Wissen Wie viel Trinkwasser brauchen Städte?
Helfen könnten digitale Lösungen, die lebenswichtigen Bereiche Lebensmittel, Wasser und Energie in verschiedenen Regionen zu analysieren. Nicht zuletzt im Zusammenhang mit dem Klimawandel ist dies von herausragender Bedeutung für die Versorgung.
Ein Forschungsteam der Hochschule für Technik in Stuttgart hat deshalb den Trinkwasserbedarf von Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden simuliert und dazu ein 3D-Datenmodell für deutsche Städte und Regionen benutzt. Dabei wurden geometrische Gebäudedaten sowie meteorologische und sozio-ökonomische Werte integriert. Die Abweichung von realen Trinkwasserverbräuchen betrug am Ende weniger als sieben Prozent. Die Forscher sind überzeugt, ein Werkzeug gefunden zu haben, mit dem der Wasserbedarf für alle Gebäudetypen wie etwa Wohnhäuser, Büro-, Schul- und Industriegebäude auf der Grundlage eines speziellen 3D-Gebäudemodells simuliert werden kann und die Versorgung so besser zu planen ist.
Infrastruktur planen und Ressourcen managen
„Mit dem neuen Ansatz können wir den Wasserbedarf auf der Ebene von einzelnen Gebäuden simulieren und analysieren. Bestehende Modelle fokussieren sich eher auf die Simulation von ganzen Kommunen“, erklären Bastian Schröter, Professor für Energietechnik, und Keyu Bao, Doktorand am Zentrum für nachhaltige Energietechnik an der Stuttgarter Hochschule. Von solchen Analysen können insbesondere Kommunen profitieren: „Eine genaue Modellierung des städtischen Wasserbedarfs, die Wohn- und Nichtwohngebiete abdeckt, kann Kommunalverwaltungen oder Infrastrukturplanern helfen, lokale Wasserversorgungsinfrastrukturen besser zu gestalten und das Management lokaler Ressourcen zu verbessern“, erläutern die Forscher.
Das Tool sei auch ideal, um den Wasserbedarf in einem künftigen Baugebiet zu simulieren. Der Bedarf kann anhand verschiedener Skalen vorgegeben werden: auf Ebene des Gebäudes, des Stadtviertels, der Stadt oder des Landkreises. Bezugsgröße sind dabei die Gebäude. Anstatt den durchschnittlichen Pro-Kopf-Wert des Wasserbedarfs aus übergeordneten Skalen zu verwenden, zum Beispiel von einem Bundesland, können nun mit dem neuen Ansatz Daten wie der lokale Siedlungswasserbedarf pro Kopf sowie die lokalen klimatischen Bedingungen und sozioökonomische Faktoren im Gebiet berücksichtigt werden.
Test mit Daten aus drei deutschen Regionen
Das Forschungsteam simulierte Szenarien in drei deutschen Landkreisen mit unterschiedlichen klimatischen und sozioökonomischen Bedingungen, um die Durchführbarkeit, Genauigkeit und Belastbarkeit des neuen Wasserbedarfsmodells zu testen: in Ludwigsburg, in Köln und im Ilm-Kreis.
Der Landkreis Ludwigsburg repräsentiert dabei ein typisches süddeutsches Vorstadtgebiet, die Stadt Köln ein dicht besiedeltes städtisches Gebiet und der Landkreis Ilm-Kreis eine eher ländliche Region. Jeder Mensch benötigt 90 bis 150 Liter pro Tag, je nach Bundesland, Alter, Haustyp und Einkommen in Wohngebäuden. Bei Nicht-Wohngebäuden hingegen schwankt der Wasserverbrauch extrem zwischen 0,05 Kubikmeter pro Quadratmeter pro Jahr und 96 Kubikmeter pro Quadratmeter pro Jahr. Unter anderem wurden auch in der Gemeinde Rainau im Ostalbkreis in Baden-Württemberg verschiedene Szenarien analysiert. Untersucht wurde speziell der Bedarf in Bezug auf den Wasserpreis, die Alterung der Bevölkerung und den Klimawandel.
Die Ergebnisse: Es zeigte sich, dass der Wasserbedarf pro Person differiert. So steigt der Wasserbedarf pro Person um 3,6 Prozent, wenn als Faktoren höheres Alter und höhere Temperaturen aufgrund des Klimawandels in die Berechnung einbezogen werden. Dies könnte daran liegen, dass ältere Menschen eher zu Hause sind und einen Garten besitzen, den sie bewässern. Je wärmer die Temperaturen, desto mehr Wasser ist erforderlich. In einem anderen künftigen Szenario ist zu erwarten, dass der Wasserverbrauch pro Kopf zurückgeht, wenn die Wasserpreise steigen. Die industrielle Wassernachfrage steigt insgesamt um 46 Prozent aufgrund der wirtschaftlichen Entwicklung gemessen am Bruttoinlandsprodukt.
Simulationsmodell auch weltweit einsetzbar
Die Ermittlung des Wasserbedarfs mit dem neuen Modell umfasst einzelne Gebäude als Basiselement zur Berechnung. Enthalten sind Gebäudetypen (Wohnen, Hotel, Krankenhaus, Bildung, Büro, Einzelhandel, Sport und Ausstellungshalle sowie Industriegebäude), Baujahr und Gebäudegeometrie. Die Gebäudegeometrie wird zur Berechnung der Bodenfläche verwendet. In Kombination mit dem Baujahr kann die Anzahl der Bewohner in Wohngebäuden simuliert werden. Der Wasserbedarfswert pro Fläche oder pro Person wird auf der Grundlage von Gebäudetypen, Klima und sozioökonomischen Faktoren, wie zum Beispiel Einkommen ermittelt.
Die Simulation kann auch weltweit auf andere Regionen angewendet werden, vorausgesetzt das 3D-Gebäudemodell dient als Basis und die entsprechenden statistischen Daten sind verfügbar.