IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 3/1997, Seite 26 ff.
SANITÄRTECHNIK
Regenwassernutzung in der Zukunft
Systemorientierte Projektbeispiele
Dipl.-Ing. Klaus W. König · Teil 1
Für den Umgang mit Niederschlagswasser sinnvolle Lösungen zu finden und diese dann in technisch professionelle Konzepte umzusetzen, ist nur möglich, wenn bisher getrennte Fachdisziplinen zusammenkommen und Erfahrungen aus Pilotprojekten weitergegeben werden. Erst auf diese Weise können Grundlagen für ein neues positives Handeln auf dem Gebiet der Wasserökologie geschaffen werden.
Der erste Beitrag dieser dreiteiligen Serie zeigt die Vielfalt der Nutzungsmöglichkeiten. In den Fortsetzungen werden wirtschaftliche Bauweisen und neuentwickelte Komponenten vorgestellt. Im letzten Teil dokumentiert der Autor kombinierte Systeme mit Regenwassernutzung, Versickerung und Gründach.
Berichte von Pilotprojekten - die Vielfalt der Möglichkeiten
Einfamilienhäuser
Gerade im Einfamilienhaus bestehen die besten Möglichkeiten, sich Regenwasser nutzbar zu machen, da hier das Verhältnis von Ertrag der Dachflächen zum Bedarf an Nicht-Trinkwasser erfahrungsgemäß ausgeglichen ist. Unter normalen Voraussetzungen kann bei einem 4-Personen-Haushalt mit einem Durchsatz von 60 bis 80 m³ Wasser pro Jahr gerechnet werden. Als Motive spielen sowohl die Gebühreneinsparung als auch das "ökologische Gewissen" eine Rolle, denn es gelingt mit einfacher Technik, Trinkwasser einzusparen und zugleich den Niederschlagsabfluß durch Auffüllen des Speichers zu verzögern und damit die Kanalisation zu entlasten. Dem Wunsch, Trinkwasser im Haus nur dort zu verwenden, wo es seiner Qualität entsprechend unbedingt erforderlich ist, kann durch ein zweites Wasserleitungssystem entsprochen werden. Die Regenwasser-Installation kann u.U., mit fachlicher Unterstützung, in Eigenleistung erfolgen; im Interesse der Langlebigkeit und Sicherheit wird jedoch die Montage durch einen Fachbetrieb und der Einsatz von Markenartikeln dringend empfohlen! Auf die Mitteilung an das Wasserversorgungsunternehmen und die DIN-gerechte Absicherung des öffentlichen Trinkwassernetzes ist besonders zu achten.
Haus der Zukunft in Rosmalen/NL
Bild 1: Symbol technischer Ökologie,
"Regenfangschirm" am Haus der Zukunft
in Rosmalen, Niederlande.
Foto: Marcel van Kerckhoven
Als stolzes Symbol technischer Ökologie überragt der "Regenfangschirm" das futuristische Wohnhaus und wird Teil seiner eigenwilligen Architektur: Visionen zum Thema "Wohnen im Jahr 2000" waren ausschlaggebend für die Konstruktion und Einrichtung des Gebäudes. Es wurde als Dauerausstellung geplant und kann besichtigt werden. (Bild 1)
Das aufgefangene Regenwasser wird für die WC-Spülung und zur Gartenbewässerung genutzt.
Architekt: Cees Dam, c/o Huis van de Toekomst, Rosmalen, Niederlande
Wohnsiedlung und Hotel
Im mehrgeschossigen Wohnungsbau wird bei zunehmender Gebäudehöhe das Verhältnis von Regenwasserertrag zu Wasserbedarf ungünstiger. Als Orientierungswert bei einem durchschnittlichen Niederschlagsaufkommen zwischen 500 und 900 mm im Jahr gilt: pro Bewohnung müssen mindestens 10 m² Dachgrundfläche zur Verfügung stehen, damit der Anschluß sämtlicher Toiletten sinnvoll ist.
Turnieräcker in Weinsberg
In Weinsberg dient Regenwasser in vier Neubauten mit je 15 Wohneinheiten zur Toilettenspülung und Gartenbewässerung. Für jedes der vier Gebäude steht eine 2 x 12 m³ große Zisterne aus Beton mit einem vorgeschalteten Kiesfilter zur Verfügung. Das Wasser wird mittels Saugpumpe (einer trocken aufgestellten, selbstansaugenden Kreiselpumpe) zu den Entnahmestellen transportiert. Für die Wartung der Anlage ist der technische Hauswart zuständig, unterstützt durch den Bauträger, solange Gewährleistung und Garantie noch gegeben sind.
Die Abrechnung der Allgemeinkosten für die Regenwasseranlage erfolgt über einen dritten Zähler (in jeder Wohnung wird Kalt-, Warm- und Regenwasser gemessen). Hauptsächlicher Kostenfaktor beim Regenwasser ist die Trinkwassernachspeisung bei leerer Zisterne; demnach von Jahr zu Jahr schwankend, je nach Niederschlagsaufkommen. In der Wohnanlage wurden gemäß der Abrechnung des Jahres 1994 nur noch rund 60 Liter Trinkwasser je Person und Tag inklusive Nachspeisung in die Zisternen verbraucht. Als Vergleich: Bundesdurchschnitt ca. 135 Liter.
Planung und Ausführung: Archi Nova Planen und Bauen GmbH, Bönnigheim
Gewerbe und Industrie
Bei vielen Betrieben, die einen hohen Wasserbedarf haben, wie z.B. Fuhrunternehmen oder Gärtnereien, sind die Voraussetzungen zur Nutzung von Regenwasser günstig, denn ihnen stehen meist große Dachflächen zur Verfügung. Wird neu gebaut, so sind die Mehraufwendungen für zusätzliche Betriebswasserleitungen, bezogen auf die gesamten Gebäudekosten, verhältnismäßig gering, zumal die Leitungsnetze auf Putz installiert werden können. Noch ein Tip: Für gewerbliche Regenwassernutzung gibt es Investitionshilfen durch besonders günstige Finanzierung aus den Umweltprogrammen der Deutschen Ausgleichsbank und der Kreditanstalt für Wiederaufbau.
Garten- und Landschaftsbaubetrieb in Kirchzarten, Südschwarzwald
Bild 2: Garten- und Landschaftsbaubetrieb
Löffler in Kirchzarten.
Die Firma Löffler ist im Garten- und Landschaftsbau tätig und führt Transporte und Erdbewegungen durch. Der Betrieb hat seinen Sitz im Urlaubsort Kirchzarten bei Freiburg. Damit seine Baustellenfahrzeuge nicht ständig die Durchfahrtsstraße verschmutzen, richtete der Firmeninhaber für seine LKW's eine eigene Waschanlage ein. Sie ist seit Anfang 1996 in Betrieb und steht auch für Busse und LKW's anderer Firmen zur Verfügung. Dafür Regenwasser zu nutzen, bietet sich bei dem hohen Jahresniederschlag in dieser Region und den großen Dachflächen der Fahrzeuggaragen geradezu an (Bild2).
Das System wurde nach dem Prinzip einer PKW-Waschanlage konzipiert. Das vom Fahrzeug abfließende Schmutzwasser durchläuft mehrere unterirdische Absetzbecken (Schlammfang 1/2/3). Aus dem letzten Schacht wird das Wasser per Tauchpumpe über eine Aufbereitung wieder zur Waschanlage geschickt und damit der Waschwasser-Recycling-Kreislauf geschlossen. Der Wasserverlust je Waschvorgang beträgt ca. 10% der Umlaufmenge. Diese Fehlmenge wird dem Recycling-System beim Klarspül-Vorgang als Frischwasser neu zugeführt; das Fahrzeug kommt so in den Genuß einer abschließenden "frischen Dusche". In der Aufbereitungsanlage können auch intern die Schlammfanginhalte umgewälzt und so qualitativ verbessert werden. In der Regel wird die Frischwasserzufuhr für die Klarspülung in der Waschanlage so eingestellt, daß etwas mehr zugeführt wird, als der Wasserverlust beträgt, damit periodisch ein Überlaufen der Schlammfänge, d.h. ein Abführen der Schwimmschicht zu den Abscheideranlagen erfolgt.
Bild 3: Schema der Anlage in Kirchzarten. Werkzeichnung: Maier Maschinenbau.
Die Firma Löffler wollte nun das sogenannte "Frischwasser", sonst Trinkwasser aus dem städtischen Netz, soweit wie möglich durch Regenwasser ersetzen; das Stadtwasser dient dann lediglich als Reserve während Trockenperioden. (Bild 3)
Zur Wirtschaftlichkeit: Durch eine zusätzliche Investition von 37000 DM für die Nutzung von Regenwasser in der Waschanlage können voraussichtlich 400000 l Trinkwasser pro Jahr ersetzt werden. Legt man den Wasserpreis von 1995 zugrunde (Trink- und Abwassergebühren zusammen 6 DM/m3), ist nach Abzug der Betriebskosten mit jährlichen Einsparungen von ca. 2300 DM zu rechnen. [3]
Fachplanung Waschanlage und Wassertechnik: Maier Maschinenbau GmbH, Mindelheim
Planung Zisternenanlage: Mallbeton DS-Pfohren und K.W. König, Überlingen
Freizeit und Sport
Bild 4: Bewässern der Tennisanlage mit Beregnerdüsen.
Die Bewässerung von Sportanlagen mit Regenwasser ist technisch einfach zu realisieren. Meist fehlt es jedoch an ausreichend großer Einzugsfläche. Es gibt verschiedene Methoden, dies zu kompensieren. So werden nach Möglichkeit die unterirdischen Dränagesysteme eines Spielfeldes an das Sammelsystem angeschlossen. Sie führen damit einen Teil des ausgebrachten Zisternenwassers in die Speicherbehälter zurück (Wasserrecycling). Zusätzlich oder alternativ kann der Wasserertrag auch durch das Einbeziehen von Dachflächen benachbarter Gebäude erhöht werden. Dies bringt einen Synergieeffekt mit mehrfachem Vorteil: Die Trinkwassereinsparung steigt, die Rentabilität der Regenwasseranlage wird erhöht, das Abwassersystem ist vom Niederschlag der Nachbargelände entlastet und gleichzeitig wird es grundwasseranreichernd verrieselt. Um sparsam mit dem gespeicherten Wasser umzugehen ist es empfehlenswert, morgens oder abends zu bewässern, also während verdunstungsarmer Tageszeiten (Bild 4 + 5). Die Steuerung sowie die Pumpenanlage zur Druckerhöhung müssen frostsicher innerhalb der zugehörigen Gebäude (Vereinsheime, Tribünenbauwerke etc.) untergebracht werden.
Bei ausreichendem Regenertrag können zusätzlich die Toiletten für Sportler und Besucher mit Zisternenwasser gespült werden.
Bild 5: Wasserbedarf Tennisplatz.
Maximalbedarf Tennisplatz mit 4 Feldern:Auf dem Gelände des Tennisvereins befinden sich zur Zeit vier Spielfelder. Zur Bewässerung dienen je Feld sechs Beregnerdüsen. Bei voller Belegung, z.B. am Wochenende, wird während max. zwölf Stunden jeweils drei Minuten beregnet. pro Beregnerdüse geschätzt 0,3 l/s, pro Feld 6 x 0,3 l/s = 1,8 l/s Verbrauch auf 4 Feldern pro Stunde, Betriebsdauer pro Stunde: 3 Minuten max Verbrauch auf 4 Feldern pro Tag: 12 h/d x 1296 l/h = 15552 l/d = 15,6 m³/d Tagesbedarf Tennisplatz mit 4 Feldern:Samstag und Sonntag jeweils 12 Std. auf 4 Plätzen, pro Tag 15,6 m³ Erfahrungsgemäß sind höchstens zehn Wochenenden in der Saison so warm und trocken, daß von maximalem Betrieb ausgegangen werden muß, d.h. 10 x 2 Tage pro Jahr. 20 d/a x 15,6 m³/d = 312 m³/a Zusätzlich haben wir etwa 70 Werktage vollen Wasserbedarf von 70 d/a x 3,9 m³/d = 273 m³/a Jahresbedarf Tennisplatz mit 4 Feldern 585 m³/a |
Tennisplätze
Beispiel: TV Europabad Marbach in Marburg: Um den Ertrag an Regenwasser zu erhöhen, ist auch eine Dachfläche des benachbarten städtischen Hallenbades in das Sammelsystem einbezogen. Bei einem Jahresniederschlag von 660 mm fallen damit auf insgesamt 360 m² Dachfläche knapp 240 m³/a Regenwasser an (Bild 6). Nach Abzug der Verluste aus Verdunstung auf den Dächern und gelegentlichem Überlauf der Zisternen kann mit einer nutzbaren Wassermenge von 200 m³/Jahr gerechnet werden.
Bild 6: Tennisverein Europabad Marbach/Marburg, Skizze der Regenwasseranlage mit 19 m³ Zisterne.
Reitanlagen
Neben der Befeuchtung der Reitplätze im Innen- und Außenbereich zur Staubbindung ist Regenwasser auch für Reinigungszwecke, Tiertränken und für die Pferdeschwemme nutzbar. Um das Wasser aus unterirdischen Speichern zu temperieren, kann es günstig sein, einen Vorlagebehälter im Dachraum von Stallungen oder Scheunen unterzubringen, solange dort keine Frostgefahr droht.
Bild 7 zeigt das Schema der Regenwasseranlage des Reitvereins Eberbach im Odenwald. Auf eine teure stationäre Pumpenanlage wurde hier verzichtet. Mit mobiler Saugpumpe wird ein Tankwagen befüllt und per Traktor über den Reitplatz gezogen, nach dem gleichen Prinzip, wie auf landwirtschaftlichen Flächen Gülle versprüht wird.
Bild 7: Reitverein Eberbach/Odenwald: mit einer Dachfläche von 580 m² und einer Zisternengröße von 28 m³.
Kommunale Einrichtungen und Eigenbetriebe
Demonstriert eine Kommune praktischen Umweltschutz durch die Nutzung von Niederschlägen bei eigenen Bauvorhaben, so hat dies gewöhnlich einen doppelten Nutzen: Einerseits kann die Erfahrung an motivierte Bürger weitergegeben werden, so daß private Nachahmer mit professionellem Know-how versorgt werden, zum anderen sinken die Betriebskosten. Darüber hinaus belohnen einzelne Bundesländer solche Kommunen: In Baden-Württemberg z.B. kann eine Gemeinde die Investition mit der Abwasserabgabe an das Land unter bestimmten Umständen verrechnen. In Hessen z.B. kann dafür die Projektförderung aus der Grundwasserabgabe in Anspruch genommen werden.
Stadtgärtnerei Weil am Rhein
Bild 8: Stadtgärtnerei Weil am Rhein.
Die Gewächshäuser der Stadtgärtnerei Weil am Rhein bieten reichlich Auffangfläche für Regenwasser. Das gesammelte Wasser wird das ganze Jahr über genutzt, im Winterhalbjahr innerhalb der Gewächshäuser (Bild 8+9) und im Sommerhalbjahr außerdem für die gärtnerisch gepflegten Freilandflächen im gesamten Stadtgebiet. Die kleinen Tankfahrzeuge der Gärtnerei, die das Wasser an die Außenanlagen bringen, werden an der Zisterne gefüllt.
Bild 9: Stadtgärtnerei Weil am Rhein.
Ertragsermittlung:Jahresniederschlag Weil/Basel-Binningen, statistisches Mittel 1931-60 = 785 mm (l/m²) Abflußbeiwert für Glasdachfläche, großes Satteldach = 0,95 Projezierte Dachgrundfläche = 400 m² 400 m² x 785 l/m² x 0,95 = 298300 l pro Jahr 298,3 m³ Bedarf:a) Bewässerung Annahme: 300 m² innerhalb Glashaus, ganzjährig zu bewässern, da ohne natürlichen Niederschlag. Angenommen 200 m² Freilandfläche intensiv bewässert in der Vegetationsperiode mit 6 m³/a pro 100 m² = 12 m³/a 162 m³/a b)Reinigung von Gerät Annahme: Hochdruckreiniger mit 1000 l/Woche x 50 Wochen = 50 m³/a a) + b) Gesamtjahresbedarf 162 m³ + 50 m³ = 212 m³/a Bemessung der Vorratsspeicher:Bei Bevorratung eines 2-Monats-Bedarfes ergibt sich 212 m³ : 12 x 2 = 35,3 m³ |
Kurzbeschreibung der Pumpenanlage:
Eine liegende Kreiselpumpe in Verbindung mit einem 400 Liter-Druckgefäß fördert das Wasser aus der Zisterne in offene Zwischenbehälter innerhalb des Gewächshauses. Von dort aus werden die Pflanztische mit zusätzlichen Pumpen versorgt. Die zu den Verbrauchsstellen mit Steigung verlegten Schläuche sind an der Unterseite der wasserdichten Pflanzentröge angeschlossen. Eine fein abgestimmte Wassermenge flutet periodisch sämtliche Tröge, das "überflüssige" Wasser fließt durch die Schläuche anschließend wieder in die offenen Speicherbehälter zurück. Da weniger Wasser zurückfließt, als abgepumpt wurde, sinkt der Wasserstand in den Zwischenbehältern, die dann wieder automatisch mit Wasser aus der Zisterne aufgefüllt werden.
Öffentliche Gebäude, Schulen, Kindergärten
In öffentlichen Gebäuden, z.B. in Behörden, Versammlungsstätten, Messe- und Mehrzweckhallen, in Sport- und Schwimmhallen, wie auch in Schulen und Kindergärten (Bedarf bis zu 80% Betriebswasser, 20% Trinkwasser) können durch die Nutzung von Regenwasser die Betriebskosten merklich gesenkt werden. Der evangelische Regionalverband, Dachorganisation der 72 Kirchengemeinden und Sozialeinrichtungen in Frankfurt/Main, hat daher für seine 500 Gemeindehäuser, Kindertagesstätten, Sozialstationen, Kirchen und sonstige Gebäude seit 1996 ein Wassersparprogramm laufen, u.a. mit Regenwassernutzung; desgleichen die nord-elbische Kirche für ihre Kindergärten.
Regenwasser wird in öffentlichen Gebäuden am häufigsten als Substitution von Trinkwasser für die Toilettenspülung benutzt. Ein anschaulich gekennzeichneter Hinweis darauf, gut sichtbar in den Toiletten angebracht, kann in Schulen und Kindergärten die ökologische Absicht dokumentieren und so auch im pädagogischen Sinne Wirkung haben.
Kindergarten in Kümmersbruck, Oberpfalz
Beim Neubau des Gemeinde-Kindergartens in Kümmersbruck wurde eine Regenwasseranlage zur Toilettenspülung und zur Gartenbewässerung eingebaut.
Regenwasser-Bedarf:
Toilettenspülung: (Annahme: Kinder nutzen die vorhandene Spartaste nicht)
100 Personen x 3 Spülungen/Tag x 9 l = 2700 l/d x 200 Tage = 540 m³/a
Gartenbewässerung:
1000 m² x 60 l/m² pro Jahr = 60 m³/a
Gesamtbedarf pro Jahr: 600 m³/a
Kurzbeschreibung der Regenwasseranlage (Baujahr 1995):
Als Einzugsfläche sind 900 m² Tonziegel-Dach angeschlossen. Dies ergibt bei 800 l/m² Jahresniederschlag einen Ertrag von 720 m³ pro Jahr, den Abflußbeiwert und einen gelegentlichen Zisternenüberlauf noch nicht eingerechnet.
Das Speichervolumen ist trotz Überschuß in der Jahresbilanz (Ertrag/Bedarf) auf 4 Wochen Vorrat ausgelegt, da in der Region mit sehr starken Niederschlägen gerechnet werden muß, die jedoch in großen Zeitabständen auftreten. Fünf fugenlose Betonbehälter sind unterirdisch als kommunizierende Gefäße zu einem Gesamtvolumen von 44,8 m³ verbunden; vorgeschaltet ist ein Filterschacht mit senkrechter Porenbeton-Tauchwand, Filterfeinheit 0,2 mm. Der Zisternenüberlauf führt zur Kanalisation. (Bild 10)
Bild 10: Regenwasserspeicher-Anlage des Kindergartens Kümmersbruck. Werkzeichnung: Mallbeton.
Pumpenanlage: Einer der fünf Behälter wurde tiefer gelegt, so daß er als Pumpensumpf für die Speicherbatterie wirkt. In ihm ist eine Unterwassermotorpumpe installiert. Diese Pumpenart arbeitet mit besserem Wirkungsgrad als trocken aufgestellte Saugpumpen, jedoch zum Preis von höheren Investitionskosten. Weiterer Vorteil, wenn die Pumpe im Zisternenbehälter untergebracht ist: Keine Übertragung von Betriebsgeräuschen durch Luftschall. Die lautlose Druckerhöhungsanlage zur Pumpensteuerung befindet sich im Gebäude.
Trinkwassernachspeisung: Durch einen freien Auslauf innerhalb des Gebäudes kann Trinkwasser in den tieferliegenden Behälter geführt werden. Eine Nachlaufsteuerung stoppt die Einspeisung, bevor der Wasserstand die Verbindungsrohre zu den anderen Behältern erreicht. In diesem so ständig gefüllten Pumpensumpf wurde das Fußventil der Entnahmeleitung installiert, so daß Trockenphasen bei aufgebrauchtem Regenwasser mit einem geringen Trinkwasservorrat überbrückt werden können.
Fachplanung Haustechnik: Reinhard Gimpl, Amberg
(Fortsetzung folgt)
Bilder, wenn nicht anders angegeben: Dipl.-Ing. Klaus W. König
Tabellen aus: Regenwasser in der Architektur, ökologische Konzepte. Ökobuch-Verlag, Staufen, 1996.
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