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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW), Abteilung Ingenieurgeologie
www.kit.edu
Elevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Dipl.-Geol. Kathrin Menberg
EnergieCampus 2013
EnergieCampus 2013
14.11.2013
2 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Urbaner Wärmeinseleffekt im Untergrund
21.11.2013
Natürliche und anthropogene Wärmequellen
Mögliche Beeinflussung der Grundwasserqualität
Grundwassertemperatur entscheidend für geothermische Nutzung
Menberg et al. (2013a)
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14.11.2013
3 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Ziele und Vorgehensweise
21.11.2013
Entwicklung eines Prozessverständnisses
Grundlagen für ein nachhaltiges Nutzungskonzeptes
Analyse der räumlichen Verteilung von Grundwassertemperaturen
in mehreren deutschen Städten
Identifizierung der möglichen Wärmequellen und
Einflussfaktoren
Berechnung der Wärmeeinträge in den
urbanen Untergrund
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14.11.2013
4 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Urbane Wärmeinseln im Untergrund
21.11.2013
Grundwassertemperaturen in 10 - 20 m Tiefe
Menberg et al. (2013a)
EnergieCampus 2013
14.11.2013
5 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Urbane Wärmequellen
21.11.2013
Dominante Wärmequellen in den untersuchten Städten
Menberg et al. (2013a)
EnergieCampus 2013
14.11.2013
6 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Wärmetransportmodell für Karlsruhe
21.11.2013
Betrachtung der wichtigsten Wärmequellen
EnergieCampus 2013
14.11.2013
7 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Wärmetransportmodell für Karlsruhe
21.11.2013
Betrachtung der wichtigsten Wärmequellen
Konduktiver Wärmeeintrag
EnergieCampus 2013
14.11.2013
8 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Wärmetransportmodell für Karlsruhe
21.11.2013
Betrachtung der wichtigsten Wärmequellen
Konduktiver Wärmeeintrag
Energieeintrag
EnergieCampus 2013
14.11.2013
9 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Urbane Wärmeeinträge in Karlsruhe 2011
21.11.2013
Menberg et al. (2013b)
Monte-Carlo Simulation mit Wertebereichen für Einga ngsparameter
EnergieCampus 2013
14.11.2013
10 Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Urbane Wärmeeinträge in Karlsruhe 2011
21.11.2013
Menberg et al. (2013b)
Monte-Carlo Simulation mit Wertebereichen für Einga ngsparameter
Summe aller urbanen Wärmeeinträge: Ø 1.5 ×××× 1015 J
geothermischer Wärmestrom: ca. 1.6 ×××× 1014 J
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Geothermische Nutzung
Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
Geothermisches Potential der urbanen Wärmeinsel [s. Zhu et al. 2010, ERL]
Fläche [km²]
AquiferMächtig-keit [m]
AquiferMaterial
Potentiel-ler Wärme-inhalt [PJ]
Heiz-bedarf [PJ pro Jahr]
Geotherm-ischesPotential [Jahre]
Berlin 891 30 - 50 Sand, Ton
140 - 780 25 5,6 – 31,2
München 518 5 - 20 Kies, Sand
14 - 180 11 1,3 – 16,4
Köln 405 10 - 30 Kies, Sand
20 - 200 7,8 2,6 – 25,6
Karlsruhe 174 10 - 50 Sand, Kies
2,9 - 50 2,3 1,3 – 21,7
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Geothermische Nutzung
Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
21.11.2013
Nachhaltige Nutzung der urbanen Wärmeinsel im Unterg rund
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Geothermische Nutzung
Dipl.-Geol. Kathrin MenbergElevated temperatures beneath cities: A sustainable energy source
21.11.2013
Nachhaltige Nutzung der urbanen Wärmeinsel im Unterg rund
Technisches Potential ?
Ökonomisches Potential ?
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Zusammenfassung
Ausgeprägte positive Temperaturanomalien mit bis zu 18°C im Grundwasser
unter allen untersuchten Städten.
Die Überlagerung vieler lokaler Wärmequellen führt langfristig zu einer
flächenhaften Temperaturerhöhung.
Der urbanen Wärmeeintrag in das Grundwasser von Karlsruhe beträgt rund 1,5
PJ.
Die Abschätzung des geothermischen Potentials ergab eine mögliche Deckung
des Heizbedarfs von mehreren Jahren.
Nachhaltig lässt sich maximal ca. die Hälfte des Heizbedarfs in Karlsruhe decken.
21.11.2013
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW), Abteilung Ingenieurgeologie
www.kit.edu
• S. Reimer, F. Fischer & A. März, Stadt Karlsruhe
• S. Rumohr, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie
• A. Limberg & T. Schneider, Senatsverwaltung Berlin
• R. Rinke, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, KIT
• F. Dohr, Referat für Gesundheit und Umwelt, München
Referenzen: Menberg, K., Bayer, P., Zosseder, K., Rumohr, S. & Blum, P.: Subsurface urban heat islands in German cities. Science of the Total Environment 442, 123-133 (2013a).Menberg, K., Blum, P., Schaffitel, A., Bayer, P.: Long Term Evolution of Anthropogenic Heat Fluxes into a Subsurface Urban Heat Island. Environmental Science & Technology (2013b).
Danke an:
• Philipp Blum (KIT) & Peter Bayer (ETH Zürich)
• Axel Schaffitel, Stephan Jung & Luisa Laier (KIT)