Auftraggeber: Urbane Mitte Entwicklungs GmbH & Co. KG Jägerstraße Berlin

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Gutachtliche Stellungnahme zum Windkomfort für die Bebauungspläne VI-140caa („Urbane Mitte Nord“) und VI-140cab („Urbane Mitte Süd“) Bezirk Friedrichshain-Kreuzberg in Berlin

Auftraggeber:

Urbane Mitte Entwicklungs GmbH &

Co. KG Jägerstraße 4 10117 Berlin

GEO-NET Umweltconsulting GmbH Große Pfahlstraße 5 A

30161 Hannover Tel. (0511) 3887200 FAX (0511) 3887201 www.geo-net.de E-Mail: info@geo-net.de

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Oktober 2018 2_16_040_UMB_Windkomofort_Rev05

Seite 2

Inhaltsverzeichnis

Seite:

1. Allgemeines und Aufgabenstellung ... 3

2. Ermittlung und Beurteilung der lokalen Windsituation ... 5

2.1 Methodik der Windanalyse ... 5

2.2 Eingangsdaten für die Modellrechnungen zur Windsituation ... 5

2.3 Beurteilungskriterien... 9

2.4 Ergebnisse der Windanalyse ... 11

3. Fazit ... 24

4. Beurteilung der zu erwartenden Auswirkungen bei Teilung des Bebauungsplans VI-140ca ... 25

Literatur ... 26

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1. Allgemeines und Aufgabenstellung

Im Bezirk Friedrichshain-Kreuzberg in Berlin wird im Rahmen des Projektes „Urbane Mitte“ am Gleisdreieck die Bebauungsstruktur geändert. Für den Windkomfort bedeutsam ist hier der Einfluss der veränderten Flä- chen und insbesondere der Gebäudehöhen, darüber hinaus wird auch der Einfluss der Vegetationshöhen und -struktur berücksichtigt.

Der räumliche Geltungsbereich des Bebauungsplans VI-140ca erstreckt sich von der Schöneberger Straße im Norden bis zum Park im Gleisdreieck im Süden. Während das 4,46 ha große Areal im Westen an die Trasse der Nord-Süd-Fernbahn angrenzt, befindet sich im Osten das Gebäude des ehemaligen Postbahn- hofs. Darüber hinaus wird es städtebaulich durch den alten U-Bahnhof Gleisdreieck und den U-Bahn- Viadukten geprägt (Abb. 1).

Abbildung 1: Vorentwurf Bebauungsplan VI-140ca „Urbane Mitte“

Die Planungen sehen die Errichtung von sieben hohen Häusern vor, deren Geschossigkeit VII im Süden bis

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Seite 4 Hinweis: Mit Beschluss der BVV im Bezirk Friedrichshain-Kreuzberg vom 29.08.2018 wurde der Bebau- ungsplan VI VI-140ca geteilt. Die Pläne haben nun die Bezeichnung VI-140caa "Urbane Mitte Nord" und VI- 140cab "Urbane Mitte Süd". Die folgende Ergebnisdarstellung bezieht sich hingegen auf den ursprünglich nicht geteilten Bebauungsplan VI-140ca. Für die Beurteilung des Windkomforts hat dies aber keine maßgeb- liche Bedeutung. Die Beurteilung der zu erwartenden Auswirkungen bei Teilung des B-Plans wird im Kap. 4 (S. 25) zusammengefasst.

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2. Ermittlung und Beurteilung der lokalen Windsituation

2.1 Methodik der Windanalyse

In der vorliegenden Untersuchung wird das lokale Windfeld in der Umgebung der geplanten Flächenände- rungen mit Hilfe numerischer Simulationen mit dem mikroskaligen Strömungs- und Ausbreitungsmodell ASMUS analysiert. Das Modell ASMUS erfüllt die in der VDI-Richtlinie 3783/9 beschriebenen Anforderungen an mikroskalige prognostische Windfeldmodelle und wurde gemäß dieser Richtlinie validiert (Gross, 2011).

Das Modell ist für komplexe urbane Untersuchungsgebiete mit kleinen horizontalen Maschenweiten konzi- piert. Es verfügt darüber hinaus über spezielle Rechenschemata insbesondere auch zur Berücksichtigung von Baumstrukturen und hat seine Leistungsfähigkeit schon für eine Vielzahl von Problemstellungen unter Beweis gestellt (z.B. Groß 1997, 2010).

Für die Beurteilung der Windspitzengeschwindigkeiten bei Starkwindereignissen wurden die Gleichungssys- teme zur Berechnung der mittleren Windgeschwindigkeiten durch einen statistischen Ansatz (Markov-Ansatz) zur Berechnung von Geschwindigkeitsfluktuationen erweitert. Somit können neben Stundenmittelwerten der Windgeschwindigkeit auch kurzfristige Spitzengeschwindigkeiten in Böen ermittelt werden. Unter Verwen- dung einer für den Standort charakteristischen Windstatistik oder einer Zeitreihe der Wind- und Ausbrei- tungsbedingungen für ein repräsentatives Jahr lassen sich somit sowohl Überschreitungshäufigkeiten mittle- rer Windgeschwindigkeiten als auch Überschreitungen von kurzfristigen Geschwindigkeiten in Böen ermitteln (Gross, 2014).

Im Rahmen der hier durchgeführten Windanalyse wurden neben Stundenmittelwerten der Windgeschwindig- keit auch Böen mit einer Andauer von 10 Sekunden ausgewertet. Dabei wurde stundenweise nur die im statistischen Mittel maximale Böe berücksichtigt (99,7 % Quantil). Dies entspricht bei einer Normalverteilung der Böengeschwindigkeiten der mittleren Windgeschwindigkeit plus ihrer dreifachen Standardabweichung

2.2 Eingangsdaten für die Modellrechnungen zur Windsituation

Das Untersuchungsgebiet für die Windanalyse umfasst bei einer Größe von 1800 m x 2800 m die großräu- mige Umgebung der geplanten Nutzungsänderungen und die umliegenden Gebiete. Bei einer horizontalen Auflösung des Rechengebietes von 5 m x 5 m werden die Gebäude- und Vegetationsstrukturen berücksich-

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Seite 6 Abb. 2: Modelgebiet der Windkomfortanalyse mit den berücksichtigten Gebäude- und Vegetationsstrukturen im Ist-Zustand.

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Abb. 3: Modelgebiet der Windkomfortanalyse mit den berücksichtigten Gebäude- und Vegetationsstrukturen sowie die Bereichstypen für Windkomfort (Beurteilungsgebiet) im Plan-Zustand.

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Seite 8 Die modellgestützte Berechnung von Überschreitungshäufigkeiten von Stundenmittelwerten der Windge- schwindigkeit und kurzfristigen Spitzengeschwindigkeiten in Böen im Modellgebiet erfolgt auf Grundlage einer Windstatistik der DWD-Messstation Berlin-Tempelhof für das langjährige Mittel 1986-2015. Die Abbildung 4 zeigt die mittlere Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsverteilung an der DWD-Station in 10 m Höhe. Es wird deutlich, dass der Wind an der DWD-Station Berlin-Tempelhof vorwiegend aus westlichen Richtungen weht.

Abb. 4: Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsverteilung der Wetterstation Berlin-Tempelhof des Deut- schen Wetterdienstes für den Zeitraum 1986-2015 in 10 m Höhe.

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2.3 Beurteilungskriterien

Inwieweit Windgeschwindigkeiten als störend empfunden werden hängt deutlich von der momentan von einer Person ausgeübten Tätigkeit und ebenso von der Umgebung ab. Innerhalb von Gebäuden werden Luftströ- mungen beispielsweise durchweg als störender „Windzug“ empfunden. Ebenso werden im Sitzen oder bei längerem Stehen im Freien höhere Windgeschwindigkeiten als unangenehm eingestuft. Dagegen können bei sportlichen Aktivitäten moderate Windgeschwindigkeiten durchaus angenehm sein. Auch die subjektive Emp- findung einzelner Personen zur Definition eines Komfortbereiches ist individuell unterschiedlich. Bewohner von Küstenregion, an denen ohnehin häufig höhere Windgeschwindigkeiten auftreten, bewerten beispielsweise höhere Windgeschwindigkeiten oft als weniger störend. Identische Windgeschwindigkeiten werden somit in Abhängigkeit von der Situation und der Umgebung durchaus unterschiedlich bewertet.

In Deutschland gibt es aktuell keine verbindlichen Bewertungskriterien für eine Beurteilung des Windkom- forts, an der Erstellung einer entsprechenden VDI-Richtlinie wird zurzeit gearbeitet. Die in der Literatur zu findenden Kriterien zur Beurteilung des Windkomforts beziehen sich entweder auf Überschreitungshäufigkei- ten von Stundenmittelwerten der Windgeschwindigkeit oder auf die Geschwindigkeiten von Windböen.

Für diese gutachtliche Stellungnahme wurden die Kriterien zum Windkomfort nach Lohmeyer et al. (1992) verwendet (s. Tabelle 1). Dabei werden unterschiedliche Aufenthaltsbereiche definiert und nach der Über- schreitungshäufigkeit einer individuellen Böenwindgeschwindigkeit (6-13 m/s) bewertet. Die Kriterien geben Aufschluss darüber, ob die Aufenthaltsqualität in den verschiedenen Nutzungsbereichen durch mangelnden Windkomfort eingeschränkt wird.

Des Weiteren wurde das Gefährdungspotential durch Starkwind mittels der niederländischen Richtlinie zur Beurteilung des Windkomforts (NEN 8100, 2006) abgeschätzt. Die Abschätzung des Gefährdungspotentials mittels dieser Richtlinie ist Stand der Technik und aus meteorologischer Sicht übertragbar auf die Situation in Berlin. Die Beurteilung basiert auf einer Auswertung von Stundenmittelwerten der Windgeschwindigkeit in 2 m Höhe (s. Tabelle 2).

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Seite 10 Tabelle 1: Kriterien zur Beurteilung der Windverhältnisse in Böen (in Anlehnung an Lohmeyer et al.,1992).

Kriterien zur Beurteilung der Windsituation Böen-

windgeschwindigkeit in m/s

Überschreitungs- häufigkeiten im Jahresmittel in %

Beurteilung Komfortstufe

> 6 m/s max. 5% keine Windkomfortprobleme

zulässig in Parks, Wartebereichen, Straßencafés,

auf Spielplätzen, 1

> 8 m/s max. 1% zulässig auf Flächen mit längerem Aufenthalt wie

Fußgängerzonen, Einkaufsstraßen 2

> 10 m/s max. 1% zulässig auf Flächen für kurzzeitige Aufenthalts-

zeit wie Verkehrsbereichen 3

Tabelle 2: Beurteilung der Gefährdung durch hohe Windgeschwindigkeiten gemäß der Niederländischen Richtlinie (NEN 8100, 2006) auf Grundlage von Stundenmittelwerten der Windgeschwindigkeit.

Einstufung der Windgefahr Überschreitungshäufigkeiten einer Windgeschwindigkeit

von 15 m/s (Stundenmittel) in % der Jahressstunden Einstufung

0,05 - 0,3% beschränktes Risiko

>= 0,3% gefährlich

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2.4 Ergebnisse der Windanalyse

2.4.1 Mittelwerte der Windgeschwindigkeit

Zur Beurteilung des Windkomforts wird zunächst die mittlere Windgeschwindigkeit für unterschiedliche An- strömrichtungen und -stärken ausgewertet. Beispielhaft ist hier die mittlere Windgeschwindigkeit in Hauptwindrichtung (West) für eine typische Anströmgeschwindigkeit in unterschiedlichen Höhen (20 m, 10 m und 2 m) für den Ist- und Plan-Zustand gezeigt (Abbildungen 5-10). Die geplanten Gebäudestrukturen sind teilweise deutlich größer als die Gebäude im Rest des Modellgebiets und führen außerdem durch ihre An- ordnung zu starken Kanalisierungs- und Düseneffekten. Dies führt auch auf Fußgängerniveau in 2 m Höhe zu einer deutlich geänderten mittleren Windgeschwindigkeit auf der Westseite des Beurteilungsgebietes.

Die Überschreitungshäufigkeit der mittleren Windgeschwindigkeit von 15 m/s in 2 m Höhe ist im Beurtei- lungsgebiet und der näheren Umgebung kleiner als 0,05 % der Jahresstunden (ohne Abbildung). Gemäß der niederländischen Richtlinie (NEN 8100, 2006) tritt kein beschränktes Risiko auf oder besteht in Teilgebieten eine Gefahr durch Wind.

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Seite 12 Abb. 6: mittlere Windgeschwindigkeit in 20 m Höhe bei Anströmung aus West mit einem großräumigen An- trieb von 4 m/s in 10 m Höhe im Plan-Zustand

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Abb. 7: mittlere Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe bei Anströmung aus West mit einem großräumigen An- trieb von 4 m/s in 10 m Höhe im Ist-Zustand

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Abb. 9: mittlere Windgeschwindigkeit in 2 m Höhe bei Anströmung aus West mit einem großräumigen An- trieb von 4 m/s in 10 m Höhe im Ist-Zustand

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2.4.2 Windgeschwindigkeiten in Böen

Zur weiteren Beurteilung des Windkomforts wird die Böenwindgeschwindigkeit für unterschiedliche Anström- richtungen und -stärken ausgewertet. Beispielhaft ist hier die Böenwindgeschwindigkeit in Hauptwindrichtung (West) für eine typische Anströmgeschwindigkeit in unterschiedlichen Höhen in 2 m Höhe für den Ist- und Plan-Zustand gezeigt (Abbildungen 11 und 12). Die geplanten Gebäudestrukturen bewirken durch ihre An- ordnung und deutlich größere Höhe als die Gebäude der Umgebung eine stärkere Turbulenz die zu einer größeren Böenwindgeschwindigkeit am Boden führt.

Abbildung 13-15 zeigt die Überschreitungshäufigkeit von Böengeschwindigkeiten von 6 m/s, 8 m/s und 10 m/s im Plan-Zustand im klimatologischen Verlauf über alle auftretenden Windrichtungen und Windgeschwin- digkeiten. Die Überschreitungshäufigkeit für alle drei Böenkategorien ist im Westen des Beurteilungsgebietes deutlich größer als im Rest des Modellgebietes.

Abbildung 16 zeigt, ob die Kriterien zum Windkomfort im Beurteilungsgebiet erfüllt wurden. Besonders auf der westlichen Seite des Gebietes konnten die Kriterien nicht erfüllt werden. Hier treten größere Überschrei- tungshäufigkeiten von Böengeschwindigkeiten auf als nach den Bereichskategorien für ausreichenden Wind- komfort zulässig ist. Im südlichen und östlichen Teil des Beurteilungsgebietes werden die Kriterien zumeist eingehalten. Insgesamt werden auf 55 % der beurteilten Fläche die Windkomfortkriterien eingehalten.

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Seite 18 Abb. 11: Böenwindgeschwindigkeit in 2 m Höhe bei Anströmung aus West mit einem großräumigen Antrieb von 4 m/s in 10 m Höhe im Ist-Zustand

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Abb. 12: Böenwindgeschwindigkeit in 2 m Höhe bei Anströmung aus West mit einem großräumigen Antrieb von 4 m/s in 10 m Höhe im Plan-Zustand

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Seite 20 Abb. 13: Überschreitungshäufigkeit der Böenwindgeschwindigkeit 6 m/s in 2 m Höhe im Plan-Zustand

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Abb. 14: Überschreitungshäufigkeit der Böenwindgeschwindigkeit 8 m/s in 2 m Höhe im Plan-Zustand

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Seite 22 Abb. 15: Überschreitungshäufigkeit der Böenwindgeschwindigkeit 10 m/s in 2 m Höhe im Plan-Zustand

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Abb. 16: Erfüllung der Kriterien zum Windkomfort in Böen im Beurteilungsgebiet im Plan-Zustand

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3. Fazit

Im Rahmen der hier durchgeführten Windanalyse wurde das lokale Windfeld in der großräumigen Umgebung der geplanten Flächenänderungen im Rahmen des Projektes UMB für den Ist- und Plan-Zustand mit Hilfe numerischer Simulationen mit dem mikroskaligen Strömungs- und Ausbreitungsmodell ASMUS analysiert.

Dabei wurden Stundenmittelwerte der Windgeschwindigkeit und Böen mit einer Andauer von 10 Sekunden ausgewertet. Die Ergebnisse für unterschiedliche Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten wurden mit Hilfe der Messdaten der Wetterstation Berlin-Tempelhof klimatologisch gewichtet und Überschreitungshäu- figkeiten für unterschiedliche Windböengeschwindigkeiten bestimmt.

Die Beurteilung erfolgte an Hand der Kriterien für Windkomfort in Böen in Anlehnung an Lohmeyer et al.

(1992). Es gibt Aufschluss darüber ob die Aufenthaltsqualität in den unterschiedlichen Nutzungsbereichen durch Windkomfort eingeschränkt wird.

Insgesamt werden im Mittel über alle untersuchten Aufenthaltsbereiche auf dem größeren Teil der beurteilten Fläche (55 %) die Windkomfortkriterien erfüllt.

Auf einem kleineren Teil der Flächen (45 %) werden die Windkomfortkriterien nicht erfüllt. Dies liegt an der Anordnung und relativ großen Höhe der geplanten Gebäudestrukturen und ist als typisch für eine solche Bebauung anzusehen.

Es kommt besonders im Westen des Beurteilungsgebietes zu Kanalisierungs- und Düseneffekten die eine erhöhte Turbulenz verursachen und die Auswirkungen auf die mittlere Windgeschwindigkeit und die Böen- windgeschwindigkeit auch auf Fußgängerniveau in 2 m Höhe haben.

Im westlichen Teil des Beurteilungsgebietes werden die Windkomfortkriterien überwiegend überschritten, im südlichen und östlichen Teil werden sie weitestgehend eingehalten. Im Norden halten sich Gebiete auf denen die Windkomfortkriterien erfüllt werden und solchen auf denen sie nicht erfüllt werden die Waage.

Eine Gefahr oder beschränktes Risiko durch Wind auf Fußgängerniveau liegt gemäß der niederländischen Richtlinie NEN 8100 im Beurteilungsraum und der näheren Umgebung nicht vor. Wenngleich die Windkom- fortkriterien in einem Teil des Gebietes nicht eingehalten werden, sind trotzdem gesunde Wohn- und Arbeits- verhältnisse gewährleistet.

Der Windkomfort in den unterschiedlichen Windkomfortbereichen kann mittels lokaler Windschutzmaßnah- men, z.B. grünbaulicher Art, verbessert werden und insbesondere die Auswirkungen der hohen Bebauungs- strukturen minimieren.

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4. Beurteilung der zu erwartenden Auswirkungen bei Teilung des Bebauungs- plans VI-140ca

Mit Beschluss der BVV im Bezirk Friedrichshain-Kreuzberg vom 29.08.2018 wurde der Bebauungsplan VI VI- 140ca geteilt. Die Pläne haben nun die Bezeichnung VI-140caa "Urbane Mitte Nord" und VI-140cab "Urbane Mitte Süd" (Abb. 5.1). Im Zuge planungsbedingter Abstimmungsprozesse ist zunächst von einer Realisierung des B-Plans VI-140cab (Süd) auszugehen. Die Umsetzung des VI-140caa "Urbane Mitte Nord" wird somit zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.

Aufgrund der Tatsache, dass bei dieser Realisierungsreihen- folge erstmal nur das südliche Hochhaus errichtet wird, be- deutet dies eine wesentlich geringere Baumasse gegenüber der ursprünglichen Planung. Für die Beurteilung der Auswir- kungen auf den Windkomfort kann festgehalten werden, dass mit nur einem Hochhaus auch ein geringerer Einfluss auf das lokale Windfeld einhergehen würde. Wie die Auswertung zeigt, werden die Kriterien zum Windkomfort im Bereich des südlich Plangebietes weitestgehend eingehalten. Die planbe- dingten Auswirkungen sind damit auch bei alleiniger Umset- zung des südlichen B-Plangebietes als vertretbar einzuschät- zen. Gesunde Wohn- und Arbeitsverhältnisse sind weiterhin gewährleistet.

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Literatur

Deutscher Wetterdienst (2016): Zugang zu den Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes, CDC FTP- Server, URL: ftp://ftp-cdc.dwd.de/../../../pub/CDC/observations_germany/climate/hourly/wind/historical/

(18.05.2016)

Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V.: DGNB-Kriterium SOC1.1, Thermischer Komfort im Frei- raum

Gross, G. (1997): ASMUS – Ein numerisches Modell zur Berechnung der Strömung und der Schadstoffver- teilung im Bereich einzelner Gebäude. II: Schadstoffausbreitung und Anwendung. Meteorol. Zeitschrift, N.F. 6.

Gross, G. (2010): Numerical simulation of the diurnal variation of wakes behind wind turbines. Meteorologi- sche Zeitschrift, Vol.19.

Gross, G. (2011): Validierung von ASMUS. Werkstattbericht. Institut für Meteorologie und Klimatologie, Leib- niz Universität Hannover

Gross, G. (2014): On the estimation of wind comfort in a building environoment by microscale simulation, Meteorol. Zeitschrift, Vol. 23.

Lohmeyer et al. (1992): Frankfurt Main Center, Klima- und Immissionsgutachten, Auftraggeber: Deutsche Grundbesitz Investmentgesellschaft mbH, Frankfurt.

NEN, Nederlands Normalisatie Institut (2006): Niederländische Norm NEN 8100: Wind comfort and wind danger in the built environment.

VDI 3783 Blatt 9 (2005): Umweltmeteorologie – Prognostische mikroskalige Windmodelle - Evaluierung für Gebäude- und Hindernisumströmung, Beuth Verlag, Berlin.