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Ein Gebäude mit 100 % dezentraler Regenwasserbewirtschaftung und einer Wasserhaushaltsbilanz mit angestrebt 50 % Verdunstungsanteil, wie im natürlichen Gelände vor der Bebauung? Das geht, und ist das Ergebnis einer Kooperation zweier Firmen, die Produkte für die blau-grün-graue Infrastruktur herstellen.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Es gibt viele gute Gründe, bei bestehender und künftiger Bebauung eine dezentrale Regenwasserbewirtschaftung auf Basis der ursprünglichen Wasserhaushaltsbilanz anzustreben.
■ Ein Pilotprojekt beim Neubau des SSC-Vereinsheims zeigt, mit welchen Maßnahmen die vor Ort geltende Wasserhaushaltsgleichung erfüllt werden kann.
■ Als Regenwasser-Behandlung vor Versickerung dient das Gründachsubstrat in Kombination mit der Sedimentation im Dach- und Betonspeicher. Die Nutzung über die WC-Spülung via Regenspeicher und Kläranlage entspricht dem verzögerten und gedrosselten oberflächigen Ablauf zur Donau.
■ Ein wesentlicher Aspekt ist ein 8 cm hoher Hohlraum für Retention unterhalb des Substrats der Dachbegrünung. Da der Wassereinstau nur im Sommerhalbjahr erfolgt, hatte er aufgrund der höheren Schneelast am Standort für die Dachstatik keine Auswirkung.
Bei der Bewirtschaftung des Niederschlags natürliche Verhältnisse der Wasserhaushaltsgrößen Verdunstung, Grundwasserneubildung und Oberflächenabfluss herzustellen, ist seit dem Erscheinen des DWA-Merkblatts zu Regenwetterabflüssen im März 2022 [1] das ehrgeizige Ziel der Siedlungswasserwirtschaft. Ortsbezogene Jahreswerte, die dem unbebauten Zustand entsprechen, liegen mit dem Hydrologischen Atlas Deutschland HAD [2] vor.
Diese Werte trotz Bebauung zu erhalten oder annähernd wieder zu erreichen, ist das Ziel. Noch fehlen den Genehmigungsbehörden dazu aber die Durchführungsbestimmungen. In privater Initiative werden vorweg schon Pilotprojekte realisiert, Erfahrungen gesammelt und ausgewertet. Ein solches Projekt, der Neubau des Vereinsheims des Schellenberg-Sportclubs Donaueschingen (SSC), wird im Folgenden vorgestellt.
Rückbesinnung auf die natürlichen Verhältnisse
rom-foto.de
Die Lage des Objekts im Sportzentrum Haberfeld könnte für ein anspruchsvolles wasserwirtschaftliches Vorhaben passender nicht sein. Denn was hier im kleinen Maßstab praktiziert wird, geschieht jenseits der Grundstücksgrenze im großen Stil: Rückbesinnung auf natürliche Verhältnisse. Es geht um den Zusammenfluss von Brigach und Breg, deren Wasser aus dem Schwarzwald stammt.
Und ab hier trägt der so gebildete und aus 22 weiteren Quellen gespeiste Fluss den Namen Donau. Unter gewässerökologischen Aspekten wurde dieser Ort des „Ursprungs“ renaturiert. Seit der Fertigstellung im Jahr 2022 ist dort wieder eine dynamische Flusslandschaft erlebbar, mit verbesserter Biodiversität und einem naturgemäßen Ausgleich zwischen Hoch- und Niedrigwasser.
Dazu passt, dass von dem 2023 fertiggestellten Vereinsheim des SSC
● Niederschläge nicht unmittelbar von Gebäude und Grundstück abgeleitet werden. Stattdessen wird Regen in Speichern auf dem Dach, flächig unter der Substratschicht, und im Untergrund, in einer Zisterne aus Betonfertigteilen mit Filtertechnik, zurückgehalten.
● kein Tropfen Regenwasser ungenutzt in den „Vorfluter“ Donau gelangt, stattdessen ein Teil des gespeicherten Wassers für die WC-Spülungen verwendet und dadurch ganzjährig Trinkwasser gespart wird.
● ein Teil des gespeicherten Wassers zur Bewässerung des Gründachs genutzt und dadurch die Verdunstung enorm gesteigert werden kann.
● mithilfe von Wetterdaten die automatische Steuerung zur Dachbewässerung bei bevorstehenden Regenereignissen nicht aktiv wird. Das spart Energie.
● Abfluss und Überlauf des unterirdischen Regenspeichers in eine Versickerungsrigole aus Porenbeton münden. Dort ist ausreichend Hohlraum, sodass selbst Starkregenüberläufe Platz finden, bevor sie allmählich in das Grundwasser sickern.
Ideelle und finanzielle Vorteile
Ein Kanalanschluss für das Ableiten des Regenwassers vom Vereinsgelände besteht nicht. Das entlastet die kommunale Entwässerung und hilft, die Gefahr von Überflutung zu reduzieren. Auch vermindert sich damit bei Starkregen die Wahrscheinlichkeit von ungereinigten Mischwasserüberläufen in die Donau. Insofern hat das Konzept zur Regenwasserbewirtschaftung des SSC-Vereinsheims einen kleinen Anteil am quantitativen und qualitativen Gewässerschutz. Es ist, anders ausgedrückt, ein privater Beitrag zum Gemeinwohl, der nicht direkt honoriert wird.
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Die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass ein entsprechender Beitrag in Zukunft von allen Gebäude- und Grundstückseigentümern in Deutschland per kommunaler Abwassersatzung oder Baugenehmigung eingefordert werden wird. In welchem Fall welche Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung umzusetzen sind, um der ursprünglichen Wasserhaushaltsbilanz zu entsprechen, wird sich zeigen.
Indirekt belohnt sich der SSC als Bauherrschaft mit seinem Konzept durch das Einsparen der kompletten Niederschlagsableitungsgebühr und eines Teils der Trinkwassergebühr – in dem Verhältnis der für die WCs genutzten Regenwassermenge, ohne Abwasseranteil. Bei Bewässerung der Außenanlagen mit Regenwasser entfällt auch der Abwasseranteil, da im Gegensatz zur WC-Spülung kein Schmutzwasser entsteht, das von der Kommune abgeleitet werden muss.
Wasserhaushaltsbilanz nach HAD
ZinCo
„In vorauseilendem Gehorsam hat der Verein SSC, noch ohne Forderung der Genehmigungsbehörden, die Anwendung der neuesten technischen Regel DWA-M 102-4/BWK-M 3-4 beschlossen und uns als ortsansässige Firma um Hilfe gebeten“, erklärt Martin Lienhard, Leiter der technischen Abteilung bei Mall. „Wir sind in den regelgebenden Ausschüssen für Gewässerschutz von DIN, DWA und anderen Institutionen vertreten, haben insofern ein vitales Interesse an der praktischen Umsetzung neuer Regeln mithilfe unserer Produkte.“
Das Konzept der Regenwasserbewirtschaftung, die Anlage zur Regenwassernutzung und das Versickerungssystem stammen von Mall. Privat ist Lienhard Mitglied im Sportverein SSC und in der Kommunalpolitik der Stadt Donaueschingen aktiv. Insofern war er als Vertreter der Bauherrenschaft der richtige für die Gespräche mit der unteren Wasserbehörde.
Die im Sportzentrum Haberfeld geltende Wasserhaushaltsgleichung, die es für das Niederschlagswasser zu erfüllen gilt, lautet: 436 mm (49 %) Verdunstung + 285 mm (32 %) Abfluss + 169 mm (19 %) Versickerung = 890 mm (100 %) Jahresniederschlag. Diese Daten stammen aus einer frei zugänglichen, firmeneigenen Bemessungssoftware [3] auf Grundlage des HAD. Das Bewirtschaftungskonzept sieht vor,
● eine Verdunstungsrate von 49 % mit einem extensiv begrünten und zusätzlich aus der Regenzisterne bewässerten Flachdach zu erreichen.
● eine Abflussrate von 32 % über die WC-Spülung mit Wasser aus der Regenzisterne zu erreichen. Das dabei entstehende Abwasser fließt nach Reinigung in der kommunalen Kläranlage in das Oberflächengewässer Donau und stellt somit einen verzögerten Abfluss des Regenwassers dar.
● eine Versickerungsrate von 19 % durch einerseits den Überlauf bei voller Regenzisterne in die unterirdischen Sickerkammern, andererseits durch die Fugen der wasserdurchlässig befestigten Flächen vor dem Gebäude, zu erreichen.
Derzeit wird in Fachkreisen diskutiert, ob bei einer Wasserhaushaltsbilanz der als Trinkwasserersatz genutzte Anteil des Regenwassers statt als Oberflächenabfluss richtigerweise als Grundwasserneubildung zählen sollte. Denn, je nach Herkunft des Trinkwassers, wird damit in der Regel Grundwasser geschont.
Bewässerung im Detail
ZinCo
Ein extensives Gründach mit 8 cm Substratstärke kann lediglich 30 l/m2 pflanzenverfügbares Wasser speichern, das sind 30 mm Niederschlag. Durch den gewählten speziellen Dachaufbau mit Wasserspeicher vervierfacht sich dieser Wert.
„Um denselben Effekt nur mit Substrat zu erreichen, hätten wir die Substratschicht um ca. 20 cm erhöhen müssen, entsprechend einer zusätzlichen Dachlast von 280 kg/m2“, sagt Ralf Walker, Leiter Forschung und Entwicklung beim Gründach-Systemhersteller ZinCo in Nürtingen. „Deshalb fiel die Wahl auf unser System Sponge City Roof mit einem 8 cm hohen Hohlraum für Retention unterhalb des Substrats“. Der Wassereinstau erfolgt nur im Sommerhalbjahr. Statisch muss das Gewicht von 80 kg/m2 flüssigen Wassers laut Walker in der vorliegenden Region nicht berücksichtigt werden, da es mit der Schneelast (Wasser in Form von Schnee im Winter) verrechnet wird.
Wenn der Regen auf die 240 m2 große begrünte Fläche fällt, sättigt sich zunächst die Vegetationstragschicht, das Substrat. Bei weiterer Durchfeuchtung sammelt sich das Wasser unter dieser Schicht auf einem Aquafleece und tropft durch ein sogenanntes Bändchengewebe in den darunter liegenden Hohlraum. Ist dieser gefüllt, läuft das Wasser in Richtung Zisterne über. Bei Trockenheit wird aus diesem unterirdischen Speicher periodisch, durch die Pumpe im Regencenter, das Dach bewässert. Dazu liegt auf dem Aquafleece ein Tropfschlauch. Die Tropfer haben in jede Richtung 50 cm Abstand, die Verteilung in der Fläche übernimmt das Aquafleece.
Die gewählte Samenmischung „Bienenweide“ bietet ein für Insekten attraktives Blütenangebot, hat aber auch das Potenzial, einerseits Wasser gut zu verdunsten und andererseits Trockenphasen gut zu überstehen. Für Inspektion und Wartung gelten die Hinweise der Dachbegrünungsrichtlinie [4]. Walker empfiehlt im Rahmen der Fertigstellungs-, Entwicklungs- und Unterhaltungspflege und in Abhängigkeit der örtlichen Bedingungen einen „umhüllten“ Langzeitdünger mit ausgewogener Nährstoffzusammensetzung und einer Wirkungsdauer von 4 bis 6 Monaten.
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Wetterdaten für die Bewirtschaftung
Sind die WC-Spülung und die Gründach-Bewässerung konkurrierende Nutzungen? Ja, in der Stadtplanung der Zukunft wird das so sein, wenn alle verfügbaren Dächer begrünt sein werden und bewässert werden sollten [5]. Dazu kommt, dass Kommunen, die neben der Gebäude- auch die Straßenbegrünung für ein besseres Stadtklima brauchen, dafür zusätzlich Bewässerungsbedarf haben werden.
Konkurrierender Bedarf an Regenwasser wird entstehen, wo es an Trinkwasser mangelt. Die WCs ließen sich mit gesammeltem Regenwasser spülen, vorausgesetzt es gibt Speicher und separate Leitungen. Davon würden Regionen wie Unterfranken sowie fast alle deutschen Metropolregionen profitieren. Sie könnten den Trinkwasserbezug über Fernwasserleitungen reduzieren.
Die Pilotprojekt-Partner des SSC, zu denen neben Mall (als Anbieter von Gewässerschutzsystemen in Verbindung mit Betonfertigteilen) auch der Gründach-Systemhersteller ZinCo gehört, haben sich intensiv mit Möglichkeiten beschäftigt, konkurrierende Nutzungen des Regenwassers weitgehend zu vermeiden. Das Ergebnis im Vereinsheim ist eine Technik, die folgendermaßen installiert bzw. programmiert wurde:
Die Bewässerung des Gründachs erfolgt in regelmäßigen Zyklen durch eine automatische handelsübliche Steuerung, die Wetterdaten verarbeiten kann. Die Bewässerung wird ausgesetzt, falls die Wettervorhersage Regen ankündigt – und, falls die Füllstandsanzeige der unterirdischen Zisterne weniger als 3,9 m3 verbleibende Vorratsmenge meldet. Dieser Rest ist zur Nutzung im Gebäude vorgesehen.
Die WC-Spülungen werden durch ein vom Trinkwasser unabhängiges Leitungsnetz versorgt. Den dazu erforderlichen Wasserdruck hält das Regencenter Tano L aufrecht, das als Hauswasserstation im Technikraum an der Wand montiert ist. Seine Pumpe saugt knapp über dem Zisternenboden an – gereinigtes Regenwasser, das bereits im Zulauf des Speichers gefiltert wurde.
Sind in Trockenperioden 3,7 m3 von insgesamt 7,6 m3 Zisternenvorrat aufgebraucht, wird der bis zu 19,2 m3 fassende Wasserspeicher auf dem Dach nach und nach in die Zisterne entleert. Dabei wird periodisch die Füllmenge von 3,9 um 1,5 auf nur 5,4 m3 erhöht, sodass mindestens 2,2 m3 Fassungsvermögen für die Rückhaltung von Regenwasser in der Zisterne bleiben.
Erst wenn beide Regenspeicher leer sind, werden für die WC-Spülungen bedarfsgerecht kleine Mengen Trinkwasser im Regencenter eingespeist. Dies geschieht durch freien Auslauf gemäß DIN EN 16941-1 [6] und DIN 1989-100 [7] ohne direkte Verbindung mit dem Trinkwassernetz.
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Um den Trinkwasserbedarf in Trockenzeiten möglichst gering zu halten und zugleich die Speichergröße wirtschaftlich vernünftig zu dimensionieren, hat Mall das firmeneigene Bemessungsprogramm eingesetzt. Es nutzt die örtlichen langjährigen Regendaten und bringt sie durch Simulation in Verbindung mit dem geplanten Regenwasserbedarf. Ergebnis war ein unterirdischer Betonbehälter mit 7,6 m3 Volumen.
Im Weiteren wird Stephan Klemens, Entwicklungsleiter bei Mall, zusammen mit Ralf Walker, die Daten der Regenwasserbewirtschaftung beim Pilotprojekt Vereinsheim SSC Donaueschingen sammeln und auswerten – insbesondere zur Bewässerung des Gründachs. Die Auswirkungen auf die Wasserhaushaltsgrößen Verdunstung, Grundwasserneubildung und Oberflächenabfluss besser zu verstehen, kann helfen, künftig eine ausgeglichene Wasserhaushaltsbilanz vorab simulieren zu können.
Wasserbewusste Stadtentwicklung
Der Klimawandel hat für Städte und Gemeinden gravierende Folgen, umfangreiche Maßnahmen zur Klimaanpassung sind notwendig. Wasser spielt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle. Städte müssen auf Dürrephasen und Starkregen vorbereitet werden. Verdunstendes Wasser kühlt die Luft und leistet so einen entscheidenden Beitrag gegen Hitzestress. Ein Zuviel an Wasser hilft in Trockenphasen, wenn es zuvor aufgefangen und nicht über die Kanalisation abgeleitet wurde.
Wasser ist aber auch ein Gestaltungselement, das die Stadtoptik in ästhetischer Hinsicht verbessert. Eine wasserbewusste Stadt, oft auch als Schwammstadt bezeichnet, ist technisch machbar, ökonomisch sinnvoll und erhöht die Lebensqualität für die Bewohner. Die Allianz „Gemeinsam für eine wasserbewusste Stadtentwicklung“ fordert eine bundesweite und flächendeckende Umsetzung von Maßnahmen zur wasserbewussten Zukunftsstadt. Ihr gehören Verbände, wissenschaftliche Einrichtungen und Organisationen aus unterschiedlichsten Bereichen an. Ziel der Allianz ist es, das Thema voranzutreiben und großflächig umzusetzen. Quelle: Presseinformation DWA 36/2023 und Rubrik „Im Fokus“ auf: www.dwa.de
Konkurrenz auf dem Dach?
Klima- und Umweltschutzvorteile von Gründächern, durch Bewässerung optimiert, sind:
● Kühlung und Luftbefeuchtung durch Regenwasserverdunstung
● CO2-Bindung und Sauerstoffproduktion
● Entwicklung der Bepflanzung
● Staubbindung, Geräuschdämpfung
● Retention bei Starkregenereignissen
● Entlastung der Kanalisation durch Regenrückhaltung
● Biotopvernetzung für Flora und Fauna, speziell für Insekten und Vögel
● Biodiversitätsentwicklung durch Licht- und Feuchtigkeitsunterschiede
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Doch verdrängt die Begrünung eines Daches dessen solare Nutzung? Was wird gefordert, was gefördert? Bei Umnutzung vorhandener Dächer – was lässt die Statik zu? Zu solchen Fragen nahm der Bundesverband GebäudeGrün (BuGG) in einer Mitteilung im Februar 2021 Stellung. Fazit: Dachbegrünung und Solar (Photovoltaik und Solarthermie) lassen sich kombinieren. Das wird schon seit vielen Jahren praktiziert. Allerdings ist diese Kombination noch lange keine Selbstverständlichkeit und wird immer wieder infrage gestellt.
Um Unsicherheiten und Wissensdefizite auszugleichen, stellt der BuGG zwei Informationsschriften mit dem Titel „Solar-Gründach“ bereit: Die Fachinformation umfasst 52 Seiten, Pflanzenlisten und ist mit fast 80 Abbildungen und Beispielfotos anschaulich bebildert. Sie wendet sich vor allem an Architekten, Städteplaner, Bauherren und Ausführende und kann gegen eine Schutzgebühr von 19 Euro zuzüglich Versandkosten beim BuGG bestellt werden. Die kostenfreie Alternative ist eine Erst-Information auf einer Doppelseite, als Download und Drucksache verfügbar (Bestellung über: www.gebaeudegruen.info/kontakt/prospektanforderung).
Auch beim Vereinsheim des SSC Donaueschingen wäre die Solar-Gründach-Kombination technisch machbar gewesen. Dagegen sprachen jedoch die Mehrkosten für die Solartechnik. Schließlich wurde bereits zusätzlich in Bewässerungstechnik und eine spezielle Pflanzenmischung investiert, um die Verdunstung des Daches zu optimieren. Und mit der Holzpellet-Heizung wird bereits regenerativ geheizt.
Fachberichte mit ähnlichen Themen bündelt das TGA+E-Dossier Entwässerung
König
DWA-Merkblatt Regenwetterabflüsse
Die Verbände DWA und BWK haben im März 2022 das Merkblatt DWA-M 102-4/BWK-M 3-4 „Grundsätze zur Bewirtschaftung und Behandlung von Regenwetterabflüssen zur Einleitung in Oberflächengewässer – Teil 4: Wasserhaushaltsbilanz für die Bewirtschaftung des Niederschlagswassers“ [1] veröffentlicht, das inhalts- und titelgleich im DWA- und BWK-Regelwerk erscheint. Es enthält ein einfaches Rechenverfahren für den langjährigen lokalen Wasserhaushalt in Siedlungsgebieten und gibt Hinweise zu dessen Anwendung. Mithilfe des Verfahrens können geeignete Maßnahmen zur Niederschlagswasserbewirtschaftung gewählt werden, um die Abweichungen des lokalen Wasserhaushalts in Siedlungsgebieten vom Wasserhaushalt der zugehörigen unbebauten Kulturlandschaft gering zu halten. www.dwa.de/shop
Literatur
[1] DWA-M 102-4 / BWK-M 3-4 Grundsätze zur Bewirtschaftung und Behandlung von Regenwetterabflüssen zur Einleitung in Oberflächengewässer – Teil 4: Wasserhaushaltsbilanz für die Bewirtschaftung des Niederschlagswassers. Hennef: Hrsg. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA), März 2022
[2] Hydrologischer Atlas Deutschland (HAD). Koblenz: Bundesanstalt für Gewässerkunde, online
[3] Mall-Bemessungs-Software MBS-Online. Kostenloser Download unter: www.mall.info
[4] Richtlinien für die Planung, den Bau und die Instandhaltung von Dachbegrünungen. Bonn: Hrsg.: Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL). 2018
[5] Klemens, Stephan: Ausgeglichene Wasserhaushaltsbilanz – Regenwasser speichern statt ableiten. In: Ratgeber Regenwasser. Für Kommunen und Planungsbüros. Donaueschingen: Mall, 9. Auflage 2022
[6] DIN EN 16941-1 Vor-Ort Anlagen für Nicht-Trinkwasser – Teil 1: Anlagen für die Verwendung von Regenwasser; Deutsche Fassung EN 16941-1:2018. Berlin: Beuth Verlag, Juni 2018
[7] DIN 1989-100 Regenwassernutzungsanlagen – Teil 100: Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 16941-1. Berlin: Beuth Verlag, Juli 2022
