VDI 3783 Blatt 16-2015 Environmental meteorology - Prognostic mesoscale wind field models - Methods for licensing procedures according to TA Luft.pdf

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1、ICS 07.060 VDI-RICHTLINIEN Juni 2015 June 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Umweltmeteorologie Prognostische mesoskalige Windfeldmodelle Verfahren zur Anwendung in Genehmigungsverfahren nach TA Luft Environmental meteorology Prognostic mesoscale wind field models Methods for licensing procedures acco

2、rding to TA Luft VDI 3783 Blatt 16 / Part 16 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has bee

3、n subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbe

4、reich Umweltmeteorologie VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1b: Umweltmeteorologie Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:12.13Entwurf, deutschFormeredition:12/13Draft,inGermanonlyZu beziehen durch/ Availableat

5、BeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreserved(a)VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Normative Verweise 5 3 Begriffe 6 4 Formelzeichen, Abkrzungen und Indizes 9 5 Verfahrensbeschreib

6、ung 11 5.1 Konzept der Windfeldbibliothek 11 5.2 Prognostische Modellgebiete erstellen und testen . 15 5.3 Prognostische Modellrechnungen 17 5.4 Interpolation im Parameterraum 21 5.5 Interpolation auf Gitter des TA-Luft-Modells 23 5.6 Berechnung einer endgltigen Windfeldbibliothek 25 6 Anemometerpos

7、ition 26 6.1 Festlegung der Ersatzanemometerposition . 27 6.2 Festlegung der Ersatzanemometerhhe . 29 Anhang A Beispiel fr die Bestimmung einer EAP mithilfe der Realisierung TAL-Anemo . 33 Anhang B Prfliste fr die Erstellung einer Windfeldbibliothek . 42 Schrifttum 51 Benennungsindex englisch deutsc

8、h . 52 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Normative references . 5 3 Terms and definitions 6 4 Symbols, abbreviations and indices . 9 5 Description of the method . 11 5.1 Wind field library concept . 11 5.2 Constructing and testing prognostic model domains . 15 5.3 Prognostic model ca

9、lculations . 17 5.4 Interpolation in parameter space 21 5.5 Interpolation to the grid of the TA Luft model . 23 5.6 Calculating a final wind field library . 25 6 Anemometer position . 26 6.1 Defining the substitute anemometer position 27 6.2 Defining the substitute anemometer height 29 Annex A Examp

10、le of defining EAPs with the help of the TAL-Anemo program 33 Annex B Checklist for constructing a wind field library . 42 Bibliography 51 Term index English German . 52 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 3783 Blatt 16 / Part 16 Alle Rechte vorbehalten Verein

11、Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweis

12、e oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben

13、, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3783. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are re

14、served, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/ric

15、htlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3783. Einleitung Die Prognose der Immissionen von Schadstoffen oder Ger

16、uchsstoffen erfordert in der Regel Aus-breitungsrechnungen. Im Bereich des anlagenbezo-genen Immissionsschutzes trifft die TA Luft hierzu Vorgaben und Vorschriften, insbesondere in ihrem Anhang 3. Fr die Ermittlung von Geruchsimmis-sionen ist die Geruchsimmissions-Richtlinie (GIRL) heranzuziehen, de

17、ren Anforderungen an eine Ausbreitungsrechnung sich auf das Berech-nungsverfahren nach TA Luft sttzen. Die Windfelder sind von entscheidender Bedeu-tung fr das Ergebnis der Ausbreitungsrechnung. Nach Anhang 3 Abschnitt 11 der TA Luft sind Unebenheiten des Gelndes in der Regel nur zu bercksichtigen,

18、falls innerhalb des Re-chengebietes Hhendifferenzen zum Emissions-ort von mehr als dem 0,7-Fachen der Schorn-steinbauhhe und Steigungen von mehr als 1 : 20 auftreten. Die Steigung ist dabei aus der Hhendifferenz ber eine Strecke zu bestimmen, die dem 2-Fachen der Schornsteinbauhhe ent-spricht. Gelnd

19、eunebenheiten knnen in der Regel mithilfe eines mesoskaligen diagnosti-schen Windfeldmodells bercksichtigt werden, wenn die Steigung des Gelndes den Wert 1 : 5 nicht berschreitet und wesentliche Einflsse von lokalen Windsystemen oder anderen meteo-rologischen Besonderheiten ausgeschlossen werden knn

20、en.“ Treten im Rechengebiet verbreitet Steigungen von mehr als 1 : 5 auf oder haben Steigungen von grer 1 : 5 mageblich Einfluss auf die Immissionsver-hltnisse an den zu betrachtenden Aufpunkten, so knnen die zur Ausbreitungsrechnung notwendigen Introduction Predicting the ambient concentrations of

21、pollutants or odorous substances usually requires dispersion calculations. In the field of industrial air quality control, TA Luft has issued relevant specifications and regulations, in particular in its Annex 3. When determining ambient odour exposure, the Guideline on Odour in Ambient Air (GIRL) s

22、hould be used, whose provisions with regard to dispersion calcula-tions are based on TA Lufts calculation method. The wind fields are of decisive importance for the results of dispersion calculations. According to Annex 3, Section 11 of TA Luft, “Uneven terrain should normally only be taken into con

23、sideration if within the calcula-tion area there exist altitude differences relative to the emission site exceeding 0,7 of the chim-ney design height and gradients exceeding 1 : 20. The gradient should be calculated from the altitude difference over a path equal to twice the chimney design height. W

24、here the gradient of the terrain does not exceed 1 : 5 and significant effects of local wind systems or other unusual meteorological features can be ruled out, uneven terrain can normally be taken into account with the help of a mesoscale diagnostic wind field model.” If, in the calculation area, gr

25、adients above 1 : 5 oc-cur extensively or have a significant effect on the air quality conditions at the receptor points being considered, then usually the wind fields necessary for the dispersion calculation as per TA Luft can no B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08A

26、ll rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3783 Blatt 16 / Part 16 3 Windfelder gem TA Luft in der Regel nicht mehr mit einem mesoskaligen diagnostischen Windfeldmodell berechnet werden. Gleiches gilt, wenn lokale (thermische) Windsysteme magebli-chen Einfluss auf die Im

27、missionsverhltnisse ha-ben. Zu mglichen Vorgehensweisen bei ber-schreitung dieser Anwendungsgrenzen enthlt die TA Luft keine Hinweise. In der Genehmigungspraxis wurde der Einfluss von Gelndesteigung seit etlichen Jahren durch verglei-chende Einzelfallbetrachtungen mit entsprechend geeigneten Modelle

28、n behandelt. Mit zunehmender Leistungsfhigkeit von Rechnern konnten in jnge-rer Zeit hiermit auch ganze Windfeldbibliotheken berechnet werden. longer be calculated with a mesoscale diagnostic wind field model. The same applies where local (thermal) wind systems have a significant effect on the air q

29、uality conditions. TA Luft provides no information on possible procedures when exceed-ing these limits of applicability. In the permit regime in practice, for some years the effect of uneven terrain has been dealt with by con-sidering and comparing individual cases, using ap-propriate models. Given

30、the increasing power of computers, more recently this has allowed whole wind field libraries to be calculated. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt ein Verfahren zur sach-gerechten Bercksichtigung von steilem Gelnde in der Ausbreitungsrechnung nach TA Luft und GIRL. Es beruht auf Windfeld

31、berechnungen mit mesoskaligen prognostischen nicht hydrostatischen Modellen gem der Richtlinie VDI 3783 Blatt 7. Dieser Modelltyp ist aufgrund des zugrunde lie-genden physikalisch-mathematischen Gleichungs-systems besonders fr Strmungsberechnungen in steilem Gelnde geeignet. Das Verfahren beinhaltet

32、 die Erstellung einer Windfeldbibliothek zur Durchfhrung von Aus-breitungsrechnungen. Es eignet sich fr Ausbrei-tungsrechnungen sowohl auf Basis meteorologi-scher Zeitreihen als auch auf Basis einer meteoro-logischen Hufigkeitsverteilung. Die Richtlinie beschreibt das Konzept und definiert Anforderu

33、ngen an die prognostischen Modellrech-nungen und die bertragung der Ergebnisse in eine Windfeldbibliothek. Darber hinaus wird erlutert, wie die Anemometerposition zur Bereitstellung meteorologischer Gren fr die Ausbreitungs-rechnung festzulegen ist, wenn diese Messungen von einem Standort auerhalb i

34、n das Rechengebiet bertragen werden mssen. Das Konzept der Windfeldbibliothek ist kein nach TA Luft vorgeschriebenes Verfahren, sondern eine Konvention, wie sie z. B. in der Referenzimplemen-tierung des Anhang 3 der TA Luft, dem Ausbrei-tungsmodell AUSTAL2000 eingesetzt wird. Grund-stzlich sind dahe

35、r auch andere Verfahren mglich, die mit prognostischen nicht hydrostatischen meso-skaligen Windfeldmodellen berechneten Strmungs-felder in die Ausbreitungsrechnung nach TA Luft einzubinden, solange die Vorgaben dieser Richtlinie hinsichtlich der prognostischen Modellrechnungen, der bertragungsverfah

36、ren und der zu whlenden 1 Scope This standard describes a method for properly tak-ing into account steep terrain in the dispersion cal-culation according to TA Luft and GIRL. It relies on wind field calculations with mesoscale prognos-tic non-hydrostatic models in accordance with VDI 3783 Part 7. Th

37、is type of model is especially suitable for flow calculation in steep terrain, due to the underlying physical-mathematical system of equations. The method includes creating a wind field library for performing dispersion calculations. It is suitable both for dispersion calculations based on meteoro-l

38、ogical time series and for those based on a mete-orological frequency distribution. This standard describes the concept, and defines requirements for the prognostic model calculations and for transferring the results to a wind field li-brary. In addition, it discusses how the anemometer position for

39、 providing meteorological variables for the dispersion calculation should be determined, in cases where these measurements have to be trans-ferred from a location outside into the calculation area. The concept of a wind field library is not a method prescribed by TA Luft, but rather a convention use

40、d e.g. in the reference implementation of An-nex 3 of TA Luft, the AUSTAL2000 dispersion model. In principle, therefore, it is also possible to utilise other methods that integrate flow fields cal-culated using prognostic non-hydrostatic mesoscale wind field models into the TA Luft dispersion cal-cu

41、lation, as long as the provisions of this standard regarding the prognostic model calculations, the transfer method and the anemometer position to be selected are factored in, and as long as agreement B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 4 VDI 3783 Blatt 16 / Part 16

42、Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Anemometerposition bercksichtigt werden und im Rahmen der Reproduzierbarkeit der hier vorgestell-ten Methode die bereinstimmung der Ergebnisse beider Verfahren nachgewiesen ist. Das in dieser Richtlinie vorgestellte Verfahren z

43、ur sachgerechten Bercksichtigung von steilem Ge-lnde in der Ausbreitungsrechnung nach TA Luft oder GIRL kann im Rahmen von Genehmigungs-verfahren nach Bundes-Immissionsschutzgesetz eingesetzt werden. Es ist gem den Abgrenzungs-kriterien der TA Luft in der Regel bei Gelndestei-gungen von mehr als 1 :

44、 5 im Rechengebiet zu ver-wenden. Mit fachlicher Begrndung kann unter besonderen Voraussetzungen im Einzelfall auch bei steilem Gelnde von dieser Vorgehensweise abgewichen und ein diagnostisches Windfeldmo-dell angewendet werden. Hinweise hierzu gibt die Richtlinie VDI 3783 Blatt 13. Diagnostische u

45、nd prognostische Windfeldmodelle unterscheiden sich in der Vollstndigkeit der von ihnen bercksichtigten physikalischen Prozesse. Das hat zur Folge, dass sich nur im einfachsten Fall eines ebenen und homogenen Gelndes die Lsun-gen beider Modelltypen einander annhern, sofern die fr die Grenzschicht ve

46、rwendeten Wind- und Turbulenzprofile nach Richtlinie VDI 3783 Blatt 8 kompatibel sind. Mit wachsender Gelndesteilheit gewinnen weitere und komplexere physikalische Prozesse an Bedeutung, sodass die Differenzen zwischen den Lsungen der einfachen, diagnosti-schen und den physikalisch hherwertigen, pro

47、g-nostischen Windfeldmodellen und den darauf auf-setzenden Ausbreitungsrechnungen zunehmen knnen. Die TA Luft legt als Konvention fest, dass diagnostische Modelle die Windverhltnisse in moderat gegliedertem Gelnde mit Steigungen bis zu 1 : 5 fr Zwecke der Ausbreitungsrechnung hin-reichend genau bere

48、chnen, dies aber bei steilerem Gelnde in der Regel nicht mehr angenommen wer-den kann. In dem per Konvention festgelegten bergangsbereich von Steigungen um 1 : 5 knnen mit dem Wechsel zwischen den beiden physikalisch unterschiedlich vollstndigen Berechnungsverfahren teilweise differierende Ergebniss

49、e auftreten. Obwohl im Rahmen des hier beschriebenen Ver-fahrens prognostisch berechnete Windfelder inter-poliert und nachbereitet werden, weisen sie gegen-ber diagnostisch berechneten Windfeldern erheb-liche Vorteile auf. Sie knnen grundstzlich alle Strmungsstrukturen enthalten, die sich im steilen Gelnde ausbilden, beispielsweise Kanalisierun-gen, Wirbelstrukturen mit vertikaler oder horizon-taler Rotationsachse, windstille Zonen. Diese Strukturen