Emissionsbasierte Lüftungssteuerung zur Einsparung von Betriebskosten in Straßentunneln - EmBaLu

Abstract

Das Projekt EmBaLu widmete sich der Frage, wie die Emissionsschutzlüftung des Einhorn-Tunnels trotz deutlich gesunkener Fahrzeugemissionen künftig bedarfsgerecht betrieben werden konnte, ohne Grenzwerte der Luftschadstoffe zu überschreiten. Momentan werden starre Zeitfenster für den Betrieb angegeben und die Zielgröße der Lüftung ist nicht die Schadstoffbelastung, sondern die Geschwindigkeit am Abluftkamin. Ziel war es daher, auf Basis validierter Multigas-Messungen im Tunnel, verkehrsbasierter Emissionsberechnungen (HBEFA) und Strömungs- bzw. Ausbreitungssimulationen eine emissionsbasierte Lüftersteuerung zu entwickeln, die Energie- und Betriebskosten deutlich reduziert. Im Projekt wurden drei AQMesh-Multigas-Sensoren und eine Wetterstation im Einhorn-Tunnel (Portale/Abluftstollen) installiert, welche zuvor im Labor und an Messstationen des LANUK validiert wurden. Von Juli 2024 bis Januar 2025 wurde eine kontinuierliche Messkampagne durchgeführt. Die Auswertung zeigte, dass aus Fahrzeugzählungen und HBEFA-Emissionsfaktoren berechnete NOx-Konzentrationen mit den gemessenen Werte mit 90% Genauigkeit übereingestimmen. Die Verwendung von vorhandene CO-Sensoren als Äquivalent für NOx-Messungen zeigten sich als ungeeignet. Strömungs- und Ausbreitungssimulationen belegten, dass die Immissionsgrenzwerte auch ohne Emissionsschutzlüftung im Portalbereich eingehalten werden. Damit könnte die Lüftung theoretisch ausgeschaltet werden mit einem Einsparpotenzial von rund 127.432 € Stromkosten und 472 MWh Strom bzw. 171 t CO₂-Äquivalent pro Jahr. Die Methode ist übertragbar, senkt dauerhaft Betriebskosten, unterstützt eine Planfeststellungsänderung und wurde in Lehre sowie Fachbeiträge verbreitet. Die Daten wurden in der Mobilithek veröffentlicht. The EmBaLu project addressed the question of how the emission control ventilation system of the Einhorn Tunnel could be operated on demand in the future, despite significantly reduced vehicle emissions, without exceeding air pollutant limits. Currently, fixed operating time windows are specified, and the ventilation target is not the pollutant concentration but the velocity at the exhaust stack. The aim was therefore to develop an emission-based fan control system based on validated multi-gas measurements in the tunnel, traffic-based emission calculations (HBEFA), and flow and dispersion simulations, which would significantly reduce energy and operating costs. As part of the project, three AQMesh multi-gas sensors and a weather station were installed in the Einhorn Tunnel (portals/exhaust air shafts), which had previously been validated in the laboratory and at LANUK measuring stations. A continuous measurement campaign was conducted from July 2024 to January 2025. The analysis showed that NOx concentrations calculated from vehicle counts and HBEFA emission factors corresponded with the measured values ​​with 90% accuracy. Using existing CO sensors as an equivalent for NOx measurements proved unsuitable. Flow and dispersion simulations demonstrated that the immission limits are met even without emission control ventilation in the portal area. Theoretically, this would allow the ventilation to be switched off, resulting in potential savings of approximately €127,432 in electricity costs and 472 MWh of electricity, or 171 tons of CO₂ equivalent, per year. The method is transferable, permanently reduces operating costs, supports a planning approval amendment, and has been disseminated in teaching and technical publications. The data have been published in the Mobilithek (Mobility Library).