Klimatologie extremer Standorte

Ruhr-Universität Bochum
Geographisches Institut
AG Höhlen- und U-Bahn-Klimatologie
IA 6/101
44780 Bochum
Tel.: +49 234 32-26707

Sprechstunde:
nach Vereinbarung

(andreas.pflitsch@rub.de)

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

_

Prof. Dr. Andreas Pflitsch

Leitung Gesamtarbeitsgruppe
Gebäude/Raum: IA 6/101
Tel.: +49 234 32-26707
andreas.pflitsch@ruhr-uni-bochum.de

Dr. Markus Brüne

Leitung U-Bahn-Klimatologie
Gebäude/Raum: IA 6/105
Tel.: +49 234 32-23400
markus.bruene@ruhr-uni-bochum.de

Annika Gomell

Gebäude/Raum: IA 6/101
Tel.: +49 234 32-26707

annika.gomell@rub.de

Studentische Hilfskräfte

Die Arbeitsgruppe "Klimatologie extremer Standorte" aka "Höhlen- und U-Bahn-Klimatologie" am Geographischen Institut der Ruhr-Universität Bochum ist spezialisiert auf die Grundlagenforschung sowie die weiterführende angewandte Forschung in unterirdischen Hohlräumen. Diese unterteilen sich in natürliche (Höhlen) und durch Menschen veränderte (Schauhöhlen) sowie geschaffene Hohlräume, hier im speziellen, U-Bahnsysteme. Die Arbeitsgruppe besteht zurzeit aus fünf wissenschaftlichen Mitabeitern, drei wissenschaftlichen Hilfskräften, sowie einer studentischen Hilfskraft.

Die Arbeitsgruppe wurde 1997 gegründet und befasste sich zunächst mit höhlenklimatologischen Untersuchungen in Polen und Deutschland, später kamen Höhlen in weiteren Ländern Osteuropas und den USA hinzu. Der heutige Schwerpunkt im Bereich der Höhlenklimatologie liegt bei Strömungsuntersuchungen in den weltweit längsten Höhlensystemen in den USA.

Die ersten Temperatur- und Strömungsmessungen in U-Bahnsystemen wurden 1998 in New York City durchgeführt, darauf folgten Untersuchungen in Dortmund, Washington DC, München, Berlin und Newcastle upon Tyne (UK). Der Hauptuntersuchungsgegenstand dieser Forschung bildet die natürliche Hintergrundströmung in U-Bahntunneln und -stationen, welche im Rahmen von Bränden und Terroranschlägen relevant für die Gefahrstoffausbreitung ist.

 

Darüber hinaus beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der (Weiter)-Entwicklung von neuen Messtechniken und Messgeräten die sich speziell auf die Untersuchungen in unterirdischen Hohlräumen beziehen. So wurde z.B. das sogenannte "Intelligente Ultraschall-Anemometer" entwickelt, welches die natürliche Hintergrundströmung selbst während des Fahrbetriebes detektieren und bestimmen kann.

Im Rahmen der abgeschlossenen Forschungsprojekte OrGaMIR, OrGaMIRPLUS und MAusKat (Projektkoordinator) oblagen der Arbeitsgruppe die folgenden Aufgaben:

OrGaMIR - Leitung des Teilprojektes Tunnelklimatologie

  • Aufbau des Messnetzes in drei U-Bahnstationen und diversen Tunnelabschnitten
  • Durchführung der Tracergasmessungen
  • Datenerfassung, Bereitstellung der Messdaten und Datenanalyse
  • Sicherheitsrelevante Beurteilung der Architektur von U-Bahnstationen

OrGaMIRPLUS - Leitung des Teilprojektes Tunnelklimatologie "Klimatologie hochkomplexer Stationen"

  • Aufbau eines optimalen Messsystems zur Erfassung der aktuellen Strömungsbedingungen in einer hochkomplexen U-Bahnstation (Alexanderplatz, Berlin)
  • Durchführung von Ausbreitungsversuchen und mobilen Klimamessungen in selbiger Station
  • Definition eines "Klimamodells" zur kurzfristigen Prognose der Stabilität der aktuellen Strömungs- und Ausbreitungsbedingungen in hochkomplexen U-Bahnstationen sowie zur Ausweisung von Gefahrenbereichen

MAusKat - Koordination des Verbundprojektes sowie Leitung des Teilprojektes "Ausbreitung von Gefahrstoffen in kritischen Gebäudestrukturen"

  • Modifizierung von bestehnender Messsensorik für den Anwendungsbereich in geschlossenen Strukturen (kleinere Baugrößen bei trotzdem optimaler Strömungserfassung) insbesondere bei laufendem Publikumsverkehr
  • Verringerung des Strombedarfes der Klimasensorik (Low Power Management)
  • Analyse verschiedener Messkonfigurationen unter Berücksichtigung der Strömungssituation
  • Auswirkung auf das Strömungsgeschehen durch unterschiedliche Belüftungsvorgänge bei vorhandener aktiver Klimaregulierung
  • Messung von Klimafaktoren, die als Randbedingungen für eine auf die gesamte Struktur angewandte CFD Simulation genügen
  • Bereitstellung von analysierten Daten der Strömungsmessung für die übrigen Partner
  • Verifizierung empirischer und simulierter Ausbreitungsprognosen des Gesamtsystems MAusKAT
  • Wahl geeigneter Strömungsmessungen zur Überprüfung der Validität der Simulationsrechnungen
  • Systemvergleich zwischen bisheriger Erfassungsmethode von SF6 und neuer sensorgestützter Methode

U-Bahn Klimatologie

Entwicklung eines Sicherheitssystems zur flexiblen Rettung von Fahrgästen im Falle eines Brandes oder Terroranschlages mittels N/C/B Waffen

Bis vor wenigen Jahren war das natürliche Strömungsregime in den Tunnel- und Stationsanlagen von U-Bahn-Systemen völlig unbekannt. Somit lagen über das unterirdische Strömungssystem und damit auch die Ausbreitungsbedingungen von Luftschadstoffen innerhalb des verzweigten Tunnel- und Stationsnetzes von U-Bahn-Systemen bis heute keine genauen Informationen vor. Aus diesem Grund beschäftige ich mich seit 1998 mit dieser Fragestellung, woraus sich in den letzten Jahren das neue Forschungsfeld der U-Bahn-Klimatologie entwickelt hat. Zudem ist der Austausch bzw. sind die Wechselwirkungen zur städtischen – oberirdischen – Atmosphäre vielschichtig und weitestgehend unbekannt. Ausreichende Kenntnisse sowohl über das „unterirdische“ Strömungsfeld als auch die Wechselbeziehungen zur Außenluft sind für eine nachhaltige Gesundheitsvorsorge hinsichtlich bioklimatischer und lufthygienischer Belastungen als auch für wirkungsvolle Evakuierungsmaßnahmen bei plötzlich auftretenden Katastrophen - wie z. B. Bränden oder Terroranschlägen- unbedingt erforderlich. Die derzeitigen Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Aufbau eines Diagnose- und Sicherheitssystems, mit dessen Hilfe es möglich sein wird, im Rahmen eines Katastrophenfalls die richtigen Entscheidungen und Maßnahmen zu treffen wie z. B. die Einsatzkräfte zu bündeln und die am meisten gefährdeten Orte zu evakuieren. Darüber hinaus soll ein flexibles Fluchtwegesystem für die Fahrgäste entwickelt werden.

 

In einer derzeitig durchgeführten Pilotstudie werden in Zusammenarbeit mit der Firma epi-GmbH und den Stadtwerken Dortmund verschiedene Messeinrichtungen in der U-Bahn von Dortmund getestet. Mittels Sonic-Anemometern und Temperatursensoren werden die Strömungsverhältnisse sowie die Lufttemperaturen aufgenommen und analysiert.

  
Messeinrichtung in der U-Bahn von Dortmund


Rauchversuch in der U-Bahn von München

Bioklimatische Situation in U-Bahn-Systemen

Innerhalb von U-Bahn-Stationen reduziert sich der Strahlungseinfluss auf die langwellige
Ausstrahlung der Boden-, Wand- und Deckenflächen. Somit wird die Lufttemperatur nur
mittelbar über die von außen eindringende Luft sowie unmittelbar durch den Wärme-
transport im Erdreich bestimmt. Darüber hinaus spielt die Abwärme der Züge sowie der
Klimaanlagen der unterirdischen Arbeitsräume, aber auch die der Fahrgäste eine erhebliche
Rolle. Insgesamt kommt es im Vergleich zur Außenwitterung zu einer zeitlichen Verschiebung
der Temperatur- und Luftfeuchteschwankungen sowie zu einer z.T. erheblichen Aufheizung
der U-Bahnatmosphäre. Da der Mensch seine Kleidung i.d.R. der Außenwitterung anpasst,
die Temperatur- und Feuchteverhältnisse innerhalb der U-Bahnen aber nur selten mit dieser
übereinstimmen, kann es im Übergang zwischen beiden Systemen zu erheblichen Belastungen
für den Organismus kommen. Eine Analyse dieser Situation sowie die Ausarbeitung von
Lösungsmöglichkeiten sind Ziele dieses Projektes.