Urbane Wärmeinseln im Untergrund. Peter Bayer Ingenieurgeologie, Department für Erdwissenschaften, ETH Zurich

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Eike Hausler
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1 Urbane Wärmeinseln im Untergrund Peter Bayer Ingenieurgeologie, Department für Erdwissenschaften, ETH Zurich FH-DGG 2014 Bayreuth,

2 Ein Phänomen in Atmosphäre Peter Bayer

3 Ein Phänomen in Atmosphäre und Untergrund Peter Bayer

4 Ein Phänomen in Atmosphäre und Untergrund mit vielen möglichen Wärmequellen. Peter Bayer

5 Folgen Wir erhöhen passiv die Temperatur des Untergrunds und Grundwassers unter Städten. Wir beeinflussen die Grundwasserqualität. Wir speichern kontinuierlich Energie, die wir geothermisch nutzen können. Wir erschweren das Kühlen mit Grundwasser. Peter Bayer

6 Spatial analysis of urban groundwater temperatures Peter Bayer

7 Beispiele Berlin, Köln, Karlsruhe, Zürich (1) Messungen (2) Räumliche und zeitliche Beschreibung (3) Prozesse und Wärmequellen (4) Gespeicherte Energie und geothermisches Potential Peter Bayer

8 Temperaturprofile in Brunnen von Köln (2009) Peter Bayer

9 Temperaturprofile in Brunnen von Köln (2009) Peter Bayer

10 Temperaturprofile in Brunnen von Köln (2009) Peter Bayer

11 Temperaturprofile in Brunnen von Berlin (2010) Peter Bayer

12 Berlin: mittlere Grundwassertemperaturen in 20 m Tiefe Nach Daten Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Verbraucherschutz, Berlin 2010 Peter Bayer

13 Berlin: Urbane Wärmeinsel in Atmosphäre und Grundwasser Nach Daten Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Verbraucherschutz, Berlin 2010 Peter Bayer

14 Korrelation: Urbane Wärmeinseln in Atmosphäre und Grundwasser Temperatur Grundwasser ( C) Berlin München Köln Karlsruhe Temperatur Landoberfläche ( C) Peter Bayer

15 Köln im Jahr 2009 Temperaturprofile in 72 Brunnen (20-100m) auf einer Fläche von 140 km 2. PT-100, vertikale Auflösung von 1m. Peter Bayer

16 Köln im Jahr 2009 Temperaturprofile in 72 Brunnen (20-100m) auf einer Fläche von 140 km 2. PT-100, vertikale Auflösung von 1m. 11 C >16 C Karte für 15 m u. GOK. Peter Bayer

17 1974 Köln ± ± Balke (1977) Zhu et al. (2010) Peter Bayer

18 Karlsruhe Peter Bayer

19 (Modifiziert nach Menberg et al., 2013) Peter Bayer

20 Temperatur-Tiefenprofil: Limmatnah, im Einflussbereich eines Fernwärmenetzes 0 Temperatur / C Tiefe/m Januar 26. März 29. Juli 11. September Peter Bayer

21 Temperatur-Tiefenprofil: Limmatfern, in einem Stadtpark 0 Temperatur / C Tiefe / m Januar 25. März 29. Juli 11. September Peter Bayer

35 0 Temperatur / C 11 14 17 20 23 26 5 Tiefe

22 Temperatur-Tiefenprofil: Limmatfern, in einer Tiefgarage (Urania) Temperatur / C Tiefe / m Januar 21. Mai 30. Juli Peter Bayer

23 Zurich ( ) Limmattal Grundwassertemperatur Peter Bayer

24 Wärmequellen Peter Bayer

25 Berechnung mit einfachen 1-D Wärmeflussgleichungen und Wärmebilanzen 750 mw/m mw/m 2 Peter Bayer

26 Vertikaler Wärmefluss in Karlsruhe und Köln Peter Bayer

27 Geothermisches Potential Fläche [km²] Aquifer Mächtigkeit [m] Gespeicherte zusätzliche Energie [PJ] Heizbedarf [PJ pro Jahr] Geotherm. Potential [Jahre] Berlin München Köln Karlsruhe Peter Bayer

28 Geothermisches Potential: Karlsruhe ca. 18 % Technisches Potential? Ökonomisches Potential? Peter Bayer

29 Globale Analyse: Mittlere Intensität der Wärmeinseln Peter Bayer

30 Literatur Balke K-D Das Grundwasser als Energietraeger. Brennstoff-Wärme-Kraft 29: Benz, S.A., Bayer, P., Menberg, K., Jung, S., Blum, P Spatial resolution of anthropogenic heat fluxes into urban aquifers, - Science of the Total Environment, C, Benz, S., Bayer, P., Goettsche, F. M., Olesen, F.S., Blum, P.: Urban heat islands of land surface and groundwater correlate, eingereicht. Jung, M. (2013) Groundwater Temperature in the Limmat Valley Aquifer, Zurich, BSc Arbeit. Menberg, K., Bayer, P., Zosseder, K, Rumohr, S., Blum, P Subsurface urban heat islands in German cities, - Science of the Total Environment, 442, Menberg, K., Blum, P., Schaffitel, A., Bayer, P Long Term Evolution of Anthropogenic Heat Fluxes into a Subsurface Urban Heat Island, - Environ. Sci. Technol., 47, Zhu, K., Bayer, P., Grathwohl, P., Blum, P Analysis of groundwater temperature evolution in the subsurface urban heat island of Cologne, Germany, - Hydrological Processes, 29, Zhu, K., Blum, P., Ferguson, G., Balke, K-D., and P. Bayer, Geothermal potential of urban heat islands, - Environmental Research Letters, 5, , doi: / /5/4/ Peter Bayer

31 Urbane Wärmeinseln im Untergrund Danke an Kathrin Menberg, Philipp Blum, Susanne Benz, Martin Jung, Ke Zhu In Zürich speziell an AWEL, Jaeckli Geologie, Simultec AG Förderung durch SNF, DFG, DBU, BMBF FH-DGG 2014 Bayreuth,

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