Handbuch NORD2000

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Überblick

NORD2000 ist ein Berechnungsmodul für komplexe Schallberechnungen. Es wurde für die Prognose von Verkehrslärm entwickelt, in späteren Jahren wurde es für die Berechnung von WEA-Schall erweitert und umfangreich validiert[1].

Die Berechnung mit NORD2000 hat das Ziel, den tatsächlich auftretenden Geräuschpegel an einem Rezeptor zu ermitteln. Da die Ausbreitungsbedingungen von vielen Faktoren abhängig sind, fließen auch entsprechend viele Parameter in diese Berechnung ein. Viele dieser Parameter sind zeitabhängig, so dass eine normale NORD2000-Berechnung den Schalldruckpegel für eine spezifische Situation ermittelt, welche tatsächlich nur für einen kurzen Zeitraum Bestand hat.

Den meisten nationalen Schallrichtlinien liegen festgelegte Bedingungen zu Grunde, innerhalb derer die Schallimmissionen durch WEA bestimmte Grenzwerte einhalten müssen. Häufig sind hierfür bestimmte Schallausbreitungsmodelle festgeschrieben; in diesen Fällen werden Schallprognosen mit dem DECIBEL-Modul durchgeführt. Wird jedoch die Untersuchung spezifischer Bedingungen verlangt, z.B. bestimmter Windrichtungen, Windgeschwindigkeiten, Turbulenzbedingungen, atmosphärischer Stabilität, Luftfeuchte oder des jahreszeitlichen Wandels der Oberflächen (Bsp. Weizenfeld im Sommer vs. Weizenfeld im Winter), ohne dass ein konkretes Schallausbreitungsmodell vorgeschrieben ist, kann das NORD2000-Modell verwendet werden, um die Bedingungen nachzubilden.

Bestimmte Konstellationen dieser Einflussgrößen können besonders ungünstige Ausbreitungsbedingungen, einen sogenannten „worst case“, bewirken. Ein “worst case”-Szenario tritt in der Realität selten auf, ein realistischer Ansatz zur Beurteilung wäre z.B. die Ermittlung desjenigen Beurteilungspegels, der nur in 10% der möglichen Fälle überschritten wird.

Zu diesem Zweck kann NORD2000 aus einem diskreten Bereich von Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen die ungünstigste Konstellation = „worst case“ ermitteln oder für eine komplexere Analyse die Schallberechnung mit einer Windmessung kombinieren, um zu kalkulieren, wie häufig verschiedene Geräuschpegel an den Schallimmissionsorten auftreten.

Eine naheliegende Anwendung von NORD2000 ergibt sich bei der Beurteilung von Standorten, bei welchen zweifelhaft ist, ob die Emissionswerte einer Windenergieanlage unter gegebenen meteorologischen Gesichtspunkten die Grenzwerte nicht übersteigen.

Ist eine Wasserfläche (See) in unmittelbarer Nähe eines Wohnhauses diesbezüglich problematisch? Wie bildet sich schalltechnisch eine trockene, klare Nacht an einem Schallrezeptor ab? NORD2000 ist in der Lage die Analysen zu erstellen, die diese spezifischen Fragen beantwortet.

Von größtem Nutzen jedoch kann sich NORD2000 in Ländern oder Regionen erweisen, wo flexible Schallreduktionsmaßnahmen erlaubt sind, wie z.B. windrichtungsabhängige Schallreduzierungen, welche auf der einen Seite die schallschutzbedingten Verluste mindern und auf der anderen Seite dennoch Anwohnern entsprechenden Schutz vor Lärm gewähren. Selbst eine Steigerung der Energieproduktion von einigen Prozentpunkten durch verminderte Schallreduktionsmaßnahmen bedeutet bei großen Projekten einen Gewinn von einigen Millionen €.


Hintergrund

Das NORD2000-Modell wurde ursprünglich für die Bewertung des Ausmaßes von Verkehrslärm von einer internationalen Arbeitsgruppe entwickelt. Das ursprüngliche Modell sowie das Projekt sind beschrieben in (Plovsing, 2010).

Im Jahr 2007 begann eine Projektgruppe, bestehend aus Vertretern von DELTA, EMD und DONG, mit der Validierung des NORD2000-Schallmodells für Windenergieanlagen und der Implementierung des Modells in die Software WindPRO. Das Projekt mit dem Namen “Noise and energy optimization of wind farms” wurde finanziert von Energinet.dk.

Infolge dieses Projektes wurde das NORD2000-Modell erfolgreich auf zwei Teststandorten mit auf verschiedenen Höhen installierten Lautsprechern (Dänemark) und Windenergieanlagen im laufenden Betrieb (Norwegen) validiert. Die Ergebnisse wurden auf der „Wind Turbine Noise 2009 Conference“ präsentiert

(Sondergaard, Plovsing, 2009).

Die Umsetzung des Schallberechnungsmodells erforderte auch eine Reihe von Erwägungen, die nur in geringem Maße mit dem ursprünglichen Verkehrslärm-Projekt verknüpft waren. Diese beinhalten die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeit und Schallleistungspegel, klimatischen Gegebenheiten und deren Verhältnis zu Schallleistungspegeln sowie die generelle Anwendbarkeit eines aggregierten Modells. Einige dieser Betrachtungen wurden ebenfalls auf der „Wind Turbine Noise 2009 Conference“ (Sørensen et. al., 2009) vorgestellt.

Die Implementierung von NORD2000 in WindPRO ist das Resultat dieser Arbeit. Das Modul besteht aus einem von DELTA entwickelten Berechnungsalgorithmus sowie einer Anwenderschnittstelle, die von EMD umgesetzt wurde.

Anmerkung zur Solver-Version Mit windPRO 3.2 wurde der neue NORD2000-Solver Version 5.022 eingeführt. Dieser ist bedeutend schneller als der vorherige Solver behebt einige Probleme im Zusammenhang mit komplexen Terrainbeschreibungen und großen Windfarmen. Bitte beachten Sie, dass Änderungen am Solver - auch zukünftige - zu geringfügig anderen Berechnungsergebnissen führen können


Grundlagen der Berechnung

Die grundlegende NORD2000-Berechnung ermittelt die Schallausbreitung einer Windenergieanlage zu einem Rezeptor über das gegebene Gelände unter spezifischen Wind- und sonstigen klimatischen Bedingungen.

Als erstes muss der Schallleistungspegel einer Turbine festgestellt werden. Dieser ergibt sich aus der Windgeschwindigkeit, die an der Anlage anliegt, in Verbindung mit den Turbinenspezifikationen. Der Schallleistungspegel wird durch 8 Oktav- oder 24 Terzbänder dargestellt.

Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die WEA in einem Windpark kaum zur selben Zeit dieselbe Windgeschwindigkeit erfahren, darüber hinaus ist der Standort für die Referenz-Windgeschwindigkeit häufig nicht klar definiert.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Einfluss des Geländes zu definieren. Das Terrain verursacht eine Dämpfung, die sich aus der Geländeform und der akustischen Geländehärte ergibt. Akustisch hartes Gelände, wie Wasser oder asphaltierte Flächen, dämpft den Schall nur in geringem Maße, während weiche Untergründe wie Wiesen oder Ackerland den Schall in größerem Maße dämpfen.

Das Gelände beeinflusst über seine Rauigkeit auch das Windprofil, welches sich wiederum auf die atmosphärische Dämpfung auswirkt.

Letztere ist auch von einer Reihe klimatischer Parameter abhängig.

Diese sind:

  • Windrichtung
  • Windgeschwindigkeit
  • Luftfeuchte
  • Temperatur
  • Turbulenzstärke (Wind)
  • Turbulenzstärke (Temperatur)
  • Standardabweichung Windfluktuationen
  • Inverse Monin-Obukhov-Länge
  • Temperaturgefälle T*


Die letzten 5 Parameter sind nicht trivial und können aus Gründen der besseren Handhabung auf Standardwerte für Tag und Nacht sowie heiter und bewölkt gesetzt werden.

Abschließend muss noch die Höhe des Rezeptors über Grund definiert werden.

Der Schallleistungspegel sowie die Einstellungen für klimatische Parameter und Gelände werden an den NORD2000-Berechnungsalgorithmus übermittelt, welcher daraus den resultierenden Schalldruckpegel der WEA an den Rezeptoren ermittelt.

Die Berechnung wird für die restlichen Anlagen im Windpark wiederholt und die Geräuschemissionen werden kumuliert.

Zu beachten ist, dass die ermittelten Schalldruckpegel den Außenlärm repräsentieren. Das heißt, dass der Berechnungsalgorithmus keine baulichen Hindernisse oder Strukturen im schalltechnischen Sinne bei der Ermittlung der Schalldämpfung einbezieht. Ausgenommen ist davon die tieffrequente Berechnung.


NORD2000 Schritt für Schritt



Berechnung

Dieses Kapitel behandelt nur die Eingaben im Berechnungsmodul. Für Berechnungsvoraussetzungen und einen Überblick über den gesamten Berechnungsablauf siehe NORD2000-Überblick.


Zum Start einer NORD2000-Berechnung klicken Sie im Modulfenster auf den grünen Pfeil vor NORD2000 (ein gelber Pfeil wird gezeigt, wenn das Modul nicht lizenziert ist)

Es kann zwischen mehreren Berechnungstypen ausgewählt werden:

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Standard-Berechnung: Die gängigsten Berechnungsoptionen stehen zur Verfügung.

Mittlere Immission / Überschreitungswahrscheinlichkeit: Ermittelt für die angegebenen meteorologischen Bedingungen die mittlere Immission an Rezeptoren.

Schwedische Vorschrift: Verwendet die Parametereinstellungen der Vorschrift “Ljud Från Vindkraftverk” (Lärm von Windenergieanlagen), Naturvårdsverket, April 2010.

Schall Norwegen, worst case: Verwendet die Parametereinstellungen für die worst-case-Situation, die in der Norwegischen Vorschrift 2017/18 beschrieben wird.

Schall Norwegen, real case: Verwendet die Parametereinstellungen für die realistische Situation, die in der Norwegischen Vorschrift 2017/18 beschrieben wird.

Mit WiW-Datei („Windgeschwindigkeit innerhalb des Windparks“): Hierfür muss zunächst eine PARK-Berechnung mit erweiterter Option Reduzierte Windgeschw. In Windfarm durchgeführt werden und deren Ergebnisse via Ergebnis in Datei gespeichert werden. Die resultierende WiW-Datei (*.txt) enthält die die Windgeschwindigkeit an jeder Anlage für unterschiedliche Windrichtungen und –geschwindigkeiten. Sie erlaubt auch die Berücksichtigung von Windgeschwindigkeits-Reduktionen durch Wake-Effekte.

ist eine Ermittlung der Schallimmissionen an Rezeptoren, ausgehend von einem Windpark unter dem Einfluss von spezifischen Bedingungen. Diese Berechnung hat nur Gültigkeit zum Zeitpunkt, zu welchem die Bedingungen herrschen. Das bedeutet eine spezifische Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Luftfeuchte, Geländeeigenschaften etc.

Tieffrequenz-Berechnung: Die verschiedenen Berechnungstypen können auch für tieffrequenten Schall durchgeführt werden.

Lden-Berechnung (day-evening-night, Tag-Abend-Nacht): Hierbei werden für jede der Tageszeiten eigene Berechnungen unter Verwendung der in den WEA-Objekten angegebenen tageszeitspezifischen Schalldaten durchgeführt. Die drei Einzelberechnungen weden dann in einem einzigen Lden-Wert zusammengeführt.

Weiterhin können die Ergebnisse der ersten fünf Berechnugnstypen als Isophonenkarten ausgegeben werden.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Standard-Berechnung. Die anderen Berechnungsoptionen werden im Anschluss erläutert.


Standard-Berechnung

Register WEA

Mit Hilfe des WEA-Registers können die gewünschten WEA für die Berechnung ausgewählt werden. Dieses Register ist auch Bestandteil vieler anderer Berechnungen in WindPRO.

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Das obere Segment des Fensters bildet die Layer aus dem WindPRO Projekt ab. Die im Projekt aktivierten Layer (sichtbar im Karten- und Objektefenster) sind automatisch ausgewählt. Zusätzliche Layer können an dieser Stelle selektiert oder deselektiert werden. Zur übersichtlicheren Handhabung bietet es sich an, verschiedene Layout-Varianten über Layer zu organisieren.

Dem mittleren Segment ist zu entnehmen wie viele neue und existierende Anlagen ausgewählt wurden. Wird das Häkchen in der Box links neben dem Text gesetzt, werden alle Anlagen aus dieser Kategorie selektiert.

Werden die Kästchen nicht mit Haken versehen, erscheint eine weitere Sektion unten, in der die Anlagen aus den ausgewählten Layern individuell selektiert werden können.

Entsprechend dem Typ der Berechnung werden bestimmte Schalldaten für die Anlagen benötigt. Dies können z.B. Schallleistungspegel für mehrere Windgeschwindigkeiten in 1 m/s-Schritten von 4 bis 12 m/s sein, in der Regel als Oktav- oder Terzbandpegel. Eine Beschreibung, wie die Schalldaten einzupflegen sind, wird hier erläutert. Unter WEA-Schalldatenauswahl wird erläutert, wie für ein WEA-Objekt auf der Karte ein bestimmter Schalldatensatz gewählt wird.

WindPRO interpoliert bei Bedarf linear zwischen Windgeschwindigkeiten, bei der Extrapolation werden bestimmen die zwei nächstgelegenen Windgeschwindigkeiten die Steigung.

Liegt die Oktavbandverteilung nicht für alle Windgeschwindigkeiten vor, wird der Datensatz mit Oktavbändern zur Extrapolation des Schallpegels verwendet, der die geringste Abweichung zur gesuchten Windgeschwindigkeit aufweist.

Der WEA-Katalog kann Schallpegel für die Höhen von 10 m über Grund sowie für Nabenhöhe aufnehmen. NORD2000 nutzt die Schallpegel auf Nabenhöhe. Liegen nur Daten für 10 m ü. Gr. vor, so können diese in Nabenhöhe umgerechnet werden. Es ist jedoch stets zu bevorzugen, Schalldaten für Wind in Nabenhöhe direkt vom Hersteller zu bekommen.


Register Immissionsorte

In diesem Register werden die Schall-Immissionsorte ausgewählt.

Die Auswahl funktioniert ähnlich wie die der WEA (vorheriger Abschnitt).

Es gibt keine NORD2000-spezifischen Eigenschaften für Schall-Immissionsorte.

Die NORD2000-Berechnung ist derzeit nur für die Ermittlung von Immissionen durch WEA konzipiert, Umgebungslärm wird nicht berücksichtigt. Den Schall-Immissionsorten sollte aus diesem Grund nur der Immissionsrichtwert zugewiesen werden, der für die Windenergieanlagen relevant ist.


Register Gelände

Hier wird das Gelände durch die Unterkategorien Höhendaten, Rauigkeit, Geländetyp (Geländehärte) definiert.

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Höhendaten

Eben: Für das Gelände wird eine einheitliche Höhe ü.NN. angenommen. Falls Objekte (WEA, Immissionsorte) Z-Höhen haben, werden diese dennoch auf den Berichten ausgegeben.

Basiert auf Linienobjekt / Basiert auf Höhenraster: Verwendet Höheninformationen aus dem Linien-Objekt oder dem Höhenraster-Objekt, um den Einfluss des Geländes auf den Schallweg zwischen WEA und Rezeptor zu berechnen.

NORD2000 erstellt mit Hilfe der Höhendaten ein Geländeprofil von der Windenergieanlage zum Rezeptor. Je größer der Unterschied zwischen Sichtlinie und Gelände, desto geringer ist die Dämpfung durch das Gelände. Der Neigungswinkel des Geländes spielt ebenfalls eine Rolle.


Rauigkeitsdaten

Die Rauigkeit der Geländeoberfläche führt zu einer Reduktion der Windgeschwindigkeit in Bodennähe. Die reduzierte Windgeschwindigkeit nimmt nach oben hin zu, je höher die Geländerauigkeit, desto größer die Zunahme. Eine Beschreibung des Konzepts der Rauigkeit ist hier (Rauigkeit) zu finden. Die Rauigkeitsbeschreibung wird verwendet um das Windprofil abzubilden, welches maßgeblich die Schallausbreitung beeinflusst.

Einheitliche Rauigkeitslänge/-klasse. Die Berechnung wird unter Annahme einer einheitlichen Rauigkeitslänge (z0) oder –Klasse durchgeführt.

Arealobjekt. Bei dieser Einstellung wird ein Areal-Objekt mit flächenhaften Rauigkeiten für die Berechnung verwendet .

Linienobjekt. Bei dieser Einstellung wird ein Linien-Objekt ausgewählt. Solche Linienobjekte mit Rauigkeitsdaten werden üblicherweise auch bei der Berechnung der Energieproduktion verwendet.


Geländetyp

Der Geländetyp steht als Überbegriff für die akustischen Geländehärte-Typen, die sich nach der Schallabsorption unterscheiden.

Einheitlich. Ein Attribut aus der Auswahlliste kann gewählt werden, deren Eigenschaft einheitlich für die Berechnung gilt.

Arealobjekt. Bei dieser Option wird ein Areal-Objekt mit NORD2000-Eigenschaften gewählt.

Die akustische Härte repräsentiert eine bedeutsame Eigenschaft der Geländeoberfläche. In WindPRO existieren 7 Kategorien (A-F; Plovsing, 2010):

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In der Umgebung eines Standortes kann die Geländehärte beträchtlich variieren und z.B. Seen, Felder und Wälder nebeneinander auftreten. Dies kann mit Hilfe des Arealobjekts nachgebildet werden.

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Dafür müssen die relevanten Flächentypen samt Hintergrund definiert werden. Dies geschieht analog zur üblichen Vorgehensweise für Arealobjekte.

Beim Hinzufügen eines neuen Flächentyps oder beim Editieren eines bereits existierenden kann die Eigenschaft für die Geländehärte bestimmt werden. Überdies kann eine zeitliche Fluktuation der Vorgabewerte der Geländehärte über die Auswahl der betreffenden Monate festgelegt werden.

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Es ist möglich, Landnutzungskarten in ein Areal-Objekt zu laden und jedem Landnutzungstyp eine Wert für die akustische Härte zuzuweisen. Die Berechnungsgeschwindigkeit ist allerdings proportional zum Detailgrad der Geländehärte-Karte - detaillierte Karten können die Berechnung sehr langsam machen. Wenn dies der Fall ist, sollte die Geländehärte-Karte vereinfacht werden; dies bringt in der Regel nur eine vernachlässigbare Reduktion der Berechnungsgenauigkeit mit sich.


Register Wind

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Hier werden Windrichtung und Windgeschwindigkeit eingegeben. Über die hier getätigten Einstellungen wird auch der entsprechende Schallleistungspegel ausgewählt.

Einheitliche Windgeschwindigkeit in Windfarm:
Dies ist die Standardoption. Damit wird allen Anlagen dieselbe Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe und somit auch derselbe Schallleistungspegel zugewiesen.

Windgeschwindigkeit auf WEA-Standorte umrechnen:
Bei Windparks in komplexem Gelände liegt nicht zur selben Zeit dieselbe Windgeschwindigkeit an jeder WEA vor. Die Unterschiede sind zudem windrichtungsabhängig. Soll eine Berechnung dies berücksichtigen, wird ein klarer Referenzpunkt benötigt, für den die Windgeschwindigkeit angegeben wird und von dem aus auf die WEA umgerechnet wird. Die Umrechnung zwischen Referenzpunkt und WEA-Nabenhöhe wird mittels WAsP vorgenommen (Lizenz benötigt). Weiteres hierzu siehe unten bei Umrechnungsmethode von Referenzpunkt auf WEA.

Berechnungswindgeschwindigkeit [m/s]:
Die Windgeschwindigkeit wird für eine Referenzhöhe (Höhe ü.Gr.) angegeben und auf Nabenhöhe umgerechnet (siehe Register Windscherung).

  • Einzelne führt die Berechnung für die angegebene Windgeschwindigkeit durch.
  • Bereich von Windgeschwindigkeiten führt die Berechnung für jede der angegebenen WG durch und gibt das höchste Ergebnis wird aus.
  • Für max. Geräusch nimmt für jede WEA die höchste Emission an. Dies ist einfacher als die Option "Bereich"; da jedoch die verschiedenen Frequenzen über die Entfernung unterschiedlich gedämpft werden, kann es je nach Frequenzspektrum der Emission sein, dass der höchste Emissionspegel nicht zu den höchsten Immissionen führt.

Berechnungswindrichtung [° im UZS ab Nord]

  • Einzelne führt die Berechnung für die angegebene Windrichtung durch.
  • Bereich führt für die angegebenen Windrichtungen Einzelberechnungen durch und gibt für die Rezeptoren jeweils den höchsten berechneten Wert aus.
  • 'Immer im Lee nimmt an, dass der Wind an den Rezeptoren immer aus Richtung der WEA kommt, auch wenn verschiedene WEA in verschiedenen Richtungen stehen. Dies ist keine realistische Situation, sorgt aber für ein pessimales Berechnungsergebnis.

Umrechnungsmethode von Referenzpunkt auf WEA:
Die benötigten Daten zur WAsP-Modellierung müssen in einem Terraindatenobjekt (Zweck: Windstatistik-Erzeugung) vorliegen.

Die so ermittelte Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe für jede Anlage wird verwendet um den adäquaten Schallleistungspegel zu bestimmen. Ein Schalldatensatz sollte Schallleistungspegel für verschiedene Windgeschwindigkeiten enthalten, WindPRO interpoliert bei Bedarf zwischen den 2 nächstgelegenen Windgeschwindigkeiten.

Bitte beachten Sie:

  1. Die Wake-basierte Reduktion der Windgeschwindigkeit ist nicht berücksichtigt. Soll diese einbezogen werden, muss auf dem Register Hauptteil die Verwendung einer WiW-Datei ausgewählt werden. Ob die Nachlaufströmungen den Schallleistungspegel verringern (aufgrund niedrigerer Windgeschwindigkeiten – dies wird von NORD2000 angenommen) oder in Wirklichkeit aufgrund der Turbulenzen erhöhen, wird nach wie vor debattiert (Madsen et.al, 2011.). Dies sollte bei der Anwendung der WiW-Option berücksichtigt werden.
  2. Eine eventuelle Richtwirkung des WEA-Schalls ist nicht berücksichtigt. Nach aktuellen Richtlinien vermessene Schallleistungspegel sind worst-case-Pegel, die direkt vor der WEA ermittelt wurden. Wenn eine WEA zur Seite eine geringere Schallabstrahlung hat (was aufgrund der kleineren abstrahlenden Fläche anzunehmen ist), so sind auch die Schallemissionen dort geringer. Dieser Umstand ist aber für gängige WEA kaum oder gar nicht dokumentiert.

Im unteren Bereich des Windregisters ist die Höhe über Grund für den Rezeptor anzugeben.

Für diese Höhe wird auch die Windgeschwindigkeit am Rezeptor ermittelt.


Register Windscherung

Die Angaben auf diesem Register dienen dazu, die Windgeschwindigkeit in Referenzhöhe auf Nabenhöhe umzurechnen. Hiermit kann dann der adäquate Schallleistungspegel für die WEA ausgewählt werden kann.

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IEC-konform: Die Standardeinstellung. Verwendet ein logarithmisches Windprofil bei einer Rauigkeitslänge von 0,05 m laut IEC 61400-11, um von der Referenzhöhe für die Windgeschwindigkeit (siehe [[NORD2000-Berechnung#Register Wind|Register Wind) auf die Nabenhöhen der WEA umzurechnen.

Aus METEO-Objekt: Verwendet die Windscherung, die auf dem Register Windscherung eines METEO-Objekts hinterlegt ist (z. B. aus Messungen in unterschiedlichen Höhen berechnet). Diese wird in aller Regel ein objektiveres Verhältnis zwischen Referenz- und Nabenhöhe repräsentieren. Die Scherungswerte liegen im METEO-Objekt sektorweise vor und so werden Sie auch in NORD2000 verwendet.

Windgradient: Angabe der (sektorunabhängigen) Windscherung über ein Power-Law-Windprofil und dessen Gradient.

Rauigkeitsklasse/-länge Angabe der (sektorunabhängigen) Windscherung über ein logarithmisches Windprofil für die angegebene Geländerauigkeit.

Mit WAsP berechnet: Vorausgewählt, wenn die Windgeschwindigkeit für WEA-Positionen mit Hilfe von WAsP ermittelt wird (Register Wind).

Zusätzlich zu den oberen Einstellungsmöglichkeiten kann die Option Stabilitätsparameter berücksichtigen aktiviert werden. Dadurch wird der gewählte Modus für die Bestimmung der Windscherung mit einer Stabilitätskorrektur versehen, basierend auf den Stabilitätsparametern aus dem Register Wetter/Stabilität. Aus stabilen und instabilen Bedingungen können extreme Windscherungen resultieren, die für die entsprechenden Windenergieanlagen einen viel höheren oder niedrigeren Schallleistungspegel nach sich ziehen können.


Register Wetter/Stabilität

In diesem Register können die meteorologischen Parameter festgelegt werden.


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Rel. Luftfeuchtigkeit gibt die Luftfeuchtigkeit in Prozent an.

Die Angabe der Temperatur erfolgt in Grad Celsius bezogen auf eine festgelegte Höhe über Grund.

Die Stabilitätsparameter sind nicht trivial und teilweise auch nicht für alle Standorte zu beziehen. Es wurden daher vier Standardsituationen (Tag oder Nacht sowie jeweils klar oder bedeckt) definiert. Wenn eine der vier Einstellungsmöglichkeiten gewählt wird, werden den eigentlichen Stabilitätsparametern repräsentative Werte zugewiesen.

Diese werden sichtbar, wenn das Feld neben Erweitert angehakt wird; wird zusätzlich das Häkchen Manuell eingeben gesetzt, können sie frei bestimmt werden:


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Turbulenzstärke (Wind) ist die Standardabweichung der Windgeschwindigkeit geteilt durch die mittlere Windgeschwindigkeit in einem 10 Minuten Intervall. Die Angabe erfolgt in Prozent.

Turbulenzstärke (Temperatur) analog zur oberen Erklärung, in Bezug auf Temperatur.

StdAbw Windfluktuationen ist die Standardabweichung der Windgeschwindigkeit, gleichermaßen beschrieben in Kapital 3 unter Messmast.

Inverse Monin-Obukhov-Länge ist eine Stabilitätslängenskala (1/m). Ein negativer Wert bedeutet eine instabile Schichtung mit großem Potential der Vermischung der Luftschichten und einer niedrigen Scherung. Ein positiver Wert bedeutet eine stabile Schichtung mit geringer Affinität zur Durchmischung der Luft und großer Scherung.

Temperaturgefälle T* ist das Gefälle des Temperaturprofils.

Die Inverse Monin-Obukhov-Länge und das Temperaturgefälle T* haben den größten Einfluss auf die Berechnung.

All diese Parameter beeinflussen die Schallausbreitung von der Windenergieanlage zum Rezeptor. Sie unterliegen Schwankungen, deshalb haben mit spezifischen Parametern durchgeführte Berechnungen nur eine kurze Gültigkeitsdauer.


Mittlere Immission / Überschreitungswahrscheinlichkeit

Die Berechnung der mittleren Immission führt Berechnungen für alle ganzzahligen Windgeschwindigkeiten in 12 Richtungssektoren durch und verwendet dann die sektoriellen Weibullverteilungen des Standorts, um die Gewichtungen zu ermitteln. Das Ergebnis kann als Mittelwert oder als Überschreitungswahrscheinlichkeit angegeben werden (z.B. L10 oder L90, wobei letzteres hier bedeuten würde, dass der Beurteilungspegel 90% der Zeit darunter liegt).

Dieser Berechnungstyp kann auch mit einer Lden-Berechnuhng kombiniert werden, wobei kein Immissionsrichtwert verwendet wird. Diese Kombination ist konform mit der WHO-Richtlinie zu Lden-Berechnuhngen.

Der Berechnungstyp Analyse nach Windrichtung/-geschwindigkeit ermöglicht die kombinierte Betrachtung für Windrichtungssektoren und Windgeschwindigkeitsbereiche in einer Berechnung.


Register Wind (Mittlere Immission)

Auf dem Register Wind wird die Zeitreihe ausgewählt, anhand derer die Gewichtung der Windgeschwindigkeiten / -richtungen ermittelt wird:


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Im Beispiel oben ist dies eine ERA5-Zeitreihe für 100m Höhe. Diese wird anhand der Eingaben auf dem Register Windscherung auf die Berechnungshöhe extrapoliert. Für das Endergebnis ist die Höhe tatsächlich weniger wichtig, da wir keine konkrete Windgeschwindigkeit betrachten, es ist also vernünftig, eine Höhe in der Nähe der Messhöhe zu wählen, um den Einfluss der Extrapolation zu reduzieren.

Wenn die Unterschiede der Windgeschwindigkeiten innerhalb der Windfarm mit WAsP modelliert werden, so wird dieser relative Unterschied auf die Windverteilung an jedem Berechnungspunkt angewandt.

Bitte beachten Sie, dass dieses Modell die Variationen der Stabilität im Tages- und Jahresverlauf nicht berücksichtigt, diese sollten also bereits in der Windgeschwindigkeitsvertielung erfasst sein. Eine Windverteilung aus einer niedrigen Messhöhe kann dieser Anforderung in der Regel nicht gerecht werden, achten Sie daher auf eine Messhöhe in der Nähe der Nabenhöhe.

Ebenfalls werden keine saisonalen Effekte auf die Geländeeigenschaften berücksichtigt.

Als Emissionen der WEA werden mittlere Schallleistungspegel (LWA) verwendet. Es sollten keine L90-Emissionsdaten verwendet werden, um ein L90-Ergebnis zu erhalten!


Schwedische Vorschrift

Die schwedischen Schallrichtlinien sind in der Schrift "Ljud från vindkraftverk" von Naturvärdsverket veröffentlicht. In der Ausgabe vom 20. April 2010 ist die Möglichkeit beschrieben, den durch Windenergieanlagen verursachten Lärm mit Hilfe von NORD200 zu berechnen.

Die Option Schwedische Vorschrift versieht die Einstellungen der NORD2000 Berechnung in WindPRO mit den Werten und Konfigurationen die in “Ljud från vindkraftverk” aufgeführt sind und belässt die Optionen, die nicht in den Vorschriften festgelegt sind, frei wählbar.


Register Wind (Schwedische Vorschrift)

Die schwedische Vorschrift sieht eine Mitwindkonstellation vor. Die Berechnung nach schwedischen Vorschriften führt eine Richtung/-geschwindigkeits-Analyse für jeden Sektor durch und wählt das lauteste Ergebnis für jeden Rezeptor aus.

Der Schallleistungspegel basiert auf der Windgeschwindigkeit 8 m/s in 10 m Höhe über Grund und wird auf Nabenhöhe skaliert unter Verwendung des IEC-Profils (Rauigkeitslänge = 0,05 m). “Ljud från vindkraftverk” lässt nicht zu, dass die Schallleistungspegel individuell für jede Anlage ermittelt werden.

Auf dem Register Wind ist lediglich die Höhe der Immissionsorte editierbar (Standardwert 1,5 m).

Anmerkung zu Tieffrequenz-Berechnungen nach Schwedischer Richtlinie Die Methodik hierfür wurde bisher noch nicht in NORD2000 implementiert, es ist aber möglich, ein Teilergebnis mit NORD2000 zu erhalten. Wählen Sie die Standard-Berechnung, markieren Sie die Checkbox Tieffrequenz-Berechnung und folgen Sie der Anleitung zu tieffrequenten Geräuschen weiter unten. Das Ergebnis kann via Ergebnis in Datei als Terzbänder (EN: "1/3 octave band") nach Excel exportiert werden. Entfernen Sie die A-Gewichtung von der resultierenden Verteilung und überprüfen Sie, ob die Werte unter den Werten der Schwedischen Richtlinie liegen.

Register Wetter/Stabilität (Schwedische Vorschrift)

Die meteorologischen Konstellationen sind nicht in "Ljud från vindkraftverk" spezifiziert. Die Optionen sind daher belassen wie hier beschrieben


Norwegische Vorschrift, worst case

Dies ist eine Implementierung der worst-case-Bedingungen wie beschrieben in der Norwegischen Richtlinie von NVE 2017-18.

Die Lden-Option wird automatisch angewählt mit der norwegischen Definition der Lden-Parameter:


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Register Wind (Norwegen, worst case)

Hier findet sich der wichtigste Unterschied zur Standard-Berechnung:


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  • Für max. Geräusch ist automatisch ausgewählt
  • Immer im Lee ist automatisch ausgewählt

Die Berechnung ist somit unabhängig von Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Die Rezeptorhöhe ist auf 4m festgelegt, kann jedoch angepasst werden.

Die Richtlinie spezifiziert nicht, ob eine einheitliche oder Standortabhängige Windgeschwindigkeit verwendet werden soll.


Register Wetter/Stabilität (Norwegen, worst case)

  • Die Stabilitätsparameter sind festgelegt auf Nacht / Klar
  • Temperatur und Luftfeuchtigkeit können der Situation angepasst werden


Norwegische Vorschrift, realitätsnah

Dies ist eine Implementierung der real-case-Bedingungen wie beschrieben in der Norwegischen Richtlinie von NVE 2017-18. Effektiv ist dies eine Kombination des Norwegischen worst-case-Modells und der statistischen Methode Mittlere Immission / Überschreitungswahrscheinlichkeit.

Lden wird wie in der Norwegischen worst-case-Vorschrift gesetzt.

Es wird die mittlere Immission ermittelt, also der L50.


Register Wind (Norwegen, realitätsnah)

DE UMWELT NORD (107.3).png



Register Wetter/Stabilität (Norwegen, realitätsnah)

Diese Einstellungen können frei gewählt werden.


Verwendung einer WiW-Datei

Die Anwendung des Berechnungstyps Mit WiW-Datei bietet eine experimentelle Option, die es ermöglicht die Windgeschwindigkeit respektive den Schallleistungspegel bei entsprechenden Wake-Konstellationen (Nachlaufströmung) zu berücksichtigen.

Für diese Berechnung wird als Eingangsdatum eine Windgeschwindigkeit in Windfarm-Datei benötigt. Diese wird innerhalb einer PARK-Berechnung erzeugt (Kapitel 3.4.1.4). Setzen Sie einen Haken bei Erweiterte Optionen zeigen und wählen Sie ein von N.O.Jensen (RISØ/EMD) abweichendes Wake-Modell aus, danach aktivieren Sie die Box Reduzierte Windgeschw. in Windfarm.


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Nachdem die Berechnung abgeschlossen ist, rechtsklicken Sie auf die Kopfzeile der Berechnung und wählen Sie Ergebnis in Datei. In der Liste erscheint die Auswahl Windgeschwindigkeit in Windpark.

Klicken Sie auf Speichern als und geben Sie einen Dateinamen an, dann legen Sie die Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen für die spätere Analyse in NORD2000 fest:


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Die angegebenen Windgeschwindigkeiten sind freie Windgeschwindigkeiten in Nabenhöhe. In der Ergebnisdatei wird für jede gewählte Kombination von freier Windgeschwindigkeit und Richtung angegeben, welche nicht-freie (wake-beeinflusste) Windgeschwindigkeit an den einzelnen WEA des Parks herrscht. Diese werden verwendet, um den Schallleistungspegel der WEA zu bestimmen. In der NORD2000-Berechnung werden alle Windgeschwindigkeiten und –richtungen, die in der WiW-Datei enthalten sind, durchgerechnet. Beachten Sie, dass in der NORD2000-Berechnung keine WAsP-Modellierung stattfindet und die angenommene freie Windgeschwindigkeit an allen WEA-Positionen identisch ist.

Der Berechnungstyp Mit WiW-Datei wird über das Register Hauptteil gestartet.

Das Wind-Register ist obsolet, da alle Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen von der WiW-Datei vorgegeben werden.


Tieffrequente Geräusche

Wenn auf dem ersten Register die Option Tieffrequente Geräusche ausgewählt ist, wird die Modellierung nur für einen eingeschränkten Frequenzbereich durchgeführt. Dieser wird auf dem Register Tieffrequent konfiguriert:


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Der verfügbare Bereich geht von 10Hz bis 250Hz – unterschiedliche Richtlinien verwenden unterschiedliche Bereiche. Weiterhin kann der Typ der Schalldämmung ausgwählt werden. Wenn der Lärm für Außenbereiche (im Gegensatz zu Innenräumen) berechnet werden soll, sollte Keine Dämpfung (Außengeräusch) gewählt werden.

Es sind drei Standards für Schalldämmung hinterlegt:

  • 60% und 90%-Quantil entsprechend der "Danish EPA"-Richtlinie. Die Prozentzahlen geben den Anteil an dänischen Gebäuden an, die besser isoliert sind als der angegebene Standard.
  • Sommerhäuser (Danish EPA): Leichtbaugebäude

Knopf Ansicht/Bearb.:


DE UMWELT NORD (109.61).png


Es können eigene Werte angegeben werden, um lokalen Richtlinien Rechnung zu tragen.

Die Ergebnisse der Tieffrequenz-Einstellung werden nur für den ausgewählten Frequenzbereich angegeben.


Lden-Berechnung

Bei einer Lden-Berechnung werden üblicherweise drei separate Berechnungen für unterschiedliche Tageszeiten (wahlweise mit unterschiedlichen Schallleistungspegeln) durchgeführt und zu einem Wert kombiniert. Dabei wird jeder Einzelwert nach dem zeitlichen Anteil gewichtet und es können für die Tageszeiten unterschiedliche Zuschläge zum tragen kommen.


DE UMWELT NORD (107.1).png


Beachten Sie, dass bei einer Kombination mit einer statistischen Berechnungen nach der Mittlere-Immission-Methode dieselbe Windverteilung für alle Perioden angenommen wird.


Isophonenkarte (Schallkarte)

Für Punkt-Berechnungen, Analysen nach Windgeschwindigkeit/-richtung sowie für Berechnungen nach Schwedischer Vorschrift können zusätzlich zu den Ergebnissen für Immissionsorte auch Isophonenkarten ausgegeben werden. Dies muss auf dem Register Hauptteil explizit angewählt werden; dann erscheint ein zusätzliches Register Isophonenkarte

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Die Berechnungseinstellungen auf dem Register Isophonenkarte entsprechen weitestgehend denen der DECIBEL-Berechnung

Beachten Sie, dass die Isophonenkarten-Berechnung lange dauern kann, insbesondere wenn sehr detaillierte Bodenhärte-Karten verwendet werden oder wenn für mehrere Windgeschwindigkeiten und/oder -richtungen berechnet wird. Wenn Sie sehr große Windparks berechnet möchten, kann es sinnvoll sein, testweise zunächst nur mit einigen WEA zu arbeiten, um die Gesamtberechnungszeit besser einschätzen zu können.



Ergebnisse

Die Berichte von NORD2000 sind den DECIBEL-Berichten ähnlich. Auf die Seite mit den Hauptergebnissen und den für die Berechnung getroffenen Annahmen, folgt eine Seite mit den Berechnungsdetails und abschließend eine Karte. In der derzeitigen Version enthält die Karte keine Isophonen wie die DECIBEL-Berechnung.

Im Folgenden wird zuerst der Bericht einer NORD2000-Punktberechnung erklärt. Die Unterschiede zu den Berichten der anderen Berechnungstypen werden im Anschluss erläutert.

Punkt-Berechnung

Hauptergebnis

Das Hauptergebnis ähnelt in seiner Struktur den meisten Hauptergebnissen der WindPRO-Berechnungen.

Am Seitenanfang des Berichts werden die Berechnungseinstellungen aufgeführt.

DE UMWELT NORD (110).png

Stabilitätsbedingungen: listet die für die Berechnung spezifizierten meteorologischen Parameter auf, inklusive der bedeutendsten Stabilitätsparameter T* und Inverse Monin-Obukhov-Länge (Kapitel 4.1.8).

Gelände: listet die eingestellten Geländeeigenschaften oder die Objekte die für die Geländebeschreibung verwendet wurden auf.

Windgeschwindigkeits-Bedingungen: listet die verwendeten Einstellungen der Berechnung für Windrichtung und Windgeschwindigkeit auf. Falls WAsP verwendet wurde, um die Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe an jeder Anlage zu ermitteln, wird der verwendete Referenzpunkt benannt. Die Extrapolationsmethode für die Berechnung der Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe sowie die Information ob bei dieser Methode eine Stabilitätskorrektur auf Basis der Stabilitätsparameter stattgefunden hat, werden aufgeführt.

Nach den Berechnungseinstellungen folgt eine Liste der berechneten WEA:

DE UMWELT NORD (111).png


Abschließend werden die Berechnungsergebnisse mit den resultierenden Schalldruckpegeln dargestellt:

DE UMWELT NORD (112).png

Hier werden alle Rezeptoren samt Position aufgelistet. Die angezeigte Windgeschwindigkeit entspricht der Windgeschwindigkeit am Referenzpunkt. Der Beurteilungspegel entspricht dem resultierenden Schalldruckpegel.

Wenn wie oben mehrere Windrichtungen berechnet werden, so ist in dieser Tabelle der Beurteilungspegel der lautesten Windrichtung angegeben. In einer weiteren Tabelle werden dann die Beurteilungspegel der einzelnen Windrichtungen angegeben.


Annahmen

Auf der ersten Berichtsseite “Annahmen für NORD2000-Berechnung” werden die Berechnungseinstellungen vom Hauptergebnis nochmals aufgeführt.

Anschließend werden Detailinformationen zu den berechneten WEA aufgeführt. Diese beinhalten die Benennungen der verwendeten Schalldatensätze, die Quelle, das Datum sowie Kommentare, die im entsprechenden Schalldatensatz im WEA-Katalog enthalten sind. Für gewöhnlich sind Details der technischen Spezifikation oder die Herkunft der Schallvermessung enthalten.

Die Daten werden in einer Matrix präsentiert, bei der jede Zeile eine Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe ausweist. Die erste Spalte gibt den Summenpegel wieder und die weiteren Spalten (falls Oktavband-Daten verwendet) den Schalldruckpegel für jede Oktave.

Abschließend wird eine Liste mit allen Schallrezeptoren aufgeführt.


Detaillierte Ergebnisse

Unter diesem Abschnitt werden die detaillierten Berechnungsergebnisse zusammengefasst.

DE UMWELT NORD (113).png

Für jeden Rezeptor wird eine Tabelle dargestellt. Diese kann bei Berechnung über mehrere Sektoren und/oder Windgeschwindigkeiten auch mehrere Seiten lang sein.

Jede Zeile in der Tabelle steht für eine Windenergieanlage, eine Windgeschwindigkeit und eine Windrichtung. Der Ausschnitt oben zeigt die ersten 15 Zeilen für einen Rezeptor, in denen für die Windgeschwindigkeit 4 m/s je eine Zeile pro Sektor dargestellt ist, sowie die ersten 3 Sektoren der nächsten Windgeschwindigkeit 5 m/s.

Die Nummerierung entspricht der des Hauptergebnisses. Der Abstand des Schall-Immissionsorte zu den Anlagen ist in der 2. Spalte angegeben.

Die Spalten nach der Abstandsangabe listen die Windgeschwindigkeit am Referenzpunkt sowie die Windrichtung auf, die für die Berechnung eingestellt wurden. Die fünfte Spalte bildet die Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe ab.

Während die erste Angabe der Windgeschwindigkeit in Spalte 3 für alle Anlagen identisch ist, kann die Angabe in der fünften Spalte differieren, wenn eine separate Windgeschwindigkeitsberechnung durchgeführt wurde oder wenn die Anlagen unterschiedliche Nabenhöhen haben.

Unter Immissionspegel sind die Schallpegel (fett gedruckt), die die jeweiligen Anlagen verursachen sowie die Einzel-Oktavbandpegel am Schallimmissionsort genannt. Eine Summenzeile summiert die Einzelpegel der WEA zur Gesamtimmission am Immissionsort.

Im rechten Bereich der Tabelle die Emissionspegel, die Eingangsdaten der Anlagen, wiedergegeben. Für gewöhnlich handelt es sich hierbei um eine Interpolationen von bekannten Schallleistungspegeln des WEA-Typs (siehe Bericht „Annahmen für NORD2000 Berechnung“). Die Schallleistungspegel variieren, wenn unterschiedliche Windgeschwindigkeiten für die beteiligten Anlagen vorliegen.


Analyse nach Windrichtung/ -geschwindigkeit

Dieser Bericht ist verfügbar, wenn mehrere Windgeschwindigkeiten und/oder -richtungen berechnet wurden. Die Analyse wird auf einer Seite pro Immissionsort dargestellt. Oben steht eine Tabelle mit den zusammengefassten Ergebnissen:

DE UMWELT NORD (115).png

Die Grafiken darunter illustrieren den Einfluss der Windgeschwindigkeit und Windrichtung:

DE UMWELT NORD (116).png


Karte

Auf der letzten Berichtsseite wird eine Karte mit der Position der Anlagen und der Rezeptoren ausgegeben.

Wenn bei der Berechnung die Option Isophonenkarte aktiviert wurde, werden zusätzlich die Isophonen dargestellt.


Mittlere Immission / Überschreitungswahrscheinlichkeit

Wird bei der NORD2000-Berechnung die Option Mittlere Immission / Überschreitungswahrscheinlichkeit gewählt, wird auf den Berichten das Ergebnis standardmäßig als L90 angezeigt, also das Geräusch, das 90% der Zeit unterschritten wird.

Dieser Wert kann in den Berechnungseinstellungen geändert werden.



Referenzen

  • Plovsing, B. and Søndergaard, B.: PSO-07 F&U project no. 7389: Noise and energy optimization of wind farms; DELTA Acoustics, Report AV 1238/09, 2009
  • Madsen, K.D., Plovsing, B., Sørensen, T., Madsen, H.A. and Bertagnolio, F.: EFP07-II, Project no. A580841: Noise emission from Wind turbines in wake; DELTA Acoustics, Report AV 110/11, 2011
  • Sørensen, T., Nielsen, P., Villadsen, J., Plovsing, P.: Implementation of the Nord2000 Model for Wind Turbines: New Possibilities for Calculating Noise Impact, 3rd International Conference on Wind Turbine Noise, 17th-19th June 2009, Aalborg, Denmark
  • Plovsing, B.: Proposal for a Nordtest Method: Nord2000 – Prediction of Outdoor Sound Propagation, DELTA Acoustics Report AV 1106/07, 2007, revised 2010
  • Plovsing, B. and Søndergaard, B.: Prediction of Noise from Wind Farms with Nord2000, Part 1; 3rd International Conference on Wind Turbine Noise, 17th-19th June 2009, Aalborg, Denmark
  • Naturvårdsverket: Ljud från Vindkrafverk; Revised version of report 6241, 2010
  • Eurasto, R.: NORD2000 for road traffic noise prediction. Weather classes and statistics, No. VTT-R-02530-06; VTT Technical Research Centre of Finland, 2006



Anmerkungen:

  1. Søndergaard und Plovsing (Delta): Validation of the Nord2000 propagation model for use on wind turbine noise; PSO-07 project no 7389; 2009