Nutzung von Regenwasser für den Hitzeschutz in der Schwammstadt Stadtkühlung, Regenwassernutzung, städtische Überhitzung, Schwammstadt Stephan Köster, Anna Thoms, Greta Hadler, Maike Beier Hitzeereignisse stellen ein zentrales Klimarisiko für Städte dar. Verdunstungskühlung gilt als sehr wirksam, setzt jedoch eine verlässliche Wasserverfügbarkeit voraus. Das Stadt(t)Wasserkonzept des ISAH nutzt qualitätsgesichertes Regenwasser zur Kühlung, aktiviert neue urbane Wasserspeicher und entlastet die Trinkwasserversorgung. Der Beitrag verdeutlicht, wie zukünftig zusätzlich erforderliche Wasserdienstleitungen unter Annäherung an eine natürliche Wasserbilanz zuverlässig wahrgenommen werden können. Hintergrund: Städtischer Hitzeschutz dringend geboten Der Klimawandel verstärkt bereits heute spürbar die städtische Überhitzung und lässt künftig noch intensivere Hitzeereignisse erwarten. Hitze zählt zu den gefährlichsten Klimarisiken. In Deutschland registrierte das Umweltbundesamt im „Hitze-Sommer“ 2018 rund 8.700, 2019 etwa 6.900 und 2020 ca. 3.700 hitzebedingte Todesfälle (an der Heiden et al., 2025). Hitze betrifft nicht nur vulnerable Gruppen, sondern die gesamte Stadtbevölkerung. Trotzdem steht der Hitzeschutz in vielen Städten noch am Anfang. Stadtgestaltung und Architektur tragen eine zentrale Verantwortung, um wirksame Maßnahmen zur Stadtkühlung zu planen und umzusetzen - von der Flächengestaltung bis zur Wasserinfrastruktur. Czorny et al. (2020) zeigen beispielhaft für Hannover, wie die Integration des Wassersektors bei der Stadt- 38 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 verfügbaren Quellen werden integriert, um wetterbedingte Verbrauchsschwankungen realistisch abzubilden. Im vorliegenden Beitrag werden die Chancen und Potentiale aufgezeigt, die sich bei Hitzeereignissen durch die Bereitstellung von qualitätsgesichertem Stadt(t)Wasser im Hinblick auf die Stadtkühlung ergeben. Die diskutierten Leitfragen sind hierbei: ƒ Welche Maßnahmen(-kombinationen) sind bei möglichst effizienter Wassernutzung hinsichtlich ihrer Kühlungsleistung besonders wirksam? ƒ Wie können Maßnahmen der Stadtkühlung infrastrukturell so integriert werden, dass qualitätsgesichertes Stadt(t)Wasser auch bei längeren Dürre- und Hitzeperioden in ausreichender Menge für eine zuverlässige Kühlwirkung bereitgestellt werden kann? Einzelelemente der wasserbasierten Stadtkühlung Direkte Verdunstungskühlung Vernebelungsanlagen kühlen durch die Verdunstung feinster Wassertröpfchen (< 0,1 mm), die der Umgebung latente Wärme entziehen. Dies führt innerhalb weniger Minuten zu einer spürbaren Absenkung der Lufttemperatur im direkten Umfeld. Die Kühlwirkung ist an den Betrieb der Anlage gekoppelt und klingt nach Abschaltung sehr rasch ab. Die Einrichtung eines automatisierten Betriebs ab einer bestimmten Temperaturgrenze - z. B. 30 °C - ist möglich. Besonders in stark versiegelten, dicht bebauten Bereichen können sie lokal sehr wirksam zur Hitzeminderung beitragen. Der Kühlungseffekt hängt stark von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wind ab (Huang et al., 2025; Zheng et al., 2019). Für die Berechnung der Kühlleistung wurden folgenden Annahmen getroffen: Für den täglichen Verbrauch wird ein 6-stündiger Betrieb an Hitzetagen angenommen. Eine Düse deckt 1,44 m² ab. Es ergibt sich daraus eine Kühlleistung von 0,57 kW/ m 2 . Die Flächenspülung versiegelter Oberflächen nutzt ebenfalls die Verdunstung zur Kühlung und gilt als effektiv. Die Spülung kann manuell (z. B. per Tankwagen) oder automatisiert bzw. zeitlich gesteuert erfolgen. Ähnlich der Vernebelung lässt sich damit eine bedarfsorientierte Kühlung erreichen. Im Modell wird die im Versuch von Solcerova (2018) eingesetzte Wassermenge von 12 l/ d*m2 übernommen. Es ergibt sich daraus eine Kühlleistung von 0,34 kW/ m 2 (Solcerova et al., 2018). Offene Wasserflächen steigern nicht nur die Aufenthaltsqualität in Städten, sondern tragen durch ihre hohe Wärmekapazität und Verdunstung an der Oberfläche auch zur Kühlung bei. Da in vielen Replanung die Resilienz urbaner Quartiere im Sommer stärken kann (Czorny et al., 2020). Stadtkühlung kann grundsätzlich auch wasserfrei erfolgen, z. B. durch helle Oberflächen oder Beschattung. Dennoch sind Ansätze mit Verdunstungskühlung besonders effektiv (An et al., 2015), z. B. durch Sprühelemente, Brunnen oder nächtliches Abspülen von Flächen sowie durch die Sicherstellung der Verdunstungsleistung des städtischen Grüns. Voraussetzung für wasserbasierte Maßnahmen ist eine ausreichende Wasserverfügbarkeit. Das Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Leibniz Universität Hannover (ISAH) arbeitet seit Jahren an siedlungswasserwirtschaftlichen Konzepten für klimaresiliente Städte. Grundsätzliches Vorgehen der Szenarienanalyse zur Einordnung der BGI-Potentiale ist in Beier et al. (2022) beschrieben. Wesentlicher Ansatz ist hier die Entwicklung einer klimaangepassten Stadtentwässerung, die ohne Einbußen beim Entwässerungskomfort eine umfassende Regenwassernutzung ermöglicht. Hierzu wurde am ISAH bereits viel Ent wicklungsarbeit zur qualitätsbasier ten Trennentwässerung (qbTE) geleistet. Diese trennt gezielt reinigungsbedürftige Teilströme (häusliches Schmutzwasser, schmutziges Regenwasser stark befahrener Straßen) von unverschmutzten bzw. nur gering verschmutztem Wasser (Kabisch et al., 2021). Damit werden die Voraussetzungen für die Umsetzung des Stadt(t)Wasser-Konzepts geschaffen (Köster, 2021; Köster & Beier, 2021), das den zweiten, nutzbaren Wasserteilstrom dezentral speichert und qualitätsgesichert als alternative Wasserquelle bereitstellt. Um die zugehörige Infrastruktur vorausschauend zu planen, sind präzise Abschätzungen zukünftiger Wasserbedarfe und erforderlicher Speicherkapazitäten not wendig , die saisonale Wetter- und Bedarfsschwankungen berücksichtigen. Dies wird unterstützt durch eine smarte, datenbasierte Bewirtschaftung. Insbesondere KI-Algorithmen können zunehmend flexibel integriert werden. Auf Basis realer Wetter- und Betriebsdaten lassen sich mit P y thon-Skripten verbesserte Trainingsdaten erzeugen (Merkmalsextraktion, Aggregation, synthetische Datenaugmentation). Ziel ist eine robuste Datengrundlage für prädiktive Modelle zur Betriebsunterstützung. Zur Modellierung kann z. B. die Open-Source- Bibliothek TensorFlow genutzt werden. So entsteht ein lernfähiges Modell, das den Wasserbedarf und den Stadt(t)Wasser verbrauch präzise prognostiziert und sich durch Rückkopplung im Betrieb kontinuierlich verbessert. Externe Einflussgrößen wie Temperatur- und Niederschlagsprognosen aus frei THEMA Umwelt 39 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 Grünflächen ergänzen durch Evapotranspiration, Verschattung und unversiegelte Flächen/ Versickerung die städtische Kühlung. Sie fördern Frischluftbildung und stärken die lokale Wasserbilanz. Voraussetzung für maximale Wirkung sind angepasste Bepflanzung und effizientes Wassermanagement. Es wird angenommen, dass 90 % des Wassers aus Bewässerung und Regen verdunsten. Es ergeben sich daraus Kühlleistungen zwischen 0,05-0,13 kW/ m 2 Vegetationsfläche. Herleitung der Kühlleistung Im Folgenden wird die Kühlleistung der zuvor beschriebenen Einzelelemente zur Stadtkühlung vorgestellt. Die Kühlleistung verdunstungsbasierter Maßnahmen unterliegt mehreren standort- und witterungsabhängigen Einflussfaktoren wie Lufttemperatur und -feuchtigkeit, Strahlungsintensität sowie Windgeschwindigkeit. Dennoch ist unter Annahme typischer Randbedingungen eine Abschätzung der thermischen Wirkung möglich. Die Kühlleistung wird als abgeführte thermische Energie in kW abgeschätzt und basiert auf folgendem Berechnungsansatz: 𝐾𝐾𝐾𝐾 = 𝑚𝑚𝑚𝑚̇ ∗ ∆𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑣𝑣𝑣𝑣 (𝑇𝑇𝑇𝑇) 𝐾𝐾𝐾𝐾[𝑊𝑊𝑊𝑊] = 𝐾𝐾𝐾𝐾üℎ𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑚𝑚𝑚𝑚̇ �𝑘𝑘𝑘𝑘𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑙𝑙𝑙𝑙 � = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 ∆𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑣𝑣𝑣𝑣 �𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑙𝑙𝑙𝑙� = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙ℎ𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑎𝑎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑊𝑊𝑊𝑊𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑎𝑎ℎä𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 Tabelle 1 fasst die Ergebnisse hinsichtlich Kühlleistung und Wasserverbrauch der einzelnen, Elemente zusammen und gibt Hinweise zu ihren Einsatzmöggionen Deutschlands die jährliche Verdunstung den Niederschlag übersteigt, ist davon auszugehen, dass flachen Stadt-Gewässern regelmäßig Wasser zugeführt werden muss (DWA - Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, 2018). Ein gezielter Eingriff in den Prozess oder eine Bewirtschaftung ist nicht möglich. Nachts kann es zur Wärmeabgabe kommen, wenn sich die Luft schneller abkühlt als das Wasser. Tagsüber ergibt sich eine Kühlleistung von 0,14 kW/ m 2 Wasseroberfläche. Indirekte Verdunstungskühlung über Vegetation Bei der Abschätzung der Kühlleistung von Pflanzen und Grünanlagen ist zu beachten, dass diese auf einem funktionsfähigen vegetativen System basiert. Sollten Grünanlagen und Stadtbäume bspw. extremer Hitze und/ oder längerer Trockenheit ausgesetzt sein, wird die Verdunstungsleistung reduziert. Die angegebenen Werte basieren auf optimalen Bedingungen hinsichtlich Wasserverfügbarkeit und Vitalität der Vegetation. Die genannten Werte sind daher als Maximalabschätzungen zu interpretieren. Stadtbäume tragen durch Transpiration und Schattenwurf zur Abkühlung bei. Sie sind ferner CO 2 - Senken und bieten ökologische wie gestalterische Vorteile. Ihr Kühlpotenzial hängt von Art, Alter und Vitalität des Baums ab. Der Pflege- und Bewässerungsaufwand besonders bei Jungbäumen ist hoch. Hier werden innovative Ansätze verfolgt, wie bspw. durch den Einsatz von KI Bewässerungslogistiken optimiert werden können (z. B. im Projekt BlueGreenCity KI -Entwicklung eine KI-Tools für die Pflege-, Kontroll- und Bewässerungsplanung kommunaler grüner Infrastruktur unter Verwendung alternativer Wasserressourcen). Es ergeben sich daraus Kühlleistungen zwischen 0,14-1,88 kW/ m 2 . Tabelle 1: Übersicht einzelner Kühlelemente inkl. spezifischer Wasserverbräuche, realistischen Verdunstungsraten und Kühlleistungen pro Quadratmeter Grundfläche ( Verdampfungsenthalpie bezogen auf 25°C) basierend auf Erfahrungswerten aus der Literatur ∆𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑣𝑣𝑣𝑣 �𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑙𝑙𝑙𝑙� = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙ℎ𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑎𝑎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑊𝑊𝑊𝑊𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑎𝑎ℎä𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎𝑎𝑎𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑇𝑇𝑇𝑇 THEMA Umwelt 40 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 (vgl. Bild 1) definiert. Wind- und Bebauungseinflüsse bleiben bei der Untersuchung unberücksichtigt. Zur Berechnung der Kühlleistungen und des dafür nötigen Wassers sowie erforderlicher Stadt(t) Wasser-Qualitäten werden für die Sommertage mit moderater Wärme (< 30 °C) gemittelte Wasserverbrauchswerte, für Hitzetage (> 30 °C) hingegen Maximalwerte aus Tabelle 1 herangezogen. Es wird ferner von einer ausreichenden Wasserverfügbarkeit zum Funktionserhalt der blau-grünen-Elemente auch während Hitzeperioden ausgegangen. Die Ergebnisse der Berechnungen bzgl. Wasserverbrauch, Kühlleistung, Speichergröße sind in Bild 2 aufgenommen und grafisch markiert. Darüber hinaus werden die dadurch inkludierten Kapazitäten für eine Starkregenvorsorge abgeschätzt. Wie zu ersehen ist, ist eine Stadtkühlung mittels Kälteinsel durch Einzelmaßnahmen oder Maßnahmenkombinationen einfach und effektiv möglich. Modellfall 3 mit einer Kombination aus den 3 Einzelmaßnahmen Vernebelung, Rasenfläche und Stadtbaum ist am effektivsten und vereint kurzzeitige punktuelle mit kontinuierlicher flächiger Kühlung. Die blau-grünen Infrastrukturelemente in den Molichkeiten. Während im BMBF-Projekt TransMiT/ RES: Z-Maßnahme für das System des geschlossenen Hinterhofes die Potentiale von blau-grünen Gestaltungselementen auf ihre Kühlleistung im Reallabor untersucht wurden (Beier et al. 2022), werden die Potentiale für urbane Plätze nachfolgend in einer Modellierungsanalyse dargestellt. Modellbetrachtung für Kälteinseln Eine flächendeckende Abkühlung ganzer Stadtgebiete ist unrealistisch. Stattdessen bieten „Kälteinseln“ lokal begrenzte Bereiche mit verbesserter thermischer Aufenthaltsqualität, in denen sich Menschen bei Hitze temporär abkühlen können. Die Wirkung solcher Kälteinseln - mittels Einzelelementen oder Kombinationen - wird an 5 Modellfällen untersucht. Dabei werden Kühlleistung an einem Hitzetag, erforderliches Speichervolumen zur Bedarfsdeckung und die benötigte Wasserqualität inklusive Aufbereitung betrachtet. Als Untersuchungsraum dient ein 500 m² großer öffentlicher Platz. Als Referenzfall wird eine vollständig versiegelte Platzfläche gewählt. Für die Platzfläche werden 5 Modellfälle mit jeweils unterschiedlichen Gestaltungen und Kühl-Ausstattungen Bild 1: Überblick der Modellfälle mit Flächenanteilen der Kühlmaßnahmen (in %), ISAH Referenz: vollversiegelte Fläche Modellfall 1: Stadtbaum und Rasen (50 %) Modellfall 2: offenes Wasser und Rasen (je 30 %) Modellfall 3: Stadtbaum, Vernebelung (30 %) und Rasen (10 %) Modellfall 4: Flächenspülung (100 %, 1-5 mm verteilt) Modellfall 5: Vernebelung (100 %) Bild 2: Kühlleistung [kW] und Wasserverbrauch [m³] ausgewählter Kühlelemente für einen 500 m² großen öffentlichen Platz an einem Hitzetag (> 30 °C) sowie Kühlleistung [kW], Speichervolumen [m3] und abgeschätzte Retentionsleistung [%] bei Starkregen für einen Sommermonat (30 Tage, 4 Hitzetage), ISAH THEMA Umwelt 41 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 Anforderungen (z. B. zur Vernebelung) zu unterscheiden. Je nach Aufbereitungsgrad wird das Wasser in verschiedene Qualitätsstufen eingeteilt, vgl.(Köster & Beier, 2021). Folgende Stadt(t)Wasser-Qualitäten sind für die hier betrachteten Modellfälle relevant: ƒ Basis: unbehandeltes Stadt(t)Wasser ƒ Basis+: membranfiltriertes Stadt(t)Wasser ƒ Des+: Basis+ mit Desinfektion Folgende Speichersysteme wurden betrachtet: ƒ Bodenspeicher bestehend aus porösen Materialien oder Speicherelementen wie Kies- oder Kunststoffrigolen ermöglichen eine gezielte Versickerung oder kontrollierte Einleitung in den Boden. Das Wasser reichert entweder das Grundwasser an oder verbleibt in den oberen Bodenschichten, wo es über Kapillarwirkung und Wurzeln pflanzenverfügbar bleibt. ƒ Regenwasserkanäle im Trennsystem (qbTE) können in Trockenphasen als Zwischenspeicher genutzt werden. ƒ Zisternen können ober- oder unterirdisch installiert werden und sind in verschiedenen Formen und Größen verfügbar. Während Regenwasser mit Basis-Qualität überwiegend in Regenwasserkanälen, offenen Wasserflächen, den Bodenspeichern oder auch im Grundwasser gespeichert wird, erfolgt die Speicherung des aufbereiteten Stadt(t)Wassers der Qualitätsstufen Basis+ und Des+ gezielt in Zisternen. Zusätzlich verdeutlichen die im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen durchgeführten Berechnungen, dass bei der Umsetzung einer umfassenden Regenwassernutzung im urbanen Raum deutlich größere Speichervolumina erforderlich sind als im Fall einer ausschließlich auf die Starkregenvorsorge ausgerichteten Strategie. City Water Hubs - Aufbereitungseinheiten Im Rahmen des Stadt(t)Wasser-konzepts leisten dezentrale, modular konfigurierte „City Water Hubs“ (CWH) die Aufbereitung des gesammelten Regenwassers. Da dieses überwiegend von unbelasteten oder nur gering belasteten Oberflächen stammt (qbTE), kann von einer vergleichsweise hohen „Rohwasserqualität “ ausgegangen werden. Der Aufbereitungsfokus liegt damit vorrangig auf der Entfernung suspendierter Feststoffe und der Reduktion hygienisch relevanter Parameter. Die Aufbereitung des Stadt(t)Wassers erfolgt nutzungsspezifisch und bedarfsgerecht. Zentrale Komponenten des Aufbereitungsprozesses sind eine vorzugsweise schwerkraftgetriebene Membranfiltration (Ultrafiltration) dellfällen 1 und 2 liefern zwar geringere, aber über längere Zeit konstante Kühlung. Die Vernebelungsanlage im Modellfall 5 erzielt die höchste Kühlleistung, benötigt aber bis zu 10 m³ Wasser pro Tag bei platzweitem Einsatz. Die Flächenspülung in Modellfall 4 erreicht mit deutlich weniger technischem Aufwand über die Hälfte der Kühlleistung der Vernebelungsleistung. Die hier ermittelten Wasserverbräuche lassen sich noch weiter optimieren (z. B. temperatur- oder personensensitive Steuerung). Insgesamt bietet Modellfall 3 zwar nicht die höchste Kühlleistung über 30 Tage, aber das effizienteste Verhältnis von Wasserverbrauch zu Kühlwirkung. Technische Umsetzung und infrastrukturelle Einbindung Die Integration einer zusätzlichen Wasserversorgungskomponente wie die des Stadt(t)Wassers stellt eine große Herausforderung insbesondere in urbanen Bestandsgebieten dar. Infrastrukturkomponenten, die benötigt werden, sind ausreichende und interagierende Wasserspeicher, die Option einer Aufbereitung zur Herstellung nutzungsabhängiger Stadt(t)Wasser-Qualitäten sowie dezentrale und einfach zu handhabende Verteilungslogistiken. Urbane Wasserspeicher Die Entwicklung der klimanagepassten Stadt war bislang stark von den Erfordernissen einer verstärkten Starkregenvorsorge geprägt. Für eine Versorgung mit Stadt(t)Wasser ist zwischen Wasserspeichern zur Sammlung von Regenwasser auch im Sinne der Starkregenvorsorge und solchen zur Speicherung von aufbereitetem Wasser mit gezielt definierten Qualitätsparametern für spezielle Anwendungen mit erhöhten Bild 3: City Water Hub (CWH) als Pilotanlage im Einsatz auf dem Campus der Leibniz Universität, ISAH THEMA Umwelt 42 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 einem großen Stadtbaum, ca. 10 % Rasenfläche und einer Vernebelungsanlage auf etwa 30 % der Fläche. Die Wasserversorgung erfolgt vollständig über lokal gesammeltes Regenwasser. Die Vernebelungsanlage benötigt 0,5 m³/ h und ist für 6 Stunden täglichen Betrieb an heißen Tagen ausgelegt, was einem Tagesverbrauch von 3 m³ entspricht. Bei 3 Hitzetagen pro Sommermonat ergibt sich ein monatlicher Bedarf von 9 m³ und 27 m³ für 3 Monate. Zusätzlich werden für die Baum und Rasenpflege 6 m³ (Rasen) und 2 m³ (Bäume) eingeplant, sodass sich insgesamt ein Wasserbedarf von 35 m³ und eine Verdunstungsmenge von 27 m³ ergibt. Es wird ein Regenwasserspeicher von 45 m³ empfohlen, um längere Trockenperioden zu überbrücken, inklusive 30 % Sicherheitsreserve. Alternativ kann ein Mindestvolumen von 15 m³ bei Platzmangel vorgesehen werden, was eine Versorgung für mindestens einen regenfreien Monat sichert (Vernebelung: 9 m³ plus Bewässerung: 3 m³ mit 20 % Reserve). Das unbelastete Regenwasser von der Platzoberfläche und umliegenden Dächern wird in einer vorgelagerten Speichervorrichtung (Zisterne, Regenwasserkanal, Bodenspeicher) gesammelt. Die Platzfläche, die ausschließlich für Fußgängerverkehre genutzt wird, bietet rechnerisch ausreichendes Potenzial zur Sammlung des benötigten Regenwassers. Bei einer Abschätzung von 200 mm Niederschlag in den 3 Sommermonaten ergibt sich folgendes Rückhaltepotenzial: zur Abtrennung suspendierter Feststoffe bzw. feiner Partikel, verbunden mit einem sehr geringen Energiebedarf und minimalem Betriebsmitteleinsatz, sowie eine UV-Desinfektion des feststofffreien Wassers zur sicheren Inaktivierung mikrobiologischer Verunreinigungen. Ergänzend kann eine Aktivkohlefiltration zur Entfernung organischer Spurenstoffe eingesetzt werden. Der modulare Aufbau gestattet es, dass die Aufbereitung flexibel an unterschiedliche Eingangswasserqualitäten und -mengen angepasst werden kann. Das Stadt(t)Wasser wird in Abhängigkeit der durchlaufenen Aufbereitungsmodulen in unterschiedliche Qualitätsstufen erzeugt: Basis, Basis+, Des+. Die CWHs sind ferner als gestalterisch integrierbare Infrastrukturelemente konzipiert. Ihre Einbindung in öffentliche Räume - etwa in Innenhöfen oder auf Quartiersplätze oder in Grünanlagen - ermöglicht eine funktionale und zugleich sichtbare Verbindung von Wassermanagement und Stadtgestaltung. Die Nutzung von Photovoltaikmodulen zur Energieversorgung unterstützt eine (über den Jahresverlauf durchgängige) autarke Betriebsweise. Bild 3 zeigt eine Demonstrationsanlage in einem Innenhof der Leibniz Universität Hannover. Die Platzgröße liegt bei 210 m². Dort kann u. a. ein vorhandenes Bewässerungssystem zur Versorgung der dortigen Grünanlagen genutzt werden. Zur Stadt(t)Wassergewinnung können ferner ausreichend umliegende Dachflächen eingebunden werden. Die erwartbaren Niederschlagsmengen werden durch standortbezogene Langzeitdaten sowie insbesondere durch aktuelle Daten einer lokal installierten Wetterstation (inkl. Echtzeitmessung von Niederschlagsintensität und Temperatur) abgeschätzt. In der Pilotanlage erfolgt die Entfernung suspendierter Feststoffe über einen Polypropylen Wickelfilter mit einer Porenweite von 5 µm (Pureplus PPW 10). Zur Desinfektion ist eine UV-Bestrahlungseinheit (Wagner GREEN UVC GUV 211) als Modul integriert. Zusätzlich wird die Wirkung einer Stufe mit granulierter Aktivkohle untersucht. Zur Prozessüberwachung ist das System mit einer Temperaturmessung und Wasserstandserfassung ausgestattet. Zur Überprüfung der Qualitäten nach Aufbereitung finden regelmäßige Probennahmen mit Untersuchung einer Vielzahl von (hygienischen) Wasserqualitätsparametern statt. An der cloudbasierten Integration weiterer Online-Messtechnik wird aktuell gearbeitet. Beispiel für infrastrukturelle Einbindung Der Modellfall 3 wird aufgrund seiner hohen Wirksamkeit als Ausgangspunkt genutzt, um Rahmenbedingungen und infrastrukturelle Anforderungen zu konkretisieren. Die Platzfläche umfasst 500 m², mit Bild 4: Darstellung der Platzkühlung mit Stadt(t)Wasser für Modellfall 3, ISAH THEMA Umwelt 43 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 oder Straßenreinigungsfahrzeugen mit aufbereitetem Wasser. Zusammenfassung und Ausblick Urbane Räume sind zunehmend von Hitze und Überhitzung betroffen. Wasser als Ressource für Verdunstungskühlung wird dabei immer wichtiger, um Kühlung und Aufenthaltsqualität zu sichern sowie gesundheitliche Belastungen zu verringern. Kühlung beginnt bei lokalen „Kälteinseln“ und entfaltet ihr Potenzial durch die Integration blau-grüner Infrastruktur auf Quartiersebene. Kälteinseln eignen sich besonders für hitzebelastete Orte wie Schulhöfe, Plätze oder Haltestellen. Die Akzeptanz solcher Plätze steigt, wenn sie Kühl-, Erholungs- und Spielangebote bieten (Sousa-Silva & Zanocco, 2024). Die vorgelegten Ergebnisse belegen, dass Kälteinseln am wirksamsten sind, wenn Maßnahmen gezielt kombiniert werden, wodurch Synergien und Redundanzen entstehen. Effektive Stadtkühlung erfordert mehr als punktuelle Eingriffe; sie ist eine Frage der wasserwirtschaftlichen Infrastrukturentwicklung. Es ist ratsam, Kühlung als integrierten Prozess von Quartiersentwicklung und wasserwirtschaftlicher Infrastruktur zu denken. Verschiedene Vorstellungen einer klimaresilienten Stadt existieren, doch das Schwammstadt-Prinzip überzeugt besonders, da es Wasser in den Mittelpunkt der Stadtentwicklung stellt und zentrale Ziele der Klimaanpassung fördert. Wichtig ist, dass für konsequenten Hitzeschutz größere Wasserspeicher nötig sind als für Retentionsräume der Starkregenvorsorge. Diese Tatsache sollte frühzeitig bei der Infrastrukturplanung berücksichtigt werden. Ein Vorteil: Konsequenter Hitzeschutz unterstützt zugleich die Starkregenvorsorge. Zusammenfassend brauchen Städte schnelle, effiziente Kühlung, idealerweise ohne Trinkwasser. Das vorgestellte Stadt(t)Wasser-Konzept zeigt konkret, wie Regenwasser als Ressource für Kühlung genutzt und die Trinkwasserversorgung entlastet werden kann und dies unter Einhaltung aller gebotenen Qualitätsanforderungen. DANKSAGUNG Dieser Beitrag entstand im BMFTR-finanzierten Projekt „Technische Ausgestaltung und digital-gestützte Bewirtschaftung von 3 qualitätsgesicherten Wasserkreisläufen zur Sicherstellung der städtischen Wasserversorgung als Beitrag zur Entwicklung klimaangepasster Städte aqua3“ (02WAZ1740A). Weitere Entwicklungen, besonders mit KI-Methoden, erfolgen im BMUKN-geförderten Projekt BlueGreenCity- KI (67KIA4032B). 500 𝑚𝑚𝑚𝑚 2 ∗ 0,2 𝑚𝑚𝑚𝑚 ∗ 0,8 ∗ 0,9 = 72 𝑚𝑚𝑚𝑚 3 Dabei wurde ein Abflussbeiwert von 0,8 für den befestigten Platz sowie ein Systemwirkungsgrad von 0,9 zur Berücksichtigung von Verlusten und Ineffizienzen angesetzt. Mögliche Interzeptionsverluste werden durch den Stadtbaum nicht explizit berücksichtigt. Somit können potenziell 72 m³ Regenwasser in besagten Zeitraum gesammelt und zur Nutzung bereitgestellt werden. Aufgrund der Aerosolbildung durch die Vernebelung und die Rasensprengung wird aufbereitetes Stadt(t)Wasser benötigt. Die dezentrale Aufbereitungseinheit C WH entnimmt dem Speicher Regenwasser und bereitet es zu Stadt(t)Wasser auf. Die Aufbereitung erfolgt mit Ultrafiltration, Aktivkohlefiltration und UV-Desinfektion. Der CWH wird im beschriebenen Fall auf einen Mindestdurchsatz von 0,5 m³/ h ausgelegt. Die gewählte durchschnittliche Leistung des CWH liegt bei 1 m³/ h, um ausreichend Wasser für die Vernebelung bereitzustellen. Zweckmäßig ist ein Speicher für aufbereitetes Stadt(t)Wasser von 1 m³, der z. B. in CWH „Sitzmöbeln“ (vgl. Bild 4) integriert werden kann. Die Bewässerung der Rasenfläche mit UV-desinfizierten Stadt(t)Wasser (Rasensprengung) wird vorzugsweise in den Morgen- und Abendstunden stattfinden, wenn keine Vernebelung erfolgt. Der Stadt-Baum kann mit unbehandeltem Regenwasser wurzelnah und direkt aus dem Regenwasserspeicher bewässert werden. Die Wasserverteilung erfolgt über ein lokales, sensorgestütztes System, das eine bedarfsgerechte Versorgung ermöglicht. Die Steuerung kann zeitgesteuert oder sensorbasiert erfolgen, wobei Luftfeuchte, Temperatur und Solarstrahlung das Ein- und Ausschalten regeln. Aus dem oberirdischen Stadt(t) Wasser-Speicher wird mittels Hochdruckpumpe das aufbereitete Wasser zu den Vernebelungseinheiten gefördert. Bei einem 6-stündigen Dauerbetrieb benötigt die Verneblungsanlage etwa 2,5-3 kWh/ Tag, was mit einer 3 m² großen PV-Fläche und Energiespeicherung autark gedeckt werden kann. PV-Module verschatten die Anlage und sichern so die Stromversorgung des CWHs überproportional. Die Fläche dient gleichzeitig zum Auffangen unbelasteten Regenwassers. Weitere Kühlmaßnahmen wie temporäre Flächenflutung mit Stadtbaumbewässerung können über den C WH gezielt umgesetzt werden. An weniger heißen Tagen sichert die Infrastruktur vorrangig die Wasserversorgung für Grünelemente wie Stadtbäume, Rasenflächen und angrenzender Vegetation. Eine Zapfstelle am CWH ermöglicht zudem das Befüllen von Bewässerungs- THEMA Umwelt 44 3 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0059 LITERATUR an der Heiden, D. M., Buchien, S., & Winklmayr, C. (2025). DAS: Weiterentwicklung und Harmonisierung des Indikators zur hitzebedingten Übersterblichkeit in Deutschland. An, K. J., Lam, Y. F., Hao, S., Morakinyo, T. E., & Furumai, H. (2015). Multi-purpose rainwater harvesting for water resource recovery and the cooling effect. Water Res, 86, 116-121. https: / / doi.org/ 10.1016/ j.watres.2015.07.040 Beier, M., Gerstendörfer, J., Mendzigall, K., Pavlik, D., Trute, P., & von Tils, R. (2022). 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Assessing public attitudes towards urban green spaces as a heat adaptation strategy: AUTOR: INNEN Stephan Köster, Prof. Dr.-Ing, Geschäftsführender Leiter und Universitätsprofessor des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Leibniz Universität Hannover koester@isah.uni-hannover.de ORCID: 0000-0001-8014-2399 Anna Thoms, M.Sc., Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Leibniz Universität Hannover thoms@isah.uni-hannover.de ORCID: 0009-0005-0503-0924 Greta Hadler, M.Sc., Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Leibniz Universität Hannover hadler@isah.uni-hannover.de ORCID: 0000-0002-9628-2043 Maike Beier, Dr.-Ing., Leiterin Forschungsfeld Abwasser und Wassermanagement, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Leibniz Universität Hannover, beier@isah.uni-hannover.de ORCID: 0000-0001-7868-4172 Insights from Germany. 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