Möglichkeiten und Grenzen von Windströmungs-Simulationen

Hinweis, damit keine Verwechslungen aufkommen: Bei der hier nachfolgend angesprochenen, vom Stadtplanungsamt in Auftrag gegebenen strömungsdynamischen Simulationsprognose handelt es sich nicht um das im Juni 2016 vorgelegte „Klimagutachten“ zum Gebiet Greut der Fa. Ökoplana. (Für eine ausführliche Stellungnahme zu diesem „Klimagutachten“ siehe unter http://www.esslingen-adieu.de/greut-bebauung-der-dammbruch/ oder auch direkt unter „Stellungnahme zum Ökoplana-Klimagutachten (Saupe 160707)„).

Hier nachfolgend geht es dagegen um eine andere Methodik, nämlich um Studien in der Art der zusätzlichen hochaufgelösten Strömungssimulation, erstellt von der Gesellschaft für Landmanagement und Umwelt mbH, www.klaerle.de. Über die Fertigstellung dieser Studie hat die Verwaltung den Esslinger Gemeinderat am 28.07.2016 unterrichtet. Bisher sind dazu nur wenige Teilinformationen veröffentlicht worden (Download-Links und Detailkritik dazu, soweit bisher möglich, siehe unter http://www.esslingen-adieu.de/greut-bebauung-der-dammbruch/).

(CFD-Simulationen, Computational Fluid Dynamics)

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Strömungsdynamische Modellsimulationen nach der CFD-Methode können helfen,

  • bei einer vorgegebenen äußeren Anströmung
  • für bestimmte geometrische Gegebenheiten

die sich ergebende Luftströmung qualitativ zu verstehen. Mit diesem Wissen kann man dann u.U. die konstruktiven Geometrien in bestimmter Hinsicht optimieren, so z.B. bei Windkanalversuchen mit Windkraftrotoren oder mit Autos. Quantitative Aussagen sind dann i.d.R. schon mit einigen Unsicherheiten behaftet.

Und je größer und komplexer das zu untersuchende Raumvolumen wird, je vielfältiger die äußeren Bedingungen, hier:

  • Tages- und Jahreszeitengang der Wetterverläufe
  • Einfluss von Großwetterlagen
  • kleinklimatische Besonderheiten
  • diverse menschengemachte Zusatzeinflüsse
  • dazu noch der Klimawandel insgesamt,

desto weniger eindeutig werden die Rechenergebnisse – zumal es sich bei den großräumigen Windströmungen des Wettergeschehens um sog. „pseudochaotische Systeme“ handelt, die mit Differentialgleichungen allein nicht in den Griff zu bekommen sind.

Wie jeder weiß, sind deshalb schon normale Wettervorhersagen mit großen Unsicherheiten behaftet. Zuverlässige Aussagen darüber, ob das Stadtklima in einer darunterliegenden Tallage nach einer Baumaßnahme in den Hängen immer noch zumutbar sein wird, trotz verschiedener bestehender Vorbelastungen, können mit dieser Methodik noch viel weniger gewonnen werden. Wer das trotzdem behaupten wollte, wäre weit entfernt von seriöser Wissenschaft und würde nichts anderes als Zweckpropaganda betreiben.

Das scheinbar „Gute“ an solchen modellgestützten Simulationsstudien ist aber für die Auftraggeber und die Ersteller: niemand kann die Ergebnisse später überprüfen – denn dazu müsste man nach erfolgter Bebauung über viele Jahre hinweg auf großen Flächen und in verschiedenen Höhen über Grund entsprechende Kontrollmessungen machen – das wird niemals geschehen, denn diesen Aufwand kann man schlichtweg nicht leisten. Früher hat man oft gesagt: „Papier ist geduldig“, heute heißt es in solchen Fällen wie hier: „Lass die Computer mal nudeln, irgendwelche Zahlenkolonnen werden sie schon ausspucken – nachrechnen oder gar in der Realität nachprüfen kann das keiner“.

Für die uns betreffende Sache – nämlich für das durch die vielen Bauvorhaben zusätzlich bedrohte Esslinger Stadtklima, ist das alles aber sehr schlecht, denn tatsächlich kann niemand aus gemessener Realität heraus verbindlich bestätigen, dass die von einem Ingenieurbüro aufgestellten Rechenmodelle richtig sind und dass die auf dieser Grundlage sich ergebenden Simulationsergebnisse mit der späteren Wirklichkeit ausreichend genau übereinstimmen werden.

Und was man ebenfalls nicht weiß: ob solche Rechenexempel, durchgeführt auf der Grundlage ganz bestimmter heutiger Annahmen, überhaupt eine Aussagekraft besitzen in Bezug auf die Frage der zukünftigen Frischluftzufuhr für die Esslinger Tallagen. Es geht hier ja um das Stadtklima, und da sind für die Betroffenen sowohl die langjährigen Mittelwerte (unter den in der Realität ständig wechselnden äußeren Bedingungen, s.o.), aber noch mehr die Folgen einzelner, besonderer Wettersituationen (z.B. Hitzetage, Sommersmog) von größter Bedeutung.

Um es klar zu sagen: das alles kann eine ingenieurmäßige Strömungssimulation bei vertretbarem Aufwand nicht leisten – das modellierte Teilgebiet und die Vielfalt der durchspielbaren Situationen sind dafür zu klein, die Wirklichkeit, der man hier gerne nahekommen will, ist in jeglicher Hinsicht extrem viel komplexer. Es ist insbesondere sehr in Frage zu stellen, ob solche CFD-Simulationen den Einfluss der Erwärmung von bebauten Oberflächen auf die Luftströme richtig wiedergeben.

Folglich wäre es mehr als grob fahrlässig, aus solchen Berechnungen einen Freibrief für die weitere Verbauung von Frischluftschneisen abzuleiten – in einer Situation, in der die Menschen schon jetzt immer wieder über die Belastungen mit Hitze und Schadstoffen stöhnen und zeitweise sogar Grenzwerte überschritten werden.

Bitterer Seitenblick auf ein anderes Thema, zur Verdeutlichung der Problematik: auch die absolute Sicherheit von Atomkraftanlagen wurde weltweit in einer Vielzahl von Modellrechnungen, durchgeführt von „anerkannten Experten“, immer wieder „nachgewiesen“  ……  aber wie wir wissen, war die Realität dann in vielen Fällen eine andere. Und dabei ist ein Kernreaktor noch eine räumlich eng begrenzte und in ihren Wirkungsmechanismen relativ einfach beschreibbare Anlage, verglichen mit unseren dreidimensionalen natürlichen Windsystemen,

  • die von unterschiedlichen Mechanismen angetrieben sind, u.a. durch die planetarische Zirkulation sowie durch regionale und lokale Druck- und Temperaturgradienten („Flurwind“)
  • welche kleinräumig z.T. stark von den Oberflächentemperaturen bzw. der daraus sich ergebenden Thermik abhängen
  • die bodennah ihren Weg in komplexen Tal- und Hügelstrukturen finden müssen
  • um dann auf stark zerklüftete Stadtlandschaften zu treffen
  • bei übers Jahr hinweg stark wechselnden Wetterbedingungen
  • und insgesamt überlagertem Klimawandel.

Angesichts solcher Komplexität muss man Wissenschaftler grundsätzlich zu Ehrlichkeit und Demut mahnen – der eigentliche Lehrmeister ist und bleibt die umfassende Natur, und die von Menschen ersonnenen Simulationsmodelle sind nur sehr vereinfachte Abbilder davon.

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