Erlass des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums: Interimsverfahren zur Schallprognose von Windenergieanlagen bestätigt

21. Februar 2018 | Kira Andre

© Gabriele genannt Gabi Schoenemann / pixelio.de

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Für die Errichtung von genehmigungspflichtigen Windenergieanlagen ist sicherzustellen, dass ihre Schallimmissionen mit den gesetzlich festgelegten Richtwerten der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) vereinbar sind. Um diesen Nachweis zu erbringen, muss der Antragsteller eine Immissionsprognose von einem Schallgutachter anfertigen lassen. Seit längerer Zeit steht das bisher in den Prognosen verwendete Verfahren in der Kritik. Mit einem Erlass sorgt das Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MULNV) nun für eine verpflichtende Anpassung des Prognosemodells.

Fachbeitrag von Kira Andre, EnergieAgentur.NRW

In der Diskussion um die Schallimmissionsprognosen von Windenergieanlagen (WEA) fallen immer wieder die beiden Begriffe alternatives Verfahren und Interimsverfahren. Beide Verfahren beruhen in ihren Grundzügen auf dem allgemeinen Berechnungsverfahren nach der DIN ISO Norm 9613-2. Auf diese Norm wird im Anhang der TA Lärm zur Schallprognose verwiesen. Während die nordrhein-westfälischen Genehmigungsbehörden für WEA bisher eine Schallprognose nach dem alternativen Verfahren forderten, sind sie nach dem oben genannten Erlass des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums seit dem 29.11.2017 dazu verpflichtet, in eingereichten, aber noch nicht beschiedenen sowie zukünftigen Genehmigungsanträgen eine Berechnung nach dem Interimsverfahren zu fordern.

Im Folgenden werden die Diskussion um die beiden Prognoseverfahren und ihre wichtigsten Unterschiede in der Berechnung beschrieben. Daran schließt ein Exkurs zur Physik der Schallimmissionsprognose an.

Diskussion um die Verfahren zur Schallimmissionsprognose
Anfang der 2000er Jahre hat das Landesumweltamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV) auf Basis mehrerer Veröffentlichungen verschiedener Institute (u. a. des Umweltbundesamtes und der Internationalen Energie Agentur) den nordrhein-westfälischen Genehmigungsbehörden die Verwendung des alternativen Verfahrens zur Schallimmissionsprognose empfohlen [1]. In den Folgejahren kamen jedoch Zweifel auf, ob sich das Verfahren bei Windenergieanlagen sinnvoll anwenden lässt. DIN ISO Norm 9613-2 gibt den Gültigkeitsbereich des allgemeinen Schallberechnungsverfahrens, auf dem das alternative Verfahren beruht, nämlich nur für bodennahe Schallquellen an. Die Genauigkeit des Verfahrens ist nur für mittlere Höhen von Quelle und Empfänger bis 30 Meter Höhe spezifiziert. Die mittlere Höhe lässt sich am besten mit Hilfe eines Beispiels erläutern: Wenn die Schallquelle eine Höhe von 50 Metern aufweist und der Immissionsort 5 Meter über dem Boden liegt, beträgt die mittlere Höhe 27,5 Meter. Für eine solche Konfiguration wäre also die Richtlinie gerade noch anwendbar.

Um die Eignung des Schallberechnungsverfahrens zu überprüfen, hat das LANUV daraufhin die Durchführung mehrerer Studien in Auftrag gegeben. Das als „Uppenkamp-Studie“ bekannt gewordene Forschungsprojekt zeigt in einer Fallstudie systematische Abweichungen zwischen tatsächlich gemessenen und den vom alternativen Verfahren prognostizierten Werten auf [2].

Die Ergebnisse der Uppenkamp-Studie wurden der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Immissionsschutz (LAI) vorgelegt. Die LAI als Arbeitsgremium der Umweltministerkonferenz der Länder (UMK) agiert als Beraterin des Bundes in Fragen zu Luftreinhaltung, Lärm, Verkehr und elektromagnetischen Feldern und hilft bei der Erarbeitung von Hinweisen, wie bundesweite Vorschriften in die Praxis der Länder übernommen werden können. Die LAI erarbeitete einen ersten Entwurf mit Hinweisen zum Schallimmissionsschutz bei WEA, in dem die Verwendung des Interimsverfahrens empfohlen wurde. In der Zwischenzeit waren weitere Schallmessungen zu uneinheitlichen Ergebnissen gekommen (LEE NRW und Messungen in Schleswig-Holstein). In allen Erhebungen konnte analog zu den Ergebnissen der Uppenkamp-Studie eine systematische Unterschätzung der auftretenden Immissionen durch das alternative Verfahren nachgewiesen werden. Die Einschätzung zum Vorliegen einer Bodendämpfung variiert jedoch zwischen den Studien.
Im Herbst 2017 wurden die ausgearbeiteten Hinweise der LAI der UMK vorgelegt. Die UMK nahm die Hinweise der LAI am 16. / 17. November 2017 zur Kenntnis, was bedeutet, dass sie über die Hinweise unterrichtet wurde. Bei der Kenntnisnahme handelt es sich um eine Anmerkung zu einem Arbeitsvorgang. Sie beschreibt, dass ein Sachbearbeiter eine bestimmte Information gesehen hat. Auf die Kenntnisnahme durch die UMK folgte die Veröffentlichung der Hinweise auf der Internetseite der LAI.

Unterschiede zwischen alternativem und Interimsverfahren
Physikalisch betrachtet beschreibt eine Schallimmission die Einwirkung von Schall auf eine definierte Stelle im Raum. Die Höhe und Art dieser Schalleinwirkung wird davon bestimmt, mit wie viel Energie der Sender, also in diesem Fall die WEA, Schall in den Raum emittiert und was mit dieser über den Weg der Schallausbreitung passiert. Bei Prognoseverfahren wie dem alternativen oder dem Interimsverfahren handelt es sich um Modelle, die dazu entwickelt wurden, physikalische Vorgänge vorherzusagen. Die Modelle unterscheiden sich in den getroffenen Annahmen und darin, welche statistischen Grundlagen sie zur Prognose verwenden. Um eine Schallimmission durch ein Modell vorherzusagen, kann an drei „Stellschrauben“ gedreht werden:

  • Die Art, wie der Sender im Modell beschrieben wird, kann variieren,
  • die Mechanismen, die auf dem Weg der Schallausbreitung angenommen werden, können verschieden sein und
  • die statistischen Modellannahmen, die beispielsweise Mess- oder Modellunsicherheiten berücksichtigen, können sich unterscheiden.

Die Uppenkamp-Studie und weitere Forschungsprojekte zeigen, dass die Annahmen aus dem alternativen Verfahren die Schallausbreitung von WEA in der Realität nicht optimal widerspiegeln. Aus diesem Grund weist das neu entwickelte, sogenannte Interimsverfahren einige Unterschiede auf, die im Folgenden vereinfacht erläutert werden. Für eine exakte und detaillierte Darstellung wird auf den Exkurs im Anschluss an den Artikel verwiesen.

1. SENDER: Schallleistungspegel der Quelle
Je nach Typ und Bauart strahlen WEA Schallemissionen frequenzabhängig unterschiedlich stark ab. Der abgestrahlte Schall wird durch den Schallleistungspegel klassifiziert. Während ältere Anlagen Schall eher im niederfrequenten Spektrum abstrahlen, ist das Spektrum neuer Anlagen oftmals höherfrequent. Im alternativen Verfahren werden diese Unterschiede im Schallleistungspegel der Anlage zumeist nicht berücksichtigt.

Das Interimsverfahren hingegen betrachtet mindestens sieben verschiedene Frequenzbereiche des abgestrahlten Schalls einzeln. Die verschiedenen Frequenzbereiche werden zusammen auch als Spektrum bezeichnet. Das charakteristische Anlagenspektrum, das beim Interimsverfahren verwendet wird, wird Oktavband-Frequenzspektrum genannt. Es gibt Aufschluss darüber, in welchen Frequenzbereichen viel oder wenig Schall abgestrahlt wird.

ERGEBNIS der Änderung: Die geänderte Darstellung des Schallleistungspegels selbst ändert die Immissionsberechnung nicht, jedoch können durch die Änderung die verschiedenen Effekte der Schallausbreitung nun genauer abgebildet werden. Dadurch kann es zu höheren oder niedrigeren prognostizierten Schallimmissionen kommen, abhängig vom Frequenzspektrum, in dem die Anlage vorrangig abstrahlt.

2. SCHALLAUSBREITUNG: Bodeneffekt
Im Wesentlichen besteht die Änderung zwischen den Verfahren bei diesem Parameter darin, dass im Interimsverfahren die dämpfende Wirkung des Bodens auf die Schallausbreitung (kurz: Bodendämpfung) des alternativen Verfahrens wegfällt. Insbesondere für moderne Anlagen mit Nabenhöhen von 150 Metern und mehr ergibt sich dadurch für nahegelegene Immissionsorte jedoch kein signifikanter Unterschied in der Berechnung. Denn auch das alternative Verfahren sagt für solche Anlagen bis zu Abständen von ca. 500 m, dass keine Bodendämpfung wirksam ist und bei größeren Abständen moderat ansteigt [3]. Die weiteren Änderungen können im Exkurs am Ende des Artikels nachgelesen werden.

ERGEBNIS der Änderung: Auf Basis der wegfallenden Bodendämpfung gibt die Schallprognose durch das Interimsverfahren bei gleichen Abständen zur Anlage eine höhere Schallbelastung als das alternative Verfahren an. Dadurch müssen die Abstände zwischen Wohnbebauung und WEA größer gewählt werden. Nur so können die Richtwerte der TA Lärm eingehalten werden.

Für einen Windpark mit ausschließlich neuen und hohen Anlagen ergeben sich für die nächstgelegenen Immissionsorte keine Änderungen. Da allerdings häufig niedrigere Anlagen als Vorbelastung mit zu betrachten sind, können sich in einem Windpark mit neuen und alten Anlagen durch den Wegfall der Bodendämpfung Änderungen ergeben. Diese müssen einzelfallabhängig geprüft werden.

3. SCHALLAUSBREITUNG: Luftabsorption
Die Luft dämpft die Schallenergie aufgrund unterschiedlicher Effekte ab. Diese Dämpfung ist unter anderem davon abhängig, welche Frequenz der ausgesendete Schall hat. Das alternative Verfahren berücksichtigt die Dämpfung der Luft pauschal mit 1,9 Dezibel pro Kilometer Entfernung zur Anlage. Das Interimsverfahren bildet die Realität genauer ab, indem es die Dämpfung abhängig davon berechnet, ob die Anlage Schall im niederfrequenten oder im hochfrequenten Spektrum aussendet. Dadurch haben neue Anlagen, die eher höherfrequenten Schall abstrahlen, einen Vorteil gegenüber alten Anlagen. Denn der höherfrequente Schall wird nach dem Interimsverfahren stärker über die Entfernung gedämpft als niederfrequenter Schall.

ERGEBNIS der Änderung: Für moderne Anlagen mit höherfrequenter Schallabstrahlung berechnet das Modell für typische Immissionssituationen geringere Immissionen bei gleichen Abständen. Dementsprechend dürften diese Anlagen näher an schützenswerten Immissionsorten wie zum Beispiel Wohngebäuden errichtet werden. Da das Immissionsspektrum jedoch bei größeren Abständen zur Anlage immer niederfrequenter wird, wird das Interimsverfahren bei Abständen von mehr als 3 Kilometern größere Immissionen voraussagen. Da die Immissionen aufgrund der großen Entfernung dann jedoch nur noch gering sind, ist die Relevanz dieses Unterschieds für die Praxis als gering zu bewerten

4. SCHALLAUSBREITUNG: Meteorologischer Korrekturfaktor
Der meteorologische Korrekturfaktor, der im alternativen Verfahren zu einem etwas geringer prognostizierten Schallpegel geführt hatte, wird im Interimsverfahren ersatzlos gestrichen. Der Korrekturfaktor wurde im alternativen Verfahren jedoch nur in Abständen zu Immissionsorten von mehr als der zehnfachen Anlagenhöhe berücksichtigt.

ERGEBNIS der Änderung: Durch diese Maßnahme werden ab einer Entfernung von mehr als der zehnfachen Anlagenhöhe etwas höhere Schallbelastungen prognostiziert als zuvor. Um Die Richtwerte einzuhalten muss die Anlage gegebenenfalls weiter entfernt von schützenswerten Immissionsorten stehen.

5. MODELLSTATISTIK: Berücksichtigung von Unsicherheiten
Der Sicherheitszuschlag, der die Unsicherheit des Prognosemodells berücksichtigt, wird von 1,5 Dezibel (dB) auf 1 dB korrigiert, um der höheren Prognosegenauigkeit des Interimsverfahrens gerecht zu werden.

ERGEBNIS der Änderung: Die niedrigeren Sicherheitszuschläge im Interimsverfahren führen zu einer Verringerung der Unterschiede zwischen den Ergebnissen der beiden Verfahren.

Zwischenfazit
Insgesamt sorgt das Interimsverfahren im Vergleich zum alternativen Verfahren dafür, dass für eine immissionsschutzrechtliche Genehmigung von neuen WEA in der Regel ein etwas größerer Abstand zu schützenswerten Immissionsorten wie zum Beispiel Wohngebäuden einzuhalten ist. Allerdings ist der Unterschied zwischen den beiden Verfahren vor allem bei modernen und hohen WEA nur minimal: Zum einen gleichen sich die verschiedenen Änderungen im Verfahren zum Teil gegenseitig aus. Zum anderen wurde beim alternativen Prognoseverfahren bisher mit etwas höheren Sicherheitszuschlägen gearbeitet. Diese Sicherheitszuschläge vergrößerten die erforderlichen Abstände zwischen einer zu genehmigenden WEA und schützenswerten Immissionsorten. Das Interimsverfahren weist hingegen eine höhere Prognosegenauigkeit auf und verwendet daher einen geringeren Sicherheitszuschlag. Die Anpassung des Sicherheitszuschlags führt daher ebenfalls zur Verringerung der Unterschiede zwischen den Ergebnissen der beiden Verfahren.

Ob sich in spezifischen Fallkonstellationen durch die Verfahrensänderung überhaupt ein Unterschied in den Abständen zu Immissionsorten ergibt, kann nur durch eine Untersuchung im Einzelfall bestimmt werden.

Durch das geänderte Verfahren müssen die Hersteller von WEA in Zukunft ihre Anlagenschallleistungspegel anders als bisher, nämlich frequenzabhängig mithilfe des Oktavband-Frequenzspektrums, angeben. Diese Daten sind bei normgemäßen Messungen bereits seit vielen Jahren erhoben worden und sind damit verfügbar.

Zukünftiges Vorgehen bei der Schallimmissionsprognose von Windenergieanlagen in NRW
Da die nordrhein-westfälischen Gerichte in der Vergangenheit zu uneinheitlichen Urteilen über die Schallimmissionsprognose von Windenergieanlagen gelangt sind (vgl. OVG Urteil 8 B 1373/16 und Beschluss VG Düsseldorf 28 L 3809/17), hat sich das MULNV den Hinweisen der LAI angeschlossen und mit dem Erlass vom 29.11.2017 Rechtssicherheit geschaffen. Das Interimsverfahren wurde damit für die nachgeordneten Behörden verbindlich festgelegt.

Folgende Vorgaben teilt das MULNV den Kommunen für die zukünftige Genehmigung von WEA in dem Erlass mit [4]:

  • Ist der Genehmigungsantrag bereits eingereicht, aber noch nicht beschieden, so muss eine Berechnung nach den neuen LAI-Hinweisen vorgelegt werden.
  • Tragen bereits genehmigte WEA zur Schall-Vorbelastung bei, so ist deren Vorbelastung nach dem neuen Verfahren (Anmerkung der Autorin: nach dem Interimsverfahren) zu ermitteln.
  • Für neu zu genehmigende WEA ist das zum Schallleistungspegel zugehörige Oktavband-Frequenzspektrum mit in den Genehmigungsbescheid aufzunehmen.
  • Abnahme- und Überwachungsmessungen an WEA, die nach den neuen LAI-Hinweisen genehmigt werden, erfordern eine Messung des mithilfe des Oktavband-Frequenzspektrums ermittelten Schallleistungspegels und eine Ausbreitungsrechnung nach dem Interimsverfahren.
  • Abnahme- und Überwachungsmessungen zur Überprüfung des genehmigungskonformen Betriebs von WEA, die nach den alten LAI-Hinweisen genehmigt wurden, sind noch nach dem alten Verfahren durchzuführen, da das Verfahren mit dem Genehmigungsbescheid kompatibel sein muss.

Bei der Änderung des nordrhein-westfälischen Windenergieerlasses, der sich zurzeit in der Verbändebeteiligung befindet, wird das Interimsverfahrens bereits für das Rechenbeispiel von 1.500 Metern Abstand eines Windparks zu einem allgemeinen Wohngebiet angewendet.

Fazit
Nachdem etwa 15 Jahre lang das alternative Verfahren zur Schallimmissionsprognose von WEA verwendet wurde, wird dieses mit dem Erlass vom 29.11.2017 des MULNV vom Interimsverfahren abgelöst. In eingereichten, aber noch nicht beschiedenen sowie zukünftigen Genehmigungsanträgen ist von den nordrhein-westfälischen Genehmigungsbehörden eine Prognose nach dem neuen Verfahren zu fordern.

Die Auswirkungen der Verfahrensänderung sind von vielen Parametern abhängig und müssen deswegen im Einzelfall geprüft werden. Die Änderungen werden nach Einschätzung von Experten bei bestehenden Anlagen zu keinen nachträglichen Auflagen führen. Bei Neuplanungen ist die Gesamtbelastung zu betrachten, also auch, wie sich die Vorbelastung durch alte, niedrigere Anlagen rechnerisch verändert.

Mit dem Interimsverfahren wird zum einen die Schallprognose künftiger WEA genauer, wodurch der Schutz der Anwohner vor erheblichen Belästigungen durch Schallimmissionen besser gewährleistet werden kann. Der Erlass durch das nordrhein-westfälische Umweltministerium sorgt zum anderen für Rechtssicherheit in den Kommunen, die über die Genehmigung von WEA entscheiden.

Im nachfolgenden Exkurs finden Sie eine Erläuterung, auf welchen mathematischen und physikalischen Grundlagen die Schallimmissionsprognose für Windenergieanlagen beruht. Die Ursache der Unterschiede zwischen dem alternativen und dem Interimsverfahren werden detailliert aufgezeigt und die daraus resultierenden Abweichungen in der Prognose beschrieben.

Exkurs

Wie wird der Schallimmissionspegel von Windenergieanlagen prognostiziert?Geräusche an Windenergieanlagen (WEA) entstehen durch mechanische Komponenten wie z. B. Getriebe oder Generator und durch aerodynamische Phänomene wie z. B. Wirbelablösungen an den Rotorblättern. WEA werden für eine Schallausbreitungsprognose durch eine Punktschallquelle modelliert, von der angenommen wird, dass sie sich im Mittelpunkt des Rotors befindet. Sie wird zusätzlich als ungerichtet angenommen, was bedeutet, dass sie in alle Raumrichtungen gleich stark abstrahlt. Dabei handelt es sich um eine konservative Annahme, da WEA in der Verlängerung der Rotordrehebene weniger Schall abstrahlen als senkrecht zu dieser. Das bedeutet, wenn man vor einer WEA steht, ist es dort lauter als rechts oder links von ihr.

Die Stärke der von den WEA ausgehenden Geräusche, Schallemission genannt, wird durch den Schallleistungspegel gekennzeichnet. Der Schallleistungspegel ist ein charakteristischer Wert für eine WEA und ändert sich auch nicht, wenn die WEA an einem anderen Ort aufgestellt wird. Der Geräuschprognose der Windenergieanlage wird der maximale Schallleistungspegel der Windenergieanlage zugrunde gelegt, der im bestimmungsgemäßen Betrieb auftreten kann.

Die Schallimmissionen einer WEA sind hingegen sehr wohl davon abhängig, an welchem Ort sich WEA und Empfänger befinden. Sie können über zwei verschiedene Pegel charakterisiert werden: über den Mittelungs- und den Beurteilungspegel.

Der Mittelungspegel
Der Mittelungspegel fasst den Mittelwert von zeitlich schwankenden Schallereignissen zu einem Wert zusammen und kann entweder berechnet oder in einem Feldversuch gemessen werden. Der Mittelungspegel ist die Basiskenngröße zur Beurteilung einer Geräuschimmission im Rahmen der TA Lärm. Das Prognoseverfahren des Mittelungspegels nach DIN ISO 9613-2 wird weiter unten erläutert.

Der Beurteilungspegel
Der Beurteilungspegel ergibt sich aus dem Mittelungspegel. Er berücksichtigt, anders als der Mittelungspegel, zusätzlich die störende Wirkung, der Personen durch ein Geräusch ausgesetzt sind. Im Gegensatz zum messbaren Mittelungspegel nimmt er also eine Bewertung der Geräusche vor. Da der Mensch Schall anders wahrnimmt als die Physik Schallphänomene beschreibt, berücksichtigt der Beurteilungspegel neben dem sogenannten Mittelungspegel auch Zuschläge für besonders störende Eigenschaften von Geräuschen. Solche Eigenschaften können zum Beispiel Ton- oder Impulshaltigkeit sein, was bedeutet, dass eine Frequenz signifikant lauter ist als die anderen Frequenzanteile des Geräusches und das Geräusch damit als Ton wahrgenommen wird (Tonhaltigkeit) oder Geräusche mit schnellen Änderungen der Lautstärke vorkommen (Impulshaltigkeit). Der Beurteilungspegel wird zum direkten Vergleich mit den Richtwerten der TA Lärm verwendet.

Berechnung des Mitwind-Mittelungspegels LAT (DW) nach DIN 9613-2
Der Mittelungspegel LAT (DW) gibt den Schallpegel an, der unter Mitwindbedingungen messtechnisch an einem Immissionsort erfasst wird. „Mitwind“ bedeutet, dass sich der Messpunkt, an dem die Messung stattfindet, bzw. der Aufpunkt, der allgemein einen beliebigen bestimmten Immissionsort beschreibt, in Windrichtung hinter der Geräuschquelle befindet, vgl. Abbildung 1.

Abbildung 1: Der Immissionsort befindet sich hinter der Windenergieanlage in Mitwindrichtung.

Abbildung 1: Der Immissionsort befindet sich hinter der Windenergieanlage in Mitwindrichtung.

Der Mittelungspegel LAT (DW) setzt sich nach dem Prognosemodell der ISO Norm 9613-2 des Deutschen Instituts für Normung (DIN) aus mehreren Summanden zusammen [5]: zum Schallleistungspegel der Quelle  wird eine Richtwirkungskorrektur  hinzuaddiert und ein Dämpfungsterm A subtrahiert [6].

LAT (DW) = LW + DCA

LW= Welche Leistung wird (im logarithmischen Maß) als Geräusch abgestrahlt?
DC= Strahlt die Quelle in eine Raumrichtung bevorzugt?
A = Welche Dämpfungsarten müssen bei der Schallausbreitung in den Raum berücksichtigt werden?

Der Dämpfungsterm A besteht aus verschiedenen Anteilen:

A = Adiv+ Aatm+Agr+ Abar+ Amisc

Adiv bezeichnet die Dämpfung durch den Energieverlust der sich kugelförmig ausbreitenden Schallwelle, der sich deswegen einstellt, weil sich die Schallenergie bei doppeltem Abstand zur Schallquelle auf eine vierfache Kugelfläche aufteilt.

Aatm bezeichnet die Luftabsorption. Diese setzt sich zusammen aus der „klassischen Absorption“ durch Luftviskosität und Wärmeleitfähigkeit und der „molekularen Absorption“ durch Relaxation der Luft-Moleküle. Dieser Dämpfungsanteil ist stark abhängig von der Frequenz und der Luftfeuchte Nebel, Schnee oder Regen haben hingegen keine Auswirkungen auf die Luftabsorption [3].

Agr bezeichnet den Dämpfungseffekt, der sich durch die Interaktion der Schallwellen, die direkt von der Quelle abgestrahlt werden, mit den Schallwellen, die der Boden zurückreflektiert, einstellt.

Abar bezeichnet die Dämpfung durch Hindernisse in der Umgebung. Dieser Dämpfungsanteil kann im Allgemeinen bei der Schallemissionsprognose von WEA nur dann berücksichtigt werden, wenn abzusehen ist, dass die Bebauung, von der die abschirmende Wirkung ausgeht, dauerhaft besteht [3].

Amisc bezeichnet alle weiteren verbliebenen Dämpfungsarten, zum Beispiel durch Bewuchs. In der Prognose von Windenergieanlagen wird dieser Faktor im Dämpfungsterm meist gleich 0 gesetzt.

Je nach Berechnungsverfahren wird für die Ermittlung eines Langzeitpegels  von dem Mittelungspegel  zusätzlich ein meteorologischer Korrekturfaktor  subtrahiert, der den Einfluss des ganzjährigen Wetters berücksichtigt [5]. Dieser Korrekturfaktor nimmt jedoch erst ab einer Entfernung zur Anlage von etwa der zehnfachen Höhe der Anlage einen anderen Wert als 0 an.

Wie unterscheidet sich das bisher verwendete, sogenannte alternative Verfahren vom Interimsverfahren?
Die beiden Verfahren unterscheiden sich konkret an vier Stellen bei der Berechnung des Mitwind-Mittelungspegels, vgl. Tabelle 1, und in der Höhe der berücksichtigten Modellunsicherheit (s. u.).

Alternatives Verfahren Interimsverfahren
Schallleistungspegel der Quelle LW Frequenzunabhängige
Kenngröße
Frequenzabhängige
Kenngröße
Luftabsorption Aatm

 

Frequenzunabhängige
Kenngröße
Frequenzabhängige Kenngröße
Bodeneffekt Agr Frequenzunabhängige
Kenngröße Agr2
(vgl. [5] Gl. 10) und zusätzlich
DΩ ≈ 3 dB2
(vgl. [5] Gl. 11)
= -3 dB

(Ein negativer Wert für den Bodeneffekt wirkt als Verstärkung für den prognostizierten Pegel und hat damit dieselbe immissionsseitige Auswirkung wie das positive Richtwirkungsmaß im alternativen Verfahren.)

Meteorologischer Korrekturfaktor Cmet Frequenzunabhängige
Kenngröße
= 0

Tabelle 1: Unterschiede in der Berechnung des Mitwind-Mittelungspegels je nach angewendetem Verfahren, vergleiche [7].

Schallleistungspegel der Quelle
Die Emission einer Schallquelle kann auf zwei verschiedene Weisen dargestellt werden. Entweder wird sie durch einen A-bewerteten Schallleistungspegel oder durch das Oktavband-Frequenzspektrum des Schallleistungspegels gekennzeichnet.

Beim A-bewerteten Schallleistungspegel handelt es sich um einen sogenannten Einzahlwert, was bedeutet, dass es sich nur um eine einzige Dezibelzahl handelt, die durch die Anwendung der sogenannten A-Bewertungskurve gebildet wird. Die A-Bewertung soll der menschlichen Lautstärkewahrnehmung nahekommen und gewichtet die Schallemission in bestimmten Frequenzbereichen stärker als in anderen. Jedoch steht sie in der Kritik, niederfrequente Geräusche in ihrer Bewertung zu vernachlässigen und lässt keine Aussage über das Klangbild des Geräusches zu.

Beim Oktavband-Frequenzspektrum des Schallleistungspegels liegt für mindestens sieben verschiedene Frequenzbereiche eine A-bewertete Dezibelzahl vor, die Aufschluss darüber gibt, in welchen Bereichen der Pegel hoch oder niedriger ausfällt.

Im alternativen Verfahren nach TA Lärm (Anhang 1.2) ist es zulässig, A-bewertete Schallleistungspegel für die Schallimmissionsprognose der Anlage zu verwenden (siehe Tabelle 1: frequenzunabhängige Kenngröße).

Der für die Immissionsprognose nach Interimsverfahren benötigte Schallleistungspegel liegt als Oktavspektren-Matrix vor. Dabei findet Berücksichtigung, ob die Anlage Schall eher im höher- oder niederfrequenten Spektrum aussendet, was die Prognose genauer macht.

Da viele physikalische Effekte frequenzabhängig sind, kann der Gutachter diese sachgerechter in der Ausbreitungsrechnung berücksichtigen, wenn er als Eingangsgröße der Berechnung das Spektrum des Schallleistungspegels ansetzt. Die geänderte Darstellungsform des Schallleistungspegels an sich wirkt sich jedoch nicht auf die Immissionsprognose aus, vgl. Tabelle 2 weiter unten.

LuftabsorptionAatm
Während die Luftabsorption Aatm im alternativen Verfahren unabhängig von im Geräusch der Schallquelle auftretenden Frequenzen pauschal mit einer Abnahme von 1,9 Dezibel pro Kilometer Entfernung von der WEA berücksichtigt wird (siehe Tabelle 1: frequenzunabhängige Kenngröße), was der Dämpfung bei einer Frequenz von 500 Hertz (bei einer Temperatur von 10 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70%) entspricht, wird Aatm im Interimsverfahren aus unterschiedlichen Dämpfungsanteilen in unterschiedlichen Frequenzbereichen zusammengesetzt. Durch diese frequenzabhängige Berechnung macht es für den Wert der Luftabsorption einen Unterschied, ob die Anlage eher nieder- oder hochfrequenten Schall abstrahlt. Im niederfrequenten Spektrum sagt das Interimsverfahren dadurch eine höhere Geräuschbelastung an den Immissionsorten voraus als es das alternative Verfahren getan hat, im hochfrequenten Spektrum prognostiziert es jedoch eine niedrigere Immission. Da moderne Anlagen häufig ein höherfrequentes Spektrum ausstrahlen, sorgt die Berechnung mithilfe des Interimsverfahrens im Hinblick auf die Luftabsorption dafür, dass tendenziell niedrigere Immissionspegel berechnet werden als bei Berechnung nach dem alternativen Verfahren.

Bodeneffekt Agr
Im alternativen Verfahren wird der Boden, über den sich der Schall ausbreitet (zumeist Acker), als weich oder porös angenommen, weswegen eine vom Abstand zur Schallquelle und von der mittleren Höhe des Schallausbreitungsweges über dem Boden abhängige Bodendämpfung in die Prognose einberechnet wird (siehe Tabelle 1: frequenzunabhängige Kenngröße). Zusätzlich gibt die DIN ISO 9613‑2 vor, dass an dieser Stelle auch die Richtwirkungskorrektur , abhängig von den Höhen von Schallquelle und Empfänger und dem Abstand zwischen Schallquelle und Empfänger, mit etwa 3 dB Berücksichtigung finden soll. Dieser Wert entspricht den -3 dB, die in Tabelle 1 in der gleichen Zeile für das Interimsverfahren als Bodendämpfung angegeben sind, da er als negative Dämpfung bei einem als quasi hart angenommenen Boden eine tatsächliche Erhöhung der Immission prognostiziert. Beide Werte bilden somit die Erhöhung der Schallimmissionen aufgrund der Reflexion der Schallwellen am Boden ab.

Der Unterschied, dass die Bodendämpfung Agr im Interimsverfahren wegfällt, hat zur Folge, dass der vorhergesagte Schallpegel auf Basis des Interimsverfahrens bei gleichem Abstand zur Anlage tendenziell höher ausfällt als auf Basis des alternativen Verfahrens. Da die Bodendämpfung jedoch im alternativen Verfahren auch als von der Höhe der Anlage abhängig angenommen wird und mit steigender Anlagenhöhe schon regulär geringer wird, ist der Effekt gerade für moderne und hohe Anlagen geringer als für ältere, kleinere Anlagen, wie auch in [7] bemerkt wird.

Meteorologischer Korrekturfaktor Cmet
Der meteorologische Korrekturfaktor wird im alternativen Verfahren bei der Immissionsberechnung mit einbezogen, sobald sich der Aufpunkt in mindestens dem zehnfachen Abstand von Anlage plus Aufpunkthöhe befindet. Dieser meteorologische Korrekturfaktor fällt im Interimsverfahren aus der Berechnung heraus. Durch den Wegfall des Korrekturfaktors werden die prognostizierten Schallwerte in großer Entfernung der WEA tendenziell beim Interimsverfahren etwas höher ausfallen als unter Verwendung des alternativen Verfahrens. [4]

Interimsverfahren VS alternatives Verfahren
Luftabsorption Aatm Abhängig vom Emissionsspektrum der Anlage. Bei einem Windpark mit modernen Anlagen häufig –
Bodeneffekt Agr +
Meteorologischer Korrekturfaktor Cmet +
+

Tabelle 2: Auswirkungen auf die prognostizierten Mittelungspegel durch die Veränderung des Prognoseverfahrens. + steht für höher prognostizierte Werte bei gleicher Entfernung zur Anlage, – bedeutet geringer prognostizierte Werte durch das Interimsverfahren.

Änderung des Sicherheitszuschlags zur Berücksichtigung der Prognoseunsicherheit des Modells
Zusätzlich zu den Änderungen in der Ermittlung des Mitwind-Mittelungspegels ändert sich darüber hinaus der Sicherheitszuschlag zur Berücksichtigung der Unsicherheit des Prognosemodells.

Aufgrund der erhöhten Abbildungsgenauigkeit des Interimsverfahrens werden die Sicherheitszuschläge zur Berücksichtigung der „erweiterten Unsicherheit“ geändert. Die „erweiterte Unsicherheit“ berücksichtigt zum einen die Unsicherheit der Emissionsdaten. Diese verändern sich durch den Wechsel des Prognosemodells nicht. Zum anderen wird in der „erweiterten Unsicherheit“ die Unsicherheit des Prognosemodells selbst berücksichtigt. Da das Interimsverfahren die Realität besser abbildet und Abweichungen von den prognostizierten Werten unwahrscheinlicher werden, sinkt der zur Beschreibung der Unsicherheit des Prognosemodells angewandte Wert von 1,5 dB auf 1 dB und damit sinken auch die Sicherheitszuschläge insgesamt [7].

Die Zuschläge werden im Allgemeinen auf die prognostizierten Schallimmissionswerte aufgeschlagen und bieten eine erhöhte Sicherheit dafür, dass die berechneten Schallpegel die Richtwerte der TA Lärm in der Realität nicht überschreiten. Durch diese Änderung nähern sich die beiden Prognoseverfahren in ihren Ergebnissen an.

Zusammenfassung
Das alternative und das Interimsverfahren unterscheiden sich bei der Berechnung des Mitwind-Mittelungspegels, aus dem der Beurteilungspegel gebildet wird, der sich direkt mit den Richtwerten aus der TA Lärm vergleichen lässt. Das Interimsverfahren unterscheidet sich an fünf Stellen vom alternativen Verfahren:

  • Als Eingangsparameter der Quellen-Schallleistung wird nicht ein A-bewerteter Schallleistungspegel verwendet, sondern der Schallleistungspegel wird als Matrix mit mindestens sieben A-bewerteten Einträgen über in Oktavspektren unterteilte Frequenzbereiche angegeben.
  • Der Dämpfungsanteil, der sich durch die Luftabsorption ergibt, wird nicht mehr als frequenzunabhängiger Wert berücksichtigt, sondern abhängig vom Immissionsspektrum der Anlage wird ein frequenzabhängiger Wert berechnet.
  • Der Dämpfungsanteil, der sich nach alternativem Verfahren durch den Bodeneffekt ergibt, wird nicht mehr berücksichtigt. Es wird stattdessen die im alternativen Verfahren als Richtwirkungskorrektur berücksichtigte Erhöhung des Pegels um 3 dB im Bodeneffekt des Interimsverfahrens aufgenommen.
  • Der meteorologische Korrekturfaktor, der im alternativen Verfahren zu einem etwas geringer prognostizierten Schallpegel geführt hatte, wird im Interimsverfahren ersatzlos gestrichen.
  • Der Sicherheitszuschlag, der die Unsicherheit des Prognosemodells berücksichtigt, wird geringer.[/accordion]

Literatur

[1] Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen: Sachinformationen zu Geräuschemissionen und ‑immissionen von Windenergieanlagen, Essen 2001.

[2] Engelen, Justus; Wenzel, Peter (uppenkamp und partner): Schalltechnischer Bericht der erweiterten Hauptuntersuchung zur messtechnischen Ermittlung der Ausbreitungsbedingungen für die Geräusche von hohen Windenergieanlagen zur Nachtzeit und Vergleich der Messergebnisse mit Ausbreitungsberechnungen nach DIN ISO 9613-2. Forschungsvorhaben Nr. 14 1446 11-2 vom 11.11.2014.

[3] Agatz, Monika: „Windenergie Handbuch.“ 14. Ausgabe. Gelsenkirchen, Dezember 2017.

[4] Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen: Immissionsschutz; Einführung der neuen LAI-Hinweise zum Schallimmissionsschutz bei Windkraftanlagen. 29.11.2017.

[5] Deutsches Institut für Normung e. V.: Dämpfung des Schalls bei der Ausbreitung im Freien. Teil 2: Allgemeines Berechnungsverfahren. DIN ISO 9613-2: 1996. Oktober 1999.

[6] Schreiber, L.: Schallausbreitung im Freien. In: Müller, Gerhard; Möser, Michael (Hrsg): Taschenbuch der Technischen Akustik. 3., erweiterte und überarbeitete Auflage. Springer 2003.

[7] Piorr, Detlef: LAI-Hinweise zum Schallimmissionsschutz bei Windkraftanlagen – Aktueller Sachstand (2). LANUV NRW, FB 45. 28.11.2017.

Weitere Literatur
Deutsches Institut für Normung e. V.: Dokumentation zur Schallausbreitung. Interimsverfahren zur Prognose der Geräuschimmissionen von Windkraftanlagen. Fassung 2015-05.1

2 Gedanken zu „Erlass des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums: Interimsverfahren zur Schallprognose von Windenergieanlagen bestätigt

  1. Guten Tag,
    mein Name ist Monika Ehmke, ich komme aus Dithmarschen im hohen Schleswig-Holstein.
    Meine Frage:
    Zählt der Erlass des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums Interimsverfahren zur Schallprognose von Windenergieanlagen auch für Schleswig-Holstein als bestätigt ???
    Bitte gerne kurze Info.
    Ein Rechtsanwalt meinte, es wäre noch kein Änderungsverfahren für SH gemacht worden.
    Oder zählt das für ganz Deutschland ???

    Vielen Dank für eine Antwort.

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