Energie, Technik & Baustoffe
Regenwasser- und Grauwassernutzung: Wasserschleife im Gebäude
Text: Klaus W. König | Foto (Header): © COZINE – stock.adobe.com
Bei Wasserrecycling sieht alles danach aus, als würde sich die politische „Großwetterlage“ gerade ändern. Um Regenwasser droht bereits ein Verteilungskampf. Und Grauwasser, das nur leicht verunreinigte Abwasser, wird auch für Energiesparer attraktiv, denn damit lässt sich neuerdings rentabel Wärme zurückgewinnen.
Auszug aus:
QUARTIER
Ausgabe 3.2020
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Bereits 2009 hatte die Europäischen Umweltagentur gewarnt: „Die Wasserknappheit ist ein immer häufiger auftretendes und beunruhigendes Phänomen, das mindestens 11 % der europäischen Bevölkerung und 17 % des EU-Gebiets betrifft.“ Ballungsräume, auch in Deutschland, könnten ohne Fernwasserleitungen aus dem Umland nicht mehr existieren. Doch wie geht es weiter, wenn die Ressourcen im Umland nach einigen trockenen Jahren erschöpft sind? Wasserschleifen im Gebäude zur Wiederverwendung von Grauwasser und zur Nutzung von Regenwasser sind für neue Immobilien schon heute eine Option.
Beispiel Frankfurt: Für geplante Neubaugebiete in der südlichen Rödelheimer Landstraße und in der Bürostadt Niederrad existieren Konzeptstudien zum großflächigen Grauwasserrecycling. Bereits in Betrieb ist im Stadtteil Bockenheim eine Kindertagesstätte, in der Grauwasser recycelt und zum Spülen der Toiletten genutzt wird. Auch Wärmerecycling ist installiert, wobei zusätzlich das Grauwasser der 66 Wohnungen im selben Gebäude Verwendung findet.
Interessenkonflikt um Regenwasser
Stadtplaner wollen Niederschläge vorrangig über Gründächer verdunsten, zugunsten der City-Kühlung und Luftbefeuchtung im Sommer. Investoren wollen es in Gebäuden nutzen, um Trinkwasser zu sparen und den Immobilienwert durch ein Nachhaltigkeitszertifikat hoch zu halten. Alternativ denken sie bei Wohnungsbau, Sporthallen und Beherbergungsbetrieben an Grauwassernutzung für die Toilettenspülung, vor allem seit es hierfür in Kombination mit Wärmerückgewinnung staatliche Zuschüsse gibt.
Ein Teil der Wasserversorgungsunternehmen behauptet nach wie vor, Deutschland sei ein an Wasser reiches Land. Das sagt genauso wenig aus wie die Behauptung, seine Bewohner seien wohlhabend. Solche Äußerungen beziehen sich auf den Durchschnitt und ignorieren, dass der Reichtum nicht gleichmäßig verteilt ist. Die meisten Ballungsräume benötigen mehr Trinkwasser, als ihre eigenen Ressourcen vor Ort hergeben.
Stadtplaner wollen Niederschläge zugunsten der City-Kühlung und Luftbefeuchtung im Sommer vorrangig über Gründächer verdunsten, Investoren wollen es in Gebäuden nutzen.
ABBILDUNG: MALL
Die bisherige Politik sah die Lösung für chronischen Wassermangel in Fernwasserleitungen. Deren ökologische Auswirkungen sind teilweise unbedeutend, teilweise gravierend. Frankfurt am Main überstand die mehr als 6-monatige Dürre im Sommer 2018 auf Kosten der 50 km entfernten Region am Vogelsberg. Naturschützer dort schlugen zum wiederholten Mal Alarm wegen des dramatisch sinkenden Grundwasserspiegels [1]. Eine Fernwasserversorgung ist nicht grundsätzlich zu kritisieren, sondern das Versäumnis, in Mangelgebieten flächendeckend einen Teil des Trinkwassers durch Betriebswasser zu ersetzen.
Doch es tut sich was. Laut Schwarz-Grüner Koalitionsvereinbarung Ende 2018 will die hessische Landesregierung „Brauchwassersysteme in Industrie- und Wohnanlagen forcieren“. (Anmerkung des Autors: Technisch korrekt wäre hier die Bezeichnung Betriebswasser. Denn als Brauchwasser bezeichnen Haustechnik-Fachleute das erwärmte Trinkwasser in der Sanitärinstallation. Alles nutzbare Nicht-Trinkwasser hingegen ist per Definition Betriebswasser). Frankfurt, Wiesbaden und Darmstadt agieren bereits gemeinsam, sie sind möglicherweise auf dem Weg zu einer Modellregion. In Neubauvorhaben und bei der Erschließung neuer Baugebiete wollen sie separate Leitungsnetze für Betriebswasser installieren lassen [1]. Eine solche zusätzliche dezentrale Wasserversorgung ist sowohl auf Quartiers- wie auch auf Gebäudeebene möglich.
Die Ökobilanz dezentraler Wasserversorgung
Verringert sich die Grundwasserentnahme durch das Nutzen von Betriebswasser, werden natürliche Vorräte bewahrt. Zusätzlich ist der Aufwand für Aufbereitung und Verteilung von Trinkwasser dementsprechend geringer, ein weiteres ökologisches Plus. Doch rechtfertigt dies den Rohstoff- und Energieeinsatz für den Bau und Betrieb einer Parallelversorgung mit Nicht-Trinkwasser?
ENERGIEBEDARF
Im direkten Vergleich zur zentralen Wasserversorgung haben die dezentralen Anlagen eine etwas schlechtere Ökobilanz durch höheren Stromverbrauch pro Kubikmeter an der Entnahmestelle. Weil eine messbare Entlastung der Abwassersysteme im Hinblick auf Abwasserqualität und -mengedamit einhergeht, ergebe sich insgesamt aber ein Vorteil in der Ökobilanz, meint ein Forscherteam der Universität Hannover [2]. Dies bestätigt eine zweite Untersuchung, die an der Universität Karlsruhe durchgeführt wurde. Und deren Verfasser nennt zusätzliche Aspekte: Beträgt der Aufwand zentraler Versorgung für Aufbereitung und Transport von Trinkwasser mehr als 0,75 Wh/m³, hat sie mehr Anteil am Treibhauseffekt als Regenwasseranlagen im Durchschnitt. Bei Fernwasserversorgung, die mit 1,15 kWh/m³ angenommen wird, vergrößert sich der Ökobilanz-Vorteil dezentraler Systeme noch weiter [3].
ABWASSERQUALITÄT
Regenwasser ist von Natur aus „weich“, d. h. ohne Härtebildner, sodass in der Waschmaschine die minimale Waschmitteldosis genügt. Das mindert die Belastung des Abwassers mit Tensiden gegenüber der Verwendung von hartem und mäßig hartem Trinkwasser. Das Putzen der mit Regenwasser gespülten Toiletten erfordert weniger Reinigungsmittel, da sich Urinstein nur in Verbindung mit hartem Trinkwasser bildet. Für Betrieb und Anlagenwartung von Regen- und Grauwasseranlagen gilt generell: An keiner Stelle sind Chemikalien in Form von Desinfektionsmitteln, Säuren oder Laugen erforderlich, die ins Abwasser gelangen.
ABWASSERMENGE
Der spontane Regenabfluss zum Kanal wird zu einem großen Teil in Speichern gepuffert (Retention) und erst durch die Nutzung im Haus zeitverzögert zu Abwasser. Zusätzlich ist die Abwassermenge bei Regenwasseranlagen um den Teil, der bei Bewässerung und Überlauf versickert, bei Grauwassernutzung sogar um den kompletten wiederverwendeten Anteil verringert. Beides mindert die erforderliche Energie (sowie Betriebskosten) auf der Kläranlage und erhöht deren Reinigungsleistung.
Insgesamt überwiegen die ökologischen Vorteile dezentraler Betriebswasseranlagen. Darüber hinaus ergeben sich kommunale Einsparungen.
Prinzip eines unterirdischen Regenspeichers mit Zulauf von einer Dachfläche, Überlauf in eine Sickermulde
ABBILDUNG: KÖNIG
Die ökonomische Bewertung von Regen- und Grauwasseranlagen kann nur im Einzelfall erfolgen, da die Betriebskosten und Einsparungen wesentlich von lokalen Faktoren abhängen. Dazu gehören bei Regenwassernutzung die örtliche Niederschlagsmenge, eventuell Festsetzung laut kommunaler Abwassersatzung oder Zuschuss durch Fördermittel sowie Reduzierung von Gebühren. Beispiele: In Oberursel (Hochtaunuskreis) gilt im gesamten Stadtgebiet bei Neubau die Pflicht, eine Regenwassernutzungsanlage zu installieren. Demnach gehört hier die Investition zu den Baukosten. Dadurch erübrigt sich die Frage nach der Amortisation. Ganz anders in Heidelberg: Hier ist das eine freiwillige Entscheidung der Bauherrschaft, die mit einem Zuschuss belohnt wird. So auch in Bad Mergentheim (Main-Tauber-Kreis), in Oettingen (Donau-Ries-Kreis) und in der Gemeinde Gräfelfing (Landkreis München). Die Hansestadt Hamburg begünstigt über die Hamburgische Investitions- und Förderbank seit 2014 Ressourcenschutz in Unternehmen, unter anderem für die „effiziente Verwendung“ von Wasser. Und das Bundesland Bremen bietet finanzielle Hilfe für Regen- und Grauwassernutzer. In diesen Fällen beträgt die Amortisation, unterstützt durch Fördermittel, in der Regel zwischen fünf und 15 Jahre, ohne Zuschüsse zehn bis 20 Jahre [4].
Lifecycle-Management: Laut Prof. Henning Balck aus Heidelberg sind 20 % der Investition eines Gebäudes verantwortlich für 80 % der Folgekosten. Insofern muss in der Investitionsphase mehr Geld ausgegeben werden, um in der Nutzungsphase ein Vielfaches davon einzusparen. Die Nutzungsdauer der Komponenten einer Betriebswasseranlage, z. B. Speicher und Leitungen, beträgt viele Jahrzehnte [4]. Die Nutzung lohnt sich demnach langfristig.
Im Wohnungsbau, in Gewerbe und Industrie wird das weiche Regenwasser als preiswerte Alternative zu enthärtetem Trinkwasser geschätzt und gerne auch zur Fahrzeugwäsche in Betriebshöfen genutzt. In Verwaltungsgebäuden, Hochschulen, Schulen und Heimen wird es wegen der immensen Energieeinsparung zunehmend zur Gebäudekühlung verdunstet.
Beispiel: Berlin, Institut für Physik der Humboldt-Universität, seit 2003. Regenwasser vom Dach wird in einem 40 m³ fassenden unterirdischen Speicher gesammelt und für die Bewässerung der Fassadenbegrünung sowie zur Verdunstung in der Klimaanlage genutzt (adiabate Abluftkühlung). 1 m³ Regenwasser erzeugt 680 kWh Kälteleistung, sodass auf energieintensive konventionelle Kältetechnik nahezu verzichtet werden kann.
Prinzip der adiabaten Abluftkühlung. Im Wärmeübertrager einer Klimatechnik kann das gesammelte Regenwasser in die Abluft gesprüht werden. Die zur Verdunstung erforderliche Energie wird den Luftströmen entzogen. Der Kühleffekt überträgt sich auf die Zuluft. Im Gegensatz zur konventionellen Kühltechnik enorme Energieeinsparung. Voraussetzung: weiches Wasser, z. B. Regenwasser
ABBILDUNG: SCHMIDT
Wohngebäude, Sporthallen und Beherbergungsbetriebe sind ideale Objekte, da dort der Ertrag aus Körperreinigung dem Bedarf entspricht, der bei Raumreinigung und WC-Spülung entsteht – und der Umsatz meistens innerhalb von 24 Stunden erfolgt. Die optimale Speicher- und Anlagengröße lässt sich durch Computersimulation ermitteln.
Als besonders zuverlässige Aufbereitungstechnik gilt das rein biologisch funktionierende Wirbelbettverfahren, welches sowohl wenig Energie als auch wenig Wartung benötigt und sich seit mehr als 15 Jahren bei unterschiedlichen Objekten als sehr robust erwiesen hat – selbst dann, wenn seitens der Mieter versehentlich Wandfarbe und Desinfektionsmittel eingeleitet wurden.
Adiabate Abluftkühlung mit Regenwasser, Klimaanlage im Institut Physik der Humboldt-Universität in Berlin Adlershof. Der Sprühvorgang findet im Sommer im Wärmeübertrager von Zu- und Abluft statt.
FOTO: SCHMIDT
FOTO: SCHMIDT
Wärmerückgewinnung aus Grauwasser
Staatliche Förderung: Das am 01.03.2018 begonnene und vorerst auf drei Jahre begrenzte Programm bezuschusst Duschrinnen, -tassen und -rohre, jeweils in Kombination mit einem Wärmeübertrager sowie Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus dem gesamten im Gebäude anfallenden Grauwasser, das einer Wärmerückgewinnung unterzogen wird – sofern ein zweites Leitungsnetz (Grauwassernetz) installiert wird, mit folgenden Fördersätzen [5]: Anzahl der Duschen ≤ 20: 550 Euro pro angeschlossener Dusche. Anzahl der Duschen > 20: 500 Euro pro angeschlossener Dusche. Maximal jedoch 30 % der förderfähigen Investitionskosten für Anschaffung und Installation.
Beispiel: Im Pilotprojekt am Arnimplatz in Berlin, einem mehrgeschossigen Passivenergiehaus mit 41 Wohn- und vier Gewerbeeinheiten, ist der Nachweis dazu 2012 erstmals gelungen. Das Verfahren des dezentralen Wasserrecyclings in Kombination mit Wärmerückgewinnung holt aus dem häuslichen Abwasser deutlich mehr Energie als zum Betrieb der Anlage benötigt wird und funktioniert nahezu wartungsfrei. Es wirkt – ganz im Gegensatz zur bisherigen Betriebsweise der zentralen Wasserwirtschaft – durch diesen Energie-Überschuss und die damit verbundene CO²-Einsparung positiv auf das Klima [6].
Schema des mehrstufigen Reinigungsverfahrens für Grauwasser, seit April 2012 auf 9 m² im Heizraum des Gebäudes am Arnimplatz untergebracht. Den Mietern wird kein spezielles Nutzerverhalten abverlangt.
ABBILDUNG: NOLDE & PARTNER
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Grauwasserrecyclinganlage mit vorgeschalteter Wärmerückgewinnung, Wohnhaus Berlin Arnimplatz. Innerhalb von neun Jahren ist die Investition amortisiert. Anschließend wird eine jährliche Rendite von 7.000 Euro erzielt, die sich mit steigenden Wasserkosten von Jahr zu Jahr erhöht.
ABBILDUNG: NOLDE & PARTNER
Die Politik wird im Zuge der Klimafolgenanpassung in Wassermangel-Gebieten Deutschlands und Europas Betriebswassernetze etablieren bzw. das zweite Leitungsnetz im Neubau vorschreiben. Die Rhein-Main-Region könnte dafür als Modellregion dienen. Sind separate Betriebswasserleitungen Pflicht, zählt ihre Anschaffung zu den Baukosten. Die Motivation, die restlichen Komponenten installieren zu lassen, erhöht sich durch den um die Leitungskosten verringerten Anschaffungspreis.
Regen- und Grauwassernutzungsanlagen sind Low-Tech, benötigen wenig Wartung im Betrieb, allerdings fundiertes Wissen bei Planung und Bau. Sie erhöhen den Wert eines Gebäudes und senken dessen Lebenszykluskosten. Unterschiedliche Verfahren sind Stand der Technik und europaweit genormt. Ökologischer und ökonomischer Nutzen hängen stark von lokalen Faktoren ab. Aktuell im Fokus sind Energiesparlösungen bei Grauwasser durch die rentable, mit staatlichem Zuschuss unterstützte Wärmerückgewinnung, bei Regenwasser die stromsparende adiabate Abluftkühlung.
Gebäude- und Stadtteil-Zertifizierung
Wo Investoren große Immobilien und Stadtquartiere finanzieren, wird von Ihnen zunehmend gewünscht, solche Projekte auf Nachhaltigkeit zertifizieren zu lassen und damit den Verkaufswert der Objekte für Jahrzehnte hoch zu halten. Dafür sind Lösungen mit separatem Betriebswassernetz von Vorteil, denn die Nutzer einer solchen Immobilie reduzieren den Verbrauch der Ressource Wasser und sparen dabei einen Teil ihrer Trinkwassergebühr.
Auch die Menge und damit die Gebühr des Abwassers ist deutlich geringer, wenn Grauwasser wiederverwendet wird. Durch nutzen des Regenwassers, das nicht in den Kanal eingeleitet wird, sparen die Bewohner eine dritte Gebühr, die für Ableiten von Niederschlägen pro Quadratmeter versiegelte und an den Kanal angeschlossene Fläche fällig wird. Diese Niederschlagsgebühr ist je nach Kommune unterschiedlich und beträgt, Stand 2020, pro Quadratmeter und Jahr zwischen 0,17 Euro (Holle/Niedersachsen sowie Ringsheim/Baden-Württemberg) und 1,95 Euro (Wuppertal/Nordrhein-Westfalen).
Weltweit gibt es mittlerweile etwa ein Dutzend zertifizierende Organisationen. International anwendbar und für Deutschland von Bedeutung: das britische BREEAM‑, das amerikanische LEED- sowie das deutsche DGNB-Label. Ihnen gemeinsam ist die Bewertung nach Punkten und, für Objekte in aller Welt, die Auszeichnung in mehreren Qualitätsstufen der Nachhaltigkeit.
Quellen/Literatur
[1] fbr-wissen. Regenwasser sammeln und nutzen. Information für Kommunen. Hrsg.: Fachvereinigung Betriebsund Regenwassernutzung e. V. (fbr). Darmstadt, 2019.
[2] Müller, U. et. al.: Regenwassernutzungsanlagen, eine ökologisch sinnvolle Alternative? Überlegungen zu einer Bremer ProduktÖkobilanz. Diskussionspapier Nr. 193, Institut für Ordnungs- und Prozesspolitik, FB Wirtschaftswissenschaften, Hannover, 1995
[3] Späth, L.: Ökologische Aspekte der Nutzung von Regenwasser als Brauchwasser im Haushalt. Vorbereitung einer gesamtökologischen Bewertung unter Verwendung des Softwarepakets Umberto. Diplomarbeit an der Universität Karlsruhe, Institut für Siedlungswasserwirtschaft. Karlsruhe, 1999
[4] Fbr-top Blätter: Loseblatt-Reihe zu grundsätzlichen Themen der Regenwassernutzung. Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e. V., Hilpertstr. 20, 64295 Darmstadt. Laufend aktualisierte Ausgaben unter www.fbr.de/Fachinformationen/fbr-top
[5] BAFA-Merkblatt und Förderrichtlinie, online. www.bafa.de/DE/Energie/Energieeffizienz/Kleinserien_Klimaschutzprodukte/Waermerueckgewinnung_Abwasser/waermerueckgewinnung
abwasser_node.html
[6] König, K. W.: Häusliches Abwasser – Ressource für Wasser und Nährstoffe. In: Immobilien Vermieten und Verwalten 5/2018. Verlag Huss Medien, Berlin.
Der Autor
Dipl.-Ing. Klaus W. König
Klaus W. König lebt in Überlingen am Bodensee. Er ist Fachjournalist sowie von der Industrie- und Handelskammer Bodensee-Oberschwaben öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Bewirtschaftung und Nutzung von Regenwasser. Klaus W. König ist Gründungsmitglied der Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung sowie Mitarbeiter im DIN-Ausschuss NA 119-05-08 AA Wasserrecycling/Regen- und Grauwassernutzung. Seit 2006 lehrt er Regenwasserbewirtschaftung in englischer Sprache an der Hochschule Reutlingen (ESB Business School).
www.klauswkoenig.com
