Unterirdische Wärmeinseln in Städten sind für die nachhaltige Energiegewinnung von großem Interesse. Das erwärmte Grundwasser lässt sich ideal zum Heizen und Kühlen einsetzen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun eine neue Methode entwickelt, diese Wärmeinseln in einer Stadt mit Hilfe von Satelliten zu finden und zu bestimmen. Dazu werten sie satellitengestützte Informationen über Oberflächentemperatur und Bebauungsdichte aus.
Unterirdische Wärmeinseln als Energiequellen
In Städten herrschen üblicherweise höhere Temperaturen als im ländlichen Umland. Die dichte Besiedlung, die Versiegelung von Flächen, die Wärmeabstrahlung der Gebäude sowie Industrie und Verkehr lassen im Zusammenspiel sogenannte urbanen Wärmeinseln entstehen. Die höheren Temperaturen wirken sich auf Atmosphäre, Oberflächen und Untergrund aus. Negative Folgen: Erhöhte Temperaturen tragen zur Verstärkung von Luftverschmutzung bei. Die erhöhte Grundwassertemperatur fördert das Wachstum von Krankheitserregern.
Doch wurden auch die positiven Effekte unterirdischer Wärmeinseln für Energieversorgung und Klimaschutz entdeckt: Aus den oberflächennahen Grundwasserschichten wird Energie gewonnen und mithilfe von Erdwärme- und Grundwasserwärmepumpen in den kalten Monaten zum Heizen, in den warmen Monaten zum Kühlen eingesetzt. Und der Energiebedarf in den Städten wächst. Um dem wachsenden Bedarf mit möglichst wenig Treibhausgas-Emissionen begegnen zu können, wäre es von Vorteil, viele unterirdische Wärmeinseln zur Gewinnung nachhaltiger Energie aufzufinden.
Wie findet man Wärmeinseln im Untergrund?
Oberflächentemperaturen lassen sich leicht mittels Satellit analysieren. Schwieriger gestalten sich Aussagen über die Wärmeinseln im Untergrund. Bei einem Vergleich von ober- und unterirdischen Wärmeinseln in den Städten Berlin, München, Köln und Karlsruhe stellten die Wissenschaftler fest, dass in 95 Prozent der untersuchten Gebiete die Temperatur des Grundwassers höher lag als die Oberflächentemperatur. Dies ist mit vom Menschen verursachten Wärmequellen wie Gebäudekeller oder Abwasserkanäle zu erklären. Auf die Temperatur des Grundwassers kann nicht von der Oberflächentemperatur heraus geschlossen werden. Die Forscher mussten weitere Faktoren hinzuziehen, um hier zuverlässige Schätzungen aus den Satellitendaten herauslesen zu können. Mit Einberechnung von Bebauungsdichte und Kellertemperatur gelang es ihnen, die regionale Temperatur des Grundwassers mit nur geringen Abweichungsfehlern zu berechnen.
Mit dieser Methode können nun unterirdische Wärmeinseln abgeschätzt werden, ohne dass langwierige, teure Grundwassertemperaturmessungen erforderlich wären. Das geothermische Potenzial eines Gebietes lässt sich auf diese Weise schnell und bequem per Satellit bestimmen.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift “Environmental Science & Technology” veröffentlicht:
Susanne A. Benz, Peter Bayer, Frank M. Goettsche, Folke S. Olesen, and Philipp Blum: Linking Surface Urban Heat Islands with Groundwater Temperatures. Environmental Science & Technology, November 2015. DOI: 10.1021/acs.est.5b03672.
Quelle:
Karlsruher Institut für Technologie: Satelliten finden nachhaltige Energie in Städten. Presseinformation 156/2015. 15.12.15. http://www.kit.edu/kit/pi_2015_156_satelliten-finden-nachhaltige-energie-in-staedten.php (zuletzt aufgerufen: 05.01.2015).
Titelbild: NASA – unsplash.com/CC0 1.0
