Miejskie wyspy ciepła (MWC) to zjawisko, w którym temperatura powietrza w miastach jest wyższa niż na obszarach pozamiejskich. Różnica temperatur występuje również w gruncie pod miastem, który jest cieplejszy z powodu obecności infrastruktury miejskiej, takiej jak kanalizacja, wodociągi, stacje metra i inne elementy generujące ciepło odpadowe.
W miastach, z powodu działalności człowieka i funkcjonowania infrastruktury, temperatura gruntu może być o kilka stopni wyższa niż na obszarach wiejskich. W normalnych warunkach, poza miastem, temperatura gruntu wzrasta o około 3°C na każde 100 metrów głębokości. W miastach jednak ten wzrost temperatury może być zauważalny dopiero na większych głębokościach. W zamian strefa powyżej ma temperaturę spadającą, startując przy powierzchni od wyższych wartości. Asfalt, beton i inne materiały budowlane silnie nagrzewają się latem, magazynując ciepło słoneczne, które później oddają zimą. Przykład na rysunku A pokazuje profil temperaturowy górotworu na AGH pomiędzy pawilonami A3 i A4, a na rysunku B profil na UJ przed rozpoczęciem budowy kampusu na Ruczaju.
Źródła ciepła
Główne źródła ciepła w miejskich wyspach ciepła to:
Ciepło to jest magazynowane w gruncie, co tworzy naturalny rezerwuar energii. Możliwość wykorzystania tego ciepła jest szczególnie korzystna w zimie, kiedy naturalne ogrzewanie zmagazynowanym ciepłem może obniżyć koszty ogrzewania budynków.
Wykorzystanie miejskich wysp ciepła
Nowoczesne budownictwo coraz częściej korzysta z technologii pomp ciepła, które pozwalają na efektywne wykorzystanie zjawiska miejskich wysp ciepła. Przykładem są sklepy sieci IKEA, które wykorzystują otworowe pionowe wymienniki ciepła do ogrzewania zimą i chłodzenia latem. Ta technologia, początkowo rozwijana w Szwecji, teraz znajduje szerokie zastosowanie na całym świecie.
Pompy ciepła – przyszłość ciepłownictwa
Unia Europejska uznała pompy ciepła za przyszłość ciepłownictwa. Wykorzystują one tanie, rozproszone ciepło środowiskowe, zarówno z gruntu (pompy gruntowe), jak i z powietrza (pompy powietrzne). Wiele nowoczesnych budynków, takich jak szpitale, hotele, szkoły i galerie handlowe, coraz częściej korzysta z tego rozwiązania zamiast tradycyjnych systemów grzewczych.
Szansa na ciepło
Zjawisko miejskich wysp ciepła, mimo że jest wynikiem działalności człowieka, może być efektywnie wykorzystywane do poprawy efektywności energetycznej miast. Ciepło z podpowierzchniowych miejskich wysp ciepła mogą być wykorzystane dzięki poziomym otworowym wymiennikom ciepła.
Przykładowy schemat takiej instalacji pokazuje rysunek C, na którym: 1 – obiekt budowlany, 2 – gruntowa pompa ciepła, 3 – studzienka zbiorcza, studnia początkowa wierceń HDD (horyzontal directional drilling), 4 – poziomy otwór wiertniczy, 5 – studzienka końcowa (do likwidacji po przeciągnięciu rur wymiennika ciepła, pojedynczej lub podwójnej U-rurki). Na terenie AGH w Krakowie w Laboratorium Geoenergetyki funkcjonują dwa takie wymienniki, ogrzewając pawilon D2. W widoku z góry otwory stanowić mogą „gwiazdę” np. z 8-ma otworami.
Dzięki nowoczesnym technologiom, takim jak pompy ciepła, możliwe jest zarówno ogrzewanie zimą, jak i chłodzenie latem, co przynosi korzyści zarówno ekonomiczne, jak i ekologiczne. W miarę jak technologia ta staje się coraz bardziej powszechna, możemy spodziewać się dalszego wzrostu efektywności energetycznej budynków miejskich oraz poprawy jakości życia w miastach.
---
Serdecznie zapraszamy do rejestracji na II Konferencję Naukową Energetyki Rozproszonej (www.kner2024.agh.edu.pl), która odbędzie się 30 października 2024 w ramach II Kongresu Energetyki Rozproszonej w Krakowie (28-30.10.2024, www.ker2024.pl). W programie znajduje się sesja dotycząca geoenergetyki.
---
Tekst powstał dzięki uprzejmości prof. Tomasza Śliwy z Katedry Wiertnictwa i Geoinżynierii Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH. Wkrótce na portalu ukaże się wywiad z profesorem dotyczący nowego poletka geoenergetycznego na terenie kampusu AGH w Krakowie.
---
Czym geoenergetyka różni się od geotermii? Jak działają pompy ciepła? Na czym polega zjawisko miejskich wysp ciepła? Czy na AGH rozwijane są technologie geoenergetyczne?
Niniejszy artykuł wchodzi w skład cyklu wpisów dotyczących polskiej geoenergetyki, w którym odpowiadamy na powyższe pytania. Zapraszamy do lektury pozostałych z serii wpisów poświęconych geoenergetyce.
