image
Ingenieurbüro Lohmeyer
GmbH
& Co. KG
Immissionsschutz, Klima,
Aerodynamik, Umweltsoftware
Mohrenstraße 14, D - 01445 Radebeul
Telefon: +49 (0)
351 / 8 39 14 - 0
E-Mail:
info.dd@lohmeyer.de
URL:
www.lohmeyer.de
Sachstand vom 30.10.2010
EINBINDUNG DES HBEFA 3.1 IN DAS
FIS UMWELT UND VERKEHR SOWIE
NEUFASSUNG DER
EMISSIONSFAKTOREN FÜR
AUFWIRBELUNG UND ABRIEB DES
STRASSENVERKEHRS
Auftraggeber: Sächsisches Landesamt für Umwelt,
Landwirtschaft und Geologie (LfULG)
Pillnitzer Platz 3
01326 Dresden
Dipl.-Ing. W. Schmidt
Dr. rer. nat. I. Düring
Unter Mitarbeit der TU Dresden, BEAK Consultants GmbH
Oktober 2010
Projekt 70675-09-10_Zwischenbericht 11_2010
Berichtsumfang 62 Seiten
Büro Karlsruhe: An der Roßweid 3, 76229 Karlsruhe, Tel.: +49 (0) 721 / 6 25 10 - 0, E-Mail: info.ka@lohmeyer.de

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I
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
1 AUFGABENSTELLUNG.......................................................................................3
2 EINBINDUNG HBEFA3.1......................................................................................5
2.1 Flottenzusammensetzung ..................................................................................5
2.2 Emissionsfaktoren............................................................................................10
2.2.1 Warme Emissionsfaktoren......................................................................10
2.2.2 Kaltstartemissionen................................................................................16
2.2.3 Verdampfungsemissionen......................................................................17
3 ÜBERARBEITUNG / AKTUALISIERUNG DER PM10-
EMISSIONSFAKTOREN FÜR AUFWIRBELUNG UND ABRIEB.......................18
3.1 Vorgehensweise...............................................................................................18
3.2 Messdatensätze aus der Untersuchung 2004 ..................................................19
3.3 Literaturauswertung..........................................................................................21
3.4 Aktualisierung der Datensätze aus 2004..........................................................21
3.5 Eigene Datenauswertungen.............................................................................21
3.6 Systematisierung..............................................................................................21
4 SYSTEMATISIERUNG UND EINFÜHRUNG DER NICHTMOTORBEDINGTEN
EMISSIONSFAKTOREN FÜR PM2.5 ENTSPRECHEND AKTUELLER
FORSCHUNGEN.................................................................................................22
5 EINARBEITUNG DER NEUEN BERECHNUNGSSTRUKTUREN IN DIE
VORHANDENE ORACLE-DATENBANK
...........................................................31
6 LITERATUR........................................................................................................32
ANHANG A1: FAHRZEUGSCHICHTEN NACH HBEFA3.1....................................33
ANHANG A2: BERICHT TU DRESDEN..................................................................40
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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II
Hinweise:
Die Tabellen und Abbildungen sind kapitelweise durchnummeriert.
Literaturstellen sind im Text durch Name und Jahreszahl zitiert. Im Kapitel Literatur findet
sich dann die genaue Angabe der Literaturstelle.
Es werden Dezimalpunkte (= wissenschaftliche Darstellung) verwendet, keine Dezimalkom-
mas. Eine Abtrennung von Tausendern erfolgt durch Leerzeichen.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
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1
ERLÄUTERUNG VON FACHAUSDRÜCKEN
Emission / Immission
Als Emission bezeichnet man die von einem Fahrzeug ausgestoßene Luftschadstoffmenge
in Gramm Schadstoff pro Kilometer oder bei anderen Emittenten in Gramm pro Stunde. Die
in die Atmosphäre emittierten Schadstoffe werden vom Wind verfrachtet und führen im um-
gebenden Gelände zu Luftschadstoffkonzentrationen, den so genannten Immissionen. Diese
Immissionen stellen Luftverunreinigungen dar, die sich auf Menschen, Tiere, Pflanzen und
andere Schutzgüter überwiegend nachteilig auswirken. Die Maßeinheit der Immissionen am
Untersuchungspunkt ist μg (oder mg) Schadstoff pro m³ Luft (μg/m³ oder mg/m³).
Hintergrundbelastung / Zusatzbelastung / Gesamtbelastung
Als Hintergrundbelastung werden im Folgenden die Immissionen bezeichnet, die bereits
ohne die Emissionen des Straßenverkehrs auf den betrachteten Straßen an den Untersu-
chungspunkten vorliegen. Die Zusatzbelastung ist diejenige Immission, die ausschließlich
vom Verkehr auf dem zu untersuchenden Straßennetz oder der zu untersuchenden Straße
hervorgerufen wird. Die Gesamtbelastung ist die Summe aus Hintergrundbelastung und Zu-
satzbelastung und wird in μg/m³ oder mg/m³ angegeben.
Grenzwerte / Vorsorgewerte
Grenzwerte sind zum Schutz der menschlichen Gesundheit vom Gesetzgeber vorgeschrie-
bene Beurteilungswerte für Luftschadstoffkonzentrationen, die nicht überschritten werden
dürfen, siehe z. B. Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immis-
sionsschutzgesetzes. Vorsorgewerte stellen zusätzliche Beurteilungsmaßstäbe dar, die
zahlenmäßig niedriger als Grenzwerte sind und somit im Konzentrationsbereich unterhalb
der Grenzwerte eine differenzierte Beurteilung der Luftqualität ermöglichen.
Jahresmittelwert / 98-Perzentilwert / Kurzzeitwert (Äquivalentwert)
An den betrachteten Untersuchungspunkten unterliegen die Konzentrationen der Luftschad-
stoffe in Abhängigkeit von Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen etc.
ständigen Schwankungen. Die Immissionskenngrößen Jahresmittelwert, 98-Perzentilwert
und weitere Kurzzeitwerte charakterisieren diese Konzentrationen. Der Jahresmittelwert stellt
den über das Jahr gemittelten Konzentrationswert dar. Eine Einschränkung hinsichtlich
Beurteilung der Luftqualität mit Hilfe des Jahresmittelwertes besteht darin, dass er nichts
über Zeiträume mit hohen Konzentrationen aussagt. Eine das ganze Jahr über konstante
Konzentration kann zum gleichen Jahresmittelwert führen wie eine zum Beispiel tagsüber
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
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sehr hohe und nachts sehr niedrige Konzentration. Der Gesetzgeber hat deshalb zusätzlich
zum Jahresmittelwert z. B. den so genannten 98-Perzentilwert (oder 98-Prozent-Wert) der
Konzentrationen eingeführt. Das ist derjenige Konzentrationswert, der in 98 % der Zeit des
Jahres unterschritten wird.
Die Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgeset-
zes (39. BImSchV) fordert die Einhaltung weiterer Kurzzeitwerte in Form des Stundenmittel-
wertes der NO
2
-Konzentrationen von 200 μg/m³, der nicht mehr als 18 Stunden pro Jahr
überschritten werden darf, und des Tagesmittelwertes der PM10-Konzentration von
50 μg/m³, der maximal an 35 Tagen überschritten werden darf. Da diese Werte derzeit nicht
direkt berechnet werden können, erfolgt die Beurteilung hilfsweise anhand von abgeleiteten
Äquivalentwerten auf Basis der 98-Perzentil- bzw. Jahresmittelwerte. Diese Äquivalentwerte
sind aus Messungen abgeleitete Kennwerte, bei deren Unterschreitung auch eine Unter-
schreitung der Kurzzeitwerte erwartet wird.
Verkehrssituation
Emissionen und Kraftstoffverbrauch der Kraftfahrzeuge (Kfz) hängen in hohem Maße vom
Fahrverhalten ab, das durch unterschiedliche Betriebszustände wie Leerlauf im Stand, Be-
schleunigung, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, Bremsverzögerung etc. charakterisiert
ist. Das typische Fahrverhalten kann zu so genannten Verkehrssituationen zusammenge-
fasst werden. Verkehrssituationen sind durch die Merkmale eines Straßenabschnitts wie
Geschwindigkeitsbeschränkung, Ausbaugrad, Vorfahrtregelung etc. charakterisiert. In der
vom Umweltbundesamt herausgegebenen Datenbank „Handbuch für Emissionsfaktoren des
Straßenverkehrs HBEFA“ sind für verschiedene Verkehrssituationen Angaben über Schad-
stoffemissionen angegeben.
Feinstaub / PM10 / PM2.5
Mit Feinstaub bzw. PM10/PM2.5 werden alle Partikel bezeichnet, die einen größenselektie-
renden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Partikeldurchmesser von
10 μm bzw. 2.5 μm eine Abscheidewirksamkeit von 50 % aufweist. Die PM10-Fraktion wird
auch als inhalierbarer Staub bezeichnet. Die PM2.5-Fraktion gelangt bei Inhalation vollstän-
dig bis in die Alveolen der Lunge; sie umfasst auch den wesentlichen Masseanteil des
anthropogen erzeugten Aerosols, wie Partikel aus Verbrennungsvorgänge und Sekundär-
partikel.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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1 AUFGABENSTELLUNG
Im November 2009 wurde am LfULG mit der Installation und Abnahme des Fachinforma-
tionssystems Umwelt und Verkehr (FIS) ein Projekt abgeschlossen, dessen Ziel es war, eine
einheitliche, referatsübergreifende Datenbasis zu schaffen, die den unterschiedlichen fachli-
chen Anforderungen im Bereich Umwelt und Verkehr gerecht wird.
Ein Schwerpunktthema in diesem Bereich ist die Luftreinhaltung. Wesentliches Werkzeug
zur Berechnung der Auspuffemissionen des Straßenverkehrs ist das „Handbuch für Emis-
sionsfaktoren des Straßenverkehrs“ (HBEFA). Diese Emissionsfaktorendatenbank wurde
erstmals 1995 veröffentlicht und liegt seit März 2010 in der vierten Aktualisierungsversion als
HBEFA3.1 vor. Darin wurde gegenüber der Vorgängerversion HEFA2.1 aus dem Jahre 2004
nicht nur die Datenbasis der Emissionsfaktoren qualitativ verbessert bzw. um neue Emis-
sionskonzepte erweitert, es wurde vielmehr eine völlige Neustrukturierung der Verkehrssitu-
ationen - eine äußerst relevante Eingangsgröße zur Emissionsmodellierung - vorgenommen.
Die Berechnung der PM10-Emissionen schließt im FIS neben den auspuffbedingten Emis-
sion auch die nicht motorbedingten Emissionen aus Abrieb und Aufwirbelung ein. Die Emis-
sionsfaktoren dafür wurden in einer Untersuchung
1
auf der Basis von Immissionsdaten sowie
modellierten motorbedingten Emissionen berechnet. Grundlage für diese Emissionsmo-
dellierung war dabei das HBEFA2.1. Die neuen Emissionsfaktoren des HBEFA3.1 wirken
sich deshalb auch auf das Niveau der nicht motorbedingten Emissionen aus.
Vor dem Hintergrund der Umsetzung der RL 2008/50/EG, in der Ziel- und Grenzwerte für die
Luftqualität mit Bezug auf die PM2.5-Konzentration festgelegt [Zielwert (2010), Grenzwert
(2015), Richtgrenzwert (2020)] werden, ist im FIS eine Quantifizierung der PM2.5-Emissio-
nen notwendig. Weder in HBEFA2.1 noch in HBEFA3.1 liegen jedoch Emissionsfaktoren für
diese Schadstoffkomponente vor.
Ziel des Projektes ist deshalb:
der Import sämtlicher relevanter Daten des HBEFA3.1 in das FIS
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
1
Lohmeyer (2004): Berechnung der Kfz-bedingten Feinstaubemissionen infolge Aufwirbelung und Abrieb für das
Emissionskataster Sachsen. Ingenieurbüro Dr.-Ing. Achim Lohmeyer, Radebeul unter Mitarbeit der IFEU
Heidelberg GmbH und der TU Dresden, Institut für Verkehrsökologie. Projekt 2546, November 2004. Gutachten
im Auftrag von: Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie, Dresden. Herunterladbar unter
http://www.lohmeyer.de/Literatur.htm.
und Abrieb des Straßenverkehrs
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die Aktualisierung bzw. qualitative Verbesserung der Emissionsfaktoren für die
PM10- sowie PM2.5 Emissionsfaktoren
die Einbindung der neuen Daten in die vorhandenen Eingabe-, Berechnungs- und
Auswertemodule des FIS.
Aus den oben genannten Zielen ergeben sich folgende Arbeitspakete, die in einer Koope-
ration zwischen der Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG (LOH), der BEAK Consultants
GmbH und dem Lehrstuhl für Verkehrsökologie der TU Dresden bearbeitet wurden:
Arbeitspaket 1:
Einbindung HBEfa3.1
Bearbeitung: TU Dresden, LOH
Arbeitspaket 2:
Überarbeitung / Aktualisierung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb mittels NO
x
-Tracermethode auf Basis der neuen Emissi-
onsfaktoren für NO
x
und PM10
Bearbeitung: LOH
Arbeitspaket 3:
Systematisierung und Einführung der nichtmotorbedingten Emissions-
faktoren für PM2.5 entsprechend aktueller Forschungen
Bearbeitung: LOH
Arbeitspaket 4:
Einarbeitung der neuen Berechnungsstrukturen in die vorhandene
ORACLE-Datenbank
Bearbeitung: BEAK, LOH
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sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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5
2 EINBINDUNG HBEFA3.1
Die in HBEFA3.1 enthaltenen Daten gliedern sich prinzipiell in spezifische Emissionsfaktoren
und Aktivitätsdaten der Fahrzeuge.
Spezifische Emissionsfaktoren liegen für die Emissionsarten
Emissionen im Betrieb (warme Emissionen) [g/km]
Kaltstartemissionen [g/km]
Verdunstungsemissionen durch Motorabstellen [g/Abstellvorgang]
Verdunstungsemissionen durch Tankatmung [g/Tag und Abstellvorgang]
vor.
Aktivitätsdaten werden in HBEFA in Form von Fahrleistungsanteilen der Fahrzeuge ausge-
wiesen.
Sowohl die Emissionsfaktoren als auch die Fahrleistungsanteile sind nicht statisch, sondern
unterliegen einer zeitlichen Veränderung. Diese wird bei den spezifischen Emissionsfaktoren
durch den Laufleistungseinfluss, d.h. vor allem durch die Verringerung des Katalysatorwir-
kungsgrades hervorgerufen. Die zeitliche Änderung der Fahrleistungsanteile ist durch die
begrenzte Nutzungsdauer der Fahrzeuge begründet. Dieser zeitliche Einfluss wird in HBEFA
berücksichtigt, sodass die Emissionsfaktoren für bestimmte Bezugsjahre ausgewiesen wer-
den. HBEFA3.1 enthält Emissionsfaktoren und Fahrleistungsanteile für die Bezugsjahre
1994-2030.
Zur Einbindung der Daten des HBEFA3.1 in das FIS wurden deshalb die relevanten Emissi-
onsfaktoren und Fahrleistungsanteile aller verfügbaren Bezugsjahre ausgelesen und ent-
sprechend der Datenbankstruktur im FIS aufbereitet. Die aufbereiteten Daten liegen in Ta-
bellenform in einer MICROSOFT ACCESS-Datenbank vor.
2.1 Flottenzusammensetzung
In HBEFA gliedert sich der Fahrzeugbestand in die Fahrzeugkategorien
Leichte Nutzfahrzeuge (LNF)
(LKW <=3.5 t zGG)
Personenkraftwagen (PKW)
Linienbusse
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Reisebusse
Schwere Nutzfahrzeuge
- Solo-Lastkraftwagen (LKW >3.5 t)
- Lastzüge
- Sattelzüge
Zweiräder
- Motorräder
- Mofas und Kleinkrafträder.
Jede dieser Kategorien setzt sich aus Fahrzeugschichten zusammen, die ein annähernd
gleiches Emissionsverhalten aufweisen. Gliederungskriterien sind dabei im Wesentlichen die
Antriebsart, das Abgasreinigungskonzept sowie die Größen- bzw. Hubraumklasse.
Abb. 2.1
zeigt die prinzipielle Struktur des Fahrzeugbestands in HBEFA, exemplarisch für die Fahr-
zeugkategorie PKW. Danach gliedern sich in HBEFA3.1 die PKW in 75, die gesamte Fahr-
zeugbestand in 346 Fahrzeugschichten.
Abb. 2.1: Prinzipielle Struktur der Fahrzeuge in HBEFA
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Wesentliche Änderungen gegenüber HBEFA2.1 bestehen in der Einführung neuer Fahr-
zeugschichten der Konzepte EURO5 und EURO6 sowie die Differenzierung der Fahrzeug-
schichten mit Dieselpartikelfilter (DPF) nach Filtertechnologie in Abgasrückführung (Exhaust
Gas Recirculationder - EGR) und selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduc-
tion - SCR).
Für jede Fahrzeugschicht liegen die spezifischen Emissionsfaktoren der einzelnen Emissi-
onsarten (siehe
Abb. 2.2
) vor, die - bei gleichem Fahrverhalten - zum Teil sehr unterschied-
lich sind. So ist der PM10-Emissionsfaktor eines Diesel-PKW EURO1 im Innerortsverkehr
ca. 60fach höher als der eines Diesel-PKW EURO4 mit Partikelfilter. Zur Ermittlung eines
repräsentativen Emissionsfaktors für eine Kategorie sind deshalb die
Fahrleistungsanteile
der einzelnen Schichten innerhalb ihrer Kategorie im jeweiligen Bezugsjahr relevant. Die
Fahrleistungsanteile werden in Abhängigkeit von der Straßenlage nach Innerorts-, Außer-
orts- und Autobahn-Fahrleistungsanteile unterschieden und sind sehr stark Bezugsjahrab-
hängig. Im Diagramm in
Abb. 2.2
ist exemplarisch der zeitliche Verlauf der Fahrleistungsan-
teile der PKW-Konzepte entsprechend HBEFA3.1 dargestellt.
Entwicklung PKW-Fahrleistungsanteile Innerorts nach Konzepten
B-EURO 0
B-EURO 1
B-EURO 2
B-EURO 3
B-EURO 4
B-EURO 5
B-EURO 6
D-EURO 0
D-EURO 1
D-EURO 2
D-EURO 3
D-EURO 4
D-EURO 5
D-EURO 6
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
Bezugsjahr
Fahrleistungsanteil [%]
D-EURO 6
D-EURO 5
D-EURO 4
D-EURO 3
D-EURO 2
D-EURO 1
D-EURO 0
B-EURO 6
B-EURO 5
B-EURO 4
B-EURO 3
B-EURO 2
B-EURO 1
B-EURO 0
Abb. 2.2: Entwicklung PKW-Fahrleistungsanteile Innerorts nach Konzepten
Zur Berechnung eines repräsentativen Emissionsfaktors einer Fahrzeugkategorie werden die
Schicht-Emissionsfaktoren entsprechend ihres Fahrleistungsanteils gewichtet. In HBEFA
werden dazu standardmäßig Deutschland-Mittelwerte verwendet.
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Bestandsanteil Diesel-PKW nach Bundesländern 2008
28%
28%
18% 18%
23%
27%
26%
20%
26%
25%
25%
23%
17%
18%
26%
19%
25%
29%
0,00%
5,00%
10,00%
15,00%
20,00%
25,00%
30,00%
35,00%
BW
BY
B
BB
HB
HH
HE
MV
NS
NW
RP
SA
SN
ST
SH
TH
BRD
HBEFA
Abb. 2.3: Bestandsanteile Diesel-PKW 2008 nach Bundesländern [KBA-Statistik]
Dass die regionalen Abweichungen zum bundesdeutschen Durchschnitt relativ groß sein
können, zeigt beispielhaft der Bestandsanteil an Diesel-PKW nach deutschen Bundeslän-
dern in
Abb. 2.3
. Danach liegen in allen fünf neuen Bundesländern die Diesel-Anteile deut-
lich unter dem bundesdeutschen Durchschnitt - Sachsen weist mit 17 % im Bundesvergleich
sogar den geringsten Anteil auf. Der reale Bestandsanteil beträgt im Bundesdurchschnitt
25 %, in HBEFA2.1 wurden für das Jahr 2008 sogar 29 % prognostiziert. In HBEFA3.1 wur-
den die Fahrleistungsanteile korrigiert, sodass dort nunmehr für den Diesel-PKW-Bestand
des Jahres 2008 der bundesdeutsche Durchschnitt des KBA von 25 % übernommen wurde.
In Anbetracht der großen Unterschiede der Emissionsfaktoren innerhalb der Dieselschichten,
vor allem aber weil motorbedingte Partikelemissionen fast ausnahmslos durch dieselgetrie-
bene Fahrzeuge verursacht werden, sind diese regionalen Abweichungen vom Bundes-
durchschnitt nicht zu vernachlässigen.
Im FIS werden deshalb auf Basis der Statistik des Kraftfahrtbundesamtes (KBA) sachsen-
spezifische Fahrleistungsanteile berechnet. Die KBA-Statistik weist mit den Zahlen zum
Fahrzeugbestand die sogenannte statische Flotte aus. Zur Emissionsberechnung ist jedoch
nicht die statische, sondern vielmehr die dynamische Flotte, d. h. die Fahrleistungsanteile
der Fahrzeugschichten relevant. Die Umrechnung der statischen Flotte zur dynamischen
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Flotte erfolgt auf der Basis sogenannter Fahrleistungsfaktoren aus HBEFA. Diese bilden das
Verhältnis aus Fahrleistungsanteil und statischem Bestand ab.
Tab. 2.1: Fahrleistungsfaktoren PKW 2010 nach Konzepten [HBEFA3.1]
Fahrleistungsanteil Fahrleistungsfaktor
Emissionskonzept
Anteil
Bestand
AB AO IO AB AO IO
Benzin-EURO 0
2.8 %
1.1 %
1.4 %
1.4 %
0.41
0.51
0.51
Benzin-EURO 1
7.4 %
3.5 %
4.6 %
4.6 %
0.48
0.62
0.62
Benzin-EURO 2
7.8 %
4.9 %
5.6 %
5.6 %
0.62
0.72
0.72
Benzin-EURO 3
12.8 %
8.7 %
9.9 %
9.9 %
0.68
0.77
0.77
Benzin-EURO 4
39.4 %
35.4 %
34.7 % 34.7 %
0.90
0.88
0.88
Benzin-EURO 5
2.9 %
2.7 %
2.7 %
2.7 %
0.91
0.93
0.93
Benzin-EURO 6
0.0 %
0.0 %
0.0 %
0.0 %
0.00
0.00
0.00
Diesel-EURO 0
0.2 %
0.1 %
0.1 %
0.1 %
0.43
0.61
0.61
Diesel-EURO 1
1.0 %
0.7 %
0.9 %
0.9 %
0.74
0.94
0.94
Diesel-EURO 2
3.1 %
3.0 %
3.3 %
3.3 %
0.98
1.08
1.08
Diesel-EURO 3
7.2 %
9.9 %
9.6 %
9.6 %
1.38
1.33
1.33
Diesel-EURO 4
13.0 %
24.5 %
22.2 % 22.2 %
1.88
1.71
1.71
Diesel-EURO 5
2.5 %
5.5 %
4.9 %
4.9 %
2.22
1.97
1.97
Diesel-EURO 6
0.0 %
0.0 %
0.0 %
0.0 %
0.00
0.00
0.00
Die
Tab. 2.1
zeigt exemplarisch die Fahrleistungsanteile der Fahrzeugkategorie PKW nach
Emissionskonzepten für das Bezugsjahr 2010 auf den verschiedenen Straßenlagen. Bei
PKW erfolgt dabei keine Unterscheidung zwischen Innerorts- und Außerortsstraßen. Die
Fahrleistungsfaktoren zeigen deutlich zwei Effekte. Zum Einen haben Diesel-Fahrzeuge
bzgl. ihres Bestandes eine überdurchschnittlich hohe Fahrleistung. Dies ist auf die derzeitig
in Deutschland bestehenden Unterschiede in Mineralölsteuer und Kfz-Steuer zwischen Die-
sel- und Otto-Kraftstoff bzw. -Fahrzeug zurückzuführen. Zum Anderen haben ältere Fahr-
zeuge einen geringeren Fahrleistungsanteil als neuere. Diese Tendenz ist in allen Fahr-
zeugkategorien zu beobachten.
Zur Berechnung der sachsenspezifischen Flottenzusammensetzung wurden deshalb die
Fahrleistungsfaktoren aller, im Zeitraum 1994-2030 in HBEFA3.1 ausgewiesenen Fahrzeug-
schichten berechnet. Wie in
Abb. 2.2
dargestellt, werden die Fahrzeugschichten der
verschiedenen Konzepten in HBEFA nicht über den Gesamtzeitraum mit Fahrleistungsan-
teilen ausgewiesen. So haben z. B. EURO6-Benzin-PKW im bundesdeutschen Durchschnitt
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
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erst ab 2012, EURO1-Benzin-PKW hingegen nur bis 2026 Anteile an der Gesamt-PKW-
Fahrleistung. Um jedoch im FIS die Möglichkeit der sachsenspezifischen Fahrleistungsbe-
rechnung aller Fahrzeugschichten, unabhängig von deren Anteil im bundesdeutschen
Durchschnitt zu gewährleisten, wurden die Fahrleistungsfaktoren des letzten bzw. ersten
Jahres aus HBEFA für die Jahre bis 2030 vor- bzw. 1994 nachgetragen.
2.2 Emissionsfaktoren
Die spezifischen Emissionsfaktoren der verschiedenen Emissionsarten liegen in HBEFA in
der in Kap. 2.1 beschriebenen Disaggregation fahrzeugschichtfein für definierte
Betriebszustände vor. Zur Berücksichtigung des Laufleistungseinfluss werden die
Emissionsfaktoren bezugsjahresabhängig analog der Flottenzusammensetzung für die Jahre
2004 bis 2030 ausgewiesen. Zur Gewährleistung der Berechnungsmöglichkeit
sachsenspezifischer Emissionsfaktoren, wurden analog der in Kap. 2.1 beschriebenen
Vorgehensweise die spezifischen Emissionsfaktoren des letzten bzw. ersten Jahres aus
HBEFA für die Jahre bis 2030 vor- bzw. 1994 nachgetragen.
2.2.1 Warme Emissionsfaktoren
Warme Emissionsfaktoren beziehen sich auf den Schadstoffausstoß im warmen bzw. heißen
Motorenbetriebszustand. Sie werden in HBEFA in g/km ausgewiesen und hängen bei allen
Fahrzeugkategorien ab vom Fahrverhalten bzw. der Verkehrssituation und der Längsneigung
ab. Im Unterschied zu HBEFA2.1 werden in HBEFA3.1 warme Emissionsfaktoren zusätzlich
für die Schadstoffkomponenten NO
2
sowie für Partikelanzahl (PN) ausgewiesen, die
Komponenten Toluol und Xylol sind jedoch in HBEFA nicht mehr enthalten. Diese
Schadstoffe wurden in HBEFA2.1, wie in
Tab. 2.2
dargestellt als Anteil an Kohlenwasser-
stoffen (HC) ausgewiesen. Diese Anteile wurden übernommen und auf die HC-Emissions-
faktoren des HBEFA3.1 übertragen.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Tab. 2.2: Anteil Xylol- Toluol-Emissionsfaktoren an HC bei warmen Emissionen
Zur Abbildung des Fahrverhaltens werden in HBEFA3.1 werden aus Kombination der Krite-
rien
-
Gebiet (Agglomerationsraum, ländliche geprägter Raum)
-
Straßentyp (Autobahn, Fernstraßen, Hauptverkehrsstraßen, Sammelstraßen, Er-
schließerstraßen)
-
Tempolimit sowie
-
Level of service (LOS) (flüssig, dicht, gesättigt, Stop&Go)
insgesamt 276 Verkehrssituationen definiert.
Diese Struktur ist mit der Beschreibung der Verkehrssituationen in HBEFA2.1 nicht ver-
gleichbar, sodass zur Übertragung der Emissionsfaktoren aus HBEFA3.1 auf die Datenlage
zur Verkehrssituation im FIS eine Zuordnung der Verkehrssituationen HBEFA2.1 zu
HBEFA3.1 vorgenommen werden musste. Diese Zuordnung erfolgte durch den Lehrstuhl für
Verkehrsökologie der TU Dresden. Das Ergebnis dieser Zuordnung ist in
Tab. 2.3
enthalten.
Das detaillierte Vorgehen ist im Bericht „Erarbeitung einer plausiblen Übertragung der
Verkehrssituationen aus HBEFA2.1 zu HBEFA3.1“ dokumentiert (siehe Anhang A2).
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Anteil
HBEFA2.1 HBEFA2.1
Anteil
HBEFA3.1
HBEFA3.1
100 %
AB>120
100 %
Land/AB/130/fluessig
100 %
AB_100
100 %
Land/AB/100/fluessig
100 %
AB_80
100 %
Land/AB/80/fluessig
100 %
AO_1
100 %
Land/FernStr/80/fluessig
100 %
AO_2
100 %
Land/FernStr/70/fluessig
100 %
AO_3
100 %
Land/HVS-kurv./80/fluessig
100 %
IO_HVS>50_2
100 %
Agglo/FernStr-City/50/fluessig
100 %
IO_HVS1
100 %
Agglo/HVS/60/fluessig
100 %
IO_HVS2
100 %
Agglo/HVS/50/fluessig
100 %
IO_HVS3
100 %
Agglo/FernStr-City/50/dicht
100 %
IO_HVS4
100 %
Agglo/Sammel/50/dicht
100 %
IO_LSA1
100 %
Agglo/FernStr-City/50/dicht
100 %
IO_LSA2
100 %
Agglo/Sammel/50/gesaettigt
100 %
IO_LSA3
100 %
Agglo/Erschliessung/40/gesaettigt
60 %
Agglo/Sammel/50/gesaettigt
100 %
IO_Kern
40 %
IO-StGo
60 %
Agglo/Erschliessung/30/gesaettigt
100 %
IO_Nebenstr_dicht
40 %
IO-StGo
Tab. 2.3: Zuordnung Innerortsverkehrssituationen HBEFA2.1/HBEFA3.1 für sächsisches
Emissionskataster
Neben den in
Tab. 2.3
enthaltenen HBEFA3.1-Verkehrssituationen, die zur Übertragung
sämtlicher derzeit im FIS enthaltenen HBEFA2.1-Verkehrssituationen benötigt werden,
wurde eine zusätzliche Auswahl an Verkehrssituationen getroffen, die darüber hinaus in das
FIS übernommen werden sollten. Der Schwerpunkt lag dabei auf den Innerortsverkehrssitu-
ationen, da im FIS auf Außerortsstraßen im Allgemeinen mittlere Verkehrssituationen ent-
halten sind und eine Differenzierung somit in der Regel nur auf den Strecken der kommu-
nalen Straßennetze vorgenommen wird.
Tab. 2.3
zeigt die in HBEFA3.1 enthaltenen Innerortsverkehrssituationen im Agglomerati-
onsraum für die verschiedenen LOS. Zusammengezogene Felder bedeuten dabei
identische Fahrverhalten und somit identische spezifische Emissionsfaktoren der jeweiligen
Verkehrssituationen. Die Bezeichnungen IO/AO deuten auf die Flottenzusammensetzung
Innerorts bzw. Außerorts hin. Da im FIS jedoch die Zuordnung der Fahrzeugflotten nicht über
die Verkehrssituation, sondern über die Attributierung der Geo-Daten erfolgt, ist diese
Unterscheidung irrelevant.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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Danach zeigt sich, dass den Straßentypen Fern-, Bundesstraße und Magistrale/Ringstraße
im gemeinsamen Geschwindigkeitsbereich 70-90km/h die gleichen Emissionsfaktoren hin-
terlegt sind. Die tatsächliche Differenzierung ist im LOS „flüssig“ am Größten. Mit schlechter
werdendem LOS nimmt diese Differenzierung ab, da dann davon ausgegangen wird, dass
der Straßentyp und das Tempolimit nicht mehr die Kriterien sind, die das Fahrverhalten
bestimmen. So wird schließlich im LOS „Stop&Go“ nur noch zwischen Stop&Go auf Inne-
rorts- und Außerortsstraßen unterschieden. Diese Redundanzen wurden nicht in das FIS
übernommen.
Die komplette Auswahl aller insgesamt 81 Verkehrssituationen aus HBEFA3.1 sowie FIS-
spezifischen mittleren Verkehrssituationen ist in
Tab. 2.4
enthalten. Die Auswahl deckt
sämtliche Verkehrssituationen für den Innerortsbereich im Agglomerationsraum sowie die
wesentlichen Außerorts- und Autobahnsituationen ab. Zur Abbildung der Verkehrssituationen
im LOS „Stop&Go“ wurde jeweils eine Stop&Go-Verkehrssituation auf Außerorts-, In-
nerortsstraßen sowie auf Autobahnen übernommen.
Zur Übertragung der HBEFa2.1-Verkehrssituationen IO_Kern sowie IO_Nebenstr_dicht, für
die es keine eindeutige Entsprechung gibt, wurde entsprechend den in
Tab. 2.3
dargestellten
Anteilen ein Mix aus HBEFA3.1 Verkehrssituationen gebildet.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Tab. 2.4: Innerortsverkehrssituationen im Agglomerationsraum nach HBEFA3.1
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Tab. 2.5: Übernommene Verkehrssituationen nach HBEFA3.1 sowie FIS-spezifische Ver-
kehrssituationen
Entsprechend der Datenlage im FIS wurden die Verkehrssituationen in Kombination mit den
Streckenlängsneigungsklassen 0 %,
±2
%,
±4
% und
±6
% schichtfein für alle Bezugsjahre
übernommen (
Tab. 2.5
).
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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2.2.2 Kaltstartemissionen
Die Kaltstart-Emissionsfaktoren werden in HBEFA als Emissionszuschläge bei Startvorgän-
gen in g/Start für die Fahrzeugkategorien PKW und LNF ausgewiesen. Zur Berechnung der
Höhe der Kaltstartfaktoren werden in HBEFA folgende Einflussfaktoren berücksichtigt:
Umgebungstemperatur beim Startvorgang,
Fahrtweiten anschließend an den Startvorgang,
Standzeiten (als Näherung für die Motortemperatur beim Starten).
Dazu werden sowohl spezifische Randbedingungen wie einzelne Temperaturbereiche, stun-
denfeine Parkdauern oder einzelne Fahrtkilometer als auch mittlere Jahreszeiten, bundes-
deutsche Jahresmitteltemperaturen, mittlere Standzeitenverteilungen oder mittlere Fahrt-
weitenverteilungen angeboten. Zur Berücksichtigung des Fahrverhaltens wird eine mittlere
Verkehrssituation angenommen.
Im FIS wird der Kaltstart als Flächenemission gemeindefein berechnet. Dabei werden die
Kaltstartfaktoren kilometerfein, d. h. für die fünf, in HBEFA als kaltstartrelevanten Kilometer
enthaltenen Emissionsfaktoren mit der durchschnittlichen Anzahl pro Start/Gemeinde multip-
liziert.
Analog der in Abschnitt 2.2.1 für die warmen Emissionsfaktoren beschriebenen Vorgehens-
weise wurden die Emissionsfaktoren der fünf Kaltstartkilometer für die verfügbaren Fahr-
zeugschichten für alle Bezugsjahre aufbereitet.
Die Berechnung der Komponenten Xylol und Toluol erfolgte bei den Kaltstartfaktoren auf
Basis der aus HBEFA2.1 übernommenen Anteile an den Kohlenwasserstoff-Emissionsfakto-
ren entsprechend
Tab. 2.6
.
Tab. 2.6: Anteil Xylol-Toluol-Emissionsfaktoren an HC bei Kaltstartemissionen
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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2.2.3 Verdampfungsemissionen
Verdampfungsemissionen betreffen HC-Emissionen und entstehen infolge Tankatmung so-
wie nach Motorabstellen. In HBEFA werden sie für die Fahrzeugkategorien PKW, LNF und
Zweiräder in g/Fahrzeug und Tag für die Tankatmungsemissionen bzw. in g/Abstellvorgang
und Fahrzeug für die Emissionen nach Motorabstellen ausgewiesen.
Zur Berechnung der Höhe der Verdampfungs-Emissionen nach Motorabstellen werden in
HBEFA folgende Einflussfaktoren berücksichtigt:
Außentemperatur,
Länge der vorausgehenden Fahrt
Temperatur des Motors (angenähert über eine Standzeit bzw. -Verteilung).
Wichtigste Ursache Tankatmungsemissionen sind Änderungen der Umgebungstemperatur
im Verlauf eines Tages.
In HBEFA3.1 sind diese Einflüsse intern hinterlegt, ausgegeben wird lediglich ein mittlerer
Emissionsfaktor, d.h. die Einflussparameter sind nicht variabel.
Analog der in Abschnitt 2.2.1 für die warmen Emissionsfaktoren beschriebenen Vorgehens-
weise wurden die Emissionsfaktoren der Verdampfungsemissionen für die verfügbaren
Fahrzeugschichten für alle Bezugsjahre aufbereitet.
Die Berechnung der Komponenten Xylol und Toluol erfolgte bei den Verdampfungsemissio-
nen auf Basis der aus HBEFA2.1 übernommenen Anteile an den Kohlenwasserstoff-Emissi-
onsfaktoren entsprechend
Tab. 2.7
.
Tab. 2.7: Anteil Xylol-Toluol-Emissionsfaktoren an HC bei Verdampfungsemissionen
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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3 ÜBERARBEITUNG / AKTUALISIERUNG DER PM10-EMISSIONSFAKTOREN
FÜR AUFWIRBELUNG UND ABRIEB
3.1 Vorgehensweise
Durch die Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG wurde im Jahr 2004 ein Satz von PM10-
Emissionsfaktoren für die nicht motorbedingten PM10-Anteile erstellt
2
. Dieser wird derzeit als
„quasi Standard“ bundesweit bei den Emissionsberechnungen eingesetzt.
Diese Emissionsfaktoren basieren auf 51 Datensätzen. Aus den PM10-Gesamtimmissionen
wurde durch Subtraktion der Hintergrundbelastung die verkehrsbedingte Zusatzbelastung
berechnet. Mit dieser Zusatzbelastung wurden die PM10-Gesamtemissionsfaktoren (Aus-
puff- plus Aufwirbelung und Abriebsemissionen) berechnet. Bei der Mehrheit der Datensätze
wurde der nicht motorbedingte PM10-Anteil ermittelt, in dem von den Gesamtemissionsfak-
toren der Auspuffanteil subtrahiert worden ist. Dieser Auspuffanteil wurde mittels HBEFA2.1
(UBA, 2004) berechnet.
Ein Teil der PM10-Emissionsfaktoren wurde mittels NO
x
-Tracermethode bestimmt. Auch hier
erfolgte die Berechnung der NO
x
-Emissionen mittels HBEFA2.1 (UBA, 2004).
Nunmehr steht die Aktualisierung des Handbuches (HBEFA Version 3.1, UBA, 2010) zur
Verfügung. Es ergeben sich sowohl bei den NO
x
- als auch bei den Auspuff-Partikelemis-
sionsfaktoren deutliche Änderungen in den Emissionsfaktoren auch für die Bezugsjahre, die
den o.g. Ableitungen zu Grunde gelegen haben. Diese Änderungen haben direkten Einfluss
auf die abgeleiteten nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktoren.
Unabhängig davon haben sich auch die Festlegungen der Verkehrssituationen zwischen
HBEFA2.1 und 3.1 grundlegend geändert.
Weiterhin sind seit 2004 weitere Ergebnisse bundesdeutscher und europäischer Messkam-
pagnen und Datenauswertungen hinzugekommen. Diese sollen bei der Aktualisierung der
nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktoren Berücksichtigung finden.
Folgende Vorgehensweise wird deshalb gewählt:
1. Neufestlegung der Verkehrssituationen der bisher verwendeten Datensätze
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
2
Lohmeyer (2004): Berechnung der Kfz-bedingten Feinstaubemissionen infolge Aufwirbelung und Abrieb für
das Emissionskataster Sachsen. Ingenieurbüro Dr.-Ing. Achim Lohmeyer, Radebeul unter Mitarbeit der IFEU
Heidelberg GmbH und der TU Dresden, Institut für Verkehrsökologie. Projekt 2546, November 2004.
Gutachten im Auftrag von: Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie, Dresden. Herunterladbar unter
http://www.lohmeyer.de/Literatur.htm.
und Abrieb des Straßenverkehrs
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2. Berechnung der NO
x
- und motorbedingten PM10-Emissionen für die bisherigen Daten-
sätze.
3. Auswertung der Literatur zu den seit 2004 veröffentlichten PM10-Emissionen. Auswertung
von Dauermessdaten an den drei sächsischen Messstellen, die im PM2.5-FE-Projekt
behandelt werden
4. Für die bisher mittels NO
x
-Tracermethode abgeleiteten PM10-Gesamtemissionen:
Neuableitung mittels aktualisierten NO
x
-Emissionen
5. Berechnung der nicht motorbedingten PM10-Emissionen
6. Systematisierung nach den Verkehrssituationen des HBEFA3.1 sowie nach Leicht- und
Schwerverkehr
7. Schlussfolgerungen und Vorschlag für Emissionsfaktorendatensatz für die unter
Arbeitspaket 1 festgelegten Verkehrssituationen
3.2 Messdatensätze aus der Untersuchung 2004
Die der Untersuchung Lohmeyer (2004) zu Grunde gelegenen Datenbasis ist in
Tab. 3.1
aufgeführt.
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Tab. 3.1: Datensätze aus der Untersuchung 2004. Quelle: Lohmeyer (2004)
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3.3 Literaturauswertung
In Arbeit
3.4 Aktualisierung der Datensätze aus 2004
In Arbeit
3.5 Eigene Datenauswertungen
In Arbeit
3.6 Systematisierung
In Arbeit
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4 SYSTEMATISIERUNG UND EINFÜHRUNG DER NICHT MOTORBEDINGTEN
EMISSIONSFAKTOREN FÜR PM2.5 ENTSPRECHEND AKTUELLER
FORSCHUNGEN
Die folgenden Ausführungen geben den derzeitigen Stand der Ergebnisse der Untersuchun-
gen zu den nicht motorbedingten PM2.5-Emissionen des Kfz-Verkehrs aus den parallel lau-
fenden F&E-Projekt „Verursacher, flächenhafte Belastung und Tendenzen für PM2.5 in
Sachsen“ (Lohmeyer, 2010) wieder. Für Details wird auf diesen Bericht verwiesen.
Untersuchungen der verkehrsbedingten Partikelimmissionen zeigen, dass neben den Parti-
keln im Abgas auch nicht motorbedingte Partikelemissionen zu berücksichtigen sind, her-
vorgerufen durch Straßen-, Kupplungs- und Bremsbelagabrieb, Aufwirbelung von auf der
Straße aufliegendem Staub etc. Diese Emissionen sind im HBEFA nicht enthalten, sie sind
auch derzeit nicht mit zufriedenstellender Aussagegüte zu bestimmen. Die Ursache hierfür
liegt in der Vielfalt der Einflussgrößen, die bisher noch nicht systematisch parametrisiert wur-
den und für die es derzeit auch keine verlässlichen Aussagen gibt.
Lohmeyer (2004) empfehlen, die nicht motorbedingten PM2.5-Emissionen auf Basis des
detaillierten Ansatzes aus CORINAIR (2007) zu berechnen:
Im Emission Inventory Guidebook von EMEP/CORINAIR (Stand 2007) werden PMx-Emissi-
onsfaktoren für Abriebe angegeben. Diese basieren auf der Empfehlung einer Arbeitsgruppe,
welche anhand von Literaturauswertungen aus dem Jahr 2003 Methoden für deren
Berechnung erarbeitet hat. Eine Differenzierung in die verschiedenen Verkehrssituationen ist
durch eine dort angegebene Abhängigkeit von der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit (für
Reifen und Bremsabrieb) möglich.
Für die Berücksichtigung von
Reifenabrieb
wird von den Autoren Folgendes vorgeschlagen:
EF
Reifen
[mg/(Fzg
km)] = f
Reifen
EF
TSPReifen
S
reifen
(v)
(4.1)
f
Reifen
= Anteil der Partikelfraktion an TSP
EF
TSPReifen
= TSP-Emissionsfaktor Reifenabrieb bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h
S
reifen
(v)
= Geschwindigkeitskorrekturfaktor, welcher von der mittleren Fahrzeug-
geschwindigkeit abhängt
mit
v < 40 km/h:
S
reifen
(v) =1.39
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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40 km/h <= v <=90 km/h:
S
reifen
(v) = -0.00974.v + 1.78
v > 90 km/h:
S
reifen
(v) = 0.902
Für EF
TSPReifen
werden in Abhängigkeit von der Fahrzeugklasse folgende Größen vorgeschla-
gen:
Reifenabrieb
EF
TSPReifen
[mg/km]
PKW: 10.7
Leichte Nutzfahrzeuge:
16.9
Schwere Nutzfahrzeuge: 45.0*
Motorräder: 4.6
*(falls Anzahl der Achsen und Beladungsgrad nicht bekannt sind, sonst
EF
TSPReifen
(LKW) = Anzahl Achsen
.
LCF
.
EF
TSPReifen
(PKW)/2;
LCF = 1.38
.
Beladungsgrad+1.41).
Wesentliche Festlegungen bei der Ableitung der Emissionen waren neben den aus der
Literatur zusammengefassten Emissionsfaktoren für Gesamtstaub (TSP), Gesamtabrieb
bzw. PM10 z. B. ein 10 %er Anteil PM10 am Gesamtreifenabrieb sowie ein 60 %er Anteil
PM10 an TSP-Reifenabrieb. Die Ableitung für die Geschwindigkeits- bzw. für die Beladungs-
korrektur wurde nicht erläutert.
Die Parameter für die Partikelgrößen werden unabhängig von der Fahrzeugklasse wie folgt
festgelegt:
TSP
:
f
Reifen
= 1.000
PM10
:
f
Reifen
= 0.600
PM2.5 :
f
Reifen
= 0.420
PM1
:
f
Reifen
= 0.060
PM0.1
:
f
Reifen
= 0.048
Die
Abb. 4.1
zeigt beispielhaft die PM10-Emissionsfaktoren in Abhängigkeit von der
Fahrzeuggeschwindigkeit. Für PM2.5 sind die Verläufe analog. Es ist festzustellen, dass bei
niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, wie sie z. B. im Stadtverkehr gefahren werden,
höhere Reifenabriebsemissionen angesetzt werden als bei höheren (z. B. bei Tempo 30 ca.
36 % mehr als bei Tempo 80). Wahrscheinlich werden hier nicht reine
Geschwindigkeitsabhängigkeiten im Sinne von Fahrten mit konstanter Geschwindigkeit als
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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Basis verwendet sondern die Bedingungen bei verschiedenen Verkehrszuständen. Dies
wurde wie erwähnt allerdings nicht erläutert.
Abb. 4.1: Abhängigkeit der PM10-Emissionsfaktoren infolge
Reifenabrieb
von den Fahrzeug-
geschwindigkeiten für die Fahrzeugklassen PKW (PC), leichte Nutzfahrzeuge
(LDV), Schwerverkehr (HDV) mit 20 % bzw. 100 % Beladung (LF) sowie Motorrä-
der. (Quelle: CORINAIR, 2007)
Für die Berücksichtigung von
Bremsabrieb
wird von den Autoren folgende Vorgehensweise
vorgeschlagen:
EF
Brems
[mg/(Fzg
km] = f
Brems
EF
TSPBrems
S
Brems
(v)
(4.2)
f
Brems
= Anteil der Partikelfraktion an TSP
EF
TSPBrems
= TSP-Emissionsfaktor Bremsabrieb bei einer Geschwindigkeit von 65 km/h
S
Brems
(v) = Geschwindigkeitskorrekturfaktor, welcher von der mittleren Fahrzeugge-
schwindigkeit abhängt.
mit
v < 40 km/h:
S
Brems
(v) =1.67
40 km/h <= v <=95 km/h:
S
Brems
(v) = -0027.v + 2.75
v > 90 km/h:
S
Brems
(v) = 0.185
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Für EF
TSPBrems
werden in Abhängigkeit von der Fahrzeugklasse folgende Größen vorgeschla-
gen:
Bremsabrieb
EF
TSPBrems
[mg/km]
PKW: 7.5
Leichte Nutzfahrzeuge:
11.7
Schwere Nutzfahrzeuge: 32.7*
Motorräder: 3.7
*(falls Beladungsgrad nicht bekannt ist, sonst
EF
TSPBrems
(LKW) = 3.13
.
LCF
.
EF
TSPBrems
(PKW);
LCF = 0.79
.
Beladungsgrad+1.0)
Die Parameter für die Partikelgrößen werden unabhängig von der Fahrzeugklasse wie folgt
festgelegt:
TSP
:
f
Brems
= 1.00
PM10
:
f
Brems
= 0.98
PM2.5
:
f
Brems
= 0.39
PM1
:
f
Brems
= 0.10
PM0.1
:
f
Brems
= 0.08
Die
Abb. 4.2
zeigt beispielhaft die PM10-Emissionsfaktoren in Abhängigkeit von der
Fahrzeuggeschwindigkeit. Für PM2.5 sind die Verläufe analog.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
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Abb. 4.2. Abhängigkeit der PM10-Emissionsfaktoren infolge
Brems
abrieb von den
Fahrzeuggeschwindigkeiten für die Fahrzeugklassen PKW (PC), leichte Nutzfahr-
zeuge (LDV), Schwerverkehr (HDV) mit 20 % bzw. 100 % Beladung (LF) sowie
Motorräder (Quelle: CORINAIR, 2007)
Wesentliche Festlegungen bei der Ableitung dieser Emissionsfaktoren waren neben den aus
der Literatur zusammengefassten Emissionsfaktoren für TSP, Gesamtabrieb bzw. PM10
z. B. ein 50 %er Anteil PM10 am Gesamtbremsabrieb sowie ein 98 %er Anteil PM10 an
TSP-Bremsabrieb. Die Ableitung für die Geschwindigkeits- bzw. für die Beladungskorrektur
wurde hier ebenfalls nicht erläutert.
Für den Straßenabrieb lagen lt. der Autoren nur sehr wenig Informationen vor. Hier wird auf
die Arbeiten von Lükewille et al. (2002, siehe oben) verwiesen. Für EF
TSPStraße
werden in Ab-
hängigkeit von der Fahrzeugklasse folgende Größen vorgeschlagen:
Bremsabrieb
EF
TSPStraße
[mg/km]
PKW: 15.0
Leichte Nutzfahrzeuge:
15.0
Schwere Nutzfahrzeuge: 76.0
Motorräder: 6.0
Auf Grundlage des in Gleichung 4.1 und 4.2
dargestellten Geschwindigkeitseinflusses und
der in HBEFA zur Beschreibung der Verkehrssituationen enthaltenen Angaben zur mittleren
Reisegeschwindigkeit können die Emissionsfaktoren den Verkehrssituationen des HBEFA
zugeordnet werden.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
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Für den Schwerverkehr sind die PM2.5-Emissionen auch von der Achsanzahl und dem Be-
ladungsgrad abhängig. Der Beladungsgrad wird entsprechend HBEFA3.1 zu 0.5 (entspricht
50 %) angesetzt.
Die mittlere Achszahl der Schwerverkehrsfahrzeuge wird ebenfalls auf Basis des HBEFA
berechnet. Dazu werden die Fahrleistungsanteile der Größenklassen auf Autobahn, Außer-
orts- und Innerortsstraßen verwendet. Die Achszahlen der Linien- und Reisebusse werden
dabei direkt ausgewiesen. Die Achszahlen der LKW und Sattelzüge werden auf Basis des
zulässigen Gesamtgewichts und der in der Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung vorge-
schriebenen Mindestachszahl abgeschätzt. Die Ergebnisse sind für die Bezugsjahre 1994
bis 2030 in den
Abb. 4.3
bis
Abb. 4.5
dargestellt.
Für alle Straßenkategorien ist ab etwa 2010 kein deutlicher Trend zu größeren Fahrzeugen
(mehr Achsen) erkennbar. Aus dem Mittelwert der Verteilung werden für die Berechnung
mittels CORINAIR (2009) deshalb für die Autobahnen und Außerortsstraßen 5 Achsen sowie
für die Innerortsstraßen 3 Achsen unabhängig vom Bezugsjahr festgelegt.
Der Kupplungsanteil wird auch hier, wie in RAINS, zu Null gesetzt (siehe oben). Es wird auch
hier von den Autoren darauf verwiesen, dass insbesondere die Emissionsfaktoren für Stra-
ßenabrieb wegen fehlender systematischer Untersuchungen mit sehr großen Unsicherheiten
bewertet worden sind. Die Emissionsfaktoren nach CORINAIR (2007) sind als Summe aller
Abriebe (Reifen, Bremsen und Straße) in
Abb. 4.6
und
Abb.
4.7 für die HBEFA3.1-
Verkehrssituationen dargestellt und werden dementsprechend in das FIS übernommen.
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Fahrleistungsanteil Schwerverkehr (inkl. Busse) Autobahn
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
Bezugsjahr
Fahrleistungsanteil
2 Achsen AB
3 Achsen AB
4 Achsen AB
5 Achsen AB
5 Achsen
Abb. 4.3. Fahrleistungsanteile der Achszahl für den Schwerverkehr auf Autobahnen in
Anlehnung an HBEFA3.1
Fahrleistungsanteil Schwerverkehr (inkl. Busse) Außersorts
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
Bezugsjahr
Fahrleistungsanteil
2 Achsen AO
3 Achsen AO
4 Achsen AO
5 Achsen AO
5 Achsen
Abb. 4.4: Fahrleistungsanteile der Achszahl für den Schwerverkehr auf Außerortsstraßen in
Anlehnung an HBEFA3.1
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Fahrleistungsanteil Schwerverkehr (inkl. Busse) Innerorts
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
Bezugsjahr
Fahrleistungsanteil
2 Achsen IO
3 Achsen IO
4 Achsen IO
5 Achsen IO
3 Achsen
Abb. 4.5: Fahrleistungsanteile der Achszahl für den Schwerverkehr auf Innerortsstraßen in
Anlehnung an HBEFA3.1
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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PM2,5-Abriebs-Emissionsfaktoren für FIS-relevante HBEFA3.1 Verkehrssituationen
auf Innerortsstraßen
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Erschliessung/30/d
Erschliessung/30/f
Erschliessung/30/g
Erschliessung/40/d
Erschliessung/40/f
Erschliessung/40/g
Erschliessung/50/d
Erschliessung/50/f
Erschliessung/50/g
FernStr-City/50/d
FernStr-City/50/f
FernStr-City/50/g
FernStr-City/60/d
FernStr-City/60/f
FernStr-City/60/g
FernStr-City/70/d
FernStr-City/70/f
FernStr-City/70/g
HVS/50/d
HVS/50/f
HVS/50/g
HVS/60/d
HVS/60/f
HVS/60/g
HVS/70/d
HVS/70/f
HVS/70/g
Sammel/50/d
Sammel/50/f
Sammel/50/g
Sammel/60/d
Sammel/60/f
Sammel/60/g
stop+go Innerorts
Verkehrssituation
g/km
PKW
LNF
SNF
Abb. 4.6: Nicht motorbedingte PM2.5-Emissionsfaktoren für Abriebe entsprechend
CORINAIR (2007) für HBEFA3.1- Innerorts-Verkehrssituationen
PM2,5-Abriebs-Emissionsfaktoren für FIS-relevante HBEFA3.1 Verkehrssituationen
auf Autobahnen und Außerortsstraßen
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
AB/80/d
AB/80/f
AB/80/g
AB/90/d
AB/90/f
AB/90/g
AB/100/d
AB/100/f
AB/100/g
AB/110/d
AB/110/f
AB/110/g
AB/120/d
AB/120/f
AB/120/g
AB/130/d
AB/130/f
AB/130/g
AB/>130/d
AB/>130/f
AB/>130/g
stop+go Autobahn
FernStr/70/d
FernStr/70/f
FernStr/70/g
FernStr/80/d
FernStr/80/f
FernStr/80/g
FernStr-City/80/d
FernStr-City/80/f
FernStr-City/80/g
FernStr-City/90/d
FernStr-City/90/f
FernStr-City/90/g
HVS-kurv./80/d
HVS-kurv./80/f
HVS-kurv./80/g
stop+go Außerorts
Verkehrssituation
g/km
PKW
LNF
SNF
Abb. 4.7: Nicht motorbedingte PM2.5-Emissionsfaktoren für Abriebe entsprechend
CORINAIR (2007) für HBEFA3.1 – Außerorts- und Autobahnverkehrssituationen
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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5 EINARBEITUNG DER NEUEN BERECHNUNGSSTRUKTUREN IN DIE
VORHANDENE ORACLE-DATENBANK
In Arbeit
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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6 LITERATUR
39. BImSchV (2010): Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immis-
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Nr. 40, ausgegeben zu Bonn am 5. August 2010.
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Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie, Dresden. Herunterladbar unter
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04.01.2010. Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, Radebeul. Projekt 70581-09-
10, Januar 2010. Gutachten im Auftrag von: Sächsisches Landesamt für Umwelt,
Landwirtschaft und Geologie, Dresden.
Lükewille, A., Bertok, I., Amann, M., Cofala, J., Gyarfas, F., Heyes, C., Karvosenoja, N., Kli-
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UBA (2004): Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs, Version 2.1/April 2004.
Dokumentation zur Version Deutschland erarbeitet durch INFRAS AG Bern/Schweiz in
Zusammenarbeit mit IFEU Heidelberg. Hrsg: Umweltbundesamt Berlin. Herunterladbar
unter
http://www.hbefa.net/
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UBA (2010): Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs, Version 3.1/Januar 2010.
Dokumentation zur Version Deutschland erarbeitet durch INFRAS AG Bern/Schweiz in
Zusammenarbeit mit IFEU Heidelberg. Hrsg.: Umweltbundesamt Berlin.
http://www.hbefa.net/d/start.html
.
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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A N H A N G A1:
FAHRZEUGSCHICHTEN NACH HBEFA3.1
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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A N H A N G A2:
BERICHT TU DRESDEN
Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr
sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung
und Abrieb des Straßenverkehrs
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