Nachhaltige Untergrundwärme

Stadtbewohner kennen das: In der Großstadt ist es konstant etwas wärmer als ringsum im Grünen – ein Umstand, der im klirrend kalten Winter als angenehm, in heißen Sommertagen allerdings vermehrt als Fluch wahrgenommen wird. Versiegelte Flächen, wärmespeichernde Betonmas­sen, Verkehr, Abwärme und fehlende Ve­getation sorgen in den Straßenschluchten städtischer Ballungszentren für höhere Temperaturen als auf dem flachen Land. Dieses menschengemachte Mikroklima setzt sich sogar unter der Erdoberfläche fort, wie Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie und der ETH Zürich nachweisen konnten.

Vor kurzem veröffentlichten sie im re­nommierten Journal Environmental Science and Technology die Ergebnisse einer Studie zu diesen subterranen, menschengemachten Abwärmespeichern.

Wärmestrom

In einem detaillierten analytischen Wärmestrommodell gingen die Forscher der Frage, woher der seit Jahrzehnten zu beobachtende Temperaturanstieg un­ter großen Städten herkommt, auf den Grund. Indem sie den Einfluss mög­licher Faktoren wie Anstieg der Ober­flächentemperaturen von versiegelten Flächen, Wärmeabgabe von Gebäuden, Abwasserkanälen und unterirdischen Fernwärmenetzen sowie der Einleitung von Kühlwässern untersuchten und in Folge die vom Menschen verursachten Wärmeströme in den Untergrund der Stadt Karlsruhe im Modell nachbildeten, ermittelten die Forscher langfristige Trends der Wärmestromprozesse. Dabei ergab sich, dass vor allem die erhöhten Oberflächentemperaturen und die Wärmeabgabe von Gebäuden für den Wärmeanstieg im Untergrund ver­antwortlich sind.

Warmwasser

Denn das Grundwasser in urbanen Ballungsräumen hat sich in den vergangenen Jahrzehnten deutlich er­wärmt. Die Wärmestromdichte in oberflächennahen Grundwasserschichten betrug in Karlsruhe im Jahr 2011 828 Milliwatt pro Quadratmeter – 1977 wa­ren es nur 759 Milliwatt pro Quadrat­meter gewesen.

Die zunehmend erwärmten Grund­wässer würden bei richtiger Nutzung eine Wärmemenge bereitstellen, mit der man mindestens 18.000 Haushalte in Karlsruhe nachhaltig mit Wärme versor­gen könnte, wie die Forscher berechnet haben. Die Nutzung dieser als Abwärme verloren geglaubten Energie wäre ein lohnender Schritt in Richtung nachhal­tiger Energienutzung, sind sich die Forscher sicher.

Wärmerecycling

Die Energie aus oberflächennahen Grundwasserschichten ließe sich beispielsweise mithilfe von Erdwärme- und Grundwasserwärmepumpen zum Heizen im Winter und zum Kühlen im Sommer einsetzen. Würde dieses geo­thermische Potenzial genutzt, ließe sich damit nicht nur ein Teil des wachsenden Energiebedarfs decken, sondern auch die Emission von Treibhausgasen redu­zieren – was wiederum der Erwärmung der Städte entgegenwirken würde.