Anlage_02_7_GutachtenLuftschadstoffe.pdf

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VMPA anerkannte Schallschutzprüfstelle nach DIN 4109

Leitung:

Dipl.-Phys. Axel Hübel Luftschadstoffuntersuchung zum geplanten Er- Dipl.-Ing. Heiko Kremer-Bertram Staatlich anerkannter satzneubau des Campus Deutz der Technischen Sachverständiger für Schall- und Wärmeschutz Hochschule Köln Dipl.-Ing. Mark Bless

Anschriften:

Peutz Consult GmbH Bericht CA 5173-1 vom 11.09.2020 Kolberger Straße 19 40599 Düsseldorf Tel. +49 211 999 582 60 Fax +49 211 999 582 70 dus@peutz.de

Borussiastraße 112 44149 Dortmund Tel. +49 231 725 499 10 Fax +49 231 725 499 19 dortmund@peutz.de

Carmerstraße 5 10623 Berlin Tel. +49 30 92 100 87 00 Fax +49 30 92 100 87 29 berlin@peutz.de

Gostenhofer Hauptstraße 21 Auftraggeber: BLB NRW Köln 90443 Nürnberg Tel. +49 911 477 576 60 Domstraße 55–73 Fax +49 911 477 576 70 nuernberg@peutz.de 50668 Köln Geschäftsführer:

Dr. ir. Martijn Vercammen Dipl.-Ing. Ferry Koopmans AG Düsseldorf HRB Nr. 22586 Ust-IdNr.: DE 119424700 Steuer-Nr.: 106/5721/1489

Bankverbindungen:

Stadt-Sparkasse Düsseldorf Konto-Nr.: 220 241 94 BLZ 300 501 10 DE79300501100022024194 BIC: DUSSDEDDXXX

Bericht-Nr.: CA 5173-1 Niederlassungen:

Mook / Nimwegen, NL Datum: 11.09.2020 Zoetermeer / Den Haag, NL Groningen, NL Paris, F Ansprechpartner/in: Herr Siebers Lyon, F Leuven, B

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Dieser Bericht besteht aus insgesamt 50 Seiten, davon 35 Seiten Text und 15 Seiten Anlagen.

/Projekte/C/5173_CA_Luft_TH_Koeln_Ersatzneubau_Campus_Deutz/02_DOKU/01_Berichte/Ber_01_Luft/5173_CA_Ber_01_V_20200911_Luft_Koeln_Ersatzneu- bau_Campus_Deutz_HRo.odt

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Inhaltsverzeichnis

1 Situation und Aufgabenstellung.......................................................................................3

2 Bearbeitungsgrundlagen, zitierte Normen und Richtlinien...............................................6

3 Beurteilungsgrundlagen...................................................................................................9

4 Örtliche Gegebenheiten.................................................................................................11

5 Ermittlung der Schadstoffemissionen.............................................................................12

5.1 Straßenverkehr......................................................................................................12 5.1.1 Eingangsdaten................................................................................................13 5.1.1.1 Verkehrsdaten....................................................................................13 5.1.1.2 Verkehrssituation und Störungsgrad..................................................13 5.1.1.3 Flottenzusammensetzung..................................................................15 5.1.1.4 Längsneigung....................................................................................16 5.1.1.5 Kaltstartzuschläge..............................................................................16 5.1.1.6 Zusätzliche PM - und PM -Emissionsfaktoren Straßenverkehr.......17 2,5 10 5.1.2 Zusammenfassende Dokumentation der Eingangsdaten...............................17 5.1.3 Ergebnisse der Emissionsberechnung...........................................................17

6 Weitere Eingangsdaten und Modellbildung....................................................................19

6.1 Meteorologiedaten.................................................................................................19 6.2 Hintergrundbelastung.............................................................................................19 6.3 Berechnungsmodell................................................................................................21

7 Durchführung der Immissionsprognose.........................................................................22

7.1 Allgemeine Hinweise..............................................................................................22 7.2 Vorgehensweise Bildung NO -Gesamtbelastung...................................................22 2 7.3 Vorgehensweise Beurteilung Kurzzeitbelastungen................................................23 7.4 Ergebnisdarstellungen............................................................................................24

8 Ergebnisse der Luftschadstoffausbreitungsberechnungen............................................25

8.1 Stickstoffdioxid (NO ).............................................................................................25 2 8.2 Feinstaub (PM )....................................................................................................27 10 8.3 Feinstaub (PM )....................................................................................................30 2,5

9 Zusammenfassung........................................................................................................32

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1 Situation und Aufgabenstellung

Am Standort in Köln-Deutz befindet sich der Campus Deutz der Technischen Hochschule Köln. Der Auftraggeber BLB NRW hat in Zusammenarbeit mit der Hochschule eine Analyse erstellt, in welcher auf der Basis einer umfassenden baulichen und strukturellen Betrachtung und unter Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklungen und Zielvorstellungen der Hoch- schule ein erheblicher Sanierungs- und Modernisierungsbedarf aufgezeigt wurde.

Im Jahr 2011 wurde durch das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW (MIWF) die Entscheidung getroffen, den Gebäudebestand der Technischen Hochschule Köln am Standort Deutz weitestgehend abzubrechen und durch Ersatzneubau- ten zu ersetzen. Anschließend wurde im Jahr 2012 über einen städtebaulich-freiraumplaneri- schen Wettbewerb ein Masterplan für die zukünftige Entwicklung der Hochschule vom Büro Kister Scheithauer Groß und dem Büro LOIDL entwickelt.

Das Gesamtprojekt gliedert sich in mehrere Bauphasen und dauert voraussichtlich bis zum Jahr 2035. Die räumliche Aufteilung der Realisierungsabschnitte für die einzelnen Phasen folgt den Anforderungen des Hochschulbetriebs. Die wesentliche Bedingung ist hierbei, dass für die abzubrechenden Gebäude zuvor der räumliche Ersatz bezugsfertig sein muss. Der Bebauungsplan „Östlich Reitweg (Campus Deutz der TH Köln) in Köln-Deutz“ wird derzeit auf Basis des Masterplans aufgestellt. Durch Aufstellung des neuen Bebauungsplanes wird neues Planungsrecht geschaffen, welches ab der zweiten Bauphase gemäß Masterplan er- forderlich wird.

Für die Bauleitplanung ist ein Luftschadstoffgutachten nach Vorgaben der Stadt Köln erfor- derlich. Im Jahr 2017 erfolgte hierzu bereits eine Luftschadstoffberechnung [13]. Aufgrund neuer Verkehrszahlen und des im letzten Jahr erfolgten Updates des Handbuchs für Emissi- onsfaktoren von der Version 3.3 auf die Version 4.1 ist eine Aktualisierung der Luftschadstof- funtersuchung notwendig. Durch das Fortschreiten der Planung hat sich außerdem eine Än- derung des Geltungsbereiches des Bebauungsplans gegenüber dem Stand von 2017 erge- ben: Das Kreativquartier im westlichen Campusbereich und die Annex-Bebauung östlich des Deutzer Rings sind nicht länger Bestandteil des Bebauungsplans [14]. Abweichend zur Vor- gängeruntersuchung werden das Kreativquartier und die Annex-Bebauung zum Zeitpunkt der Umsetzung des Bebauungsplans „Östlich Reitweg (Campus Deutz der TH Köln) in Köln- Deutz“ als realisiert berücksichtigt.

Zur Beurteilung der zu erwartenden Luftqualität im Plangebiet sowie der Auswirkung der Pla- nung auf die lufthygienische Belastungssituation im Umfeld der Planung wird eine lufthygie- nische Untersuchung mit Luftschadstoffausbreitungsberechnungen für die relevanten Luft- schadstoffe Feinstaub (PM und PM ) und Stickstoffdioxid (NO ) erstellt. 10 2,5 2 CA 5173-1 11.09.2020

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Die Berechnungen werden mit der aktuellen Version 6.3 des prognostischen Windfeld- und Ausbreitungsmodells MISKAM (Mikroskaliges Ausbreitungsmodell) durchgeführt.

Die Emissionen des Straßenverkehrs werden auf Grundlage des aktuellen Handbuchs für Emissionsfaktoren (HBEFA) in der Version 4.1 [16] bestimmt.

Die Hintergrundbelastung im Plangebiet wird anhand von Messwerten umliegender Hinter- grundmessstationen ermittelt. Die berechneten Immissionen werden mit den Grenzwerten der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes / Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen (39. BImSchV) [2] verglichen und beurteilt.

Als Prognosejahr für die zu untersuchenden Varianten wird in Abstimmung mit dem Auftrag- geber das Jahr 2025 als frühestmöglicher Realisierungszeitpunkt des gesamten Vorhabens verwendet.

Es werden nachfolgend die Fälle

Prognosenullfall: Bestandsbebauungssituation, definiert als die Realisierung des Kreativ- quartiers und der Annex-Bebauung sowie dem lediglichen Verbleib zum Erhalt vorgesehener Gebäude innerhalb des „Sondergebiets Hochschu- le“, Verkehrszahlen für das Jahr 2030 unter Berücksichtigung der Vorha- ben Kreativquartier und Annex-Bebauung, Emissionsfaktoren für das Jahr 2025

Planfall: Umsetzung des Planvorhabens gemäß dem städtebaulichen Planungs- konzept „Östlich Reitweg (Campus Deutz der TH Köln)“ [15] innerhalb des „Sondergebiets Hochschule“, Verkehrsmengen für das Jahr 2030 un- ter Berücksichtigung des Planvorhabens und der Vorhaben Kreativquar- tier und Annex-Bebauung, Emissionsfaktoren für das Jahr 2025

unter Berücksichtigung der großräumigen Hintergrundbelastung untersucht. In Anlehnung an den Prognosehorizont der Emissionsfaktoren werden nachfolgend die Bezeichnungen „Prog- nosenullfall 2025“ und „Planfall 2025“ verwendet.

Bei der Berechnung der verkehrsbedingten Emissionen wird berücksichtigt, dass durch die verbesserte Abgasreinigung neuer Fahrzeugmodelle der mittlere Emissionsausstoß der Fahrzeugflotte bei gleichbleibenden Verkehrszahlen sinkt, je weiter der Prognosehorizont in der Zukunft liegt. Durch die Kombination der hohen Verkehrsmengen für das Jahr 2030 mit dem zeitlich näher liegenden Prognosehorizont für die Emissionsberechnung (Jahr 2025) wird sichergestellt, dass die Berechnungen das Worst-Case-Szenario abbilden. Es ist daher CA 5173-1 mit großer Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, dass die tatsächlichen Luftschadstoffkon- 11.09.2020

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zentrationen nach Realisierung des Vorhabens unterhalb der in diesem Gutachten berech- neten Werten liegen werden.

Ein Lageplan des Plangebiets und der örtlichen Gegebenheiten für die Bestandsbebauungs- situation ist in Anlage 1 dargestellt. Anlage 2 zeigt die örtlichen Gegebenheiten für die zu- künftige Bebauungssituation.

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2 Bearbeitungsgrundlagen, zitierte Normen und Richtlinien

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Kategorien: G Gesetz N Norm V Verordnung RIL Richtlinie VV Verwaltungsvorschrift Lit Buch, Aufsatz, Bericht RdErl. Runderlass P Planunterlagen / Betriebsangaben

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3 Beurteilungsgrundlagen

In der vorliegenden Luftschadstoffuntersuchung sind Luftschadstoffimmissionen im Umfeld des geplanten Ersatzneubaus des Campus Deutz der Technischen Hochschule Köln zu un- tersuchen. Grundlage der Bewertung bildet dabei ein Vergleich der prognostizierten Schads- toffimmissionen für verschiedene Luftschadstoffe mit den vom Gesetzgeber festgelegten Im- missionsgrenzwerten.

Im Rahmen der Harmonisierung der europäischen Normen und Richtlinien sind europaweit Rahmenrichtlinien zur Ermittlung und Beurteilung der Luftqualität festgesetzt worden. Grund- lage hierfür ist die Luftqualitätsrahmenrichtlinie der Europäischen Gemeinschaft Nr. 96/62/EG vom 27.09.1996 [4]. Die darin beschriebenen Ziele und Prinzipien werden in z.z. vier „Tochterrichtlinien" präzisiert.

Seit dem 11.06.2008 sind die Luftqualitätsrahmenrichtlinie [4] und die ersten drei Tochter- richtlinien [5][6][7] zur „Richtlinie 2008/50/EG über Luftqualität und saubere Luft für Europa“ zusammengefasst worden [9]. Hierin wurden die bisherigen Immissionsgrenzwerte bestätigt und ein neuer Zielwert für Feinstaub (PM ) eingeführt. 2,5

Mit Inkrafttreten der 22. BImSchV (2002) wurden die in den ersten drei Tochterrichtlinien festgelegten Immissionsgrenzwerte für die hier zu betrachtenden Luftschadstoffe Stickstoff- dioxid (NO ) und Feinstaub (PM ) im September 2002 in deutsches Recht übernommen und 2 10 waren seitdem als Beurteilungsgrundlage heranzuziehen. Sie ersetzte die bis dahin gelten- den Immissionswerte der alten 22. BImSchV vom Oktober 1993.

Im Jahr 2007 wurden die Immissionsgrenzwerte der vierten Tochterrichtlinie [8] (z. B. für Ozon) in die 22. BImSchV mit aufgenommen. Diese wurden bisher in der 23. BImSchV fest- gelegt. Durch die Integration dieser Grenzwerte in die 22. BImSchV wurde die 23. BImSchV 2006 aufgehoben.

Mit Einführung der 39. BImSchV [2] „39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissi- onsschutzgesetzes (Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen)" am 02.08.2010 erfolgte dann die Umsetzung der Richtlinie 2008/50/EG in deutsches Recht. Die 39. BImSchV hebt weiterhin die 22. sowie 33. BImSchV auf. Mit Ausnahme der neuen Ziel- und Grenzwerte für Feinstaub (PM ) ergeben sich für die übrigen Grenzwerte gegen- 2,5 über der 22. und 33. BImSchV keine Veränderungen.

Die verkehrsrelevanten Immissionsgrenzwerte der 39. BImSchV sind als Auszug in der nachfolgenden Tabelle 3.1 aufgeführt.

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Tabelle 3.1: Auszug Immissionsgrenzwerte (fett gedruckt) der verkehrsrelevanten Luftschad- stoffe gemäß 39. BImSchV [2].

IGW: Immissionsgrenzwert bei 293 °K, 101,3 kPa; ALM: Alarmschwelle; SCW: Schwellenwert JMW: Jahresmittelwert; TMW: Tagesmittelwert; AMW: Achtstundenmittelwert; SMW: Stundenmittelwert

Die zulässigen 35 Überschreitungstage des Tagesmittelwertes für PM von 50 µg/m³ ent- 10 sprechen in etwa einem 90-Perzentil-Wert von 50 µ/m³. Die zulässigen 18 Überschreitungen pro Kalenderjahr des maximalen Stundenwertes von 200 µg/m³ für NO entsprechen in etwa 2 dem 99,8-Perzentil-Wert von 200 µ/m³.

Die Immissionsgrenzwerte der 39. BImSchV [2] zum Schutz der menschlichen Gesundheit werden dabei gemäß Anlage 3 Punkt A.2.c der 39. BImSchV an folgenden Orten nicht beur- teilt:

• „an Orten innerhalb von Bereichen, zu denen die Öffentlichkeit keinen Zugang hat und in denen es keine festen Wohnunterkünfte gibt“
• „auf dem Gelände von Arbeitsstätten, für die alle relevanten Bestimmungen über Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz gelten“
• „auf den Fahrbahnen der Straßen und, sofern Fußgänger und Fußgängerinnen für gewöhnlich dorthin keinen Zugang haben, auf dem Mittelstreifen der Straßen“

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4 Örtliche Gegebenheiten

Der Campus Deutz der TH Köln befindet sich auf der östlichen Rheinseite im Stadtteil Köln- Deutz und liegt direkt am Deutzer Ring (Bundesstraße 55), der die durch den Rhein vonein- ander getrennte Stadt über die Severinsbrücke miteinander verbindet. Nach Osten stellt die B 55 über die Kalker Hauptstraße und die B 8 die direkte Verbindung zum Kreuz-Köln-Ost mit Anbindung an die A 3 und A 4 dar.

Die Bestandsbebauung im Plangebiet wird von den 64 m bzw. 48 m hohen Wohntürmen für Studierende am südlichen bzw. nördlichen Rand des Plangebietes dominiert. Neben diesen bleiben das im Nordwesten gelegene Fakultätsgebäude und die zentral gelegene Hoch- schulbibliothek erhalten.

Das Bild der neuen Campusstadt wird durch den großen freien Grünraum geprägt, um den sich die Fakultäten und Baufelder, die Stadtblöcke bilden, gruppieren. Dieser Kernbereich gliedert sich in insgesamt fünf Baublöcke, die alle um den zentralen Campusplatz gruppiert sind, sowie das Hörsaalzentrum an der Betzdorfer Straße als Solitär und neues Auftaktge- bäude. Entlang des Deutzer Rings wird dem künftigen Campus eine bauliche Fassung durch eine Straßenrandbebauung gegeben. Für den überwiegenden Teil des Campus ist eine Hö- henfestsetzung von max. 18,5 m vorgesehen. Am zentralen Campusplatz bilden mehrere höhere Baukörper, die mit 26,0 m vorgesehen sind, eine räumliche Betonung. Für das Hör- saalzentrum und die neue Mensa ist eine Höhe von 22,0 m vorgesehen.

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5 Ermittlung der Schadstoffemissionen

5.1 Straßenverkehr

Die Berechnung der Straßenverkehrsemissionen erfolgt mithilfe des Emissionsprogramms IMMISem in der Version 8.003 [18]. Das Emissionsprogramm verwendet hierbei die im Hand- buch für Emissionsfaktoren (HBEFA) Version 4.1 [14] hinterlegten Emissionsfaktoren.

Das im Auftrag der Umweltbundesämter von Deutschland, der Schweiz und Österreich so- wie Schweden, Frankreich und Norwegen entwickelte HBEFA stellt Emissionsfaktoren für die gängigsten Fahrzeugtypen zur Verfügung (PKW, leichte und schwere Nutzfahrzeuge, Linien- und Reisebusse sowie Motorräder), differenziert nach Emissionskonzepten (Euro 0 bis Euro VI) sowie nach verschiedenen Verkehrssituationen. HBEFA liefert Emissionsfaktoren für alle reglementierten sowie eine Reihe von nicht-reglementierten Schadstoffen, ein- schließlich CO und Kraftstoffverbrauch. Ebenso stehen seit der Version 4.1 des HBEFA 2 auch Well-to-Tank (WTT) Emissionsfaktoren für CO -Äquivalente (CO ) zur Verfügung. Die- 2 2e se stellen die Emissionen aus der Kraftstoff- bzw. Energieerzeugung dar. Da diese in der Re- gel an anderen Orten als am Ort der lokalen Kraftfahrzeugemissionen auftreten, sind diese für lokale Luftschadstoffimmissionen irrelevant, können aber für Aussagen zu globalen Per- spektiven des Klimawandels herangezogen werden.

Das Handbuch stellt den Benutzern Emissionsfaktoren pro km oder Verkehrsvorgang in Ab- hängigkeit verschiedener Parameter zur Verfügung. Nachfolgend sind die wichtigsten Para- meter aufgeführt:

• nach Emissionsarten („warme Emissionsfaktoren“, Kaltstartzuschläge und Verdamp- fungsemissionen); • nach Fahrzeugkategorie (PKW, leichte Nutzfahrzeuge < 3,5t, schwere Nutzfahrzeu- ge > 3,5t, Linien- und Reisebusse, Motorräder); • nach Bezugsjahr der Flottenzusammensetzung (Deutschland: 1994 – 2050); • nach Schadstoff (z.B. NOx, Partikel, Benzol, CO , Kraftstoffverbrauch u. a.); 2 • nach Verkehrssituation und Längsneigung; • nicht abgasbedingte Feinstaubemissionen (PM ) aus z. B Straßen- oder Reifenab- 10 rieb; • Emissionsfaktoren für Elektro- und gasbetriebene Fahrzeuge.

Die Ergebnisse können in unterschiedlichem Detaillierungsgrad abgefragt werden:

• als „gewichteter Emissionsfaktor“: darin sind die verschiedenen Fahrzeugschichten länderspezifisch entsprechend ihren Fahrleistungsanteilen gewichtet

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• „je Emissionskonzept“: Diese Option gibt zusätzlich die Emissionsfaktoren der ein- zelnen Fahrzeugkonzepte an (z. B. nach EURO-Klassen) • „je Kraftstoffkonzept“: Diese Option liefert zusätzlich die Emissionsfaktoren der Kraft- stoffkonzepte Otto- und Diesel-Fahrzeuge • „je Fahrzeugschicht“: Diese Option gibt zusätzlich die Emissionsfaktoren der einzel- nen Fahrzeugschichten an (z. B. Gkat-Pkw mit Hubraum < 1,4l, mit Hubraum 1,4- 2,0l, mit Hubraum > 2,0 l etc.

5.1.1 Eingangsdaten

5.1.1.1 Verkehrsdaten

Für die Berechnung der verkehrlichen Schadstoffemissionen werden Angaben zu den Ver- kehrsmengen auf den Straßen im Untersuchungsraum benötigt. Mindestens werden Anga- ben zur durchschnittlichen täglichen Verkehrsmenge (DTV-Wert) sowie zu den Anteilen schwerer Nutzfahrzeuge > 3,5t (sNfz) und leichter Nutzfahrzeuge < 3,5t (lNfz) benötigt.

Die benötigten Daten wurden uns durch den Verkehrsgutachter zum Planvorhaben für das umliegende Straßennetz für die zwei zu berechnenden Varianten Prognosenullfall und Plan- fall zur Verfügung gestellt [17].

5.1.1.2 Verkehrssituation und Störungsgrad

Mit Einführung des HBEFA ab der Version 3.x [19][20] wurden als eine wesentliche Ände- rung gegenüber der Version 2.1 von 2004 die Verkehrssituationen neu definiert. Mit der Aktu- alisierung auf die Version 4.1 wurden weitere Verkehrssituationen eingeführt. Dies sind ein fünfter Level of Service (LOS 5, „Heavy Stop+go“, d. h. Stau mit Durchschnittsgeschwindig- keiten von 5 bis 10 km/h) sowie städtische Hauptverkehrsstraßen mit Geschwindigkeitsbe- grenzungen auf 30 km/h.

Es liegen somit nun 365 differenzierte Verkehrssituationen vor, welche sich in ländlich bzw. städtische Prägung, den Straßentyp, das geltende Tempolimit sowie fünf Verkehrsqualitäten gliedern. Für jede dieser Qualitätsstufen liegen ebenfalls Emissionsfaktoren vor.

Die sich hieraus ergebenden möglichen Verkehrssituationen des HBEFA 4.1 sind in Tabel- le 5.1 dargestellt.

Die Einordnung der Straßen im Untersuchungsgebiet zu einem Straßentyp erfolgte anhand der Straßenkategorie sowie den im Straßennetz geltenden Tempolimits.

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Tabelle 5.1: Verkehrssituationen gemäß HBEFA 4.1 [16].

Für die mit einem Kreuz markierten Verkehrssituationen liegen Emissionsfaktoren vor.

Im Verlauf eines Tages liegen auf einem innerstädtischen Straßenabschnitt in der Regel ver- schiedene Verkehrsqualitäten (Level of Service, kurz LOS) vor. Die tageszeitlich wechselnde Verkehrsqualität wird mit den fünf Stufen „freier Verkehr“ (LOS1), „dichter Verkehr“ (LOS2), „gesättigter Verkehr (LOS3), „Stop&Go“ (LOS4) und „Heavy Stop+go“ (LOS5) durch entspre- chend variierende Emissionsfaktoren im HBEFA 4.1 berücksichtigt. Mit höherem Level of Service, also abnehmender Verkehrsqualität nehmen die Luftschadstoffemissionen, also der Luftschadstoffausstoß der Kraftfahrzeuge, zu.

Die Verkehrsqualität in einem Straßenabschnitt hängt dabei von der Gebietseinstufung (ländlich oder städtisch), dem Straßentyp, der Anzahl vorhandener Fahrstreifen, dem Tages- gang, der Verkehrsmenge mit Schwerverkehrsanteil und einem Wichtungsfaktor für schwere Nutzfahrzeuge ab. Diese Faktoren bestimmen, welche Kapazität ein Straßenabschnitt in Fahrzeugen pro Stunde und Fahrstreifen hat. In Abhängigkeit von Schwellenwerten, welche weiter nach innerorts (IO), außerorts (AO) und Autobahn (AB) klassifiziert sind, ergeben sich die Kapazitäten bei deren Überschreitung die Verkehrsqualität in den nächsten LOS wech- selt.

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Im Emissionsmodell IMMISem liegen hierzu entsprechende Angaben zu Kapazitäten, Schwel- lenwerten und Tagesgängen vor. Falls diese Angaben projektbezogen z. B. aus Verkehrs- zählungen bekannt sind, können auch benutzerdefinierte Einstellungen gewählt werden.

Für Tagesgänge stehen die vier standardisierten Tagesgänge „small peak“, „doublepeak“, wide peak“ und „no peak“ zur Verfügung. Diese beschreiben im Wesentlichen das Auftreten keiner, einer oder zweier ausgeprägter Verkehrsspitzen im Tagesverlauf. Im Falle von Einfall- und Ausfallstraßen einer Stadt sind diese Tagesgänge, falls keine ausgeprägte Doppelspitze vorliegt, den Fahrtrichtungen aus bzw. in die Stadt entsprechend zuzuordnen, falls z. B. mor- gens deutlich mehr Pendler eine Stadt verlassen als in die Stadt einfahren und abends um- gekehrt. Grundsätzlich können auch reale Tagesgänge aus entsprechenden Verkehrserfas- sungen im Untersuchungsgebiet berücksichtigt werden.

Im vorliegenden Fall wurde für alle Straßenabschnitte im Untersuchungsgebiet der standar- disierte Tagesgang „doublepeak“ verwendet. Anhand typischer Straßenkapazitäten sowie den zur Verfügung gestellten Verkehrsmengen wurde die LOS-Verteilung pro Straßenab- schnitt von IMMISem automatisiert berechnet. Die in HBEFA 4.1 neu hinzugekommene LOS- Stufe „heavy stop+go“ wird hierbei berücksichtigt, indem zwei Drittel des gesamten stop+go- Anteils dem LOS 4 (stop+go) und ein Drittel dem LOS 5 (heavy stop+go) zugewiesen wird.

5.1.1.3 Flottenzusammensetzung

Zur Berechnung der Schadstoffemissionen eines Straßenabschnittes sind Angaben zum Be- zugsjahr der zu erstellenden Luftschadstoffberechnung, dem Prognosejahr, erforderlich, da die Zusammensetzung der Kraftfahrzeugflotte sich in Abhängigkeit des Prognosejahres auf- grund von Gesetzgebung zu Emissionshöchstgrenzen ständig verändert. Neuere Fahrzeuge mit höheren Abgasnormen ersetzen dabei zunehmend alte Fahrzeuge, was insgesamt zu ei- ner Abnahme des Luftschadstoffausstoßes der Gesamtflotte führt. Bei gleicher Anzahl von Kraftfahrzeugen in gleicher Zusammensetzung von PKW, lNfz und sNfz, sinken die Emissio- nen der Gesamtflotte somit von Jahr zu Jahr.

Durch die Kombination der hohen Verkehrsmengen für das Jahr 2030 mit dem zeitlich näher liegenden Prognosehorizont für die Emissionsberechnung (Jahr 2025) wird sichergestellt, dass die Berechnungen das Worst-Case-Szenario abbilden. Es ist daher mit großer Wahr- scheinlichkeit davon auszugehen, dass die tatsächlichen Luftschadstoffkonzentrationen nach Realisierung des Vorhabens unterhalb der in diesem Gutachten berechneten Werten liegen werden.

Die Zusammensetzung der PKW-Flotte auf der im Rechengebiet liegenden Straßen wird vor allem von dem regionalen Fahrzeugbestand bestimmt. Bei der Emissionsberechnung für die PKW und die leichten Nutzfahrzeuge wurde daher nicht auf den im HBEFA 4.1 hinterlegten mittleren bundesdeutschen Flottenmix „REF D HB41“, sondern auf die lokale Zulassungssta- CA 5173-1 11.09.2020

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tistik (unterteilt nach Euro-Abgasgrenzwerten) für den Zulassungsbezirk Köln mit Stand 01.01.2019 [21] zurückgegriffen.

Die in dieser Statistik enthaltenen Werte wurden anschließend in Anlehnung an die im HBE- FA 4.1 enthaltene Flottenentwicklung auf den Prognosehorizont 2025 hochgerechnet. Da der Anteil einer Fahrzeuggruppe an den gemeldeten Fahrzeugen in der Regel nicht deren Anteil an der jährlichen Fahrleistung entspricht, wurden die Zulassungsstatistiken mit den im HBE- FA hinterlegten Fahrleistungsanteilen normiert.

Da die Flottenzusammensetzung der schweren Nutzfahrzeuge in der Regel vom überregio- nalen Fahrzeugbestand geprägt ist, wurde auf eine weitere Regionalisierung der Flotte ver- zichtet.

Das Untersuchungsgebiet liegt innerhalb der Kölner Umweltzone, die seit dem 01.07.2014 nur noch von Fahrzeugen mit grüner Schadstoffplakette (auch Feinstaubplakette genannt) befahren werden darf. Zur Berücksichtigung der Fahrzeugzusammensetzung innerhalb der Umweltzone wurden aus dem Flottenmix für das Bezugsjahr 2025 alle Fahrzeuge entfernt, die aufgrund ihrer Abgasnorm die Umweltzone nicht mehr befahren dürfen. Die wegfallenden Fahrzeuggruppen wurden anteilig mit Fahrzeugen der in der Umweltzone zulässigen Abgas- normen ersetzt.

5.1.1.4 Längsneigung

Die Längsneigung einer Straße hat einen großen Einfluss auf die Menge der ausgestoßenen Emissionen, da bergauf fahrende Kfz deutlich mehr Schadstoffe emittieren als bergab fah- rende Kfz. Zur Berücksichtigung dieses Effekts liegen im HBEFA neigungsabhängige Emissi- onsfaktoren in Schritten von 2 % von -6 % bis +6 % vor. In IMMISem kann die Neigung mit ei- ner Nachkommastelle angegeben werden. Der entsprechende Emissionsfaktor wird, falls die Neigung innerhalb des Wertebereichs des HBEFA liegt, mithilfe der im HBEFA hinterlegten Stützstellen interpoliert, falls die Neigung außerhalb des Wertebereichs liegt, extrapoliert.

Die Längsneigung der Straßen im Untersuchungsgebiet wurde mithilfe eines hochaufgelös- ten digitalen Geländemodells (DGM) [22] überprüft und bei der Emissionsberechnung be- rücksichtigt.

5.1.1.5 Kaltstartzuschläge

Ein Kraftfahrzeug stößt, nachdem es ab- bzw. ausgekühlt ist, mehr Luftschadstoffe aus als nach Erreichen der Betriebstemperatur. Im Durchschnitt ist davon auszugehen, dass ein Fahrzeug erst nach einer Standzeit von 12 Stunden vollständig ausgekühlt, bzw. der Außen- temperatur angeglichen ist. CA 5173-1 11.09.2020

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Je nach Standzeit, Außentemperatur und Fahrstrecke (z. B. nur innerstädtisch, oder nach kurzer Zeit auf der Autobahn) ist die Betriebstemperatur nach kürzerer oder längerer Zeit bzw. Fahrstrecke erreicht. Die Differenz zwischen den erhöhten Emissionen während des Erreichens der Betriebstemperatur und den Emissionen im betriebswarmen Zustand wird als Kaltstartzuschlag bezeichnet. Maßgeblich für den erhöhten Luftschadstoffausstoß ist die Auf- heizphase des Katalysators, welcher erst nach der Aufheizphase seine vollständige Reini- gungsleistung erreicht.

Otto-Fahrzeuge ohne Katalysator können zu Beginn der Fahrt weniger Stickoxide (NO ) aus- x stoßen als bei betriebswarmem Zustand, da die hier niedrigere Verbrennungstemperatur dann zu geringeren NO -Emissionen führt (negativer Kaltstartzuschlag). Solche Fahrzeuge x sind in der Kraftfahrzeugflotte in Deutschland aber praktisch nicht mehr vorhanden.

Das HBEFA stellt Kaltstartzuschläge in [g/Start] differenziert nach Luftschadstoffen und Emissionskonzepte und weiter aufgeteilt nach Fahrtweite, Standzeit und Temperatur zur Ver- fügung. Für das Emissionsmodell IMMISem wurden diese gemäß dem Entwurf der VDI 3782 Blatt 7 aus September 2018 [11] und den neuen Kaltstartzu- bzw. -abschlägen aus dem HBEFA 4.1 [16] basierend auf typisierten Fahrtweitenverteilungen, Standzeitenverteilungen, Verkehrsverteilungen und Temperaturganglinien in [g/km] umgerechnet. Hieraus ergeben sich jeweils Kaltstartfaktoren für die drei funktionalen Straßentypen „Wohn-; residential", „Geschäfts-; commercial" und „Einfallstraßen; radial Streets".

5.1.1.6 Zusätzliche PM - und PM -Emissionsfaktoren Straßenverkehr 2,5 10

Mit der Version 4.1 des HBEFA wurden auch nicht abgasbedingte PM - und PM -Emissio- 2,5 10 nen durch Reifen- und Straßenabrieb, sowie Bremsbelags- und Kupplungsverschleiß einge- führt. Diese werden bei der Emissionsberechnung für Feinstaub (PM und PM ) entspre- 10 2,5 chend mit berücksichtigt.

5.1.2 Zusammenfassende Dokumentation der Eingangsdaten

In Anlage 3 und Anlage 4 sind die wichtigsten Eingangsparameter für die Emissionsberech- nung der Straßenabschnitte im Untersuchungsgebiet für den Prognosenull- und den Planfall tabellarisch aufgeführt. Die räumliche Einordnung der aufgelisteten Straßenabschnitte kann mit den Lageplänen in Anlage 5 (Prognosenullfall) und Anlage 6 (Planfall) vorgenommen werden.

5.1.3 Ergebnisse der Emissionsberechnung

Mit der beschriebenen Methodik und den aufgeführten Eingangsdaten wurden die Emissio- nen der im Untersuchungsgebiet verlaufenden Straßenabschnitte für die zu untersuchenden CA 5173-1 11.09.2020

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Schadstoffe NOx, PM und PM mit dem Emissionsprogramm IMMISem für den Prognose- 10 2,5 null- und den Planfall mit dem Prognosehorizont 2025 berechnet.

Die Ergebnisse der Emissionsberechnung sind in Anlage 3 und Anlage 4 aufgeführt.

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6 Weitere Eingangsdaten und Modellbildung

6.1 Meteorologiedaten

Für die Berechnung der Schadstoffimmissionen werden Windstatistiken mit Angaben über die Häufigkeit verschiedener Ausbreitungsverhältnisse in den unteren Luftschichten benötigt, welche durch Windrichtung, Windgeschwindigkeit und thermische Schichtung der Atmosphä- re definiert sind.

Für die vorliegende Untersuchung wurden Messwerte der Windrichtung und Windgeschwin- digkeit der LANUV-Station Köln-Rodenkirchen aus den Jahren 2010 – 2019 [23] verwendet. Die Station liegt etwa 5 km südlich des Untersuchungsgebiets und gibt aufgrund ihrer räumli- chen Nähe und des 10-jährigen Messzeitraums sehr gut die langjährigen übergeordneten Windverhältnisse im Untersuchungsgebiet wieder.

Für die Immissionsprognose wurde die Messreihe mit jeweils 1-Stunden-Mittelwerten in Windrichtungssektoren à 10° ausgewertet und deren Häufigkeiten ermittelt. Die Häufigkeits- verteilungen von Windrichtung und Windgeschwindigkeit sind in Anlage 7 dargestellt. Die Windrose weist die typische Windrichtungsverteilung der Kölner Bucht mit – bedingt durch die Ausrichtung des Rheintales – dominierenden Windrichtungen aus Südosten auf. Ein se- kundäres Windrichtungsmaximum entfällt auf Anströmungen aus Richtung West. Die mittlere Windgeschwindigkeit beträgt 2,1 m/s in 19 m Höhe.

Für Windfeld- und Ausbreitungsberechnungen mit MISKAM muss für die Messdaten eine Mess-Referenzhöhe h gefunden werden, die einer Umgebungsrauhigkeit z von 0,1 m ref 0 (Rauigkeit einer Wiesenfläche) entspricht. Die innerstädtische, zumeist gebäudebedingte Rauigkeit wird dann in den Windfeldberechnungen durch die explizite Berücksichtigung von Gebäuden und sonstigen Strömungshindernissen von MISKAM errechnet. Die Referenzhö- he für eine Rauigkeit von 0,1 m wurde gemäß dem im DWD-Merkblatt „Bestimmung der in AUSTAL2000 anzugebenden Anemometerhöhe“ [24] beschriebenen Verfahren berechnet. Sie beträgt im vorliegenden Fall 6,5 m ü. Grund.

6.2 Hintergrundbelastung

Die Schadstoffkonzentration an einem Immissionsort setzt sich aus der großräumig vorhan- denen sogenannten Hintergrundbelastung und der Zusatzbelastung aus lokalem Verkehr zu- sammen.

Die Hintergrundbelastung wiederum setzt sich zusammen aus den Immissionen von Indus- trie/Gewerbe, Hausbrand und häuslichen Schadstoffimmissionen sowie außerhalb des Un- tersuchungsraumes liegendem Verkehr und weitläufigem Schadstofftransport. Die Hinter- CA 5173-1 11.09.2020

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grundbelastung ist also diejenige Belastung, welche ohne die bei der Modellbildung berück- sichtigten Straßen im Untersuchungsraum vorliegen würde.

Der Ansatz zur Bestimmung der Hintergrundbelastung hat eine bedeutende Auswirkung auf die Ergebnisse der Immissionsuntersuchung, da insbesondere bei Stickstoffdioxid und PM 10 im innerstädtischen Bereich bereits mehr als die Hälfte der zulässigen Immissionen gemäß 39. BImSchV durch die Hintergrundbelastung vorliegt.

Messdaten zur (Hintergrund)-Belastung in NRW liegen durch das Luftqualitätsmessnetz (LUQS) des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) an einer Viel- zahl von Messstationen vor [25]. Die statistischen Kenngrößen der verkehrsrelevanten Schadstoffe werden regelmäßig veröffentlicht.

In Köln existieren derzeit zwei LUQS-Stationen (Köln-Chorweiler und Köln-Rodenkirchen), die als Hintergrundstation klassifiziert sind und an denen NO und PM gemessen wird. 2 10 PM wird derzeit nur an der Station Köln-Chorweiler gemessen. 2,5

Zur Bestimmung der Hintergrundbelastung wurden die vorliegenden Messwerte der letzten drei vollständigen Messjahre 2017 bis 2019 der zwei o.g. Stationen herangezogen und arith- metisch gemittelt. Die verwendeten Messwerte sowie die hieraus abgeleitete Hintergrundbe- lastung zeigt Tabelle 6.1.

Tabelle 6.1: EU-Jahreskenngrößen gemessener Schadstoffkonzentrationen an LUQS-Mess- stationen des LANUV NRW im Umfeld des Plangebietes 2017 – 2019 [25].

In Zukunft ist aufgrund von politischen Vorgaben zur Emissionsminderung von einer weiter allmählich zurückgehenden Hintergrundbelastung auszugehen. Im Sinne einer konservati- CA 5173-1 11.09.2020

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ven Abschätzung wurde im Rahmen dieser Berechnung auf eine Reduktion der Hintergrund- belastung für das Prognosejahr 2025 verzichtet.

6.3 Berechnungsmodell

Die Berechnung der Schadstoffimmissionen wurde mit dem Rechenmodell MISKAM (Mikros- kaliges Ausbreitungsmodell, Version 6.3 von November 2013) in der 64-Bit-Version durchge- führt. Dieses Ausbreitungsmodell wird an der Universität Mainz entwickelt bzw. weiterentwi- ckelt und entspricht dem aktuellen Wissensstand der mikroskaligen Strömungs- und Ausbrei- tungssimulation.

Bei der Modellbildung wird das zu untersuchende Rechengebiet in quaderförmige Rechen- zellen unterteilt. Die Ergebnisdarstellung erfolgt für das interessierende zentrale Rechenge- biet (Untersuchungsraum), während die Windfeldsimulation darüber hinaus auch für ein so- genanntes äußeres Rechengebiet durchgeführt wird, um die Rand- und Übergangsbedin- gungen abbilden zu können.

Durch Gebäude blockierte Zellen werden als Strömungshindernisse undurchlässig abgebil- det, sodass auch der Einfluss von Gebäuden etc. berücksichtigt werden kann. Durch die Wahl des äußeren Rechengebietes mit einer deutlich größeren Abmessung als der des inne- ren Rechengebietes wird die Unabhängigkeit der Modellergebnisse von der Gebietsgröße erreicht.

Die Lage und Höhe der Gebäude der Bestandsbebauung wurden aus dem von der Landes- regierung Nordrhein-Westfalen zur Verfügung gestellten LOD1-Klötzchenmodell [26] abgelei- tet. Neuere, nicht im LOD1-Klötzchenmodell enthaltene Gebäude wurden ergänzt.

Die im Rahmen des Bebauungsplans „Östlich Reitweg (Campus Deutz der TH Köln) in Köln- Deutz“ geplanten Gebäude sowie die Bebauung des Kreativquartiers wurden auf Grundlage des städtebaulichen Konzepts Stand Juli 2019 [15] abgeleitet. Die Annex-Bebauung wurde aus dem städtebaulichen Konzept Stand Juni 2014 [27] abgeleitet.

Lagepläne der Berechnungsmodelle für die beiden Untersuchungsvarianten mit dem jeweils berücksichtigten Gebäudebestand sind in Anlage 5 und Anlage 6 dargestellt.

Das innere Rechengebiet hat eine Fläche von 830 x 750 m2 mit einem äquidistanten Raster von 2,0 x 2,0 m². Das äußere Rechengebiet hat eine Fläche von 1.630 x 1.550 m2.

In vertikaler Richtung besteht der Modellraum aus 45 mit zunehmender Höhe mächtiger wer- denden Schichten bis zur Modelloberkante in 495 m Höhe gemäß der Anforderungen an die Modellentwicklung. Die Schichten in Bodennähe werden hierbei fein aufgelöst. CA 5173-1 11.09.2020

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7 Durchführung der Immissionsprognose

7.1 Allgemeine Hinweise

Die Ermittlung der Schadstoffimmissionen für die untersuchten Schadstoffe erfolgt auf der Basis von Einzelsimulationen, bei denen die jeweils mittlere stündliche Verkehrs- und Emis- sionsstärke zugrunde gelegt wird. Dabei werden für jeden der untersuchten Windrichtungs- sektoren zu 10° alle vorliegenden Windgeschwindigkeitsklassen berücksichtigt.

In einem ersten Berechnungsschritt wird für die Einzelsimulationen das Wind- und Turbu- lenzfeld für die Rechengebiete errechnet. Daran schließt sich für jede Einzelsimulation die Berechnung der Immissionen der jeweiligen Schadstoffe in einer Ausbreitungsrechnung an.

Die Jahresmittelwerte der verkehrsbedingten Zusatzbelastungen werden durch Auswertung der Häufigkeiten der auftretenden Ereignisse (Kombination aus Windrichtung, Windge- schwindigkeit und Emissionsbedingung) mit den berechneten Schadstoffimmissionen statis- tisch ermittelt. Zu dieser Zusatzbelastung wird die Hintergrundbelastung hinzugezogen, so- dass sich die Gesamtbelastung ergibt, die mit den Immissionsgrenzwerten der 39. BImSchV verglichen wird.

7.2 Vorgehensweise Bildung NO -Gesamtbelastung 2

NO (Summe aus NO und NO ) kann als chemisch inerter Stoff behandelt werden. Damit X 2 kann die Gesamtbelastung von NO als Summe aus Vor- und Zusatzbelastung gebildet wer- X den.

Nicht inerte Stoffe wie NO und NO unterliegen in der Atmosphäre hingegen komplexen foto- 2 chemischen Umwandlungsprozessen. Die chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten sind da- bei von unterschiedlichen Komponenten, Konzentrationsniveaus und Umgebungsbedingung abhängig.

Die Einbindung dieser komplexen chemischen Vorgänge bei der Bestimmung der NO -Ge- 2 samtbelastung erfolgt im vorliegenden Fall mithilfe einer von der IVU Umwelt GmbH [28] ab- geleiteten Regressionsbeziehung zwischen NO und NO -Messwerten. Grundlage dieser 2 X Funktion sind ca. 45.000 jährlichen Immissionszeitreihen, welche nach den Stationstypen Land, Stadt und Verkehr differenziert wurden. Im Rahmen dieser Berechnungen erfolgte die Umwandlung der NO - in eine NO -Gesamtbelastung mithilfe der Regressionsfunktion des X 2 Typs „Stadt“.

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7.3 Vorgehensweise Beurteilung Kurzzeitbelastungen

Neben dem Grenzwert zum PM -Jahresmittelwert ist in der 39. BImSchV ein Kurzzeitgrenz- 10 wert für PM definiert. Demnach darf ein PM -Tagesmittelwert von 50 µg/m³ an nicht mehr 10 10 als 35 Tagen im Jahr überschritten werden.

Eine Möglichkeit zur Berechnung der PM -Tagesmittelwerte wäre, die PM -Zusatzimmissio- 10 10 nen zu modellieren und daraus Tagesmittelwerte zu bestimmen. Hierzu ist es notwendig, Stundenmittelwerte der Emissionen, der Meteorologie und der Vorbelastung innerhalb einer Ausbreitungsberechnung zusammen zu betrachten. Die Zeitreihen der Emissionen und der Vorbelastung müssten hierbei zum repräsentativen meteorologischen Jahr, bzw. zum Pro- gnosehorizont der Immissionsberechnung passen. Eine Zeitreihe der Vorbelastung für die Prognosejahre liegt allerdings nicht vor und kann auch nicht sinnvoll abgeschätzt oder mo- delliert werden.

In der Praxis werden die PM -Überschreitungstage daher in der Regel mithilfe einer para- 10 metrisierten Funktion des prognostizierten PM -Jahresmittelwertes abgeschätzt. Im vorlie- 10 genden Gutachten wurde zur Bestimmung der PM -Überschreitungstage ein Ansatz der IVU 10 GmbH [28] verwendet. Hierfür wurden die Anzahl der Überschreitungen im Jahr über dem Jahresmittelwert aktueller jahresmittlerer PM -Daten (900 fehlerwertfreie Zeitreihen) aufge- 10 tragen. Aus diesen Daten wurde die folgende Beziehung zwischen dem PM -Jahresmittel- 10 wert und der PM -Überschreitungstage abgeleitet: 10 AnzahlTagePM10>50µg/m³=10,51413−1,98711∗JMW+0,09389∗JMW2

Gemäß dieser Formel wird bei einem Jahresmittelwert von 30 µg/m³ der Grenzwert von 35 Überschreitungstagen im Jahr erreicht.

Bezüglich der NO -Kurzzeitbelastung sieht die 39. BImSchV die Prüfung auf Überschreitung 2 eines Stundenmittelwertes von 200 µg/m³ an maximal 18 Stunden im Jahr vor. Dies ent- spricht in etwa einem 99,8-Perzentil-Wert.

Die Berechnung von Perzentilwerten der Gesamtbelastung ist bei rechnerischen Simulatio- nen aber mit großen Unsicherheiten behaftet, da die Hintergrundbelastung, die einen großen Beitrag zur Gesamtimmission liefert, nur als Jahresmittelwert berücksichtigt werden kann.

Statistische Auswertungen von Messwerten an Dauermessstationen [28] haben aber zu ei- ner Formel geführt, mit deren Hilfe die Wahrscheinlichkeit, dass der Stundenmittelwert NO 2 von 200 µg/m³ an mehr als 18 h im Jahr auftritt, abgeschätzt werden kann. Grundlage bildet der Jahresmittelwert der Stickoxidimmissionen (NO ). Dieses Verfahren wird im vorliegenden x Fall angewendet.

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7.4 Ergebnisdarstellungen

Die Luftschadstoffkonzentrationen in einer bodennahen Schicht (h = 1,5 m über Gelände- oberkante) werden flächendeckend ermittelt und in den Anlagen 8 bis 15 jeweils für den Pro- gnosenull- und den Planfall dargestellt. Die Farbdarstellung wurde jeweils so gewählt, dass Grenzwertüberschreitungen mit roten Farbtönen gekennzeichnet werden. Blau eingefärbte Bereiche zeigen Konzentrationen an, die sich nur unwesentlich von der angesetzten Hinter- grundbelastung unterscheiden.

Darüber hinaus werden die Gesamtimmissionen in einer bodennahen Schicht (h = 1,5 m über Geländeoberkante) für einzelne repräsentative Immissionsorte (vgl. Kennzeichnung in Anlagen) tabellarisch dargestellt. Die ausgewählten Immissionsorte zeigen die höchsten Im- missionswerte oder die größten Veränderungen der Immissionen im Untersuchungsgebiet auf.

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8 Ergebnisse der Luftschadstoffausbreitungsberechnungen

8.1 Stickstoffdioxid (NO ) 2

Die Ergebnisse der Immissionsberechnungen der Jahresmittelwerte für Stickstoffdioxid (NO ) sind in Anlage 8 für den Prognosenullfall und in Anlage 9 für den Planfall für das Plan- 2 gebiet und dessen Umfeld in einer Höhe von 1,5 m ü. Grund für den Prognosehorizont 2025 dargestellt. Zusätzlich zeigt Tabelle 8.1 die berechneten NO -Belastungen an ausgewählten 2 Immissionsorten.

Tabelle 8.1: Jahresmittelwerte Stickstoffdioxid (NO ). 2

Die Ergebnisse für den Prognosenullfall zeigen, dass der Grenzwert zum NO -Jahresmittel- 2 wert von 40 µg/m³ im Jahr 2025 im gesamten Untersuchungsgebiet eingehalten wird. Die höchsten Immissionsbelastungen werden entlang der Gießener Straße östlich der Kreuzung Deutzer Ring sowie entlang der Ostseite des Deutzer Rings prognostiziert. Die vergleichs- CA 5173-1 11.09.2020

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weise hohen NO -Konzentrationen in diesen Bereichen sind zum einen auf die hohe Ver- 2 kehrsbelastung zurückzuführen. Zum anderen sorgen die dichte Randbebauung zu beiden Seiten der Gießener Straße und die sich daraus ergebende enge Straßengeometrie, sowie die dichte Bebauung östlich des Deutzer Rings für eine verminderte Durchlüftung dieser Straßenabschnitte. Mit 35,5 µg/m³ tritt die maximale jahresmittlere NO -Konzentration am 2 Immissionsort 11 (Gießener Straße 50) auf.

Im Vergleich zum Prognosenullfall verändern sich im Planfall durch die Realisierung des Planvorhabens die Belüftungsverhältnisse sowie, durch Änderung der Verkehrsmengen, die freigesetzten Schadstoffemissionen. Hierdurch steigt die NO -Belastung an den Immissions- 2 orten 3–10 um maximal 2,7 µg/m³ (Immissionsort 9) an. Diese Orte sind von einer Abschat- tung durch die Plangebäude und einer daraus resultierenden Verschlechterung der Durchlüf- tungsverhältnisse betroffen. Des Weiteren trägt die durch das Planvorhaben verursachte Er- höhung des Verkehrsaukommens auf dem Deutzer Ring zum Anstieg der NO -Konzentratio- 2 nen an diesen Orten bei. An den Immissionsorten 1,2 und 11 hingegen kommt es durch die geänderten Belüftungsverhältnisse zu einer Abnahme der jahresmittleren NO -Belastung um 2 bis zu 1,2 µg/m³ (Immissionsort 1). Der Grenzwert zum NO -Jahresmittelwert wird somit 2 auch nach Realisierung des Planvorhabens an den Bestandsgebäuden der Umgebung nicht überschritten. So beträgt die höchste jahresmittlere NO -Belastung an Bestandsgebäuden 2 im Planfall 35,4 µg/m³ (Immissionsort 11). An den Plangebäuden (Immissionsorte 7–10) wird mit einer maximalen jahresmittleren NO -Belastung von 31,2 µg/m³ der Grenzwert zum NO - 2 2 Jahresmittelwert ebenfalls deutlich eingehalten.

Neben der jahresmittleren NO -Belastung ist in der 39. BImSchV zusätzlich ein Grenzwert 2 für kurzzeitige NO -Belastzungsspitzen definiert. Demnach darf ein Stundenmittelwert von 2 200 µg/m³ an nicht mehr als 18 Stunden im Jahr überschritten werden. Ausgehend von den berechneten NO -Gesamtbelastungen beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Grenz- X wert nicht eingehalten wird, in den zwei berechneten Varianten maximal 2,6 % (vgl. Tabel- le 8.2 und Kapitel 7.3).

Tabelle 8.2: Überschreitungswahrscheinlichkeit des Auftretens von mehr als 18 Stunden mit 1-h Mittelwert Stickstoffdioxid (NO ) über 200 µg/m³. 2

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Auswertungen von Messergebnissen an Verkehrsmessstationen des LANUV NRW [25] zei- gen, dass in den letzten Jahren auch bei NO -Jahresmittelwerten mit deutlich höheren Kon- 2 zentrationen als im vorliegenden Fall für das Untersuchungsgebiet ermittelt das Kurzzeitkri- terium der 39. BImSchV in ganz NRW eingehalten wurde. Daher kann davon ausgegangen werden, dass in der Realität das Kurzzeitkriterium der 39. BImSchV im gesamten Untersu- chungsgebiet sicher eingehalten wird.

Aufgrund der unkritischen Ergebnisse wird auf die grafische Darstellung der Überschrei- tungswahrscheinlichkeiten verzichtet.

8.2 Feinstaub (PM ) 10

Die Ergebnisse der Immissionsberechnungen der Jahresmittelwerte für Feinstaub (PM ) 10 sind in Anlage 10 für den Prognosenullfall und in Anlage 11 für den Planfall für das Plange- biet und dessen Umfeld in einer Höhe von 1,5 m ü. Grund dargestellt. Zusätzlich zeigt Tabel- le 8.3 die berechneten PM -Belastungen an ausgewählten Immissionsorten. 10

Die Ergebnisse für den Prognosenullfall zeigen, dass der Grenzwert zum PM -Jahresmittel- 10 wert von 40 µg/m³ im Jahr 2025 im gesamten Untersuchungsgebiet deutlich eingehalten CA 5173-1 11.09.2020

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wird. Die mit 21,4 µg/m³ höchste Belastung tritt infolge der hohen Verkehrsbelastung, der zu beiden Straßenseiten vorliegenden dichten Randbebauung und der engen Straßengeome- trie am Immissionsort 11 (Gießener Straße 50) auf.

Tabelle 8.3: Jahresmittelwerte Feinstaub (PM ). 10

Im Vergleich zum Prognosenullfall steigen die jahresmittleren PM -Belastungen im Planfall 10 an den Immissionsorten 5–10 leicht an. Die Zunahme beträgt im Bereich der Bestandsge- bäude maximal 0,2 µg/m³.(immissionsort 5) und im Bereich der Plangebäude maximal 1,1 µg/m³.(Immissionsort 8). An den Immissionsorten 1,2 und 11 sinkt die jahresmittlere PM -Belastung hingegen leicht um maximal 0,5 µg/m³, während an den Immissionsorten 3 10 und 4 keine Veränderung auftritt. Bezüglich der Ursachen der Konzentrationsentwicklungen gelten die gleichen Aussagen wie für den NO -Jahresmittelwert (vgl. Kapitel 8.1). Mit einer 2 maximalen jahresmittleren PM -Konzentration von 21,3 µg/m³ (immissionsort 11) wird auch 10 nach Realisierung des Planvorhabens der Grenzwert zum PM -Jahresmittelwert an allen 10

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Bestandsgebäuden eingehalten. Gleiches gilt für das Plangebäude (Immissionsorte 7–10). Hier beträgt die jahresmittlere PM -Konzentration maximal 19,5 µg/m³. 10

Neben dem Grenzwert zum PM -Jahresmittel ist in der 39. BImSchV auch ein Kurzzeit- 10 grenzwert für Feinstaub aufgeführt. Demnach darf an maximal 35 Tagen im Jahr der PM - 10 Tagesmittelwert größer 50 µg/m³ sein. Die gemäß Kapitel 7.3 ermittelten Überschreitungs- häufigkeiten zeigen die Anlage 12 für den Prognosenullfall und Anlage 13 für den Planfall. Zusätzlich weist Tabelle 8.4 die Überschreitungshäufigkeiten an den maximal beaufschlag- ten Immissionsorten aus.

Aufgrund der insgesamt geringen jahresmittleren PM -Belastung im Prognosenullfall wird 10 auch die maximal zulässige Anzahl an Überschreitungstagen im Prognosenullfall mit maxi- mal 11 Überschreitungstagen am Immissionsort 11 im Jahr 2025 nicht überschritten.

Tabelle 8.4: Anzahl der Tage im Jahr mit einem PM -Tagesmittelwert > 50 µg/m³. 10

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Im Vergleich zum Prognosenullfall ändert sich die Anzahl der Überschreitungstage im Plan- fall nur leicht. Die maximale Anzahl an Überschreitungstagen an Bestandsgebäuden beträgt weiterhin 11 Tage. An den Plangebäuden beträgt die maximale Anzahl an Überschreitungs- tagen 7 Tage. Somit wird auch im Planfall die maximal zulässige Anzahl von 35 Überschrei- tungstagen sowohl an allen Bestands- als auch an allen Plangebäuden deutlich eingehalten.

8.3 Feinstaub (PM ) 2,5

Die Ergebnisse der Immissionsberechnungen der Jahresmittelwerte für Feinstaub (PM ) 2,5 sind in Anlage 14 für den Prognosenullfall und in Anlage 15 für den Planfall für das Plange- biet und dessen Umfeld in einer Höhe von 1,5 m ü. Grund dargestellt. Zusätzlich zeigt Tabel- le 8.5 die berechneten PM -Belastungen an ausgewählten Immissionsorten. 2,5

Die Ergebnisse zeigen, dass der Grenzwert zum PM -Jahresmittel von 25 µg/m³ in allen un- 2,5 tersuchten Varianten mit einer maximalen Konzentration von 13,5 µg/m³ (Immissionsort 11 im Prognosenullfall) deutlich eingehalten wird. Bezüglich der Konzentrationsentwicklungen in den einzelnen Varianten gelten die gleichen generellen Aussagen wie für den PM -Jahres- 10 mittelwert (vgl. Kapitel 8.2). Auf eine detaillierte Ergebnisbesprechung wird daher an dieser Stelle verzichtet.

Tabelle 8.5: Jahresmittelwerte Feinstaub (PM ). 2,5

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9 Zusammenfassung

Der BLB NRW plant den Ersatzneubau des Campus Deutz der TH Köln.

Zur Beurteilung der zu erwartenden Luftqualität im Plangebiet sowie der Auswirkung der Pla- nung auf die lufthygienische Belastungssituation im Umfeld der Planung wurde eine lufthygi- enische Untersuchung mit Luftschadstoffausbreitungsberechnungen für die relevanten Luft- schadstoffe Feinstaub (PM und PM ) und Stickstoffdioxid (NO )erstellt. 10 2,5 2

Die Berechnungen wurden mit der aktuellen Version 6.3 des prognostischen Windfeld- und Ausbreitungsmodells MISKAM (Mikroskaliges Ausbreitungsmodell) durchgeführt.

Die Emissionen des Straßenverkehrs wurden auf Grundlage des aktuellen Handbuchs für Emissionsfaktoren (HBEFA) in der Version 4.1 bestimmt.

Die so ermittelten Immissionen wurden mit den Grenzwerten der 39. Verordnung zur Durch- führung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes / Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen (39. BImSchV) verglichen und beurteilt.

Als Prognosejahr für die zu untersuchenden Varianten wurde in Abstimmung mit dem Auf- traggeber das Jahr 2025 als frühestmöglicher Realisierungszeitpunkt des gesamten Vorha- bens verwendet.

Es wurden die Fälle

Prognosenullfall: Bestandsbebauungssituation, definiert als die Realisierung des Kreativ- quartiers und der Annex-Bebauung sowie dem lediglichen Verbleib zum Erhalt vorgesehener Gebäude innerhalb des „Sondergebiets Hochschu- le“, Verkehrszahlen für das Jahr 2030 unter Berücksichtigung der Vorha- ben Kreativquartier und Annex-Bebauung, Emissionsfaktoren für das Jahr 2025

Planfall: Umsetzung des Planvorhabens gemäß dem städtebaulichen Planungs- konzept „Östlich Reitweg (Campus Deutz der TH Köln)“ [15] innerhalb des „Sondergebiets Hochschule“, Verkehrsmengen für das Jahr 2030 un- ter Berücksichtigung des Planvorhabens und der Vorhaben Kreativquar- tier und Annex-Bebauung, Emissionsfaktoren für das Jahr 2025

unter Berücksichtigung der großräumigen Hintergrundbelastung untersucht.

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Anlagenverzeichnis

Anlage 1 Übersichtslageplan der Bestandssituation

Anlage 2 Übersichtslageplan der Plansituation

Anlage 3 Emissionsansätze und Eingangsdaten für den „Prognosenullfall 2025“

Anlage 4 Emissionsansätze und Eingangsdaten für den „Planfall 2025“

Anlage 5 Eingangsdaten für den Prognosenullfall

Anlage 6 Eingangsdaten für den Planfall

Anlage 7 Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten an der LANUV-Station DENW059 Köln-Rodenkirchen (2010-2019)

Anlage 8 Jahresmittelwert der NO2-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall (Bezugsjahr 2025)

Anlage 9 Jahresmittelwert der NO2-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall (Bezugsjahr 2025)

Anlage 10 Jahresmittelwert der PM10-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall (Bezugsjahr 2025)

Anlage 11 Jahresmittelwert der PM10-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall (Bezugsjahr 2025)

Anlage 12 Anzahl der PM10-Überschreitungstage in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall (Bezugsjahr 2025)

Anlage 13 Anzahl der PM10-Übertschreitungstage in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall (Bezugsjahr 2025)

Anlage 14 Jahresmittelwert der PM2,5-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall (Bezugsjahr 2025) CA 5173-1 11.09.2020

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Anlage 15 Jahresmittelwert der PM2,5-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall (Bezugsjahr 2025)

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Emissionsansätze und Eingangsdaten für den „Prognosenullfall 2025“

• UWZ = Innerhalb Umweltzone (Ja/Nein)

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 3 Dokument: Z:\Projekte\C\5173_CA_Luft_TH_Koeln_Ersatzneubau_Campus_Deutz\02_DOKU\01_Berichte\Ber_01_Luft\5173_CA_Ber_01_Anlage_03_Emissionen_P0.odt

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Emissionsansätze und Eingangsdaten für den „Planfall 2025“

• UWZ = Innerhalb Umweltzone (Ja/Nein)

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 4 Dokument: Z:\Projekte\C\5173_CA_Luft_TH_Koeln_Ersatzneubau_Campus_Deutz\02_DOKU\01_Berichte\Ber_01_Luft\5173_CA_Ber_01_Anlage_04_Emissionen_PL.odt

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Eingangsdaten für den Prognosenullfall

SSttrraaßßeennqquueelllleenn QQuueerrsscchhnniittttee IInnnneerreess RReecchheennggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

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Eingangsdaten für den Planfall

SSttrraaßßeennqquueelllleenn QQuueerrsscchhnniittttee IInnnneerreess RReecchheennggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg PPllaannbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

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Anlage 7: Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten an der LANUV-Station DENW059 Köln-Rodenkirchen (2010-2019)

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Jahresmittelwert der NO2-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 40 µg/m³

NNOO22--JJaahhrreessmmiitttteellwweerrtt [[µµgg//mm³³]] <<== 2266 2266 -- 2277 2277 -- 2288 2288 -- 3300 3300 -- 3322 3322 -- 3344 3344 -- 3366 3366 -- 4400 4400 -- 4455

4455

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 8

[Seite 44]

0574465

0054465

0524465

0004465

Jahresmittelwert der NO2-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 40 µg/m³

NNOO22--JJaahhrreessmmiitttteellwweerrtt [[µµgg//mm³³]] <<== 2266 2266 -- 2277 2277 -- 2288 2288 -- 3300 3300 -- 3322 3322 -- 3344 3344 -- 3366 3366 -- 4400 4400 -- 4455

4455

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg PPllaannbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 9

[Seite 45]

0574465

0054465

0524465

0004465

Jahresmittelwert der PM10-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 40 µg/m³

PPMM1100--JJaahhrreessmmiitttteellwweerrtt [[µµgg//mm³³]] <<== 1188 1188 -- 1199 1199 -- 2200 2200 -- 2222 2222 -- 2244 2244 -- 2288 2288 -- 3344 3344 -- 4400 4400 -- 5500

5500

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 10

[Seite 46]

0574465

0054465

0524465

0004465

Jahresmittelwert der PM10-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 40 µg/m³

PPMM1100--JJaahhrreessmmiitttteellwweerrtt [[µµgg//mm³³]] <<== 1188 1188 -- 1199 1199 -- 2200 2200 -- 2222 2222 -- 2244 2244 -- 2288 2288 -- 3344 3344 -- 4400 4400 -- 5500

5500

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg PPllaannbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 11

[Seite 47]

0574465

0054465

0524465

0004465

Anzahl der PM10-Überschreitungstage in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 35 Tage

AAnnzzaahhll ddeerr PPMM1100--ÜÜbbeerrsscchhrreeiittuunnggssttaaggee <<== 55 55 -- 77 77 -- 1100 1100 -- 1155 1155 -- 2200 2200 -- 2255 2255 -- 3300 3300 -- 3355 3355 -- 4400

4400

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 12

[Seite 48]

0574465

0054465

0524465

0004465

Anzahl der PM10-Übertschreitungstage in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 35 Tage

AAnnzzaahhll ddeerr PPMM1100--ÜÜbbeerrsscchhrreeiittuunnggssttaaggee <<== 55 55 -- 77 77 -- 1100 1100 -- 1155 1155 -- 2200 2200 -- 2255 2255 -- 3300 3300 -- 3355 3355 -- 4400

4400

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg PPllaannbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 13

[Seite 49]

0574465

0054465

0524465

0004465

Jahresmittelwert der PM2,5-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Prognosenullfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 25 µg/m³

PPMM22,,55--JJaahhrreessmmiitttteellwweerrtt [[µµgg//mm³³]] <<== 1122 1122 -- 1133 1133 -- 1144 1144 -- 1166 1166 -- 1188 1188 -- 2200 2200 -- 2222 2222 -- 2255 2255-- 3300

3300

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 14

[Seite 50]

0574465

0054465

0524465

0004465

Jahresmittelwert der PM2,5-Immissionen in einer Auswertehöhe von 1,5 m über Grund im Planfall

Bezugsjahr: 2025

Grenzwert der 39. BImSchV: 25 µg/m³

PPMM22,,55--JJaahhrreessmmiitttteellwweerrtt [[µµgg//mm³³]] <<== 1122 1122 -- 1133 1133 -- 1144 1144 -- 1166 1166 -- 1188 1188 -- 2200 2200 -- 2222 2222 -- 2255 2255-- 3300

3300

IImmmmiissssiioonnssoorrttee PPllaannggeebbiieett BBeessttaannddssbbeebbaauuuunngg PPllaannbbeebbaauuuunngg

358250 358500 358750 359000 359250

CA 5173-1 • 11.09.2020 • Anlage 15