Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul TAL bestimmt die Ausbreitungsklasse nach TA Luft 2005 für die Ausbreitungsrechnung von Gasen und Stäuben in der Atmosphäre. Die Ausbreitungsklasse (Stabilitätsklasse nach Klug/Manier) beschreibt den turbulenten Zustand der bodennahen Atmosphäre und ist die zentrale meteorologische Eingangsgröße jeder Immissionsprognose: Sie entscheidet darüber, wie stark sich eine Abgas- oder Staubfahne quer und vertikal zur Windrichtung aufweitet.
Wer eine Ausbreitungsrechnung nach TA Luft durchführen, eine Schornsteinhöhe bestimmen oder meteorologische Zeitreihen für ein Genehmigungsverfahren aufbereiten will, muss aus einfachen Beobachtungsgrößen die Ausbreitungsklasse ableiten. Das Modul setzt das Bestimmungsschema der TA Luft um: Aus der Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe, dem Gesamtbedeckungsgrad in Achteln sowie Datum und Uhrzeit der Messung (mit Sonnenauf- und Sonnenuntergang zur Unterscheidung von Tag- und Nachtsituation) wird zunächst die Ausbreitungsklasse nach dem Grundschema ermittelt und anschließend nach den Modifizierungsregeln – etwa bei ausschließlich hoher Bewölkung – korrigiert.
Anwendung findet die Berechnung im Anlagenbau und in der Umwelttechnik überall dort, wo Emissionen aus Schornsteinen, Abluftkaminen oder diffusen Quellen bewertet werden – von der Standortplanung über die Genehmigung nach BImSchG bis zur Nachrechnung bestehender Quellen.
Regelwerk und Berechnungsbasis: TA Luft: 2005
So läuft die Berechnung ab
- Meteorologische Basisdaten erfassen: Eingegeben werden die Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe über Grund und der Gesamtbedeckungsgrad des Himmels in Achteln – die beiden Größen, die das Grundschema der TA Luft aufspannt.
- Tageszeitliche Einordnung: Aus Datum, Uhrzeit (MEZ) sowie Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeit ordnet das Modul die Beobachtung einer Tag- oder Nachtsituation zu; die Stabilität der Atmosphäre unterscheidet sich zwischen Einstrahlung am Tag und Ausstrahlung in der Nacht grundlegend.
- Ausbreitungsklasse nach Grundschema: Nach dem Bestimmungsschema der TA Luft (Klug/Manier) wird aus Windgeschwindigkeit, Bedeckungsgrad und Tageszeit die Ausbreitungsklasse nach dem Grundschema ermittelt – von sehr stabil (Klasse I) bis sehr labil (Klasse V).
- Modifizierung der Klasse: Die Sonderregeln des Schemas werden geprüft, unter anderem der Fall, dass die Gesamtbedeckung ausschließlich aus hohen Wolken besteht. Die angewendete Modifizierungsziffer wird ausgewiesen und die modifizierte Ausbreitungsklasse als Endergebnis ausgegeben.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Windgeschwindigkeit in 10m Höhe | Höhe | kn |
| Gesamtdeckung in Achteln Achtel | Achteln | – |
| Windgeschwindigkeit in Anemometerhöhe ua1 | Anemometerhöhe | kn |
| ⇒ Windgeschwindigkeit in Anemometerhöhe ua2 = | Anemometerhöhe | m/s |
| Anemometerhöhe za | Anemometerhöhe | m |
| ⇒ rechnerische Windgeschwindigkeit uR = | Windgeschw. | m/s |
| Schornsteinbauhöhe H | Schornsteinbauhöhe | m |
| ⇒ Exponent für die Windgeschwindigkeit m = | Exponent | – |
| ⇒ Windgeschwindigkeit uH = | uH | m/s |
| ⇒ Emittierter Wärmestrom M = | Wärmestrom | MW |
| Normvolumenstrom des Abgases (f) R | Abgases(f) | m³/s |
| Temperatur des Abgases T | Abgases | °C |
| ü = f(M;x;uH;AK) ⇒ ü = | Abgasfahnenüberhöhung | m |
| ümax = f(M;uH;AK) ⇒ ümax = | maximal | m |
| Ortskoordinate in x-Richtung x | x | m |
| xmax = f(M;AK) ⇒ xmax = | x-maximal | m |
| ⇒ effektive Quellhöhe h = | Quellhöhe | m |
| ⇒ Windgeschwindigkeit uh = | uh | m/s |
| ⇒ Ausbreitungsparameter σy = | sigmay | – |
| σz = | sigmaz | – |
| F = | F | – |
| G = | G | – |
| f = | f | – |
| g = | g | – |
Häufige Fragen
Was bedeuten die Ausbreitungsklassen I bis V nach Klug/Manier?
Die Klassen beschreiben die thermische Schichtung der Atmosphäre: Klasse I und II stehen für stabile Schichtung (typisch klare, windschwache Nächte mit geringer vertikaler Durchmischung), Klasse III/1 und III/2 für neutrale Verhältnisse (bedeckt oder windig) und die Klassen IV und V für labile Schichtung bei starker Sonneneinstrahlung mit intensiver Turbulenz. Stabile Klassen führen zu schmalen, weit tragenden Fahnen mit hohen bodennahen Konzentrationen in großer Entfernung, labile Klassen zu starker Verdünnung nahe der Quelle.
Warum werden Sonnenauf- und Sonnenuntergangszeit benötigt?
Das Bestimmungsschema unterscheidet zwischen Tag- und Nachtstunden, weil dieselbe Kombination aus Windgeschwindigkeit und Bedeckung tagsüber (Einstrahlung, labile Tendenz) eine andere Stabilität ergibt als nachts (Ausstrahlung, stabile Tendenz). Die Übergangszeiten um Sonnenauf- und -untergang werden gesondert behandelt, daher müssen beide Zeiten zur Messuhrzeit in Bezug gesetzt werden.
Gilt das Verfahren auch nach der TA Luft 2021 noch?
Die TA Luft 2021 hat die TA Luft 2005 abgelöst und verweist für die Ausbreitungsrechnung auf Anhang 2 in Verbindung mit der VDI-Richtlinienreihe 3783; das Klassifikationsschema nach Klug/Manier bleibt dort aber als meteorologische Grundlage erhalten. Für Nachrechnungen und die Bewertung von Bestandsgutachten nach TA Luft 2005 ist das hier hinterlegte Grundschema weiterhin maßgebend; bei Neugutachten sollte der aktuell geforderte Rechenweg (AUSTAL) beachtet werden.
Welche typischen Fehlerquellen gibt es bei der Klassenbestimmung?
Häufigste Fehler sind eine Windgeschwindigkeit, die nicht auf 10 m Messhöhe bezogen ist (Werte anderer Messhöhen müssen umgerechnet werden), die Verwechslung von MEZ und Sommerzeit bei der Uhrzeit sowie das Ignorieren der Sonderregel für hohe Wolken: Cirren dämpfen die Ein- und Ausstrahlung deutlich schwächer als tiefe Bewölkung, weshalb der Bedeckungsgrad in diesem Fall anders bewertet wird.