Wasser
	1. Grundlagen und Begriffe
	2. Integrierte Sanitärkonzepte
	3. Regenwassernutzung
	4. Grauwasser-Recycling
	5. Vakuum- und Separationstoiletten
	6. Alternative Methoden der Abwasserreinigung
	7. System Watergy
Nachhaltigkeit
Energie
Stoffströme

1. Grundlagen und Begriffe

Trinkwasser:	Entspricht der Trinkwasserverordnung (TVO) entsprechend der DIN 19643
Betriebswasser:	Nutzbares Wasser ohne Trinkwasserqualität
Grauwasser:	Teil des häuslichen Schmutzwassers aus Badewanne, Dusche, Waschtisch und Waschmaschine
Schwarzwasser:	Durch Fäkalien verunreinigtes Wasser
Gelbwasser:	Durch Urin verunreinigtes Wasser
Regenwasser:	Niederschlagswasser von Dächern und anderen Oberflächen

2. Integrierte Sanitärkonzepte

Trinkwasser ist eine kostbare Ressource. Der individuelle Verbrauch hat sich in den letzten 50 Jahren in Deutschland ca. verdoppelt und die Kosten für Ver- und Entsorgung sind erheblich gestiegen. Die derzeitige Praxis der Abwasserbehandlung führt zudem zu einem erheblichen Austrag wichtiger Nährstoffe aus der Landschaft und einer Degradierung der Bodenqualität.
Aus diesen Gründen sind in den letzten Jahren verstärkt dezentrale Ver- und Entsorgungskonzepte entwickelt worden, um einen geschlossenen Wasserkreislauf zu ermöglichen:

• Regenwassernutzung
• Abwasserrecycling
• Vakuumtoiletten
• Seperationstoiletten

Täglicher Trinkwasserverbrauch in Haushalten

WC - Spülung	45 Liter / Person	33 %
Garten	3 Liter / Person	2 %
Wäschewaschen	18 Liter / Person	13 %
Körperreinigung	57 Liter / Person	38 %
Geschirrspülen	10 Liter / Person	7 %
Trinken / Kochen	3 Liter / Person	2 %
Sonstige Reinigungen	7 Liter / Person	5 %
Gesamtbedarf	143 Liter / Person	100 %

Die Angaben sind als Anhaltswerte zu betrachten. Z.B. ist der Wasserverbrauch für WC - Spülungen u.a. abhängig von der Möglichkeit einer Spülunterbrechung (Spartaste) und liegt zwischen 30 - 50 l / Person x Tag.
Etwa 30 - 50 % des Trinkwassers in Haushalten könnte durch Regenwasser ersetzt werden.


Quellen:

Wellpott, Edwin: Technischer Ausbau von Gebäuden, Stuttgart 1994


Weiterführende Hinweise:

Lange, J.; Otterpohl, R.-W.: Abwasser. Handbuch zu einer zukunftsfähigen Abwasserwirtschaft, Donaueschingen-Pfohren 1997

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung: Innovative Wasserkonzepte, Betriebswassernutzung in Gebäuden, 2003, zu bestellen über:
http://www.stadtentwicklung.berlin.de/service/
veroeffentlichungen/de/kostenpflichtig/index.shtml

www.wasser.de Allgemeine Hinweise zur Wasserversorgung

www.wasser-lexikon.de/ Allgemeine Informationen zu Wasser

www.tu-harburg.de/aww/ Arbeitsbereich für kommunale u. industrielle
Abwasserwirtschaft, Prof. Ralf Otterpohl

www.otterwasser.de Ingenieurgesellschaft für integrierte Siedlungstechnik,
Prof. Ralf Otterpohl

www.nolde-partner.de Technologieberatung für innovative Wasserkonzepte

www.dezentrales-abwasser.de Aktionsbündnis für dezentrale Abwasserbehandlung

www.huber.de Dezentrale Abwasserkonzepte

www.gtz.de/ecosan/english/index.html

www.kompetenz-wasser.de/dt/downloads/SCST-Philadelphia-dt.PDF

http://emsolar.ee.tu-berlin.de/akwiso/biologie/biologie.html

3. Regenwassernutzung

Sinn, Zweck und Anwendungsbereiche

Als sinnvoll gilt die Nutzung von Regenwasser, wenn

• ein größerer Bedarf an Wasser minderer Qualität (also kein Trinkwasser) besteht und dieser Bedarf mit geringem technischem Aufwand gedeckt werden kann
  
• durch einen gleichmäßigen Wasserverbrauch regelmäßig freies Retentionsvolumen in den Speicherbehältern entsteht
  
• die Qualität des weichen Regenwassers zusätzliche Vorteile bringt, z.B. für die Bewässerung von Pflanzen im Innen- und Außenbereich oder dadurch, dass für das Waschen in der Waschmaschine kein Enthärter notwendig ist
  

Grundsätzlich kann Regenwasser in allen Bereichen benutzt werden, für die keine Trinkwasserqualität erforderlich ist:

Gartenbewässerung:
Einfach und nahe liegend ist der Gebrauch von Regenwasser zur Gartenbewässerung. Dies ist zugleich auch eine Maßnahme zur Grundwasseranreicherung durch Versickerung

Säubern von Außenflächen, Haus und Geräten:
Für das Säubern von Außenflächen, Haus und Geräten ist Regenwasser unmittelbar verwendungsfähig. Die Autowäsche sollte jedoch nur auf speziell dafür vorgesehenen Untergründen mit Öl- und Benzinabscheider vorgenommen werden (Abb. 3.1.2), um zu vermeiden, dass Kraftstoff- und Ölrückstände der Motoren, der Abrieb von Bremsen usw. zusammen mit dem abfließenden Wasser im Boden versickern oder in die Kanalisation gelangen.

WC-Spülung:
Die Substitution von Trinkdurch Regenwasser für die WC-Spülung ist der effektivste Verwendungsbereich im Haus, da hier relativ viel Wasser mit geringer Qualitätsanforderung gebraucht wird. Die kontinuierliche, jahreszeitunabhängige Nutzung schafft neben der Trinkwassereinsparung regelmäßig freies Rückhaltevolumen in den Zisternen und wird daher als weiterer ökologischer Aspekt, zur Reduzierung der Spitzenbelastung bei Regenwasserabflüssen, besonders geschätzt.
Beim Einsatz für die WC-Spülung wird das Regenwasser allerdings zu Schmutzwasser. Unter welchen Umständen dadurch eine zusätzliche Abwassergebühr begründet ist, wird in Fachkreisen kontrovers diskutiert.
Jede Kommune kann hierzu eigene Regelungen treffen, was in vielen Regionen zu widersprüchlichen Verhältnissen und willkürlich anmutenden Anordnungen führt, d.h. an einem Ort wird per Zuschuss belohnt, was am anderen durch Zusatzgebühr quasi bestraft wird.

Wäschewaschen:
Für das Wäschewaschen werden höhere Ansprüche an die Wasserqualität gestellt, obwohl dies nachgewiesenermaßen eine eher ästhetische als hygienische Forderung ist. Ökologisch gesehen ist das Waschen mit Regen- statt mit Trinkwasser (und dies gilt vor allem bei hartem Trinkwasser) sehr sinnvoll, da weniger Waschmittel und kein Enthärter gebraucht und damit das Abwasser weniger belastet wird.

Kosten und Nutzen

Der langjährige Nutzen einer Regenwasseranlage legt die Verwendung langlebiger Bauteile nahe und rechtfertigt eine Investition, die sich nicht bereits nach wenigen Jahren amortisiert haben muss. Im Einfamilienhaus ist für eine fachgerechte Anlage mit Kosten von 5.000 bis 10.000 DM zu rechnen. Der finanzielle Mehraufwand für Komponenten, die einen zuverlässigen Betrieb gewährleisten, liegt bei ca.15%. Bei Mehrfamilienhäusern mit entsprechend größeren Anlagen gilt es zu prüfen, ob der erforderliche Ertrag überhaupt möglich ist, d.h. ob eine ausreichend große Dachfläche zur Verfügung steht, bzw. die jährliche Niederschlagsmenge groß genug ist (Europäische Regenkarte).
Die Höhe der finanziellen Einsparung durch die Regenwassernutzung ist abhängig vom Wasserpreis, von der örtlichen Festlegung der Abgaben für die Schmutzwasser- und Regenwassereinleitung und davon, ob zusätzlich Gebühren für die Einleitung von genutztem Regenwasser erhoben werden. Eine Wirtschaftlichkeitsrechnung kann daher nicht pauschal aufgestellt werden. Berechnung der erforderlichen Auffangfläche: Wie groß die Auffangfläche ungefähr bemessen sein sollte, zeigt eine Gegenüberstellung des Wasserbedarfs und des überschlägig ermittelten Regenwasserertrages.

Dimensionierung

• Beispielrechnung nach Berechnungsgrundlagen aus:
  
• Mittlerer Jahresniederschlag: 800 mm
  
• Abflussbeiwert: 0,75 (für kleines, geneigtes Ziegeldach)
  
• Personenzahl: 5
  
  
  

= 15,0 m3/a

Für eine ausgeglichene Wasserbilanz muss der Ertrag ebenfalls 82,2 m3/a betragen. Er ist das Produkt aus Jahresniederschlag, Auffangfläche, Abflussbeiwert und ggf. Minderungsfaktor für den Wasserverlust durch Selbstreinigung des Filters und Speicherüberlauf. Gesucht wird die Größe der Auffangfläche bei einem angenommenen Ertrag von 82,2 m3/a:

Ertrag =	Jahresniederschlag x Auffangfläche x Abflussbeiwert
Auffangfläche =	Ertrag : (Jahresniederschlag x Abflussbeiwert)
Auffangfläche =	82,2 m³/a: (0,8 m/a x 0,75)= 137 m²

Methoden zur Speicher-Bemessung

Das Ziel muss sein, das Speichervolumen so zu wählen, dass ein hoher Deckungsgrad (max. 100%, falls der Regenwasservorrat nie erschöpft) bei möglichst geringer Investition erreicht wird. Ein Behälter ist zu groß, wenn gegenüber der nächst kleineren Baugröße nur noch eine geringe Deckungsgrad-Steigerung eintritt, diese aber mit enormer Kostensteigerung erkauft werden muss. Für die überschlägige Dimensionierung werden sowohl bedarfsorientierte als auch ertragsorientierte Formeln angewandt.

Faustregel: Überschlägige Ermittlung nach m2 pro Person oder aus dem 1 -Monats-Bedarf:

Für Innenspeicher in Einfamilienhäusern gilt als Faustregel: Pro m2 angeschlossener Dachfläche sollten 20 bis 30 Liter Speichervolumen vorgesehen werden, alternativ können auch pro Person mit 700 bis 800 Liter Speichervolumen angesetzt werden. Bei Anlagen mit Betonzisternen, die auch zur Gartenbewässerung genutzt werden, können diese Werte verdoppelt werden, falls Ertrag und Bedarf in ausgeglichenem Verhältnis stehen. Dadurch können z.B. Winterniederschläge für die Vegetationszeit zum Gießen bevorratet werden. Die Faustregel führt bei einem Haushalt mit 4 Personen durch die Verdoppelung zu einem Fassungsvermögen von 6 m3 , eine Größe, die durch bedarfsorientierte Berechnungen für Einfamilienhäuser als sinnvoll bestätigt wurde.


Quellen:

König, Klaus W.: Regenwasser in der Architektur, Ökologische Konzepte, Staufen bei Freiburg 1996

www.fbr.de Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e.V.

www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/wasser/
wasserrecht/merkblatt.shtml

http://www.mallnet.de/ Mall GmbH,
Hersteller von Anlagen zur Regenwasserbewirtschaftung und Abwasserreinigung

4. Grauwasser-Recycling

Grauwasser wird als der Teil des häuslichen Schmutzwassers bezeichnet, der durch den Abfluss von Badewanne, Dusche, Waschtisch und Waschmaschine anfällt. Im Haushalt entstehen in kontinuierlicher Menge unabhängig von Jahreszeit oder Witterung ca. 55 Liter Grauwasser pro Person. Besonders bei einer hohen Bewohnerdichte je Quadratmeter Grundstückfläche, wenn das Regenwasserdargebot die benötigte Betriebswassermenge nicht erfüllt, wird Grauwasserrecycling - ökologisch und ökonomisch - zu einer sinnvollen Alternative. Grauwasser ist frei von Fäkalien, Fett- und Feststoffen sowie von hoch belastetem Küchenwasser und daher im Vergleich zum Schwarzwasser nur gering verschmutzt und wenig bakteriell belastet. Die Aufbereitung des Grauwassers erfolgt in unterschiedlichen Anlagetypen, die je Anwendungsfall, Größe und Hersteller variieren. Generell wird für alle Grauwasseranlagen ein separates Leitungsnetz zur Erfassung des Grauwassers und zur Verteilung des Betriebswassers benötigt.

Weiterführende Hinweise:

www.aquatronic.info Grauwasserrecycling, Abwärmenutzung, Produkte für Umwelttechnik aus Dornbirn

www.fbr.de Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e.V.,

www.aquatronic.info

5. Vakuum- und Seperationstoiletten: Luft statt Wasser

Vakuum wird für Entsorgungszwecke bisher nur in Spezialbereichen (z.B. in Flugzeugen) mit hohem technischen und finanziellen Aufwand eingesetzt. VakuTech entwickelt Komplettlösungen für den breiten, universellen Einsatz von Unterdrucktechnik mit kostengünstiger, einfacher Technologie. Als Pilotprodukt präsentiert VakuTech ab Mitte 2000 ein intelligentes Toilettensystem. Erstmals kann damit für den großen Markt der individuellen Nutzung im Haushalt bei der Entsorgung Wasser durch Luftdruck ersetzt werden.

Die wassersparende Vakuumtoilette arbeitet mit der Erzeugung von temporärem Vakuum mittels eines kleinen Elektroaggregats, ähnlich einem Staubsaugermotor. Anders als bei den teuren Speziallösungen muss der Unterdruck nicht dauernd anliegen. Das Entsorgungsgut wird in einem flexiblen, kleindimensionierten, frei verlegbaren Schlauchsystem mit Unterdruck angesaugt und primär mit Luft transportiert. Der Luftstrom überwindet so die physikalischen Grenzen, die dem Wasserfluss gesetzt sind, mühelos. Motor, Absaug- und Sammelbehälter können in beliebiger Entfernung zum Sanitärbereich vorgesehen werden. Zur Inbetriebnahme wird nur noch eine Steckdose benötigt .

VakuTech bietet damit einen Systemwechsel weg von den Zwängen Kanalisation und starren Rohrleitungen zu einem leicht verlegbaren, individuellen Schlauchsystem. Kanalisation und Abwasserleitungen im Haus sind entbehrlich. Dies ermöglicht eine neue Flexibilität bei Neu- und Umbauten. Der Sanitärbereich kann ohne Rücksicht auf Verlauf und Gefälle von Abwasserleitungen individuell geplant werden.

Im halbstationären (z.B. Mobiltoilette/Container) und mobilen (z.B. auf Booten/Caravans) Bereich gibt es mangels Leitungssystem bisher keine zeitgemäßen Anforderungen entsprechende, moderne Entsorgung. Das Entsorgungsgut lagert deshalb in unmittelbar anliegenden, geruchsintensiven Sammelbehältern. VakuTech eröffnet nun durch das flexible Schlauchsystem die Möglichkeit der individuellen Leitungsführung. Es benötigt keine Chemikalien und bringt durch die Wasserspülung Komfort und Hygiene in den Sanitärbereich wie im Haushalt ( Technik).


Quellen:
http://www.vakutech.de/technik.htm
http://www.berger-biotechnik.de/index_d.htm

Vorteile der Vakuumtechnologie:

- VakuTech verbraucht kaum Wasser (ca.0,7 l). Entsprechend reduziert sich von vorneherein die Menge an gefährdenden Abwässern stark

- Das System ist in sich geschlossen und damit autark. Es belastet daher das Grundwasser auch nicht mittelbar über defekte Kanalisationen

- Durch die Trennung des Entsorgungsguts von anderen Haushaltsabwässern wird die Verwertung erleichtert. Die geringe Verwässerung und die Reinigung des Systems ohne Chemie (Technik) sind ideale Grundlage für Grundlage für Kompostierung und spätere Einführung in einen Wertstoffkreislauf. Vaku Tech stellt damit ein geschlossenes System zur Verfügung und verwirklicht erstmals den Drei-Liter-Haushalt (Person/Tag).

6. Alternative Methoden der Abwasserreinigung

Pflanzenkläranlagen

Die Abwasserreinigung in Pflanzenkläranlagen gründet sich auf das Reinigungspotential natürlicher Ökosysteme wie Feuchtgebiete und Sandkörper. Die Pflanzen (Röhricht ) sind nicht selber Träger der Reinigungsprozesse, sie wirken als Motor für verschiedene milieuabhängige Vorgänge an den Röhrichtwurzeln, die für die Reingungsprozesse wichtig sind. Bakterien spielen bei der Umwandlung organischer Verbindungen in Kohlendioxid, Wasser und anorganische Salze die entscheidene Rolle.


Dimensionierung

Die Herleitung der Größe einer Pflanzenkläranlage ist abhängig von der Reaktionsordnung, die mitunter theoretisch bestimmt werden kann, zumeist aber aus Erfahrungswerten abgeleitet wird.

• die Geschwindigkeit des Abbaus (Reaktionskinetik) bestimmt die Aufenthaltszeit im Reaktionsgefäß "Pflanzenbecken"
  
• mikrobiologische Reaktionen sind aufgrund äußerer Einflüsse vielfältiger und weniger leicht berechenbar als im Labor
  

Für Pflanzenkleinkläranlagen (bis 50 E) kann eine pauschale Bemessungsgröße von 5qm / E mit einer Mindestbeckengröße von 20 qm angenommen werden.


Einflussfaktoren

Verdunstung:
Die Jahresbestandsverdunstung von Röhrichten beträgt ca. 1500 l / Jahr (1000-2000). An warmen Sommertagen kann bei guter Wasserversorgung und Exposition zum Wind eine Spitzentagesverdunstung von bis 50 l / Tag auftreten. Eine Anlage von 5 qm / Einwohner mit 130 l / Einwohner beschickt wird an warmen Tagen vollständig verdunsten (Beckenvolumen mit 750 l / 50 cm , hydraulische Porosität 30 %).

Winterbetrieb:
Die Lebenstätigkeit der Pflanzen ist in der kalten und lichtarmen Jahreszeit reduziert, aber nicht völlig eingestellt. Die Eigenwärme des Abwassers wirkt sich günstig auf die Prozesse aus, weshalb der Bau der Pflanzenbecken möglichst nah am Entstehungsort des Abwassers empfohlen wird.

Quellen:

Wissing, Friedrich: Wasserreinigung mit Pflanzen, Stuttgart 1995
www.bio-system.de/


Weiterführende Hinweise:

www.bodenfilter.de
Verbundprojekt "Bewachsene Bodenfilter", umfangreiche Infos zu Pflanzenkläranlagen
Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e.V., allgemeine Informationen
www.rewalux.com/ratgeber
Rewalux, Regenwassernutzung, Speicherbemessung

7. System Watergy

Solarenergiebasierte, geschlossene Gewächshaussysteme mit Nährstoff- und Wasserkreisläufenermöglichen einen Effizienzsprung in der städtischen Grundversorgung.

Ein neues Feuchtluft-Solarkollektorsystem ermöglicht die Klimatisierung und Entfeuchtung von geschlossenen, transparenten Räumen. Wärmeenergie kann gespeichert und zeitversetzt zur Beheizung und zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Grauwasser wird im Gewächshaus zur Bewässerung eingesetzt und über den Kondensationsvorgang als Trinkwasser zurückgewonnen. Über ein weiteres Verdunstungsmodul im Dachbereich kann zusätzlich Meerwasser aufbereitet werde.

Das Prinzip basiert auf der kombinierten Erwärmung und Abkühlung sowie Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft in einem durch natürliche Auf- und Abtriebskräfte angetriebenen Luftkreislauf.

Ein erster Prototyp für den Anwendungsschwerpunkt Gewächshausgartenbau bei Almeria in Spanien errichtet.

Ein zweiter Prototyp stellt sich als ein Wohn- oder Bürogebäude mit vorstehendem Fassadengewächshaus dar und wird mit der Zielsetzung eines Wasser- und Energieautarken Gebäudes momentan in Berlin errichtet.

Ein weiteres Anwendungsgebiet entsteht im Rahmen der Grundlagenforschung im Bereich "Advanced Life Support" mit dem Ziel der Versorgung von Extremstandorten wie Wüste, Arktis oder Weltall.

Im Rahmen des Watergy Projektes entstand erstmals ein geschlossenes Gewächshaussystem ohne Außenlüftung und nahezu ohne Wasserverbrauch und unter Ausnutzung von Solarenergie.

Grauwasser aus dem Gebäude kann über den Verdunstungs- und Kondensationsprozess im Gewächshaus gereinigt und zurückgewonnen werden. Zusammen mit Regenwasser ist dies die Basis für eine autarke Wasserver- und -entsorgung.

Watergy Faustformeln:

Heizwärmebedarf:	15 KWh / m2 a, m2 bezogen auf zu beheizender Fläche bei Passivhausstandard, sonst je nach Baustandard -75 KWh / m2 a
Wärmeertrag Gewächshaus:	150 KWh / m2 a, m2 bezogen auf Gewächshausfläche
Wärmeertrag Feuchtluftkollektor:	400 KWh / m2 a , m2 bezogen auf Kollektorfläche, Kollektor soll nach dem Gewächshaus angeordnet werden, Orientierung Süd, Neigung Senkrecht bis 45 Grad
Kondensatschacht:	0,14 m2 / Person, Grundfläche bei 12 m Höhe, Anordnung nach Feuchtluftkollektor
Heizwärmespeicher:	12.000 l / Person, bei Speichermedium Wasser. Anordnung in den Dunkelzonen des Gebäudes oder unter dem Gebäude oder den nahen Freiflächen, Isolierdicke 1 m
Trinkwasserbedarf:	5500 l / Person a, Minimierter Bedarf für Trinken, Kochen und Spülen
Trinkwasserertrag:	700 l / m2 a, m2 bezogen auf Gewächshausfläche
Trinkwasserspeicher:	10 l / Person, Minimalbedarf für Trinken und Kochen
Brauchwasserbedarf:	10.000 - 18.000 l / Person a, Reduzierter Bedarf für Körperpflege, Vakuumtoilettenspülung, waschen, reinigen usw.
Brauchwasserertrag:	10.000 - 18.000 l / Person a, durch Grauwasser- reinigungsanlage im Keller
Brauchwasserspeicher:	45 - 140 l / Person, Reduzierter Bedarf für Körperpflege, Vakuumtoilettenspülung, waschen, reinigen usw.
Brauchwarmwasserbedarf:	14 KWh / m2 a, m2 bezogen auf zu beheizende Fläche
Brauchwarmwassererzeugung:	>1,25 m2 / Person, m2 bezogen auf Kollektorfläche,
Brauchwarmwasserspeicher:	80 l / Person
Strombedarf:	400 KWh / Person a, Minimierter Bedarf (heutiger Bedarf 1630 KWh/ Person a)
Stromertrag:	100 KWh / m2 a, m2 bezogen auf Fotovoltaikfläche Ausrichtung nach Süden, Neigung ca. 40 Grad

Bruttogeschossfläche / Person: 50 m2

Faktor Bruttogeschossfläche zu beheizender Fläche: 1,2 (120 %)