Örtliche Wasserbilanz verbessern

Bleibt der Regen aus und steigen die Temperaturen, wie in den Sommern der Jahre 2018 bis 2020, wird es in unseren Ballungsräumen besonders unangenehm. Abhilfe schaffen langfristig kombinierte Maßnahmen der Verdunstung, Versickerung und Nutzung des Niederschlags. Wie zugleich Betriebskosten gespart werden können, zeigt das vor einigen Jahren realisierte Konzept zweier Betriebshöfe in Leipzig.

Die letzten drei Jahre waren in Deutschland besonders trocken. Tatsache ist, dass in Deutschland immer weniger Regen fällt und damit die Böden austrocknen. In Tiefen von mehr als 25 cm ist es in den letzten drei Jahren dramatisch dürr geworden. Die Niederschlagsdaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zeigen nunmehr seit 20 Jahren eine Abnahme um etwa 40 Prozent im Herbst sowie 20 Prozent im Frühjahr und Sommer. Zwischen 2005 und 2015 haben erhöhte Winterniederschläge einiges davon ausgeglichen. Doch seither wird auch die Regenmenge in der kalten Jahreszeit geringer. Zum Stress in den tieferen Bodenschichten hat zusätzlich beigetragen, dass in den Hitzesommern 2018 bis 2020 die natürliche Verdunstung gestiegen ist und die Entnahme von Grundwasser gesteigert wurde. Wichtiger denn je ist nun, den Regen, wenn er fällt, als Kostbarkeit zu bewirtschaften. Ihn einfach in den Kanal abzuleiten, wäre töricht.

Damit in Siedlungsgebieten langfristig wieder stabilere Wasser- beziehungsweise Feuchte-Verhältnisse in Gewässern, im Boden und in der Luft herrschen, werden derzeit die technischen Regeln angepasst. Dabei ist die lokale Wasserbilanz vor der Bebauung maßgeblich. Die Arbeits- und Merkblattreihe DWA-A/M 102 in Verbindung mit BWK-A/M 3 gilt für die Regenwasserbewirtschaftung mit Einleitung in Oberflächengewässer. Dabei spielen neben der Entwässerungssicherheit (Quantitätsaspekt) und der Behandlung des Regenabflusses (Qualitätsaspekt) vor allem die lokalen Wasserhaushaltsgrößen eine zentrale Rolle. Das bedeutet, dass die Anteile von Verdunstung, Versickerung und Abfluss nach der Bebauung wieder denjenigen möglichst nahekommen sollen, die auf den Referenzflächen vor der Bebauung gegeben waren. Die ersten beiden von fünf Teilen des Regelwerks wurden im Dezember 2020 veröffentlicht.

Weitsichtiges Konzept

Bei Neubauten wie der Betriebswerkstatt Dölitz und dem Technischen Zentrum Heiterblick der Leipziger Verkehrsbetriebe gelang es den Planern bereits vor knapp zehn Jahren, weitgehend den Anforderungen zu entsprechen, die an die lokale Wasserbilanz für die Bewirtschaftung des Niederschlagswassers künftig gestellt werden.

Die Leipziger Verkehrsbetriebe (LVB) garantieren täglich die Mobilität der Menschen in der Stadt sowie der Region. Um einen gut funktionierenden Nahverkehr sicherzustellen, investieren die Verkehrsbetriebe nicht nur kontinuierlich in das Liniennetz und die Fahrzeugflotte, sondern auch in die Betriebshöfe und Werkstätten, in denen die Wartung und Instandsetzung des Fuhrparks durchgeführt wird. Denn die Straßenbahn wird weiterhin der Hauptverkehrsträger im öffentlichen Personennahverkehr der Innenstadt von Leipzig sein. Unter diesem Aspekt wurde das Gesamtkonzept des Technischen Zentrums (TZ) Heiterblick entwickelt. Zusammen mit den Betriebshöfen Angerbrücke und Dölitz bildet es ein funktionelles Dreieck, das den Anforderungen an moderne und leistungsfähige Straßenbahn-Betriebshöfe entspricht.

Beispiel 1: Technisches Zentrum Heiterblick

Nutzung und verzögerte Ableitung

Insgesamt arbeiten im TZ 580 Mitarbeiter, davon maximal 300 gleichzeitig. Das vom 165.000 m² großen Gelände und den Dächern abfließende Regenwasser wird in einem Stauraumkanal mit 3 m Durchmesser und 2700 m³ Fassungsvermögen gesammelt. Es steht der Sprinkleranlage in der 2014 erstellten Hauptwerkstatt zur Verfügung. Auch die Bewässerung der Außenanlagen erfolgt mit dem gespeicherten Niederschlag. Erst wenn diese Vorräte aufgebraucht sind, dürfen drei Grundwasserbrunnen genutzt werden. Der Stauraumkanal sorgt, wie die Dachbegrünung, für eine verzögerte Ableitung des Regenwassers und entwässert mit maximal 10 l/s in den Regenkanal der Kommunalen Wasserwerke Leipzig. Das bewahrt die Oberflächengewässer, in die der Regenkanal mündet, vor extremen Schwankungen von Hoch- und Niedrigwasser.

Dachbegrünung als Klimaanlage

Ein Gründach bringt Vorteile für den natürlichen Wasserkreislauf sowie das Mikroklima im Umkreis des Gebäudes. Das liegt an der Luftbefeuchtung und Verdunstungskühlung durch die Pflanzen, die das Regenwasser in gasförmigem Zustand zurück in die Luft geben - ebenso an der Staubbindung sowie der Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff. Und es bringt dem Betreiber messbare Vorteile. So treten zum Beispiel keine größeren Temperaturschwankungen in der Konstruktion auf, was die Nutzungsdauer der Immobilie und deren finanziellen Wert erhöht. Auch ist der Wohlfühleffekt in den Räumen darunter an sehr heißen Tagen nicht beeinträchtigt, solange die Begrünung nicht ausgetrocknet ist. Um ausreichend Feuchte ohne Bewässerung zu bekommen, verbessern die Hersteller der Gründachsysteme die Verfügbarkeit des Regenwassers für den Bewuchs und erreichen mittlerweile Verdunstungsraten von mehr als 90 Prozent der auftreffenden Regenmenge im Jahresmittel. "Wir können durch entsprechende Speicherlagen den Rückhalt des Regenwassers im System erhöhen", erklärt Dr. Gunter Mann, Präsident des Bundesverbandes Gebäude Grün (BuGG). Voraussetzung für das 6720 m² große Retentionsdach über der neuen Hauptwerkstatt des TZ Heiterblick ist eine Fläche mit höchstens 5° Neigung. Bei 12 cm Bauhöhe erreicht die Begrünung eine Verringerung des Spitzenabflusses um maximal 83 Prozent, entsprechend einer Abflusskennzahl C = 0,17. Mit nur zwei Wartungsintervallen pro Jahr ist der Aufwand für die Pflege der extensiven Vegetation überschaubar. Sie bestehend aus einer Mischung von Kräutern, Gräsern und Sedum.

Beispiel 2: Straßenbahnbetriebshof Dölitz

Ertrag und Bedarf

• Klarspülmenge Waschanlage (ca. 3,5 m³/Tag) 1300 m³
• Bewässerung von 5000 m² Grünflächen (80 l/m²) 400 m³
• Befüllen von drei Gleispflegefahrzeugen (15,2 m³/Woche) 800 m³

Die Projektplanung für den Um- und Neubau lief seit 2010, die Baumaßnahmen begannen im ersten Quartal 2014, die Eröffnung fand Mitte 2016 statt. Unter anderem ist eine Waschanlage, in der ein Teil des Regenwassers genutzt wird, entstanden. Die Planer haben errechnet, dass von 6135 m² Dachflächen bei 600 mm Niederschlag und Ertragsbeiwerten von teilweise 0,5 und teilweise 0,8 pro Jahr circa 2400 m³ Regenertrag anfällt. Dem gegenüber steht ein einmaliger Löschwasserbedarf von 100 m³ sowie ein jährlicher Betriebswasserbedarf von 2500 m³, im Einzelnen für

Bewässerung und Reinigung

Gemäß DIN 1989-1 wurde die wirtschaftliche Regenspeichergröße ermittelt als Produkt aus dem kleineren Wert von jährlichem Regenertrag/Regenbedarf, multipliziert mit dem Faktor 0,06. In diesem Beispiel sind Jahresertrag und Jahresbedarf annähernd gleich. Das Produkt 2400 m³ x 0,06 ergibt ein erforderliches Volumen von aufgerundet 150 m³. Damit ergibt sich theoretisch (wären Ertrag und Bedarf gleichmäßig übers Jahr verteilt) ein Wasservorrat für drei Wochen, denn 52 Wochen x 0,06 = drei Wochen. Zuzüglich 100 m³ Löschwasser im Dauerstau beträgt das hier gewählte Behältervolumen 250 m³. Es liegt im Außengelände, nahe an der Waschanlage, um Leitungslängen und Saugrohrverluste zu minimieren. Für Bewässerung und Gleispflege holen Tankfahrzeuge das Regenwasser an einer leicht erreichbaren Entnahmestelle ab. Bei leerem Speicher wird aus einem neu gebohrten Brunnen nachgespeist.

Zur Waschwasseraufbereitung für die Fahrzeugreinigung dient eine unterirdisch eingebaute Kreislaufbehandlungsanlage mit mechanisch-biologischer Aufbereitung. Dort lagert das gereinigte Wasser, bis es im oberirdischen Vorlagebehälter benötigt wird. In bestimmten Zeitabständen, abhängig von der Außentemperatur, wird dieses bereitstehende Betriebswasser umgewälzt, um einer Geruchsbildung vorzubeugen. Aus der Zisterne wird Regenwasser ebenfalls in einen oberirdischen Vorlagebehälter gepumpt, kann dort jedoch ohne Belüftungsmaßnahmen bevorratet werden, da es keine nennenswerten organischen Bestandteile hat. Somit können Betriebs- und Regenwasser beliebig für einzelne Waschschritte eingesetzt werden.

Vierfach Betriebskosten sparen

Die Beschaffenheit des (von Natur aus) weichen Regenwassers ist ideal zum Waschen der Fahrzeuge, denn es hinterlässt keine Kalkschleier auf Lack und Scheiben. Und es reduziert vor allem im Winter die Leitfähigkeit des Betriebswassers, d. h. es gleicht die durch mehrfache Aufbereitung allmählich ansteigende Salzkonzentration des recycelten Waschwassers aus. Nähme man Trinkwasser, insbesondere aus Grund- und Quellwasser, das mit Gestein in Berührung kommt und Mineralstoffe auslöst, hätte das seinerseits eine hohe Leitfähigkeit und hinterließe Rückstände auf den Fahrzeugen. Es eignete sich daher zur Auffrischung des Waschwassers weniger gut als Regenwasser. Auch die Trinkwassergebühren sprächen dagegen.

Wer eine Fahrzeugwaschanlage, wie hier für Straßenbahnen oder für Pkw/Lkw, mit Regenwassernutzung kombiniert, spart vierfach: Die Gebühr für Regenwasserableitung, die Betriebskosten für Entsalzung des Abwasser-Kreislaufbetriebes, die Gebühr für Trinkwasser zum regelmäßigen Ausgleich fehlender Menge (auch zur sonstigen Nutzung wie Bewässerung oder Gleispflege) und die Lohnkosten für das Polieren der Fahrzeugscheiben nach der Klarwäsche.

Oberflächenwasser von Verkehrsflächen

Als stark belastete Verkehrsflächen im Sinne der Normen gelten Zufahrten, Park- und Stellplätze mit hohem Fahrzeugwechsel und starker Verschmutzung, wie bei diesem Betriebshof der LVB. Die Belastung besteht aus absetzbaren und abfiltrierbaren Stoffen sowie aus gelösten Metallionen. Zur Reinigung sind Sedimentationsanlagen und Lamellenklärer mit anschließender chemisch-physikalischer Reinigungsstufe erforderlich.

Der Behandlung nachgeschaltet ist ein Regenüberlaufbecken mit gedrosselter Ableitung in den Regenkanal der Stadt Leipzig. Dorthin gelangen auch die gelegentlichen Überläufe des Regenspeichers und der Versickerungsmulde, zum Beispiel nach Starkregen. Für den Fall extremer Ereignisse wurde von den Planern der Nachweis der schadlosen Überflutung gemäß DIN 1986-100 mit dem 30-jährigen Regen für das gesamte Areal des Betriebshofes geführt.

Photovoltaik und Gründach kombiniert

Das Solar-Gründach der neu erstellten Betriebswerkstatt (Bauteil E) kann circa 15 l Niederschlagswasser pro Quadratmeter speichern. Dadurch mindert es Abflussspitzen und entlastet die Kanalisation. Durch Verdunstungs- und Kühlungsvorgänge verbessert die Vegetation die Leistung der Photovoltaikanlage und trägt damit zur schnellen Rentabilität des Objektes bei.

Das Substrat der Dachbegrünung bildet die Auflast der Solar-Aufständerung, so dass Dachdurchdringungen vermieden werden. Die Kombination von Solar- und Gründach trägt zur Verbesserung der Energiebilanz von Gebäuden bei (Hitzeabschirmung und Wärmedämmung), reduziert Energieverbräuche sowie CO2-Emissionen, mindert Lärm und bindet Staub sowie Schadstoffe.

Versickern und Verdunsten kombiniert

Die bepflanzte Versickerungsfläche im Innenhof des Betriebshofs nimmt den Oberflächenabfluss der umliegenden Verkehrsflächen auf und reinigt diesen, gemäß der technischen Regel DWA-M 153 und DWA-A 138, durch eine mindestens 10 cm starke belebte Bodenzone. Der kf-Wert kennzeichnet die Durchlässigkeit des Bodens in gesättigtem Zustand, Einheit m/s. Als ausreichend wasserdurchlässig gelten kf-Werte von 10-³ bis 10-6, wie hier vorhanden. Zum Grundwasser ist der grundsätzlich geforderte Mindestabstand von 1 m ab Unterkante Versickerungsanlage gegeben.

Für die Bemessung der Muldengröße wurde das 5-jährige Regenereignis herangezogen. Die Muldensohlfläche von 670 m² liegt mindestens 50 cm unterhalb der Verkehrsflächen. Die maximale Einstauhöhe beträgt 30 cm, reguliert durch die Lage des Notüberlaufs in das Regenrückhaltebecken. So wird ein Rückstau in die Verkehrsflächen vermieden und gewährleistet, dass der Einstau nicht länger als 24 Stunden dauert. Im Zentrum der Sickermulde wurde Schilf gepflanzt, der eine jährliche Verdunstungsleistung von 1500 l/m² hat. Das steigert die Kapazität der Anlage, verbessert die Luftfeuchtigkeit und kühlt - ein weiterer Beitrag zur Optimierung des Stadtklimas und der örtlichen Wasserbilanz in Leipzig. n

• Grundsätzlich ist die Bewirtschaftung der Niederschläge zur Rückführung in den natürlichen Wasserkreislauf von zentraler Bedeutung für den Klimaschutz. Denn solange Regenwasser wie bisher unmittelbar abgeleitet wird, fehlt eine Menge Luftfeuchtigkeit, die für ein angenehmes Mikroklima und für weiteren Niederschlag notwendig ist.
• Zur Verdunstung von 1 m³ Wasser bei 45 °C sind etwa 700 kWh erforderlich. In Stadtzentren würde diese Wärmebindung als natürliche Kühlung gut funktionieren, wären genügend wasserhaltige Flächen vorhanden. Extensiv begrünte Dächer wandeln in den Sommermonaten 58 Prozent der Strahlungsbilanz in die Verdunstung von Wasser um. Bitumendächer liegen nach Messungen an zwei benachbarten Dächern der UFA-Fabrik in Berlin nur bei 6 Prozent. Als Regel der Technik gilt die FLL-Dachbegrünungs-Richtlinie. Eine Besonderheit ist bei der Kombination von Dachbegrünung mit Photovoltaik (PV) zu beachten: Wegen der Gewährleistung (Windsog etc.) sollte die PV-Halterung zusammen mit dem Gründach ausgeschrieben und beauftragt werden. Um eine optimale Verdunstungsleistung (Kühlung) für einen höheren Stromertrag der PV-Anlage zu erhalten, ist eine automatische Bewässerung der Dachbegrünung ideal.

Solargründach mit Bewässerung

Grundsätzlich ist die Bewirtschaftung der Niederschläge zur Rückführung in den natürlichen Wasserkreislauf von zentraler Bedeutung für den Klimaschutz. Denn solange Regenwasser wie bisher unmittelbar abgeleitet wird, fehlt eine Menge Luftfeuchtigkeit, die für ein angenehmes Mikroklima und für weiteren Niederschlag notwendig ist.

Zur Verdunstung von 1 m³ Wasser bei 45 °C sind etwa 700 kWh erforderlich. In Stadtzentren würde diese Wärmebindung als natürliche Kühlung gut funktionieren, wären genügend wasserhaltige Flächen vorhanden. Extensiv begrünte Dächer wandeln in den Sommermonaten 58Prozent der Strahlungsbilanz in die Verdunstung von Wasser um. Bitumendächer liegen nach Messungen an zwei benachbarten Dächern der UFA-Fabrik in Berlin nur bei 6 Prozent. Als Regel der Technik gilt die FLL-Dachbegrünungs-Richtlinie.

Eine Besonderheit ist bei der Kombination von Dachbegrünung mit Photovoltaik (PV) zu beachten: Wegen der Gewährleistung (Windsog etc.) sollte die PV-Halterung zusammen mit dem Gründach ausgeschrieben und beauftragt werden. Um eine optimale Verdunstungsleistung (Kühlung) für einen höheren Stromertrag der PV-Anlage zu erhalten, ist eine automatische Bewässerung der Dachbegrünung ideal.