greenWATERrecycling - Thermische & stoffliche Grauwasser­nutzung zur klimatisch wirksamen Gebäudebegrünung und erneuerbaren Warmwasserbereitung

Motivation und Forschungsfrage

Im Bereich des Wärmeschutzes von Gebäuden, der Rückgewinnung von Lüftungswärmeverlusten und der Energieeffizienz von Elektroanwendungen findet aufgrund zahlreicher Forschungen ein stetiger technologischer Fortschritt statt. Im zeitgemäßen Baustandard hat sich dadurch der Anteil der Warmwasserbereitstellung zur größten Energieverbrauchskomponente des Gebäudes entwickelt. Hierbei sticht die fehlende Nutzung der Abwärme aus der Warmwasseraufbereitung hervor. Aktuelle Gesetzesentwicklungen, welche in der nahen Zukunft neue Effizienzstandards anordnen sowie auch den nachhaltigen Umgang mit Ressourcen forcieren, untermauern die Dringlichkeit zu umfassenden Lösungen für den Gebäudesektor. Das Projekt greenWATERrecycling geht in diesem Sinne der Frage nach, inwieweit Wärmeenergie aus Grauwasser rückgewonnen und zugleich als Nutzwasser wiederverwertbar gemacht werden kann.

Ausgangssituation/Status Quo

Die Produkte aus der Abwasserwärmerückgewinnung werden derzeit für die Frischwasser-Vorwärmung oder das zentrale Heizsystem verwendet. Vorteile der dezentralen Nutzung liegen in den kurzen Transportwegen des Wassers und den daraus resultierenden geringen Verteilverlusten. Das Abwasser führt unweigerlich zu einer Verschmutzung (z.B. Biofilmbildung) des Wärmetauschsystems, sodass dessen Temperaturübertragungsgrad mit der Zeit abnimmt. Einige Systeme mit Speicherprinzip besitzen automatische Reinigungssysteme, erfordern in der Folge aber hohe Wartungskosten, um eine gute Wirkung der Wärmerückgewinnung zu erhalten. Durchlaufsysteme vermeiden einen direkten Kontakt des Schmutzes mit den Wärmetauschern und reinigen sich durch turbulente Filterströme selbst. Allerdings weisen sie dadurch erfahrungsgemäß einen grundsätzlich geringeren Wirkungsgrad auf.

Projekt-Inhalte und Zielsetzungen

Ziel dieses Projekts ist die Konzipierung einer technisch ausgereiften Systemlösung („STREBEL Grauwasserverwertungsanlage") für die stoffliche und thermische Verwertung von Grauwasser, um das behandelte Grauwasser zu Bewässerungszwecken verwenden zu können und die bislang kaum genutzte Abwärme hocheffizient rückzugewinnen. Dadurch können Trinkwasser-Engpässe, die in trockenen Sommermonaten aufgrund des Klimawandels zu erwarten sind, entschärft und eine gleichzeitige Bewässerung von dringend benötigten Grünstrukturen zur Reduktion städtischer Hitzeinseln erreicht werden. Der Ansatz einer derart effizienten Verwertung von Grauwasser, nämlich sowohl in stofflicher als auch in thermischer Hinsicht, ist einzigartig und neuartig.
Durch das Projekt greenWATERrecycling ergeben sich vier visionäre Eckpunkte, die über den Stand der Technik hinausgehen und die zum energie- und wassereffizienten Betrieb eines Gebäudes beitragen können:

• Hoher Wärmerückgewinnungsgrad durch geringe Verteilverluste aufgrund der dezentralen Nutzung in Verbindung mit der Reinigung des Abwassers vor der Zufuhr zum Wärmetauscher.
• Nutzung des STREBEL behandelten Grauwassers als Wärmequelle für eine Wärmepumpe, die insbesondere der Warmwasserbereitung dient.
• Ausloten von Nutzungsmöglichkeiten des Kühlpotentials des STREBEL behandelten Grauwassers (nach Wärmeentzug), um einen Beitrag zur Kühlung von Gebäuden zu leisten.
• Grauwasserrecycling: Die Möglichkeit der Nutzung des STREBEL behandelten Grauwassers zur Bewässerung grüner Infrastruktur oder zum Einsatz als Nutz- und Brauchwasser.

Methodische Vorgehensweise

Es erfolgte eine technische Systementwicklung für einen Wohnbau mit 200 Bewohner:innen. Hierfür wurden die anfallenden Grauwassermengen und das Nutzungspotential der rückgewonnenen Energie analysiert. Die anfallende Menge des STREBEL behandelten Grauwassers wurde auf ihr physikalisches Potential (z.B. in Hinblick auf Schwebstoffe) zur Bewässerung unterschiedlicher Begrünungssysteme untersucht. In einem Versuchsgarten wurden ausgewählte Pflanzen gezielt mit dem STREBEL behandelten Grauwasser bewässert und mit einer Kontrollgruppe verglichen. Über zwei Vegetationsperioden wurden die Auswirkungen auf Wachstum und die relative Photosynthetisierung sowie die Entwicklungsfähigkeit der Pflanzen untersucht. Die technische Systemauslegung aller Projektkomponenten erfolgte auf Basis der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse.

Weiters wurden die technischen, rechtlichen und hygienischen Rahmenbedingungen zur stofflichen Grauwassernutzung für die Bewässerung von Grünflächen, Gebäude- und Fassadenbegrünung analysiert. An einem konkreten Gebäude, das für das Projekt als Referenzgebäude dient, wurde eine Simulation und Auswertung von klimaverbessernden Wirkungen durch zusätzliche Begrünung (an der Fassade selbst wie auch auf dem Vorplatz), welche mit Grauwasser bewässert werden kann, durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die Grauwasseranalysen ergaben, dass das STREBEL behandelte Grauwasser den in der ÖNORM EN 16941-2 & 1. AEVkA festgelegten Grenzwerten entspricht und die Qualitätsanforderungen erfüllt. Hinsichtlich der chemisch-physikalischen und mikrobiologischen Parameter eignet sich das STREBEL behandelte Grauwasser für die Anwendung zur WC-Spülung, Gartenbewässerung (ausgenommen Sprühanwendungen) und Reinigung (Spül- und Waschmaschine). Aus pflanzenphysiologischer Sicht eignet sich das STREBEL behandelte Grauwasser für die Bewässerung von grünen Infrastrukturen. Aufgrund von möglichen Rückständen im STREBEL behandelten Grauwasser (z.B. Medikamente) ist jedoch auf entsprechenden Umgang zu achten, sodass kein Kontakt zu Kräuter-, Obst- oder sonstigen Pflanzen und Bäumen mit essbaren Früchten möglich ist.

Ausblick

Auf Basis der Projektergebnisse konnte eine erste Demonstrationsanlage im Rahmen eines Forschungsprojekts aus dem Programm „Smart Cities Demo – Living Urban Innovation 2019" des Klima- und Energiefonds entwickelt und zur Umsetzung vorbereitet werden. Mit dieser Anlage können erstmals unter Realbedingungen in einem Wohngebäude Erfahrungen und Messdaten zum gegenständlichen Thema der thermischen und stofflichen Verwertung von warmen Grauwasser gesammelt werden. Durch das Projekt konnte die tatsächliche Umsetzung im Maßstab eines Reallabors erfolgreich vorbereitet werden, um die Projektergebnisse optimal zu verwerten.
Untersuchungen können dazu beitragen, die Wahrnehmung, die Einstellungen und die Akzeptanz der Menschen gegenüber Grauwasser zu verstehen und geeignete Kommunikations- und Bildungsstrategien zu entwickeln, um eine breite Akzeptanz zu erreichen.

Projektleitung

Schöberl & Pöll GmbH (Konsortialführer)

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• GEBE-STREBEL GmbH (Antragsteller)
• OeAD-Wohraumverwaltungs GmbH
• Institute of Building Research & Innovation ZT GmbH
• Universität für Bodenkultur Wien – Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau (IBLB)

DI Klemens Schlögl
Schöberl & Pöll GmbH
Lassallestraße 2/6-8
A-1020 Wien
Tel.: +43 (1) 726 45 66/14
Fax: +43 (1) 726 45 66/18
E-Mail: klemens.schloegl@schoeberlpoell.at
Web: www.schoeberlpoell.at