Regenwasserspeicher für Gebäude und Quartiere

Derzeit entstehen vor allem in Städten in den Sommermonaten bei längeren Trockenperioden und ungünstigen Windverhältnissen Hitzeinseln. Das Konzept der Schwammstadt sieht vor, Wasser nicht abzuleiten, sondern zu speichern und so die Lebensqualität der Menschen und die Vegetation der Bäume und Pflanzen zu verbessern. Dazu wird der Niederschlag durch urbane Grünzonen, Feuchtgebiete, Wasser- und Überflutungsflächen sowie unterirdische Speicherräume dezentral gespeichert, um in Trockenperioden genügend Wasser zur Verfügung zu haben. Dies fördert zudem die Grundwasserbildung und reduziert die Überschwemmungsgefahr bei Starkregenereignissen. Dach- und Fassadenbegrünung an Gebäuden und begrünte Außenflächen schaffen ein besseres Mikroklima.

Integrierte Planung

Anlagen zur Regenwassernutzung und -versickerung müssen bei der Planung der Technischen Gebäudeausrüstung berücksichtigt werden. Gemeinsam mit der Fachplanung für Städte- und Infrastruktur sowie für Garten- und Landschaftsbau ist ein Konzept zur Pufferung, Sammlung, Nutzung und Versickerung zu erarbeiten.

Ein wesentliches Instrument zur Umsetzung ist die Wasserhaushaltsbilanz. Ziel ist es, einen naturnahen Wasserhaushalt zu erhalten und die Niederschlagsmengen zu reduzieren, die in die Kanalisation geleitet werden. Die Bilanz wird aus Niederschlag, Verdunstung, Abfluss und Speicherung für ein definiertes Gebiet und einen definierten Zeitraum erstellt.

Instrument zur Umsetzung

Grundlage ist die Arbeits- und Merkblattreihe DWA A/M 102/BWK-A/M 3 Grundsätze zur Bewirtschaftung und Behandlung von Regenwetterabflüssen zur Einleitung in Oberflächengewässer. Das Merkblatt DWA M 102/BWK-M 3, Teil 4, Wasserhaushaltsbilanz für die Bewirtschaftung des Niederschlagswassers vom März 2022 liefert ein Rechenverfahren für den langjährigen lokalen Wasserhaushalt in Siedlungsgebieten.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. F. Wolfgang Günthert, Vorsitzender Deutscher Expertenrat für Umwelttechnologie und Infrastruktur e.V., forderte bereits in einer früheren Studie des Bundesverbandes Deutscher Baustoff-Fachhandel (BDB), dass die bestehenden gesetzlichen Vorgaben von den Planungs- und Genehmigungsbehörden umgesetzt werden.

Bei der IFAT 2022 legten Forschende der Uni Kaiserslautern die Studie Starkregen und urbane Sturzfluten – Agenda 2030 vor, die spezifiziert, wie diesen Gefahren in der Baupraxis effektiv begegnet werden kann, etwa durch ein kommunales Starkregenmanagement. Demnach sollten betroffene Städte und Gemeinden verpflichtet werden, Gefahren- und Risikokarten zu erstellen. Zudem haben Wissenschaftler die Schwachstellen von Gebäuden bei Starkregen untersucht und empfehlen ein starkregengeschütztes Musterhaus: von der Dachbegrünung zur Zurückhaltung und Verdunstung von Wasser über Regenbassins und oberirdische Sammelflächen bis hin zur Schutzfunktion von Kellereingängen und Kellerschächten.

„Dies ist eine komplexe Aufgabe, die man lieber heute als morgen beginnen sollte“, betont Prof. Dr. Roland Müller vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig in einem Interview mit dem Graf-Magazin ‚for a greener Planet‘ zum Starkregenmanagement.

In über 20 Gemeinden und Städten in Deutschland hat eine Umsetzungs- und Verstetigungsphase begonnen, in der die Ergebnisse pilothaft erprobt werden. Der Prozess wird von einem wissenschaftlichen Querschnittsprojekt begleitet, das die inhaltliche Vernetzung, die Kommunikation nach außen und den Transfer in die kommunale Praxis unterstützen soll.

Entsiegelung

Asphalt, Beton oder Pflastersteine versiegeln luft- und wasserdicht die Oberfläche. Um eine möglichst natürliche Bodenfunktion wiederherzustellen, ist nach Ansicht der Expert:innen der Rückbau undurchlässiger Flächen zu empfehlen. Durch die Entsiegelung wird der Direktabfluss von Regenwasser gemindert, die Grundwasserneubildung durch Versickerung erhöht und die öffentliche Entwässerung entlastet. Positiver Nebeneffekt: Für vollständig entsiegelte Flächen sind im Gegensatz zu versiegelten bzw. teilversiegelten Flächen keine Niederschlagswassergebühren zu entrichten. Bei der Entsiegelung werden die luft- und wasserdichten Oberflächen entfernt und durch einen wasserdurchlässigen Bodenbelag ersetzt. Besonders geeignete wasserdurchlässige Bodenbeläge sind Rasen, Schotterrasen, Holzroste, Rasengittersteine oder Pflaster mit offenen Zwangsfugen.

Erhöhung der Verdunstung

Eine erhöhte Verdunstungskühlung durch Dach- und Fassadenbegrünungen bei Gebäuden, durch Begrünung von Außenflächen und auch durch Bäume reduziert bei längeren Trockenperioden das Risiko, dass sich urbane Hitzeinseln bilden. Dadurch wird das Mikroklima in Städten verbessert.

Intensiv- und Extensivbegrünungen

Dachbegrünungen haben in den vergangenen Jahrzehnten aus ökologischen, funktionalen und gestalterischen Gründen erheblich an Bedeutung gewonnen. Für die Planung, den Bau und die Instandhaltung von Dachbegrünungen gelten die FLL-Dachbegrünungsrichtlinien, Ausgabe 2018. Sie behandeln Intensivbegrünungen (Dachgärten), einfache Intensivbegrünungen und Extensivbegrünungen auf Dächern und Decken, beispielsweise von Tiefgaragen, mit einer Überdeckungshöhe bis 2 m.

Die notwendigen Regenentwässerungsanlagen sind in Übereinstimmung mit der DIN 1986 100 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Teil 100 Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056, Ausgabe Dezember 2016 und der DIN EN 12056 3 Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden – Teil 3: Dachentwässerung, Planung und Bemessung, Ausgabe Januar 2001, zu planen und auszuführen.

Bild: Graf

Bei der Intensivbegrünung wird durch den hohen Schichtaufbau ein großer Teil des Regenwassers gespeichert. Dies reduziert den Direktabfluss und verbessert die Verdunstungskühlung. Intensivbegrünungen lassen sich allerdings nur durch eine intensive Pflege mit regelmäßiger Wasser- und Nährstoffversorgung dauerhaft erhalten. Die Pflanzen stellen sehr hohe Ansprüche an den Schichtaufbau der Dachbegrünung.

Extensivbegrünungen sind mit geringem Aufwand zu bepflanzen und zu pflegen. Trotz des niedrigen Schichtaufbaus wird auch bei Extensivbegrünungen der Direktabfluss gemindert und die Verdunstungskühlung erhöht.

Vertical Greening

Neben der Dachbegrünung ist auch die Fassadenbegrünung, das so genannte Vertical Greening, im Trend. Dies ist ein planmäßiger und kontrollierter Bewuchs geeigneter Fassaden mit Pflanzen. Für die Planung, den Bau und die Instandhaltung von Fassadenbegrünungen gelten die FLL Fassadenbegrünungsrichtlinien, Ausgabe 2018.

Bei Fassadenbegrünungen wird zwischen boden- und fassadengebundenen Begrünungen unterschieden. Bei der bodengebundenen Begrünung haben die Pflanzen eine direkte Verbindung zum gewachsenen Boden. Eine regelmäßige Pflege ist notwendig, aber mit relativ geringem Aufwand verbunden. Bei der fassadengebundenen Begrünung besteht hingegen keine Verbindung zum Boden. Die Pflanzen werden durch automatische Anlagen mit Wasser und Nährstoffen versorgt. Der Pflegeaufwand ist dabei in aller Regel größer als bei bodengebundenen Begrünungen.

Wurzelkammersysteme für Bäume

Bäume können einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas durch Verdunstungskühlung leisten. Zur Optimierung der Wachstumsbedingungen für Bäume entscheiden sich Kommunen und Städte immer häufiger für den Einsatz von Wurzelkammersystemen. Hiermit können sich die Baumwurzeln frei entfalten, so dass dem Stadtbaum dauerhaft genügend Nährstoffe für ein gesundes und nachhaltiges Gedeihen zur Verfügung stehen. Deshalb empfehlen Experten, Baumgruben als bepflanzbaren Retentionsraum in das Regenwassermanagement zu integrieren.

Regenwassernutzung

Die Nutzung von Regenwasser gewinnt im Konzept der Schwammstadt zusätzliche Bedeutung – vor allem zur Gartenbewässerung. Hierbei wird nicht nur der Direktabfluss durch die Speicherung gemindert, sondern zusätzlich das Stadtklima durch Verdunstungskühlung verbessert.

Zur Regenwassernutzung sollte Expertenempfehlungen zufolge ausschließlich Wasser von Dachflächen, Dachterrassen oder Balkonen gesammelt werden. Wasser von Parkplätzen und anderen versiegelten Flächen wäre für den Einsatz in der Regenwassernutzungsanlage vorzubehandeln und ist daher wirtschaftlich nicht zu empfehlen.

Hersteller wie Graf liefern bis zu einer Größe von 60 m³ den Rigolenkörper vorkonfektioniert. Im Beispiel entstand aus 670 Modulen EcoBloc Inspect 230 auf rund 370 m² eine Anlage mit nur 36 cm Höhe. Bild: Graf

Die Verdunstung reduziert vor allem bei einer Dachbegrünung das Volumen des gesammelten Niederschlagswassers. Für die Berechnung der Niederschlagsmengen sind ausschließlich die projizierten Flächen relevant. Diese können insbesondere bei steilen Dächern stark von der Dachfläche abweichen.

Die Dachflächen (hellblau) können ohne Behandlung genutzt werden. Das Niederschlagswasser von Hofflächen (grau) ist zu behandeln. Bild: Graf

Regelwerke für Regenwassernutzungsanlagen

Für die Planung und Bemessung, Einbau, Kennzeichnung, Inbetriebnahme und Wartung von Regenwassernutzungsanlagen gilt die DIN EN 16941 1 Vor-Ort-Anlagen für Nicht-Trinkwasser – Teil 1: Anlagen für die Verwendung von Regenwasser, Ausgabe Mai 2024.

Daneben gelten für Regenwassernutzungsanlagen die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) und die Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Versorgung mit Wasser (AVBWasserV). Zudem sind die Anforderungen der DIN 1989 100 Regenwassernutzungsanlagen – Teil 100: Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 16941 1, Ausgabe Juli 2022, zu berücksichtigen.

Für das in Bau befindliche neue E-Center in Offenburg wird Regenwasser zur Dachbewässerung genutzt. Hier werden 75.000 l Wasser in Graf Flachtanks Platin zur dauerhaften Bewässerung der begrünten Dachfläche gespeichert. Bild: Graf

Die darin enthaltenen für die Regenwassernutzung relevanten Aussagen lassen sich so zusammenfassen: Die Anforderungen an die Wasserqualität von Trinkwasser gelten jedoch nicht für Wasser aus Regenwassernutzungsanlagen. Voraussetzung hierfür ist, dass Wasser aus derartigen Anlagen nicht in Bereichen angewendet wird, in denen Trinkwasserqualität wie bei der Körperpflege erforderlich ist.

Auch der nachträgliche Einbau einer Regenwassernutzungsanlage in bestehende Gebäude ist genehmigungsfrei. Wird die Regenwassernutzungsanlage im Rahmen eines Neubaus errichtet, so sind entsprechende Angaben im Entwässerungsgesuch des Bauantrages zu machen.

Versickerung von Niederschlagswasser

Wenn es die geologischen Formationen zulassen, ist nach Meinung der Experten das Niederschlagswasser von öffentlichen Flächen sowie von Grundstücken möglichst vor Ort zu versickern und so auf direktem Weg dem natürlichen Wasserkreislauf zuführen.

Im Arbeitsblatt DWA A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser, Ausgabe April 2005 (Entwurf im Gelbdruck, DWA-A 138-1 Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser – Teil 1: Planung, Bau, Betrieb, Ausgabe November 2020), sind die Anforderungen an Versickerungsanlagen dargestellt. Zusätzlich sind die Empfehlungen zur mengen- und gütemäßigen Behandlung von Regenwasser gemäß des Merkblatts DWA M 153 Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser, Ausgabe August 2007, zu beachten.

Bei der Regenwasserversickerung liegen die Durchlässigkeitsbeiwerte (kf-Werte) in einem Bereich von 10-3 bis 10-6 m/s. Besonders geeignete Bodenarten sind sandiger Kies, sandiger Schluff sowie Grob-, Mittel- und Feinsande. Bild: Graf

Versickerungsanlagen sind in aller Regel behördlich zu genehmigen. Genehmigungsfrei sind Versickerungssysteme, die Flächen mit geringen Flächenverschmutzungen entwässern. Dazu zählt beispielsweise die Entwässerung von Gründächern, Gärten, Wiesen, Dach- und Terrassenflächen in Siedlungsgebieten, Rad- und Gehwege außerhalb des Straßenbereichs sowie Hofflächen und Pkw-Stellflächen im Wohnbereich.

Um festzustellen, ob und mit welcher Wasserdurchlässigkeit des Bodens Wasser versickern kann, ist eine hydrogeologische Untersuchung vor Ort zu empfehlen. Um die Versickerungsleistung zu beurteilen, sind Rammkernsondierungen oder Schürfungen in der Nähe des Einbauortes der Rigole notwendig. Das Ergebnis ist ein Schichtenmodell, in dem die Verteilung und Dickeder Bodenschichten bis zur Schürftiefe dargestellt sind. Im hydrogeologischen Gutachten werden detailliert die Boden- und Grundwasserverhältnisse beschrieben.

Um festzustellen, ob und mit welcher Wasserdurchlässigkeit des Bodens Wasser versickern kann, ist eine hydrogeologische Untersuchung vor Ort zu empfehlen. Bild: Graf

Die Durchlässigkeit (k_f-Wert) des anstehenden Bodens und vorhandenes Grund- oder Schichtenwasser bestimmen wesentlich die Lage und Größe der Rigole. Bei der Regenwasserversickerung liegen die Durchlässigkeitsbeiwerte (k_f-Werte) in einem Bereich von 10^–3 bis 10^–6m/s. Besonders geeignete Bodenarten sind sandiger Kies, sandiger Schluff sowie Grob-, Mittel- und Feinsande.

Versickerungssysteme dürfen nicht in Schichten eingebaut werden, deren Durchlässigkeit <10^–6m/s (Ton oder bindige Böden mit Tonanteil) beträgt. Der Boden darf höchstens eine Durchlässigkeit von ≤10^–3m/s aufweisen, da eine Mindestverweildauer vor dem Grundwassereintritt erzielt werden soll. Wenn möglich, können mit einem Bodenaustausch die erforderlichen k_f-Werte erzielt werden.

Experten empfehlen, dass der Abstand der Sohle der Versickerungsanlage zum mittleren höchsten Grundwasserstand (MHGW) mindestens 1,0m beträgt. Bei geringer stofflicher Belastung der Niederschlagsabflüsse kann der Abstand auch bis zu einem Abstand von 0,5m verringert werden.