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Wassernutzung und Wasserverschwendung in Industrieanlagen

• Definition von Wasserverschwendung
• Industrielle Wassernutzung
• Wasserendverwendung: Wie Wasser in Einrichtungen verwendet wird
• Wassernutzung messen: Messung und Submetering
• Kosten im Zusammenhang mit der Wassernutzung
• Zu berücksichtigen
• Fußnoten
• Toolkit Navigation

Definition von Wasserverschwendung

Wasser ist eine der kritischsten Ressourcen der Welt und für alle Arten von Industrie notwendig. Wasser wird in erheblichen Mengen benötigt, um Waren von Lebensmitteln bis hin zu Siliziumchips herzustellen. In diesem Toolkit bezieht sich der Begriff „Wasserverschwendung“ auf die Verwendung von Wasser über den Punkt hinaus, der den Wert für den Kunden optimiert. Dies umfasst die nicht wertschöpfende Wassernutzung während des gesamten Anlagenbetriebs und der Unterstützungsprozesse sowie von der Lieferkette über die Produktion, Produktnutzung und Abfallentsorgung. Wasserverschwendung kann die Gesundheit und das Wohlbefinden von Menschen und Ökosystemen schädigen, indem sie Wasser von anderen Bedürfnissen und nützlichen Nutzungen ablenkt. Die Reduzierung von Wasserverschwendung kann dazu beitragen, dass gegenwärtige und zukünftige Generationen Zugang zu einer nachhaltigen Wasserversorgung haben.

Verbessern Sie die Wassereffizienz Ihrer Anlage, indem Sie Wasserverschwendung reduzieren, nicht nur durch Reduzierung der Wasseraufnahme, sondern auch durch kreative Wege, Wasser effizienter zu nutzen. Wassereffizienz, wie der Begriff in diesem Toolkit verwendet wird, bezieht sich auf die Reduzierung der pro Produktionseinheit verwendeten Wassermenge. Wassereffizienz bezieht sich auf die minimale Wassermenge, die zur Ausführung einer Aufgabe benötigt wird. (Beachten Sie, dass Verbesserungen der Wassereffizienz nicht unbedingt bedeuten, dass der Gesamtwasserverbrauch einer Anlage verringert wird, da Produktionssteigerungen die Wassereffizienzgewinne ausgleichen können.) Beispiele für Wasserverschwendung sind:

• Wasserverlust durch Materialfehler, wie undichte Schlauchtüllen
• Verwerfen von Wasser, das wiederverwendet werden könnte, wie behandeltes Spülwasser
• Abwassereinleitungen
• Wasser, das von High-Flow-Geräten anstelle von effizienteren Alternativen verwendet wird
• Verwendung von Wasser über die Notwendigkeit hinaus, wie z. B. die Verwendung von zu viel Wasser für die Anlagen- oder Teilereinigung

Das Verständnis der vielen Orte, an denen Wasserverschwendung auftritt, ist ein wichtiger erster Schritt für ermittlung von Verbesserungsmöglichkeiten.

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Industrielle Wassernutzung

Die Nutzung von Wasser durch die Industrie, sowohl in den Vereinigten Staaten als auch auf der ganzen Welt, macht einen erheblichen Teil des gesamten Wasserverbrauchs aus. Der industrielle Wasserverbrauch in den USA wird auf mehr als 18,2 Milliarden Gallonen pro Tag geschätzt (aus direkten Wasserentnahmen, ohne Wasserverbrauch aus der öffentlichen Wasserversorgung)1. Während industrielle Wasserentnahmen nur fünf Prozent der gesamten Wasserentnahmen in den Vereinigten Staaten ausmachen, machen thermoelektrische Wasserentnahmen 49 Prozent aus. Industrie- und Fertigungsunternehmen nutzen auch etwa 12 Prozent der öffentlichen Wasserversorgung. Zu den industriellen Wassernutzern gehören Einrichtungen in Sektoren wie Chemikalien, Lebensmittel und Getränke, Papier und zugehörige Produkte, Stahl, Elektronik und Computer, Metallveredelung, Erdölraffination und Transportausrüstung. Insgesamt sind zwei der wasserverbrauchendsten Sektoren der Wirtschaft die Landwirtschaft und die thermoelektrische Energie, obwohl andere Industrien in einigen Gebieten einen erheblichen Teil der öffentlichen Wasserversorgung nutzen können.

Der Anteil des industriellen Wasserverbrauchs kann in bestimmten geografischen Gebieten viel größer sein, und diese Gebiete können einem erheblichen Versorgungsdruck ausgesetzt sein. Abbildung 3 zeigt eine geografische Verteilung der Wasserknappheit auf der ganzen Welt. Gebiete, die anfällig für Wasserknappheit sind, werden wahrscheinlich weiterhin um Wasserressourcen konkurrieren, was sich auf Ihre Beziehung zur umliegenden Gemeinde auswirken kann. Achten Sie auf den Standort Ihrer Anlage in Bezug auf potenzielle Wasserknappheit und berücksichtigen Sie den Wasserwettbewerb, wenn Sie neue Anlagen errichten oder Beziehungen zu neuen Lieferanten aufbauen. In den Vereinigten Staaten unterhält das National Integrated Drought Information System ein benutzerfreundliches Webportal mit aktuellen Informationen, Prognosen, Karten, Berichten und Ressourcen zu Dürrebedingungen und Wasserknappheit.

Der industrielle Wasserverbrauch variiert je nach Branche, da unterschiedliche Aktivitäten unterschiedliche Wassereinträge erfordern. Kasten 6 listet acht Industriezweige auf, die erhebliche Wassereinträge benötigen.

Wasser ist eine sehr wichtige Ressource für viele Branchen, und daher gibt es viele Möglichkeiten, den Wasserverbrauch zu reduzieren. Im Falle der High-Tech-Industrie, die erhebliche Mengen Wasser zur Herstellung von Halbleitern und anderen Komponenten verwendet, ist Wasser für den Industriebetrieb von entscheidender Bedeutung. Das Reinigen und Spülen von Siliziumchips kann Milliarden von Gallonen Wasser pro Jahr erfordern; Zur Herstellung eines einzelnen Chips können bis zu 7.900 Gallonen verwendet werden2. Bekleidung steht auch ganz oben auf der Liste der wasserintensiven Industrien, wobei die Baumwollproduktion und die Textilverarbeitung erhebliche Wassereinträge erfordern. Unter den industriellen Herstellern ist der Forstproduktsektor der drittgrößte Wasserverbraucher in den USA und benötigt hohe Wassermengen für die Zellstoff- und Papierherstellung. Die Elektrizitätsindustrie nutzt Wasser direkt in großem Umfang zur Kühlung und Emissionsreinigung; Anlagen für fossile Brennstoffe und Kernkraftwerke benötigen Hunderte Liter Wasser für jede Kilowattstunde Strom, die sie produzieren3. Tabelle 1 zeigt typische Wassermengen, die zur Herstellung einer Tonne mehrerer hergestellter Produkte erforderlich sind.

Der relative Wasserverbrauch variiert stark zwischen den Industriesektoren, und der Wasserbedarf variiert stark in den Phasen des Produkts oder der Dienstleistung Wertschöpfungskette, vom Lieferanten über die Produktion bis zur Produktnutzung. Es ist wichtig zu wissen, wo in der Wertschöpfungskette der Wasserverbrauch Ihrer Branche am stärksten ist, damit Sie die Verbesserungsbemühungen entsprechend ausrichten können. Zum Beispiel verwendet die Bekleidungsindustrie große Mengen Wasser in der Rohstoffproduktion, während die Biotech- und Pharmaindustrie den größten Teil ihrer Wasserressourcen im direkten Betrieb verwendet. Tabelle 2 zeigt die relative Intensität der Wassereinwirkung (von null bis drei Quadraten) in verschiedenen Segmenten der Wertschöpfungskette für mehrere Industriezweige.

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Endverwendung von Wasser: Wie Wasser in Anlagen verwendet wird

Um die Wasserverschwendung in der Industrie zu reduzieren, ist es wichtig zu verstehen, auf welche Weise Wasser in Anlagen verwendet wird. Das Verständnis der Endverwendung von Wasser ist entscheidend, um Möglichkeiten zur Wassereinsparung zu identifizieren. Während die Endverwendung von Wasser je nach Branche und Einrichtung variiert, gibt es in den meisten Industrieanlagen Kategorien der Wassernutzung. Der Wasserverbrauch in den meisten Industriezweigen kann in die folgenden breiten Endanwendungen eingeteilt werden:

• Produktionsverarbeitung und produktinterne Verwendung
• Hilfsprozesse (z. Reinigung)
• Kühlen und Heizen (z. B. Kühltürme und Kessel)
• Häusliche Nutzung in Innenräumen (z. B. Toiletten, Küchen und Wäschereien)
• Landschaftsbewässerung

Diese breiten Kategorien umfassen viele Arten, wie Industrieanlagen Wasser verwenden. Unter den Industriekunden in den USA stellen Kühlbetriebe (einschließlich Kühltürme und offene Kühlsysteme) die größte Kategorie des industriellen Wasserendverbrauchs dar, wobei mehr als 50 Prozent des industriellen und kommerziellen Wasserbedarfs zusammen in Richtung Kühlung gehen4.

Die Wassermenge, die für die verschiedenen Endanwendungen benötigt wird, ist je nach Branche unterschiedlich. Service- und Produktionsanlagen benötigen das meiste Wasser zum Waschen und Verarbeiten, während Lebensmittel- und Getränkeanlagen den größten Teil ihrer Wasseraufnahme für die Produktaufbereitung verwenden. Abbildung 4 zeigt Beispiele für die Endverwendung von Wasser in der Computer- und Elektronikindustrie sowie in der Lebensmittelindustrie.

Die wichtigsten Endverbraucher von Wasser bieten häufig die größten Möglichkeiten zur Reduzierung von Wasserverschwendung und zur Verbesserung der Effizienz. Beispielsweise können in vielen Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaunternehmen Reinigungsprozessgeräte bis zu 50 bis 70 Prozent des gesamten Wasserverbrauchs einer Anlage ausmachen und stellen eine erhebliche Möglichkeit zur Wassereinsparung5 dar. Abbildung 5 zeigt, wie Wasser in einer Industrieanlage durch verschiedene Endanwendungen fließt; Beachten Sie, dass dieses Diagramm nicht alle Wiederverwendungsoptionen enthält. Überlegen Sie, wie ein ähnliches Diagramm aussehen würde, das den Wasserverbrauch in Ihrer Einrichtung zeigt.

Über diese Kategorien der Endverwendung von Wasser hinaus verfügen bestimmte Branchen über Prozesse, die erhebliche Wassermengen erfordern. Zum Beispiel kann in der Textilindustrie eine typische kontinuierliche Gewebebleichmaschine 11.000 Gallonen Wasser pro Stunde verbrauchen6.

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Messung der Wassernutzung in Einrichtungen: Metering und Submetering

Um ein besseres Verständnis der Wassernutzungsmuster in Ihrer Einrichtung zu erhalten, ist es fast immer hilfreich, Wasserzähler zu verwenden. Viele Lean-Methoden beruhen auf der Verfügbarkeit zeitnaher und genauer Informationen zu wichtigen Leistungskennzahlen. Durch die Messung des Wasserverbrauchs und der Wasserflüsse auf Anlagen- und / oder Prozessebene wird es viel einfacher, Möglichkeiten zur Wassereffizienz zu identifizieren. Wie das Sprichwort sagt, können Sie nicht verwalten, was Sie nicht messen. Es gibt zwei Arten von Wasserzählern: Quellzähler messen die Wassermenge, die der Anlage zugeführt wird, während Submeter die Nutzung für bestimmte Aktivitäten wie Kühltürme, Prozessnutzung oder Landschaftswassernutzung messen.

Wasserzähler können entweder tragbar oder an bestimmten Geräten befestigt sein. Verwenden Sie tragbare Wasserzähler, um den Wasserfluss für Prozesse oder Vorgänge in Ihrer Einrichtung im Rahmen von Lean-Maßnahmen wie Gemba-Walks, Value Stream Mapping und Kaizen-Events zu messen (Strategien, die in den Kapiteln 3-4 erläutert werden). Sie können einen akustischen Handwasserzähler an einigen Stellen an ein Rohr schnallen, an denen Sie glauben, dass möglicherweise übermäßiger Wasserverbrauch vorliegt. Vergleichen Sie die Wasserdaten vom Hauptzähler mit dem Wasser, das dabei durch die Rohre fließt, um zu bestätigen, wo potenzielle Wassereinsparmöglichkeiten bestehen. Diese Daten können Ihnen helfen, einen Wasserhaushalt zu entwickeln (beschrieben in Kapitel 3). In Anhang B finden Sie Ressourcen zur Bestimmung der Wasserverbrauchsraten, einschließlich Berechnungen und Einheitenumrechnungen.

Durch die genaue Messung des Wasserverbrauchs können Sie Bereiche für gezielte Reduktionen identifizieren und den Fortschritt bei der Verbesserung der Wassereffizienz verfolgen. Submeter können auch helfen, Lecks zu identifizieren und anzuzeigen, wenn Geräte nicht richtig funktionieren. In einigen Fällen kann es auch nützlich sein, den Wasserdruck zu messen; Ein Druckabfall kann auf das Vorhandensein eines Lecks hinweisen. Gerade bei kleineren Anlagen wird es jedoch nicht unbedingt sinnvoll sein, überall Zähler einzusetzen. Erwägen Sie die Verwendung von Zählern, wenn Sie Daten genau verfolgen müssen, z. B. vor und nach einem Prozessverbesserungsereignis bei einem wasserintensiven Prozess. Sie können die von den Zählern bereitgestellten Daten verwenden, um den Wasserverbrauch zu vergleichen und zu sehen, wie Ihre Bemühungen die Wassereffizienz Ihrer Anlage verbessert haben. Größere Anlagen können Zähler auch in zentrale Gebäudemanagementsysteme integrieren, sodass der Wasserverbrauch einfach elektronisch verfolgt, Berichte erstellt und Warnungen ausgelöst werden können, wenn Lecks oder Anomalien gefunden werden. Weitere Hinweise zur Verwendung von Wasserzählern erhalten Sie bei Ihrem örtlichen Wasserversorger oder bei den Ressourcen in Anhang A.

Die Installation des richtigen Zählers und die ordnungsgemäße Funktion sind für eine genaue Wassermessung von entscheidender Bedeutung. Es gibt viele Arten und Größen von Zählern für verschiedene Zwecke, daher ist es wichtig, die richtige zu wählen. Unsachgemäße Dimensionierung oder Art des Zählers kann zu Problemen führen. Beispielsweise kann ein zu kleiner Wasserzähler zu übermäßigem Druckverlust, reduziertem Durchfluss und Lärm führen. Übergroße Zähler sind nicht wirtschaftlich und messen minimale Durchflussmengen nicht genau7. Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass die Wasserzähler gemäß den Empfehlungen des Herstellers ordnungsgemäß kalibriert sind und dass an den Messgeräten geeignete Wartungspraktiken befolgt werden. Die meisten Zähler haben interne mechanische Teile und beginnen, die Wassermenge zu unterschätzen, wenn der Zähler älter wird und sich die mechanischen Teile abnutzen. Wenn abnormale Wassermessungen festgestellt werden, überprüfen Sie die Messgeräte, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse nicht auf Messgeräteausfälle zurückzuführen sind.

Durch die Messung des Wasserverbrauchs auf Anlagen- und Prozessebene kann das Anlagenpersonal Daten zusammenstellen, um Lean-Verbesserungsbemühungen zu informieren. Hier sind einige praktische Tipps für die Verwendung von Wasserzählern als Teil Ihrer Bemühungen:

• Verwenden Sie Durchflussmesser und Wasserqualitäts- oder Reinheitsstandards, um Standardarbeiten für Wasserverbrauch, Durchfluss und Druckniveaus unter Berücksichtigung der in den Gerätespezifikationen und Betriebsverfahren der Anlage empfohlenen „Sollwerte“ festzulegen. Diese Ausgangswerte geben einen wichtigen Überblick darüber, was für „normale“ Betriebsparameter verantwortlich ist, anhand derer Verbesserungen und neue Wasserverluste bewertet werden können.
• Verwenden Sie Daten, die Zähler zur Verfügung stellen, um die geeignete Häufigkeit für die Aggregation und Berichterstattung von Wassermaßnahmen zu bestimmen (z., stündlich, täglich oder wöchentlich), die den Anforderungen Ihrer Einrichtung am besten entspricht.
• Zeigen Sie den Mitarbeitern, wie sie Wasserzähler im Rahmen von Lean-Aktivitäten wie Gemba-Walks, Value Stream Mapping und Kaizen-Events auslesen und verwenden, um Wassereinsparmöglichkeiten zu identifizieren. Veröffentlichen Sie Ziele zur Reduzierung des Wasserverbrauchs und Informationen zum Wasserverbrauch in der Fabrikhalle auf Lean Production Control Boards oder an anderen zugänglichen Orten, um das Bewusstsein der Mitarbeiter für den Wasserverbrauch und die Effizienz zu schärfen.
• Verfolgen Sie Daten von Wasserzählern im Zeitverlauf. Portfolio Manager, ein Online-Benchmarking-Tool für die Gebäudeleistung, das im ENERGY STAR-Programm verfügbar ist, kann Ihnen helfen, Wasserverbrauchsdaten zu verfolgen und zu vergleichen. Weitere Informationen zum Portfoliomanager finden Sie in Anhang A.

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Kosten für Wasserverschwendung

Wie in Kapitel 1 erwähnt, umfassen die mit der Wassernutzung verbundenen Kosten nicht nur die direkten Kosten, die Sie für die Wasserversorgung zahlen, sondern auch die Kosten für Wasser, das Prozesse und Vorgänge durchläuft (siehe Abbildung 7). Kasten 7 enthält Beispiele für Wasserkosten wie Energie, Umweltschutz, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Rohstoffkosten.

Die Schätzung der vielen Komponenten der Gesamtwasserkosten für eine Anlage kann mit den Kosten für Wasser beginnen, das von Versorgungsunternehmen bezogen wird, sollte aber auch die Kosten für die Schritte umfassen, die zur Verarbeitung, Verwendung und Ableitung des Wassers erforderlich sind. Diese Kosten können viel mehr betragen als das, was auf einer Stromrechnung erscheint. Bei der Schätzung der Wasserkosten ist es wichtig, diese und andere indirekte Kosten in allen Funktionen einer Anlage zu berücksichtigen. Stellen Sie sicher, dass Sie bei der Bewertung der Wasserkosten geschätzte zukünftige Raten verwenden, um die Einsparungen zu projizieren, die bei Verbesserungen möglich sind.

Die mit der Wassernutzung verbundenen Gesamtkosten überwiegen häufig die direkten Kosten. Die direkten Kosten für den Kauf von Wasser von einem Versorgungsunternehmen scheinen nicht signifikant genug zu sein, um den Aufwand zur Reduzierung des Wasserverbrauchs zu verdienen, aber wenn die vollen Wasserkosten bewertet werden, können die finanziellen Einsparungen erheblich sein. Tabelle 3 zeigt ein Beispiel für die verschiedenen Kosten von Wasser in einem industriellen Prozess. In diesem Beispiel betragen die geschätzten Einsparungen durch die Implementierung von Verbesserungen allein mit direkten Wasser- und Kanalkosten nur 56 Prozent der geschätzten Einsparungen bei Verwendung der vollen Wasserkosten. Die flexiblen Kosteneinsparungen durch konserviertes Wasser werden auf 40 Prozent der gesamten Behandlungskosten geschätzt. Flexible Behandlungskosten beziehen sich auf Ausgaben, die je nach Volumen des behandelten Wassers variieren (z. B. Energie zum Pumpen und Behandeln von Wasser, Behandlungschemikalien); Fixkosten (z. B. Investitionsgüter zur Behandlung) variieren normalerweise nicht, wenn sich der Abwasserdurchsatz ändert.

Anhang B enthält einen Wasserkostenrechner, der eine Vorlage zur Berechnung der allgemeinen Kosten im Zusammenhang mit der Wassernutzung in Industrieanlagen enthält. Es kann auch nützlich sein, die potenziellen Wasser- und Dollareinsparungen abzuschätzen, die sich aus der Implementierung von Wassereffizienzmaßnahmen in Ihrer Einrichtung ergeben würden.

In einigen Gebieten mit Wasserknappheit können Industrieanlagen mit noch höheren wasserbezogenen Kosten konfrontiert sein – mit entgangenen Einnahmen aus der Notwendigkeit, die Produktion im Falle von Störungen der Wasserversorgung einzuschränken. Der Wettbewerb um Wasser für Wohn-, Landwirtschafts-, Industrie- und Umweltbedürfnisse in Zeiten von Wasserknappheit kann dazu führen, dass lokale Wassermanager die industrielle Wassernutzung einschränken. Das Verständnis der Anfälligkeit für Störungen der lokalen Wasserversorgung kann eine wichtige Überlegung bei der Beurteilung der tatsächlichen Kosten des Wasserverbrauchs bei der Erweiterung oder Entwicklung neuer Anlagen sein.

Im nächsten Kapitel werden Strategien erläutert, um zu verstehen, wie Wasser in Ihrer Anlage verwendet wird, und Möglichkeiten zur Reduzierung des Wasserverbrauchs und zur Verbesserung des Betriebs zu identifizieren.

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Zu beachten

• Was sind die primären Wasserverbrauchszwecke in Ihrer Anlage?
• Welche Prozesse und Anlagen verbrauchen am meisten Wasser?
• Welche Kosten sind mit dem Wasserverbrauch Ihrer Anlage verbunden? Welche indirekten Kosten können nicht berücksichtigt werden?

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Fußnoten

1 Kenny, Joan F. et. Al. Geschätzter Wasserverbrauch in den Vereinigten Staaten im Jahr 2005. USGS. 2009. Die USGS-Daten enthalten keine industrielle Wassernutzung aus kommunalen Wassersystemen, sondern nur direkte Entnahmen aus Oberflächen- und Grundwasserquellen. Der tatsächliche industrielle Wasserverbrauch ist wahrscheinlich größer. Informationen zur Wassernutzung außerhalb der USA finden Sie unter AQUASTAT, Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen, „Wasserentnahme nach Sektoren, Um 2003.“ Beachten Sie, dass die FAO-Daten thermoelektrische Kühlwasserentnahmen in ihren Gesamtmengen für Brauchwasser enthalten.

2 Uphadyay, Sanjay, „Microelectronics – Fostering Growth Opportunities in the Ultrapure Water Market.“ Frost & Sullivan. 19. August 2011.

3 CERES und Pacific Institute, „Wasserknappheit & Klimawandel: Wachsende Risiken für Unternehmen & Investoren,“ Februar 2009.

4 Vickers, Amy. Handbuch der Wassernutzung und -erhaltung. Wasserpflug drücken. 2001.

5 General Electric Company Wasser & Prozesstechnologien, „Lösungen für nachhaltige Wassereinsparungen: Ein Leitfaden zur Wassereffizienz“, 2007.6 North Carolina Department of Environment and Natural Resources, Handbuch zur Wassereffizienz für gewerbliche, industrielle und institutionelle Einrichtungen, Mai 2009.

7 Smith, Timothy A. Sanitärsysteme und Design. Wasserzähler Auswahl und Dimensionierung. 2008.

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Toolkit Navigation

• Inhalt & Danksagung
• Zusammenfassung
• Vorwort
• Kapitel 1: Einführung
• Kapitel 2: Wasserverbrauch und Wasserverschwendung in Industrieanlagen
• Kapitel 3: Wasserverschwendung in der Fabrikhalle finden
• >Kapitel 4: Strategien zur Verbesserung der Lean- und Wassereffizienz
• Kapitel 5: Lean und Wasser jenseits der Fabrikhalle
• Kapitel 6: Fazit
• Anhang A: Ressourcen für die Wassereffizienz und Anbieter technischer Hilfe
• Anhang B: Wasserkostenrechner
• Anhang C: Umrechnung und Berechnungen von Wassereinheiten
• Anhang D: Checkliste für Möglichkeiten zur Wassereffizienz
• Anhang E: Glossar der Wasserbegriffe

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