Regenwasser-Check

Berechnungsverfahren für Zisternenspeicher

Voraussetzung für eine wirtschaftliche Nutzung von Regenwasser bei einer guten Wasserqualität ist ein richtig bemessenes Speichervolumen. Wird dieses zu klein gewählt, muss über die gesamte Lebensdauer der Zisterne – bei einer guten Qualität 30 Jahre und weit darüber – mehr Trinkwasser als notwendig bezogen werden, was die Wirtschaftlichkeit senkt.

Bei einem zu großen Zisternenvolumen kann ein zu langes Verweilen des Wassers im Speicher, oder ein Ausbleiben von Überläufen zur Ausspülung möglicher Schwimmstoffe, Probleme mit der Wasserqualität verursachen. Zur Auslegung der Speichergröße bietet die DIN 1989-1 verschiedene Verfahren an.

Das verkürzte Verfahren

Dieses Verfahren wird nur eingeschränkt empfohlen. Der Regenwasserbedarf soll nicht über den eines Zweifamilienhauses hinausgehen und der Verbrauch gleichmäßig verteilt sein. Zudem sollen die Jahresniederschläge nicht über 600 mm bzw. Liter pro Quadratmeter liegen. Für jeden Quadratmeter Auffangfläche wird mit 25 bis 50 Liter Speichervolumen gerechnet, jedoch nicht mit mehr als 800 bis 1.000 Liter pro Person.

Berechnungsbeispiel: Bei einem 5-Personen-Haushalt und einer Auffangfläche von 80 Quadratmetern ergibt sich ein Speichervolumen von etwa 3,5 Kubikmeter (3.500 Liter).

Das vereinfachte Verfahren

Am häufigsten wird das vereinfachte Verfahren angewandt. Über die Größe der Auffangfläche, dem Abflußbeiwert dieser Fläche, den Jahresniederschlägen und dem hydraulischen Filterwirkungsgrad werden die Regenwassererträge errechnet:

Formel zur Berechnung des Speichervolumens nach dem Regenwasserertrag

Die Division durch die Tage des Jahres und Multiplikation mit der Anzahl der Tage für den Vorrat bzw. der maximalen Verweildauer ergibt das Volumen. Auf ähnliche Weise wird auch das Volumen für den Regenwasserbedarf ermittelt:

Formel zur Berechnung des Speichervolumens nach dem Regenwasserbedarf

Das kleinere der errechneten Volumen ergibt die Zisternengröße. Mit einem Vergleich der Volumen kann der maximale Anteil des durch Regenwasser gedeckten Bedarfs in Prozent ermittelt werden:

Formel zur Berechnung der Deckung des Regenwasserbedarfs

Der errechnete Deckungsgrad wird erreicht, wenn die Niederschläge über das Jahr immer so verteilt sind, dass zu jeder Zeit ein für diesen Grad der Deckung ausreichender Regenwasservorrat vorhanden ist. Dieses Verfahren stößt an seine Grenze, wenn die Niederschlagsmengen stark schwanken oder der Bedarf ungleichmäßig ist, wie z. B. bei einer Gartenbewässerung während der Gießperiode.

Berechnungsbeispiel: mit einer Dachfläche von 80 Quadratmetern und einem Abflussbeiwert von 75 %, Niederschlägen von 855 mm pro Jahr und einem Filterwirkungsgrad von 90 % ergibt die Formel bei einem Vorrat für 3 Ŵochen / 21 Tage ein gerundetes Ertrags-Volumen von 2,7 Kubikmeter.

Mit einem Bedarf von 8,8 Kubikmeter pro Person und Jahr für die Toilettenspülung bei 5 Bewohner und Gießwasser für 200 Quadratmeter Gartenfläche mit der DIN-Standardgießmenge von 60 Litern pro Quadratmeter und Jahr – die wegen überdurchschnittlicher Jahresniederschläge von 855 mm auf 55 Liter reduziert wurde – beträgt das Bedarfs-Volumen rund 3,2 Kubikmeter.

Die Zisternengröße entspricht dem kleineren Volumen von 2,7 Kubikmeter (2.700 Liter). Mit der Formel für den Deckungsgrad ergibt sich eine maximale Deckung des Bedarfs von 84 Prozent.

Das differenzierte Verfahren

Ein sehr realitätsnahes Ergebnis ermöglicht das differenzierte Verfahren durch eine mathematische Simulation des Zisternenbetriebs über einen mehrjährigen Zeitraum in Tagesschritten. Damit werden sowohl Schwankungen des Regenwasserbedarfs als auch der Niederschlagsmengen berücksichtigt.

Die DIN 1989-1 empfiehlt, zumindest für größere Regenwassernutzungsanlagen oder bei individuellen Verbrauchsverläufen, eine Simulation des Betriebs über einen Zeitraum von wenigstens fünf bis zehn Jahren mit den örtlichen Niederschlagsverläufen.

Berechnungsbeispiel: Für einen Vergleich unterschiedlicher Niederschlagsverläufe wurden drei Standorte mit gleichen Jahresniederschlägen von 855 mm ausgewählt. Zur besseren Veranschaulichung sind die Monatsmittel der Niederschläge – im unteren Bereich der Grafik – auf alle Tage der entsprechenden Monate so verteilt, dass sich durchgängige Verläufe ergeben.

Niederschlagsverläufe an drei verschiedenen Standorten mit gleichen Jahresniederschlägen
Auf die Tage verteilte Monatsmittel (Skala links) und langjährige Monatsmittel (Skala rechts) in mm / Liter pro Quadratmeter (Quelle: Langjährige Monatsmittel der Niederschläge 1981 bis 2010 des Deutschen Wetterdienstes und Berechnungen daraus)

Es wurde mit den Vorgaben des Beispiels für das vereinfachte Verfahren gerechnet. Die Standard-Gießwassermengen wurden nicht nach dem Jahresniederschlag, sondern den Niederschlägen während des Gießzeitraums – in diesem Fall April bis September – angepasst. Zur Ausspülung einer möglichen Schwimmschicht, z. B. Blütenpollen, sollte innerhalb von neun Monaten mindestens ein Überlauf stattfinden.

Der Zisternenbetrieb wurde über den Zeitraum 2007 bis 2016 simuliert. Für die Toilettenspülung als vorrangige Verwendung wurden die Wassermengen als erstes „entnommen“. Der verbleibende Speicherinhalt stand an Gießtagen für die Gartenbewässerung zur Verfügung. In folgender Tabelle sind die ermittelten Speichervolumen und Deckungsgrade angegeben:

Ergebnisse der Simulation als Tabelle

Die Deckung des Gießwasserbedarfs ist am Standort Mühldorf am höchsten, weil hier der Zeitraum mit den ergiebigsten Niederschlägen am besten mit der Gießperiode (s. Grafik) übereinstimmt. Andererseits sind hier die Niederschläge außerhalb der Gießperiode am geringsten, weshalb der Deckungsgrad für die ganzjährige Toilettenspülung nur zwischen denen der anderen Standorte liegt.

Mit obigen Ergebnissen wurden die Vorgaben der maximalen Verweildauer des Wassers im Speicher und des Zeitraums, innerhalb dessen mindestens ein Überlauf stattfinden soll, genau eingehalten. Begrenzte Überschreitungen zugunsten eines höheren Deckungsgrades könnten jedoch im Einzelfall noch akzeptabel sein. Für diese Fälle werden die nächstgrößeren Zisternenvolumen mit deren Überschreitungen im Simulationszeitraum mit angegeben (Beispiel aus ReWaCheck-Projektbericht).

 X

Zisternenvolumen mit Überschreitungen der Vorgaben
im Zeitraum 2008 bis 2017


Volumen mit Überschreitungen der Vorgaben

Wahl des geeigneten Berechnungsverfahrens

Bei einem gleichmäßigen Bedarf und Niederschlagsverlauf kann das verkürzte oder das vereinfachte Verfahren ausreichend sein. Da das vereinfachte gegenüber dem verkürzten Verfahren nicht sehr viel aufwändiger, dafür deutlich genauer ist, sollte diesem der Vorzug gegeben werden.

Sehr genaue Ergebnisse, auch bei ungleichmäßigen Regenwasserbedarfen oder ausgeprägten Wechseln zwischen Niederschlags- und Trockenperioden, ermöglicht das differenzierte Verfahren.

Der Regenwasser-Check (ReWaCheck) berechnet zusätzlich hilfreiche Detailergebnisse wie die Deckungsgrade in den einzelnen Kalendermonaten (nur differenziertes Verfahren) oder die Regenwassermengen für die Absetzung von Wasserentgelten.



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