Interimsverfahren zu Schallimmissionen: Schutz der Anwohner nicht immer erhöht

Untersuchung der ­Schallabstrahlung mithilfe einer akustischen Kamera (Foto: Wölfel)
Untersuchung der ­Schallabstrahlung mithilfe einer akustischen Kamera (Foto: Wölfel)
19.03.2018

Das Interimsverfahren zur Berechnung der Schallausbreitung von Windenergieanlagen bedingt teils deutlich höher berechnete Pegel als das in der Vergangenheit angewendete Alternative Verfahren nach ISO 9613-2. Aber: Bis ca. 400 m Entfernung sowie in besonderen topografischen Situationen können die berechneten Pegel auch niedriger ausfallen. Gerade diese Situationen führen bei Betroffenen häufig zu Beschwerden, was von dem Interimsverfahren nicht abgefangen wird.

Autoren-Information:

Autor:
Dipl.-Ing. Janosch Blaul ist Leiter der Abteilungen Akustik und IMMI der Wölfel Engineering GmbH & Co. KG
Tel.: 0931-49708-235
E-Mail: Blaul@woelfel.de, www.woelfel.de

Co-Autor:
Dipl.-Phys. Lorenz Herrmann ist Handlungsbevollmächtigter für das Arbeitsfeld Immissionsschutz Windenergie der Wölfel Engineering GmbH & Co. KG,
Tel.: 0931-49708-410,
E-Mail:Herrmann@wwoelfel.de, www.woelfel.de

Die Auswirkungen der Hinweise der Länderarbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI) auf die Genehmigungspraxis wird in absehbarer Zukunft hoch sein. Die Schallausbreitungsberechnung nach dem Interimsverfahren wird in den meisten Bundesländern gefordert werden oder ist bereits wie in Nordrhein-Westfahlen Standard, um die Genehmigungsfähigkeit eines Vorhabens aufzuzeigen.

Im Vergleich zum bisher verwendeten Verfahren können sich jedoch höhere oder auch niedrigere Schall-Prognosewerte ergeben. Auch wenn eine pauschale Aussage kaum möglich ist lässt sich doch zeigen, dass die Unterschiede bis zu 4,8 dB(A) betragen können.

Das Interimsverfahren geht auf das Jahr 2011 und eine Überprüfung der Prognosequalität für die Genehmigung von Windenergieanlagen nach dem „Alternativen Verfahren“ der ISO 9613-2 zurück. 2014 zeigte sich nach Messungen an zwei WEA in zehn Nächten in Abständen zwischen 400 m und 1100 m, dass die Untersuchungsergebnisse einen systematischen Fehler durch die Ausbreitungsberechnung nach dem „Alternativen Verfahren“ haben: für Abstände über 700 m liegen die gemessenen Pegel im Mittel 2,5 dB über den prognostizierten Pegeln.

Überschätzte Bodendämpfung im „Alternativen Verfahren“

Für die überschätzte Pegelminderung im Ausbreitungsmodell des „Alternativen Verfahrens“ der DIN ISO 9613-2 wird der Berechnungsterm für die Bodendämpfung Agr verantwortlich gemacht. Der Wert der Bodendämpfung Agr ist abhängig von der mittleren Höhe der Schallquelle über dem Boden sowie dem Abstand zwischen Schallquelle und Empfänger.

Für typische Windenergieanlagen mit einer Nabenhöhe von 120 m und ebenem Gelände steigt der Dämpfungsterm Agr ab einem Abstand von ca. 450 m kontinuierlich an, bis er definitionsbedingt sein Maximum bei 4,8 dB erreicht. Die Abweichung zwischen den Messergebnissen der Studie und Prognoseberechnungen nach dem alternativen Verfahren korrelieren hierbei verblüffend genau mit dem abstandsabhängigen Term Agr.

Gute Ergebnisse zwischen 400 und 1100 Meter im Flachland

Auf Basis dieser Erkenntnisse erfolgte der Vorschlag für ein angepasstes Ausbreitungsmodell, welches als Interimsverfahren betitelt wurde. Es gibt erwartungsgemäß die Schallimmissionen für einen Abstand von 400 bis 1100 m im Flachland deutlich besser wieder als das 2011 eingeführte „Alternative Verfahren“. Das überrascht nicht: Denn für diesen Bereich wurde es aus der genannten Messkampagne abgeleitet.

Das Interimsverfahren ist daher weitestgehend in dieser Form in den LAI Hinweisen aufgenommen worden. Folgende Festlegungen sind vorgenommen worden:

  • Berechnung erfolgt frequenzselektiv (sofern kein Oktavspektrum vorliegt kann ein Referenzspektrum auf den Schallleistungspegel angewandt werden, welches in den LAI Hinweisen definiert ist).
  • Die Bodendämpfung Agr ist mit -3 dB definiert (für das alternative Verfahren ergeben sich Werte zwischen 0 dB und 4,8 dB).
  • Die Richtwirkungskorrektur DC ist zu 0 gesetzt (für das alternative Verfahren ergibt sich durch den zusätzlich zu berechnenden Term DΩ bei typischen Quellhöhen von Windenergieanlagen und den relevanten Abständen ein DC von 3 dB).
  • Die meteorologische Korrektur Cmet wird zu 0 gesetzt (dies entspricht einer Mitwind Wetterlage und wird in dieser Form üblicherweise auch bei Berechnungen nach dem alternativen Verfahren angesetzt).

Berechnungen im Vergleich

Um den Einfluss der Anpassungen zu verdeutlichen, sind im folgenden Ergebnisse aus Vergleichsrechnungen zwischen „Alternativem Verfahren“, allgemeinem Verfahren und Interimsverfahren dargestellt, die mit der Wölfel-Software IMMI durchgeführt wurden.

Für die Berechnungen wurde eine fiktive Windenergieanlage mit einem Schallleistungspegel von LW = 104 dB(A) und einer Quellhöhe von 120 m angesetzt. Für die frequenzselektiven Berechnungsverfahren wurde das Referenzspektrum gemäß LAI angesetzt. Die Berechnungen sind für ebenes Gelände in Abständen zwischen 200 m und 4000 m zu der Anlage (Immissionspunkthöhe 4 m über Geländeoberkante) und einem Bodenfaktor von G = 0,5 (Mischboden, hat lediglich Einfluss auf die Berechnung nach dem allg. Verfahren) durchgeführt worden.

Legende: Vergleich der prognostizierten Immissionspegel in dB(A) für drei unterschiedliche Berechnungsverfahren in Abhängigkeit des Abstandes zur 120 Meter hohen WEA

Für diesen Berechnungsfall zeigt sich, dass ab dem bereits erwähnten Abstand von ca. 450 m das Interimsverfahren höhere Pegel prognostiziert als das alternative Verfahren. Die Pegeldifferenz steigt bis zu dem Abstand 4000 m auf 4,8 dB an.

Für den Fall, dass die Quellhöhe gegenüber dem Immissionsort höher ausfällt, fällt der Pegelunterschied nicht so hoch aus. Dies ist besonders bei Anlagen etwa im süddeutschen Binnenland relevant, wenn die Anlagen auf einem Berg oder einem Geländekamm stehen.

Dies ist auf die Berechnung der mittleren Höhe zurückzuführen, die die Bodendämpfung in dem alternativen Verfahren maßgeblich beeinflusst (mit steigender mittlerer Höhe reduziert sich das berechnete Agr). Die folgende Grafik zeigt die Pegeldifferenzen zwischen Interimsverfahren und alternativem Verfahren für 3 Fälle: ebenes Gelände, Turmfuß WEA auf 100 m Geländeerhöhung und Turmfuß WEA auf 200 m Geländeerhöhung positioniert (alle weiteren Parameter sind analog zu dem oben genannten Beispiel).

Legende: Pegeldifferenz zwischen Interimsverfahren und „Alternativen Verfahren“ in Abhängigkeit des Abstandes zur WEA für drei unterschiedliche Positionierungen der WEA. Die Abbildung zeigt einerseits, dass das Interimsverfahren mit steigendem Abstand höhere Pegel berechnet als das „Alternative Verfahren“. Aber je höher die Quelle liegt – etwa weil sie auf einem Hügel steht – desto niedriger ist die Differenz. Zwischen etwa 400 und 1200 Meter ist sie sogar negativ. Hier werden Anlagen, die auf einer deutlichen Überhöhung stehen, also „leiser gerechnet“.

Interimsverfahren berechnet niedrigere Werte bei hoch gelegenen Anlagen

Hier zeigt sich, dass der Einfluss der mittleren Höhe einen hohen Einfluss auf die berechneten Pegel hat und es lässt sich zunächst festhalten, dass das Interimsverfahren nicht zwangsläufig zu höher prognostizierten Immissionspegeln führt, auch über den Abstand von ca. 450 m hinaus.

Im Gegenteil: Für den hier aufgezeigten Fall eines extremen Höhensprungs von 200 m zwischen Turmfundament und Wohnhaus (wie er bei Tallagen gegenüber einer Hügelkette durchaus auch in Mittelgebirgslagen möglich ist) liegen die berechneten Pegel nach dem Interimsverfahren bis zu einem Abstand von 1200 m niedriger. Hier werden Anlagen, die auf einer deutlichen Überhöhung stehen, also „leiser gerechnet“. Je höher die Anlagen werden, und die Nabenhöhe aktueller Schwachwindanlagen erreichen bereits ca. 140 m, desto stärker macht sich dieser Effekt auch ohne extremen Geländesprung bemerkbar.

Auch wenn die Aussage von theoretischer Natur ist, ist zu hoffen, dass Projektierer durch die veränderte Berechnungsvorschrift nicht dazu verleitet werden, die vermeintlichen Vorteile in dem Interimsverfahren gezielt in der Genehmigung zu nutzen – sei es durch Heranrücken der Anlagen an Wohnbebauung oder gezielte Positionierung der Anlagen auf Geländeerhöhungen, was bei nahe gelegenen Wohnhäusern besonders häufig zu akustischen und optischen Beeinträchtigungen führt.

In großem Abstand bringt Interimsverfahren deutlich höhere Pegel

Dennoch: Auch wenn für einige Situation die prognostizierten Pegel nach Interimsverfahren niedriger ausfallen als nach dem „Alternativen Verfahren“, ist für die Mehrheit aller Fälle eine Pegelerhöhung in den prognostizierten Werten zu erwarten.

Besonders stark wirkt sich diese Pegelerhöhung für hohe Abstände aus und somit bedingt das neue Berechnungsverfahren deutlich höhere berechnete Einwirkbereiche für Windenergieanlagen.

Da die LAI Hinweise die Anwendung des Interimsverfahren auch für die Vorbelastung vorsieht, stellt dies im Rahmen von Genehmigungsverfahren von WEAs, sowohl für die Gutachter wie auch die Genehmigungsbehörden, eine Herausforderung dar. Bereits genehmigte Anlagen, auf Basis des bisher gültigen Berechnungsverfahrens, werden plötzlich anfechtbar und im extremsten Falle kann dies zu einer Abschaltung im Nachtzeitraum führen. Hier kann man natürlich die Sorgen der Betreiber verstehen, obwohl sie in dem Glauben waren, in der Planungsphase alles richtig gemacht zu haben. Auch die Erschließung neuer Anlagenstandorte kann durch das neue Berechnungsverfahren empfindlich blockiert werden, denn Bestandsanlagen, die aufgrund des Abstandes noch vor kurzer Zeit akustisch irrelevant waren, führen auf einmal zu relevanten Vorbelastungen.

Dies verdeutlicht folgendes Beispiel: Für eine Einzelanlage mit den oben genannten Emissionswerten erhöht sich durch die veränderte Berechnungsvorschrift der erweiterte Einwirkbereich (15 dB(A) unter Richtwert) mit Bezug auf ein reines Wohngebiet von 2300 m auf 3000 m.

Fazit: Abgesichertes Berechnungsverfahren für hochliegende Quellen sollte zeitnah entwickelt werden

Im Schallimmissionsschutz ist man bemüht, die Physik mit einfachen Berechnungsansätzen so gut wie möglich abzubilden. Hierbei müssen Vereinfachungen getroffen werden. Dabei wird versucht, dass die Berechnungen eher mit Sicherheitszuschlägen im Sinne der potenziell Betroffenen ausgeführt werden.

Mit dem Interimsverfahren kommen wir diesem Ziel bei WEAs in vielen Fällen ein Stück näher, doch kann dies nicht für alle Situationen bestätigt werden. Hinzu kommt, dass die Umsetzung des Verfahrens im Genehmigungsprozedere den Schallimmissionsschutz vor Probleme stellt, auf die es derzeit noch keine Antworten gibt.

Das Interimsverfahren sollte nur eine Übergangslösung für die Berechnung der Schallausbreitung hochliegender Quellen darstellen. Diese Übergangslösung wird aber die nächsten Jahre die Grundlage für Genehmigungsverfahren darstellen, auch wenn nicht umfassend und für alle Situationen geklärt ist, dass die Anpassungen zu plausibleren Ergebnissen führen. Es bleibt zu hoffen, dass das Interimsverfahren zeitnah von einem abgesicherten Berechnungsverfahren abgelöst wird.

Hintergrund

Berechnung der Schallimmissionen

Die Länderarbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI) hat Hinweise zum Thema Schall erarbeitet, die eine Empfehlung für die Erstellung von Schallimmissionsprognosen, Nebenbestimmungen in Genehmigungen sowie Messungen an Windenergieanlagen darstellen.

Vor der Genehmigung von Windenergieanlagen mit einer Nabenhöhe > 50 m wird durch die zuständige Immissionsschutzbehörde auf Basis des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) und insbesondere der TA Lärm überprüft, ob die Anforderungen des Immissionsschutzrechts eingehalten werden. Hierfür wird im Allgemeinen zunächst eine Schallimmissionsprognose gemäß TA Lärm erstellt.

Schallausbreitung war ausgelegt für bodennahe Quellen

Die Schallausbreitungsberechnung einer Schallimmissionsprognose für Windenergieanlagen wird gemäß Nr. A 2 der TA Lärm nach der DIN ISO 9613-2 durchgeführt. Die DIN ISO 9613-2 gilt für die Berechnung der Schallausbreitung von bodennahen Quellen, was bei Windenergieanlagen nicht den Gegebenheiten entspricht und in vergangenen Jahren zu Kritik an diesem Berechnungsverfahren geführt hat

Im Normenausschuss Akustik, Lärmminderung und Schwingungstechnik (NALS) wird derzeit eine neue Norm zur Schallausbreitungsberechnung erarbeitet, welche auch Vorgehensweisen für die Ausbreitungsberechnung bei hoch liegenden Quellen wie WEA beinhaltet.

Interimsverfahren als Zwischenlösung

Mit der Überarbeitung der LAI Hinweise wurde ein Versuch unternommen, zeitnah auf die Kritik am Berechnungsverfahren zu reagieren und eine Vereinheitlichung für die Schallausbreitungsberechnung bei WEA bis zum Erscheinen neuerer Normen zu erwirken. Hierfür wird in den LAI Hinweisen Bezug auf das sogenannte Interimsverfahren genommen, welches „auf Basis neuerer Erkenntnisse“ (gem. LAI Hinweisen) eine „vorläufige Anpassung des Prognosemodells“ vorsieht. Die LAI-Hinweise beschreiben sowohl die zu verwendenden Eingangsdaten als auch das Berechnungsverfahren selbst. So werden Eingangsgrößen genauer spezifiziert und damit die Berechnungsgrundlage vereinheitlicht. Eine wesentliche Änderung der Rechenparameter mit maßgeblichem Einfluss auf die Ergebnisse ist die im Interimsverfahren vernachlässigte Bodendämpfung (siehe dazu auch Rechenbeispiele).

Die LAI Hinweise im überarbeiteten Entwurf vom 17.03.2016 mit Änderungen der PhysE vom 23.06.2016 im Stand 30.06.2016 wurden im September 2017 der Umweltministerkonferenz (UMK) vorgelegt, unverändert zur Kenntnis genommen und nachfolgend online veröffentlicht.

Auch wenn die LAI-Hinweise keine rechtsverbindlichen Regelungen, sondern eine Empfehlung darstellen, ist davon auszugehen, dass diese Anforderungen in entsprechende Ländervorgaben eingearbeitet werden und damit Grundlage für die meisten Neugenehmigungen werden.

Bislang nicht geklärt ist, ob das Interimsverfahren als „Stand der Technik“ gesehen werden kann, da es als Zwischenlösung entworfen wurde und weitere Anpassungen notwendig werden könnten, sobald zusätzliche Erkenntnisse vorliegen.