Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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Im Rahmen des Projektes "Praxisgerechte Anforderungen an Glättemeldeanlagen" stellte die Beschreibung des Feuchtezustandes der Straßenoberfläche ein besonderes Problem dar. Aussagen wie "feucht" und "nass" sind wegen ihrer nicht definierten quantitativen Grenzen ungeeignete Beschreibungsformen. Deshalb sollten Feuchteschwellwerte gesucht werden, deren Überschreiten bei Minustemperaturen zu gefährlicher Eisglätte führen. Dazu wurden Proben von Straßendecken in einer Klimakammer unterschiedlich stark befeuchtet. Die Griffigkeit der mit einem Eisfilm überzogenen Proben wurden mit dem SRT-Gerät (Portable Skid Resistance Tester) ermittelt. Die Abhängigkeit der Griffigkeit von der aufgebrachten Wassermenge war exponentiell. Nach einem relativ schnellen Abfall der Griffigkeit stellte sich bei etwa 25 SRT-Einheiten ein Grenzwert ein, der auch bei weiter steigenden Wasserfilmdicken nicht mehr unterschritten wurde. Als Grenzwert für gefährliche Glätte wurden 50 SRT-Einheiten festgelegt. Dieser Grenzwert wurde bei den untersuchten Proben bereits bei Wasserfilmdicken zwischen 0,03 bis 0,06 mm erreicht. Ob dieser Schwellwertbereich für alle Straßendeckenarten zutrifft, kann erst nach Durchführung weiterer Messreihen an Proben definierter Oberflächen bewertet werden. Die Verwendung von Schwellwerten bei der Festlegung von Forderungen an Glättemeldeanlagen ist sinnvoll. Dabei sind allerdings zusätzlich die vielfältigen Randbedingungen des realen Verkehrs gegenüber den unbeeinflussten Labormessungen zu berücksichtigen, die eventuell noch Verschiebungen dieser Schwellwerte bewirken können.
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Auf Basis von Immissionsmessdaten an 8 Straßenabschnitten wurde die Wirkung von potenziellen PM10-Minderungsmaßnahmen (Temporeduzierung, Verbesserung des Verkehrsflusses, Verbesserung des Fahrbahnzustandes) beziehungsweise der Einfluss meteorologischer Parameter auf die PM10-Konzentrationen beziehungsweise -Emissionen untersucht. Der Einfluss eines normgerechten Ausbaus einer innerstädtischen Bundesstraße mit Einrichtung einer "Grünen Welle" auf die PMx-Belastungen konnte im Feldversuch an der Bergstraße in Dresden untersucht werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich der Verkehrsfluss nach dem Ausbau in beiden Richtungen deutlich verbessert hat. Stadtauswärts war vor dem Ausbau ein mäßiger Verkehrsfluss (Verkehrssituation nach Handbuch für Emissionsfaktoren = LSA2), stadteinwärts ein schlechter Verkehrsfluss zu verzeichnen gewesen. Nach dem Ausbau funktioniert stadtauswärts die Grüne Welle (HVS2), stadteinwärts gibt es Haltezeiten an den Lichtsignalanlagen, die den Verkehrsfluss im Allgemeinen nur gering beeinträchtigen (HVS2, LSA2). Die mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten lagen im Bereich der Messstelle vor dem Ausbau bei circa 30 km/h und nach dem Ausbau bei über 40 km/h. Es konnte eine PM10-Reduktion durch Verbesserung des Verkehrsflusses (Grüne Welle) trotz höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten von circa 3pg/m3 (circa 35 Prozent der PM10-Zusatzbelastung) abgeleitet werden. Umfangreiche Datenauswertungen konnten für die B10 bei Karlsruhe, die Merseburger Straße in Halle und den Jagtvej in Kopenhagen in Verbindung mit jeweils repräsentativen Hintergrundmessstellen durchgeführt werden. Es konnten erwartungsgemäß deutliche Abhängigkeiten der PM10- und PM2.5-Konzentrationen von meteorologischen Parametern beobachtet werden. Dabei gibt es aber auch eine Vielzahl von Korrelationen der meteorologischen Kenngrößen untereinander, sodass aus der tendenziellen Abhängigkeit der Partikelbelastung von einer meteorologischen Kenngröße unmittelbar nicht auf dessen Ursache/Wirkungsbeziehung geschlossen werden kann. Die stärksten meteorologischen Einflüsse auf die PM10-Gesamtbelastungen gehen von den vertikalen Austauschbedingungen, von der Anzahl niederschlagsloser Tage seit dem letzten Niederschlagsereignis und der Windgeschwindigkeit aus. Die stärksten meteorologischen Einflüsse auf die PM10-Zusatzbelastungen gehen von der Windgeschwindigkeit und -richtung sowie von den Temperaturen aus. Bei den PM10-Emissionsfaktoren zeichnet sich zum Beispiel an der Merseburger Straße für die Werktage mit Niederschlag im Mittel ein circa 30 Prozent geringerer Wert ab als an den trockenen Werktagen. Diese Abnahme ist signifikant. Die PM10-Emissionsfaktoren an den ersten drei trockenen Tagen nach einem Niederschlagsereignis sind gleich, zeigen also keine Zunahme mit andauernder Trockenheit. Bei den PM2.5-Emissionen ist dieser Minderungseffekt durch Niederschlag nicht zu verzeichnen. Eine Bindung des Staubes im Straßenraum bei hoher Luftfeuchtigkeit konnte nicht festgestellt werden. Während die PM2.5-Emissionsfaktoren (weitestgehend Motoremissionen) unabhängig von der Jahreszeit sind, nimmt die Emission der Partikelfraktion PM2.5 bis PM10 im Winterhalbjahr deutlich (über 100 Prozent) zu. Ursachen könnten das Einbringen von Streugut und vermehrte Schmutzeinträge auf der Straße sein. Im Winterhalbjahr sind auch die PM10-Emissionsfaktoren, wie erwartet, von den Austauschbedingungen unabhängig und liegen jeweils deutlich (Faktor zwei) höher als im Sommerhalbjahr. Dieser Anstieg der PM10-Emissionen unter winterlichen Bedingungen könnte auch erklären, warum die PM10-Emissionsfaktoren im Unterschied zu PM2.5 bei niedrigen Tagesmitteltemperaturen deutlich höher sind als bei hohen Temperaturen. Der hohe Anstieg der PM10-Konzentrationen während (winterlicher) austauscharmer Inversionswetterlagen könnte somit sowohl von den schlechten Austauschbedingungen als auch von deutlich höheren nicht motorbedingten PM10-Emissionen beeinflusst sein. Derzeit laufen in parallelen Forschungsprojekten weitere Arbeiten, um den Erkenntnisstand bei der PM10-Emissionsmodellierung beziehungsweise bei der Bewertung von Minderungsmaßnahmen zu erhöhen. Es sollte einer separaten Auswertung vorbehalten sein, aus all diesen neuen Forschungsprojekten die Schlussfolgerungen für die zukünftige PM10-Modellierung zu ziehen.
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Genaue Kenntnisse über die Verteilung von Streustoffen auf der Fahrbahn und deren Wirkungszeiten sind Voraussetzungen für einen sparsamen Streustoffeinsatz. Die Kenntnis des zeitlichen Verlaufes der Wirkung von Tausalzen auf der Fahrbahn schafft die Möglichkeit, Wiederholungsstreuungen erst dann durchzuführen, wenn das aus Sicht der Verkehrssicherheit notwendig ist. Dabei ist besonders wichtig, die Zusammenhänge mit der Zahl der Fahrzeugüberfahrten und Niederschlagsereignisse zu erkennen. In einigen Ländern wurden dazu in der Vergangenheit Untersuchungen durchgeführt. Problematisch war dabei immer, dass die Salzmengenmessungen nur während Sperrungen der Fahrbahn durchgeführt werden konnten. Der Aufwand der manuellen Messungen beschränkte die Zahl der Messtage erheblich. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die auf der Fahrbahn wirksamen Salzmengen über zwei Winterperioden auf dem kompletten Querschnitt einer zweistreifigen Autobahn zu erfassen. Dazu wurden Fahrbahnsensoren eingesetzt, die durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wasserfilmdicke die Salzmenge auf der Fahrbahn ermitteln können. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche Labortests an zwei Sensorfabrikaten durchgeführt, um deren Messgenauigkeit festzustellen. Nach Auswahl des Fabrikates wurden insgesamt 12 Sensoren bei Kilometer 29,8 der Autobahn A 4 Richtung Görlitz eingebaut. Das Messfeld wurde von Dezember 2006 bis April 2008 betrieben und lieferte während der Winterperioden etwa 8 Millionen Daten über den Fahrbahnzustand. Parallel dazu wurden die Aufzeichnungen von cirka 210 Streuungen ausgewertet, die im Rahmen des planmäßigen Streudienstes im Bereich des Messfeldes durchgeführt wurden. Diese Daten wurden außerdem mit den Wetterdaten und den Daten einer naheliegenden Verkehrszählstation kombiniert. Ergänzend zu den Messungen mit den Fahrbahnsensoren wurden einzelne Analysen mit dem Streustoff-Aufnahmegerät der Firma ESG durchgeführt. Dabei werden auf der Fahrbahn vorhandene Restsalzmengen komplett aufgenommen und analysiert. Aus den Analysen konnten folgende Erkenntnisse abgeleitet werden: - Der Streustoff wird aus den Rollspuren sehr schnell verdrängt. Eine geringe, verbleibende Salzmenge ist jedoch zumeist ausreichend, um gefährliche Glätte zu verhindern. - Bei präventiver Feuchtsalzstreuung auf trockene oder leicht feuchte Fahrbahn kommt nur ein geringer Teil des ausgestreuten Salzes zur Wirkung, soweit nicht innerhalb kurzer Zeit Niederschlag fällt. - Präventive Streuungen müssen sehr zeitgenau, möglichst nicht mehr als 60 Minuten vor einem erwarteten Glätteereignis durchgeführt werden. - Bei Feuchtsalzstreuung auf feuchte Fahrbahn gehen in Abhängigkeit von der Streudichte und weiterer Faktoren nur cirka 25 bis 50 % des ausgebrachten Salzes in Lösung. Der restliche Teil des Salzes wird in Randbereiche verfrachtet, ohne zur Glättebekämpfung beizutragen. - Die durch Niederschläge reaktivierten Restsalzmengen liegen 24 Stunden nach der Streuung bei 0,5 bis 1,5 g/m2. - Salzanteile aus einer reinen Solestreuung werden deutlich langsamer von der Fahrbahn verdrängt. - Mit Solestreuung könnten bei erwarteter Reifglätte und überfrierender Nässe erhebliche Salzeinsparungen erzielt werden. - Fahrbahnsensoren haben bei der Feststellung der Restsalzmengen und der Gefriertemperatur bei dem derzeitigen technischen Entwicklungsstand unter Praxisbedingungen erhebliche Unsicherheitsfaktoren. - Unter dem Aspekt, dass Fahrbahnsensoren an den jeweils kritischen Stellen angeordnet werden sollten, sprechen die Erkenntnisse der Untersuchung dafür, die Fahrbahnfeuchte und die Gefriertemperatur in der Rollspur festzustellen. Zusätzlich ist noch eine Messung der Fahrbahntemperatur außerhalb der Rollspuren zu empfehlen. Es muss jedoch noch untersucht werden, welcher Fahrstreifen bei 3-streifigen Fahrbahnen mit Sensoren bestückt werden sollte.
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Ziel des Projektes war es, den Behörden und Kommunen Hinweise auf die Wirkung von Verkehrsberuhigungen zu geben. Es wurden an der Merseburger Straße in Halle (4-streifige Hauptverkehrsstraße mit cirka 32.000 Kfz/d, Straßenbahn auf eigenem Gleisbett in Mittellage) mit dem mobilen Messfahrzeug SNIFFER im Zeitraum 21.4. bis 10.5.2008 NOx-, PM 2.5- und PM10-Konzentrationen sowie ein Maß für den durch SNIFFER indizierten nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktor räumlich und zeitlich differenziert erfasst. Weiterhin erfolgten an zwei Tagen ebenfalls mittels eines Messfahrzeuges messtechnische Analysen des Verkehrsflusses. Die an der Merseburger Straße durchgeführten verkehrsberuhigenden Maßnahmen (Tempo 30-Signalisierung, an ausgewählten Tagen zusätzlich Displays zur Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie angekündigte beziehungsweise durchgeführte Radarkontrollen) führten zu nachweisbaren Reduktionen der mittleren Reisegeschwindigkeiten bis 8 km/h. Die größten Reduktionen wurden dabei an den Tagen festgestellt, an denen Radarkontrollen durchgeführt wurden oder der Verkehrsteilnehmer (oder Fahrzeugführer) durch ein Hinweisschild "Geschwindigkeitskontrolle" mit diesen rechnen musste. Allerdings hielten auch da nur cirka 15 % der Fahrzeuge das signalisierte Tempolimit von 30 km/h ein. Cirka 12 % bis 19 % der Fahrzeuge waren trotz Hinweisschilds und Geschwindigkeitsdisplays während der Radarkontrollen schneller als 41 km/h. Relevante Veränderungen des Verkehrsflusses (Stand-, Konstantfahrt- und Beschleunigungsanteile) waren durch die Maßnahmen nicht zu verzeichnen. Auf den Straßenabschnitten der Merseburger Straße, auf denen der Verkehrsfluss gleichmäßig war, konnte eine signifikante positive Korrelation zwischen dem Maß für die nicht motorbedingten SNIFFER-PM10-Emissionsfaktoren und der Fahrzeuggeschwindigkeit festgestellt werden. Daraus lässt sich eine Minderung von 20 % für die Werktage mit wirksamen verkehrsberuhigenden Maßnahmen ableiten. Falls es gelingen würde, dass alle Fahrzeuge das Tempolimit von 30 km/h bei gleichem Verkehrsfluss einhalten würden, dann ergäbe sich aus den abgeleiteten Korrelationsfunktionen ein maximales Minderungspotenzial von 40 % bis 50 %. An Straßenabschnitten, an denen der Verkehrsfluss ungleichförmiger war, konnte keine solche Korrelation gefunden werden. Hier spielen wahrscheinlich andere Einflüsse (zum Beispiel das Beschleunigungsverhalten der Fahrzeuge) eine stärkere Rolle. Die untersuchten Maßnahmen an der Merseburger Straße in Halle hatten somit einen, wenn auch geringen, positiven Effekt auf die PM10-Belastung an der Messstelle HEVC. Die nach HBEFa klassifizierte Verkehrssituation hatte im Messzeitraum keinen signifikanten Einfluss auf die SNIFFER-PM10-Emissionsfaktoren. Der im derzeitigen PM10-Emissionsmodell angesetzte starke Anstieg der nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktoren für Straßen mit schlechtem Verkehrsfluss, welcher sich aus einer Vielzahl von ausgewerteten Immissionsmessungen ableitete, spiegelte sich nicht wider. Signifikant niedrigere Werte des mit SNIFFER ermittelten Maßes für die nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktoren wurden trotz des dort vorliegenden schlechten Fahrbahnzustandes nur in der Turmstraße festgestellt. Optisch wesentlichster Unterschied zu den anderen Straßenabschnitten war dort neben dem sehr schlechten Straßenzustand eine sehr glatte Oberfläche der großen Asphaltflickstellen relativ zu den anderen Straßenoberflächen und die nur einseitig dichte Straßenrandbebauung in Nord-Süd-Ausrichtung. Die anderen Straßenabschnitte sind entweder beidseitig bebaut oder ost-west orientiert. Im Messzeitraum führten die gepflasterten Fahrbahnoberflächen nicht zu einem deutlich höheren SNIFFER-PM10-Emissionsfaktor. Allerdings musste SNIFFER auf diesen auch deutlich langsamer als auf den anderen Straßenabschnitten fahren.
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Die Belastung der städtischen Atmosphäre mit Partikeln stellt derzeit eines der wichtigsten Probleme der Luftreinhaltung dar. In diesem Projekt wurden verschiedene innerstädtische Oberflächentypen auf ihre Fähigkeit hin untersucht, PM10-Partikel zu binden und somit die lokale Luftqualität zu verbessern. Die Quantifizierung des PM10-Bindungsvermögens erfolgte mittels der Depositionsgeschwindigkeit. Diese wurden über die Antimon-Konzentrationen im PM10 und in der trockenen Deposition bestimmt. Über einen Zeitraum von Ende 2007 bis Mitte 2009 wurden sechs Messstationen in Berlin und Karlsruhe betrieben. Die PM10-Probenahme und die Depositionserfassung erfolgten jeweils in einem 14-tägigen Intervall. Zusätzlich wurde an drei Standorten mit höherwüchsiger Vegetation die Staubauflage auf den Blättern bestimmt. An diesen Standorten erfolgte zudem eine Bestimmung der nassen Deposition. Durch kampagnenhafte Einsätze von Messfahrzeugen konnten über zusätzliche NOx- und PM10-Messungen drei Messstationen als deutlich verkehrsbeeinflusst klassifiziert werden. Die PM10-Konzentrationen und die Depositionsraten wurden an den Standorten mit höherwüchsiger Vegetation deutlich durch deren Belaubung beeinflusst, insbesondere erhöhte sich in einer Straßenschlucht die PM10-Konzentration während der Belaubung signifikant im Vergleich zu einem Referenzstandort. Als Ergebnisse wurden Depositionsgeschwindigkeiten zwischen 0,4 und 0,5 cm/s an den nicht verkehrsexponierten Stationen und zwischen 0,8 bis 1,3 cm/s an den verkehrsexponierten Stationen ermittelt. Für die Blattoberflächen wurden, bezogen auf den gesamten Kronenraum, Depositionsgeschwindigkeiten von zusätzlich 0,5 cm/s bestimmt. Als Folgerung für die Praxis kann abgeleitet werden, dass einerseits Bepflanzungen im straßennahen Raum die höchsten Filterpotenziale besitzen, andererseits muss auf eine ausreichende Durchlüftung geachtet werden.