Saubere Stadtluft beginnt mit fundierter Simulation
Luftschadstoffe wie NOₓ, Feinstaub und VOC (Volatile Organic Compounds, z. B. aus Abgasen des Straßenverkehrs) reduzieren die Lebensqualität in dicht besiedelten urbanen Räumen und können kurz- und langfristig gesundheitsschädlich sein. Besonders stark befahrene Kreuzungen in unmittelbarer Nähe von Wohngebieten sind Hotspots hoher Belastung. Um diese Situationen belastbar bewerten zu können, analysieren wir Luftströmungen und Schadstoffausbreitung mithilfe numerischer Simulationen. So lassen sich komplexe Zusammenhänge realitätsnah abbilden und gezielt bewerten.
Photonische Technologien eröffnen neue Wege, um Umweltbelastungen effektiv zu reduzieren. Im Forschungsbündnis phoTECH arbeiten wir gemeinsam mit elf Industriepartnern und fünf Forschungseinrichtungen an innovativen Lösungen zur Reinigung von Luftströmen.
Unsere Leistungen
- wissenschaftlich validierte CFD‑Modelle als Grundlage einer belastbaren Stadtluftreinigung
- Simulation urbaner Luftströmungen und Schadstoffausbreitung mit echten Wetterdaten, Stadtplänen und Emissionsquellen
- Integration aktiver Reinigungssysteme in bestehende Stadtinfrastruktur
- minimalinvasive in Optik und Betriebskosten
- übertragbare Methodik für weitere urbane und industrielle Anwendungen
- Forschungskompetenz aus einem laufenden BMFTR‑Forschungsprojekt
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Stadtluftreinigung an einer stark befahrenen Kreuzung: reale Umgebung – realistische Ergebnisse
Als Ausgangspunkt dient ein innerstädtischer Kreuzungsbereich mit hohem Verkehrsaufkommen in unmittelbarer Nähe von Wohngebäuden. Die Untersuchung basiert auf realen Rahmenbedingungen: Gebäudegeometrien aus 3D-Stadtmodellen aus Satellitenscans, gemessene Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten sowie meteorologische und luftchemische Daten.
Fahrzeuge werden dabei als bewegte Emissionsquellen berücksichtigt. Auf dieser Basis entsteht ein vollständiges numerisches Gesamtmodell des Stadtabschnitts, mit dem sich Luftströmungen und die Ausbreitung von Schadstoffen realitätsnah simulieren lassen. Das Modell wird berechnet und überprüft, um belastbare Aussagen über lokale Belastungssituationen zu ermöglichen.
Luftströmung und Geschwindigkeitsfeld
In einem weiteren Schritt erfolgt die Simulation der Luftströmung und der lokalen Geschwindigkeitsverteilung im Untersuchungsgebiet. Dargestellt sind die Strömungspfade und Geschwindigkeitsfelder unter realen meteorologischen Randbedingungen. Die Ergebnisse zeigen, wie sich Luftmassen im Straßenraum und entlang der Bebauung bewegen und wo sich potenziell erhöhte Schadstoffkonzentrationen ausbilden können. Diese Analyse bildet die Grundlage für die Bewertung der Schadstoffausbreitung und die gezielte Platzierung aktiver Luftreinigungsmaßnahmen.
Integration von Photokatalysatoren in das Stadtmobiliar
Ein zentraler Ansatz ist die Integration aktiver Reinigungssysteme in bestehende Stadtinfrastruktur. Photokatalysatoren werden in vorhandenes Stadtmobiliar, wie Leuchten, integriert. So lässt sich untersuchen, wie sich solche Systeme unter realen Wind- und Strömungsbedingungen auf die lokale Schadstoffkonzentration auswirken.
Die Simulationen zeigen, wie sich Schadstofffahnen im Kreuzungs-, Fußgänger und Wohnbereich verändern und welchen Beitrag integrierte aktive Reinigungssysteme zur Reduktion der Schadstoffkonzentration leisten können.
Ein weiteres Untersuchungsfeld der Integration photokatalytischer Verfahren zur Luftverbesserung sind Abwasserschächte. Schwefelwasserstoff (H2S) tritt dort in hohen Konzentrationen auf, toxische Grenzwertüberschreitungen und ein beschleunigter Verschleiß der Kanalinfrastruktur durch Betonkorrosion sind eine Umweltbelastung und führen zu hohen Instandhaltungskosten. Ein vielversprechender Lösungsansatz verbindet daher zwei Bereiche: die Reinigung städtischer Luft und den Schutz der Kanalisation. Dabei wird die vorbeiströmende Luft durch Integrationen in Bestandsschächte geleitet, in denen die katalytische Oberfläche die Schadstoffe effektiv in ungefährlichere Verbindungen umwandelt. Besonders an stark befahrenen Kreuzungen kann dies die lokale Luftqualität spürbar verbessern und Geruchsbelastungen reduzieren, ohne sichtbare Eingriffe in das Stadtbild.
Mehrwert für Kommunen, Planer und Industrie
Die entwickelte Methodik lässt sich auf unterschiedliche Fragestellungen übertragen, etwa auf industrielle Emittenten, innerstädtische Logistik oder neue Quartiersentwicklungen.
Kommunen, Planungsbüros und Industriepartnern bieten wir eine belastbare Entscheidungsgrundlage. Maßnahmen zur Luftreinhaltung können bereits vor der Umsetzung virtuell bewertet, verglichen und nachvollziehbar begründet werden – sowohl für interne Entscheidungsprozesse als auch für Genehmigungs- und Förderverfahren.
Ihre Vorteile auf einen Blick
Wir simulieren Luftströmungen und Schadstoffausbreitung auf Basis realer Gebäudegeometrien, Kreuzungen und Straßenräume. So spiegeln die Ergebnisse die tatsächlichen Belastungssituationen vor Ort wider – nicht ein vereinfachtes Rechenmodell.
Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Fahrzeugverkehr werden gezielt in die Simulation integriert. Das ermöglicht belastbare Aussagen für konkrete Wetterszenarien und typische Verkehrssituationen.
Wir untersuchen keine abstrakten Konzepte, sondern die Wirkung real umsetzbarer Maßnahmen – etwa die Integration von Photokatalysatoren in vorhandene Stadtmöbel wie Straßenlaternen oder Gullydeckel.
Maßnahmen zur Stadtluftreinhaltung simulieren, vergleichen und bewerten wir vorab. Das reduziert Planungsrisiken und schafft eine fundierte Entscheidungsgrundlage für Investitionen, Genehmigungen und Förderanträge.
Als aktiver Partner in einem BMFTR‑geförderten Forschungsverbund verbinden wir wissenschaftliche Methodik mit praktischer Anwendbarkeit. Die entwickelten Modelle sind nachvollziehbar, überprüfbar und methodisch belastbar.
Sie möchten wissen, wie sich Luftschadstoffe in Ihrem Stadtgebiet oder an Ihrem Standort verhalten?
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