnet, „der [von der] Bevölkerung in bebauten Gebieten, in öffentlichen Parks oder anderen ruhigen Gebieten eines Ballungsraums, in ruhigen Gebieten auf dem Land, in der Nähe von Schulgebäuden, Krankenhäusern und anderen vor Lärm zu schützenden Gebäuden und Gebieten wahrgenommen wird“ (Europäische Union 2008).

3.2 Hintergrund und Zielsetzung

Die Lärmschutzpolitik der europäischen Union umfasste in der Vergangenheit ausschließlich auf Anlagen bezogene Lärmpegel wie z.B. zulässige Geräuschpegel an Fahrzeugen und Maschinen. Im Jahre 1996 wurde jedoch im Grünbuch über die zukünftige Lärmschutzpolitik der Europäischen Kommission erstmals Lärm als Umweltproblem definiert und gleichzeitig als eines der größten Umweltprobleme in Europa bezeichnet. Dort heißt es, dass geschätzte 20 % der Bevölkerung in Westeuropa massiven Lärmpegeln ausgesetzt sind. Um die Lärmbelastung zu verringern, sollten Verfahren zur Überwachung entwickelt und konkrete Zielvorgaben festgelegt werden (Europäische Kommission 1996: 2). Diese Bemühungen mündeten schließlich sechs Jahre später, am 25.06.2002, in der Richtlinie 2002/49/EG über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm. Um den Umgebungslärm nachhaltig zu verringern, bzw. einer Zunahme des Lärms vorzubeugen sollen die Mitgliedsstaaten schrittweise strategische Lärmkarten und Lärmaktionspläne erstellen um dadurch die belasteten Personen und Lärmschwerpunkte zu ermitteln. Darüber hinaus soll die Öffentlichkeit über die Planung informiert werden und auch in diese involviert werden. Die abgeschlossenen Pläne müssen an die Europäische Kommission übergeben werden um zu einem späteren Zeitpunkt weitere Gemeinschaftsmaßnahmen entwickeln und einführen zu können (Europäische Union 2002: Art. 1, Abs. 1 & 2).

Die Fristen hinsichtlich der Übermittlung der Daten und der Bearbeitung der Lärmkarten und Lärmaktionspläne richten sich nach der Größe der Ballungsräume bzw. nach der quantitativen Belastung der unterschiedlichen Verkehrsarten (vgl. Tab. 1).

Tabelle 1 : Fristen zur Durchführung der EU-Umgebungslärmrichtlinie (BMU 2008)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Umgebungslärmrichtlinie umfasst Lärmimmissionen von Straßen- und Schienenfahrzeugen, Infrastruktureinrichtungen, Flugzeugen sowie solche der Industrie und der für die Verwendung im Freien vorgesehenen Geräte. Kategorien wie Nachbarschaftslärm oder Freizeitlärm sind hier nicht mit zu berücksichtigen (Europäische Union 2002: Abs. 5 & 6). Ich beschränke mich bei dieser Arbeit auf die Analyse des Straßenverkehrslärms, der in der Stadt Bochum laut des Lärmaktionsplanes die höchsten Belastungen aufweist (Stadt Bochum 2010: 8). Da die Berechnung der Lärmarten Straßenverkehr, Schienenverkehr und Gewerbe getrennt vorzunehmen sind (Bundesministerium der Justiz 2006: §4, Abs. 5), ist es denkbar, dass Informationssystem zu einem späteren Zeitpunkt um diese Kategorien zu erweitern.

3.3 Harmonisierte Indizes und Bewertungsmethoden

Die Umgebungslärmrichtlinie sieht für die Verwendung von strategischen Lärmkarten die Lärmindizes Lden, Lday, Levening und Lnight vor. Es wird den Mitgliedsstaaten jedoch freigestellt, für bestimmte Sonderfälle oder für die akustische Planung bestehende nationale Indizes zu verwenden (Europäische Union 2002: Art. 5). Die Indizes Lday, Levening und Lnight beschreiben die Lärmbelastung während einer bestimmten Tageszeit; für Deutschland sind dies die Zeiträume Lday 6 – 18 Uhr, Levening 18 – 22 Uhr und Lnight 22 – 6 Uhr (Bundesministerium der Justiz 2006: § 2). Der Index Lden ausgedrückt in dB(A) dient zur Beurteilung der allgemeinen Belastung und setzt sich wie folgt zusammen:

Die vorangehende Formel veranschaulicht, dass sich der Wert des Ergebnisses am Abend um einen Aufschlag von 5 dB und in der Nacht um einen Aufschlag von 10 dB erhöht. Neben dem Lden - Wert wird in der Regel der Lnight - Wert angegeben, um die sensible Zeit der Nachtruhe mit eventuellen damit einhergehenden Schlafstörungen zu beleuchten. Es ist zu beachten, dass es sich bei den genannten Schallpegeln um A-bewertete äquivalente Dauerschallpegel gemäß ISO- 1996-2: 1987 handelt und der Beurteilungszeitraum ein Jahr beträgt. Außerdem gilt: „ein Jahr ist das für die Lärmemission ausschlaggebende und ein hinsichtlich der Witterungsbedingungen durchschnittliches Jahr“ (Europäische Union 2002: Anhang 1). Es wird nur der direkt einfallende Schall berücksichtigt, der von Gebäuden reflektierte Schall bleibt somit außen vor. Für die Berechnung der Lärmbelastung an und in Gebäuden sieht die Umgebungslärmrichtlinie eine Höhe der Ermittlungspunkte von 4 m (± 0,2 m) vor. Allerdings wird den Mitgliedsstaaten freigestellt, für bestimmte Zwecke – z.B. hinsichtlich der Ermittlung der Lärmbelastung von einzelnen Wohnungen – eine andere Höhe zu wählen, welche jedoch nie weniger als 1,5 m über dem Boden betragen darf (Europäische Union 2002: Anhang 1).

Zur Zeit liegen noch keine EU-weiten harmonisierten Berechnungsverfahren vor, sodass in der EU-Umgebungslärmrichtlinie darauf verwiesen wird, nationale Methoden anzuwenden. Diese müssen in einigen Punkten, etwa bei der Definition der neuen Lärmindizes Lden und Lnight, angepasst werden. In Deutschland gibt es die so genannte Vorläufige Berechnungsmethode für den Umgebungslärm (z.B. an Straßen, kurz VBUS), welche auf den bestehenden Berechnungsverfahren wie z.B. Schall03, RLS-90 oder TA Lärm basiert. Eine besondere Berechnungsmethode ist die VBEB (Vorläufige Berechnungsmethode zur Ermittlung der Belastetenzahlen durch Umgebungslärm), auf welche ich im folgenden Abschnitt eingehen werde (BMU 2008).

3.4 Ermittlung von Belastetenzahlen

Die oben erwähnte VBEB dient zur quantitativen Ermittlung der von Lärm belasteten Menschen, Wohnungen, Schulen und Krankenhäusern. Die Berechnungsmethode ist an die VDI 3722 Blatt 2 angelehnt, wurde jedoch im Sinne der EU-Umgebungslärmrichtlinie angepasst (BMU & BMVBS 2007: Abs. 1). Bei der Ermittlung der Belastetenzahlen ist die geschätzte Anzahl der Menschen zu erfassen, die innerhalb der festgelegten Isophonen-Bänder (Linien gleicher Schalldruckpegel) wohnt. Die Isophonen-Bänder sind für den Index Lden 55 dB(A) bis über 75 dB(A), jeweils in 5 dB(A) Abstufungen, für den Lnight über 55 dB(A) (optional auch über 45 dB(A)) bis über 70 dB(A). Die Angabe der Belastetenzahlen soll tabellarisch erfolgen, aufgegliedert in die unterschiedlichen Lärmarten. Für diese Berechnung sind entweder amtliche Daten (Geschosszahl oder Grundfläche eines Gebäudes) oder statistische Angaben zur Bevölkerung von Nöten. Zu diesem Zweck sind in der VBEB verschiedene Verfahren zu finden, die zur Abschätzung der Belastetenzahlen bei unterschiedlichen Datengrundlagen dienen (BMU & BMVBS 2007: Abs. 3). Die Immissionspunkte, also die Punkte an denen letztlich der Lärmpegel berechnet wird, liegen in 4 m Höhe über den Boden direkt an der Fassade angesetzt. Die vertikale Anordnung ist wie folgt definiert:

- die Immissionspunkte liegen immer in der Mitte einer Fassade/Teilfassade
- ein Immissionspunkt pro Fassade,bei der die Fassade nicht länger als 5 m umfasst
- bei mehr als 5 m erfolgt eine Aufteilung in gleich lange Teilfassaden (min. 2,5 m, max. 5 m)
- aufeinanderfolgende kurze Fassaden werden zusammengefasst falls die Gesamtlänge mehr als 5 m beträgt.

In Abbildung 4 ist zur Verdeutlichung ein Beispiel aus der VBEB dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Bestimmung der Immissionspunkte nach VBEB

(BMU & BMVBS 2007: Abs. 7)

So werden bei I und II die Fassaden in gleich lange Teilfassaden zerlegt, da die Fassaden länger als 5 m sind. Für die Fassaden unter 5 m, jedoch über 2,5 m Länge wird je ein Immissionspunkt bestimmt (III). Bei IV werden mehrere aufeinanderfolgende Teilfassaden zu einer Fassade zusammengefasst und entsprechend berücksichtigt. Sind die Immissionspunkte bestimmt, werden alle Einwohner eines Gebäudes gleichmäßig auf diese verteilt. Der berechnete Wert wird anschließend den einzelnen Pegelbereichen zugeordnet, wobei die Ergebnisse auf 100 Einwohner entweder auf-oder abgerundet werden.

Zur Ermittlung von durch Lärm belastete Wohnungen, Schulen und Krankenhäusern wird der energetische Mittelwert aller Immissionspunkte eines Gebäudes berechnet und mit den Lden-Werten von über 55, 65 und 75 dB(A) dargestellt (BMU & BMVBS 2007: Abs. 5).

3.5 Öffentlichkeitsbeteiligung

Der Artikel 9 der EU-Umgebungslärmrichtlinie sieht vor, dass auch die Öffentlichkeit über die strategischen Lärmkarten und Aktionspläne unterrichtet werden muss. Dies soll u.a. mit der Hilfe von verfügbaren Informationstechnologien geschehen und dabei deutlich und verständlich sowie in einer Zusammenfassung vorliegend verfügbar gemacht werden (Europäische Union 2002: Art. 9). In § 47 d Absatz 3 des Bundes-Immissionsschutzgesetzes ist darüber hinaus geregelt, dass die Öffentlichkeit zu den Vorschlägen in den Lärmaktionsplänen rechtzeitig angehört wird, um an der Ausarbeitung und Überprüfung mitwirken zu können. Bei der Stadt Bochum fand zu diesem Zweck zunächst eine Ideenbörse mit Vertretern aus Politik, Verwaltung und Nahverkehrsunternehmen sowie weiteren Institutionen und Vereinen die befugt sind zum Thema Lärm Stellung zu nehmen statt. Bei dieser Ideenbörse wurde die weitere Vorgehensweise bezüglich der Öffentlichkeitsbeteiligung vertieft, was konkret bedeutet, dass die vorhandenen Informationen als Auslage im Rathaus, wie auch im Internet den Bürgerinnen und Bürgern zur Verfügung gestellt worden ist. Folgende Themenbereiche wurden dabei vorgestellt (Stadt Bochum 2010: 45):

[...]

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Details

Titel
Lärmberechnung und -visualisierung in dreidimensionalen Stadtmodellen auf Grundlage der EU-Umgebungslärmrichtlinie
Hochschule
Ruhr-Universität Bochum  (Geographisches Institut)
Note
1,7
Autor
Jahr
2011
Seiten
57
Katalognummer
V211044
ISBN (eBook)
9783656750437
ISBN (Buch)
9783656750444
Dateigröße
5213 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
3D-Stadtmodelle, Lärmberechnung, Visualisierung, CityGML, EU-Umgebungslärmrichtlinie, Fassadenpegel, interaktives Lärminformationssystem
Arbeit zitieren
M.Sc. Geographie Konstantinos Theodorou (Autor), 2011, Lärmberechnung und -visualisierung in dreidimensionalen Stadtmodellen auf Grundlage der EU-Umgebungslärmrichtlinie, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/211044

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