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Heft 8: Kleinskalige klimatisch-lufthygienische Untersuchungen f√ľr das Gebiet A der Planung "Stuttgart 21" - Entw√ľrfe Jodry und Trojan -


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Zusammenfassung
 
Die st√§dtebaulichen Planungen im Zusammenhang mit dem Projekt STUTTGART 21 werden durch eine Vielzahl von Umweltuntersuchungen und -erhebungen vorbereitet und gutachtlich begleitet. Im Rahmen des vorliegenden Gutachtens sind f√ľr den Bereich des heutigen Wagengutbahnhofs n√∂rdlich des Hauptbahnhofs, welcher durch die Heilbronner Stra√üe (B 27/B 10), die Wolframstra√üe und den Mittleren Schlo√ügarten bzw. die Cannstatter Stra√üe begrenzt wird (Teilgebiet A), Aussagen erarbeitet zu den Themen Windkomfort und Durchl√ľftung, Lufthygienische Verh√§ltnisse, Bioklimatische Verh√§ltnisse sowie Beschattungsverh√§ltnisse im Bereich der geplanten wie auch der angrenzenden bestehenden Bebauung.
 
Diese Betrachtungen wurden sowohl f√ľr die Planungsvarianten als auch f√ľr die derzeitige Bebauungssituation, den sogenannten Istzustand, durchgef√ľhrt. Der Vergleich der Ergebnisse bringt Auskunft √ľber die durch k√ľnftige Bebauung zu erwartenden √Ąnderungen. Als n√§her zu untersuchende Planungsvarianten standen f√ľr die vorliegende Studie die Entw√ľrfe von
- Jodry, Paris, nachfolgend mit Entwurf Jodry bezeichnet sowie
- Trojan, Trojan und Neu, Darmstadt, nachfolgend als Entwurf Trojan gekennzeichnet
zur Diskussion.
 
 
Windströmungen
 
Die geplanten Bebauungen f√ľhren zu √Ąnderungen bei den Windstr√∂mungen. Dabei werden vorwiegend in Bereichen h√∂herer Bebauung die Windgeschwindigkeiten erh√∂ht, u.U. verbunden mit eingeschr√§nktem Windkomfort; anderseits kann eine massiv fl√§chige Bebauung in Teilbereichen auch zu einer Reduktion der Windgeschwindigkeit f√ľhren und somit die Durchl√ľftungsverh√§ltnisse reduzieren. Beide Ver√§nderungen der Windstr√∂mungen k√∂nnen zu Nutzungseinschr√§nkungen f√ľhren.
 
Die Untersuchung der Windstr√∂mungen wurde vorwiegend im Windkanal durchgef√ľhrt, wobei sowohl f√ľr den Istzustand als auch f√ľr die beiden Planungsvarianten jeweils mittels Sandersionsversuchen ein fl√§chenhafter √úberblick gewonnen und mittels Hitzdrahtmessungen die Windverh√§ltnisse an kritischen Punkten quantifiziert wurden. Bei Fragen der Durchl√ľftung wurden diese Ergebnisse erg√§nzt durch Erkenntnisse aus den numerischen Berechnungen.
 
Bei beiden Planvarianten wurden die h√∂chsten Windgeschwindigkeiten im Bereich des bestehenden Bankenareals sowie im Bereich des Geno-Hochhauses ermittelt. Im Plangebiet selbst ergaben sich bei beiden Entw√ľrfen die h√∂chsten Werte an der √∂stlichen Flanke.
 
Die Planungsvariante Jodry zeigt vor allem nord√∂stlich des bestehenden Bankenareals sowie im n√∂rdlichen Bereich des Untersuchungsareals erh√∂hte Windgeschwindigkeiten, die zu entsprechenden Nutzungseinschr√§nkungen, wie z.B. ungeeignet f√ľr Sitz- und Wartebereiche, f√ľhren.
 
Der Entwurf Trojan liefert neben den erhöhten Werten im östlichen Untersuchungsteil vor allen Dingen in der Umgebung der beiden geplanten höheren Gebäude nördlich des bestehenden Bankenareals höhere Windgeschwindigkeiten. In diesen Bereichen ist ebenfalls mit Nutzungseinschränkungen wie bei der Planvariante Jodry zu rechnen.
 
Der zweite Aspekt der Windstr√∂mungen betrifft die Durchl√ľftung. Aufgrund der geplanten Bebauung wird die Durchl√ľftung erwartungsgem√§√ü gegen√ľber der derzeit nur leicht bebauten Fl√§che stark reduziert. Bei beiden Entw√ľrfen sind die √§u√üeren Teile der Plangebiete gut durchl√ľftet. In den ermittelten Zonen reduzierter Durchl√ľftung sollten Freisetzungen von Luftverunreinigungen, wie z.B. Abluft√∂ffnungen von Tiefgaragen m√∂glichst vermieden bzw. reduziert werden.
 
Der Entwurf Jodry liefert aufgrund der weniger stark ausgepr√§gten Innenhofbereiche eine verglichen mit dem Entwurf Trojan bessere Durchl√ľftung einzelner Quartiere. Die L√ľcken in der Randbebauung und die unterschiedlichen Geb√§udeh√∂hen induzieren entsprechende Str√∂mungen und eine erh√∂hte Turbulenz. Demgegen√ľber ist die Durchl√ľftung der Innenh√∂fe beim Entwurf Trojan stark reduziert, die verglichen mit dem Entwurf Jodry reduzierte Varianz der Geb√§udeh√∂hen bewirkt reduzierten Turbulenzeintrag und somit reduzierte Durchl√ľftung.
 
 
Lufthygiene
 
Die lufthygienischen Auswirkungen der st√§dtebaulichen Planungen wurden in Bezug auf stra√üenverkehrsbedingte Schadstoffe untersucht. Dazu wurden mit Hilfe des mikroskaligen Str√∂mungs- und Ausbreitungsmodells MISKAM fl√§chendeckend Jahreskennwerte (Mittelwert und 98-Perzentil) der Belastung an NO2, Benzol und Dieselru√ü berechnet. Das Untersuchungsgebiet enth√§lt das Planungsgebiet A sowie die n√§here Umgebung der Heilbronner Stra√üe, der Wolframstra√üe und des Arnulf-Klett-Platzes. Neben den Geb√§uden wurde auch die komplexe Topographie des Untersuchungsgebietes ber√ľcksichtigt. In einer Kalibrierungsphase wurden ausgew√§hlte Experimente aus der parallel durchgef√ľhrten Windkanaluntersuchung mit MISKAM nachgerechnet und die Ergebnisse (normierte Konzentrationen) zwischen Windkanal- und numerischem Modell verglichen. Durch die Variation verschiedener Steuerparameter des Modells MISKAM wurden die im Sinne des oben genannten Vergleichs optimalen Modellparameter ermittelt. Diese Parameter wurden in den im folgenden beschriebenen Immissionsrechnungen verwendet.
 
Mit Hilfe der Verkehrszahlen sowie den vom Umweltbundesamt (UBA) ver√∂ffentlichten Kfz-Emissionsfaktoren wurden f√ľr die Heilbronner Stra√üe, die Wolframstra√üe und den Arnulf-Klett-Platz Emissionen der Schadstoffe NOx, Benzol und Ru√ü f√ľr das Bezugsjahr 1995 bestimmt. Aus den mit diesem Modell durchgef√ľhrten Rechenl√§ufen konnten statistische Jahreskennwerte der durch den Stra√üenverkehr im Untersuchungsgebiet verursachten Schadstoffbelastung f√ľr den Istzustand und die zwei Planvarianten berechnet werden. Durch √úberlagerung dieser Belastung mit Immissionswerten aus gr√∂√üerskaligen Rechnungen, die alle immissionsrelevanten Stra√üen in Stuttgart ber√ľcksichtigen, ergab sich ein detailliertes Bild der verkehrsbedingten Gesamtbelastung im Untersuchungsgebiet.
 
F√ľr alle Bebauungsvarianten zeigte sich, da√ü in der n√§heren Umgebung der drei betrachteten Stra√üen hohe Schadstoffbelastungen vorherrschen. Am st√§rksten belastet ist die Heilbronner Stra√üe und die Kreuzung Heilbronner Stra√üe/Arnulf-Klett-Platz. Hier kommt es an einzelnen angrenzenden Geb√§uden zu √úberschreitungen des Orientierungswertes der 23. BImSchV von 10 ¬Ķg Benzol/m3. Etwas weniger kritisch in Bezug auf den Orientierungswert der 23. BImSchV sind die Ru√übelastungen: Der Orientierungswert von 8 ¬Ķg Ru√ü/m3 wird am h√∂chstbelasteten Geb√§ude nicht erreicht. Auch der Jahresmittelwert der Stickstoffdioxidkonzentrationen lag unter dem Grenzwert der TA Luft von 80 ¬Ķg NO2/m3. √úberschreitungen sind nur direkt im Stra√üenraum anzutreffen. √Ąhnliches gilt f√ľr den Kurzzeitbelastungswert f√ľr NO2: Der Orientierungswert der 23. BImSchV von 160 ¬Ķg NO2/m3 wird nur vereinzelt im Stra√üenraum √ľberschritten.
 
Der Variantenvergleich zeigt im Bezug auf die Lufthygiene im Bereich des Arnulf-Klett-Platzes nur sehr geringe Unterschiede in den Schadstoffkonzentrationen. Einzig bei der Variante "Jodry" sind im Bereich des geplanten Hochhausturms auf dem Kurt-Georg-Kiesinger-Platz geringere Konzentration zu verzeichnen. Auch entlang der Heilbronner Stra√üe ergeben sich nur vereinzelt Unterschiede in den berechneten Konzentrationen zwischen den drei Bebauungsvarianten. Auf dem Gel√§nde des Geno-Hochhauses wurden die st√§rksten √Ąnderungen (Konzentrationserh√∂hungen) durch die geplante Bebauung ermittelt. Im Bereich der Wolframstra√üe, insbesondere auf dem etwa 200 m langen Teilst√ľck nordwestlich der Einm√ľndung der Nordbahnhofstra√üe, sind gr√∂√üere Unterschiede zwischen den Varianten zu erwarten. Bei den Planvarianten sind in diesem Bereich im Vergleich zum Istzustand mit geringeren Konzentrationen zu rechnen. Au√üerhalb der betrachteten Stra√üenbereiche sind die √Ąnderungen durch die geplante Bebauung gering. Im Bereich der Cannstatter Stra√üe werden die Schadstoffbelastungen bei den Planvarianten geringer, da beide Planungen die Entfernung der Cannstatter Stra√üe als Verkehrsfl√§che vorsehen.
 
 
Bioklima
 
F√ľr den Istzustand, den Entwurf Jodry und den Entwurf Trojan wurden die Wind-, Temperatur- und Bioklimaverh√§ltnisse f√ľr eine sommerliche Strahlungswetterlage mit niedrigen Windgeschwindigkeiten (Tag- und Nachtsituation) betrachtet.
 
Bei beiden Entw√ľrfen sind die Lufttemperaturen am Tage recht hoch. Wesentlich bedingt ist dies durch die solare Einstrahlung sowie die Eigenschaften der Oberfl√§chen; nur in abgeschatteten Innenh√∂fen und in Parkanlagen treten niedrigere Temperaturen auf. Au√üerdem k√ľhlen die bebauten Bereiche nachts nicht so stark ab, wie z.B. Gr√ľnfl√§chen oder Gleisanlagen.

Die bioklimatischen Verh√§ltnisse werden durch die Kennwerte PMV und PET beschrieben und verhalten sich sowohl qualitativ als auch hinsichtlich der jeweils resultierenden Beurteilung √§hnlich, wobei oft die PMV-Darstellungen mehr Struktur aufweisen als die PET-Darstellungen. Dies ist bedingt durch die h√∂here Sensitivit√§t von PMV bez√ľglich der Eingangswerte. Sowohl beim Entwurf Jodry als auch beim Entwurf Trojan werden alle Beurteilungsstufen von behaglich bis hei√ü erreicht, nachts alle Stufen von behaglich bis kalt. Hei√üe Bereiche liegen meist in der prallen Sonne, die k√ľhleren Bereiche sind abgeschattete Innenh√∂fe und Gr√ľnanlagen. Nachts kehren sich die Verh√§ltnisse um: u.a. aufgrund der Abstrahlung der Geb√§ude bleibt die bioklimatischen Situation innerhalb der Bebauung behaglich, w√§hrend z.B. Gr√ľnanlagen als k√ľhl bis kalt empfunden werden. Aufgrund der geringeren Durchl√ľftung stellen sich beim Entwurf Trojan in Innenh√∂fen nachts h√∂here Temperaturen ein als beim Entwurf Jodry.
 
 
Beschattung
 
F√ľr das gesamte beplante Untersuchungsgebiet wurden die Besonnungs- und Beschattungsverh√§ltnisse aufgrund der bestehenden und geplanten Bebauung sowie der Gel√§ndeh√∂hen f√ľr den Istzustand und die Entw√ľrfe Jodry und Trojan betrachtet.
 
F√ľr jede Variante wird ein dreidimensionales Gel√§nde- und Geb√§udemodell erstellt. Unter Ber√ľcksichtigung der t√§glichen Sonnenst√§nde von Stuttgart findet eine Berechnung der Beschattung statt. Nachdem einheitliche Grenzwerte f√ľr die m√∂gliche Besonnung nicht bestehen, orientiert sich die Beurteilung der Ergebnisse an den in der Literatur genannten Kriterien und Richtwerten. F√ľr einen mittleren Wintertag und die Tag- und Nachtgleichen (Fr√ľhjahr, Herbst) wird eine fl√§chenhafte Darstellung der bodennahen Verschattung zur Mittagszeit ausgew√§hlt. Zudem liegen f√ľr 5 ausgew√§hlte Punkte Horizontogramme vor, aus denen die ganzj√§hrigen Besonnungsverh√§ltnisse abzulesen sind.
 
Im Istzustand weist der gesamte Gleisbereich aufgrund fehlender Geb√§ude uneingeschr√§nkte Sonneneinstrahlung auf. Bestehende Geb√§ude au√üerhalb der Bahnanlagen werden nicht durch diese beeintr√§chtigt. Die kompakte Blockbebauung mit Geb√§uden bis zu 100 m H√∂he beim Entwurf Jodry f√ľhrt zu einer intensiven Verschattung der Innenhofbereiche und Stra√üenr√§ume. Nur zwei Innenhofbereiche sind so gro√ü, da√ü ab Fr√ľhjahr bis Herbst eine direkte Sonneneinstrahlung m√∂glich ist. Im Winter finden sich nur wenige Bereiche mit direkter Sonneneinstrahlung. Der Entwurf Trojan weist eine kompakte Blockrandbebauung mit teilweise gro√ür√§umigen Innenh√∂fen und Pl√§tzen auf. In den Innenh√∂fen und auf den Pl√§tzen ist gr√∂√ütenteils von Fr√ľhjahr bis Herbst eine direkte Besonnung in Bodenn√§he m√∂glich. Im Winter reduziert sich die Besonnung auf kurze Zeiten in den Stra√üenr√§umen.
 
Die beispielhaft aufgezeigten Horizontogramme verdeutlichen, da√ü die m√∂gliche t√§gliche Sonnenscheindauer w√§hrend des Jahres bei den Planvarianten teilweise stark eingeschr√§nkt ist. Die dichte Bebauung bei den Entw√ľrfen Jodry und Trojan f√ľhren dazu, da√ü die Beurteilungswerte der zutreffenden DIN-Norm in Bodenn√§he teilweise nicht eingehalten werden.


 
 

© Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Umweltschutz, Abt. Stadtklimatologie