Beeinflussung von Grundwassertemperaturen durch Wärmepumpen

Abstract

Grundwasserbetriebene Wärmepumpen sind energiewirtschaftlich zwar wünschenswert, doch steht ihrem verstärkten Einsatz derzeit noch entgegen, daß über die Auswirkungen solcher Anlagen auf das Grundwasser bisher nur sehr wenig bekannt ist. Im vorliegenden Beitrag werden zunächst die Grundlagen der Wärme- und Schadstoffausbreitung in Grundwasserleitern behandelt und die Transportmechanismen Konvektion, Dispersion und Wärmeleitung erläutert. Für einfache Strömungsfälle werden quasi-stationäre Lösungen zur Abschätzung der langfristig zu erwartenden Temperaturanomalie vorgestellt. Die Bedeutung von dispersiven Vermischungseffekten sowie von Schichtungseffekten zufolge temperaturbedingter Dichteunterschiede wird ebenfalls diskutiert. Damit liefert der Aufsatz einen ersten Beitrag zur Quantifizierung der Umweltauswirkungen von Wärmepumpen.

Groundwater heat pumps are desirable from the point of view of energy demand, but their increased application is presently hampered by the fact that very little is known so far about the effects of such installations upon the groundwater. The present paper first treats the fundamentals of the spreading of heat and matter in porous media and describes the transport mechanisms of conection, dispersion and heat conduction. For simple flow configurations, quasi-steady solutions are given for estimating the temperature anomaly to be expected in the long run. The significance of dispersive mixing and of buoyancy effects due to the temperature differences is also discussed. The paper thus provides a first contribution towards quantifying the environmental effects of heat pumps.