Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

2. szám - Székely Ferenc: Éghajlati, víz- és hőáramlási folyamatok kölcsönhatása felszín alatti áramlási rendszerekben

^ZEKE^n^^ghajlati^i^^idiöäram^ A felszín alatti vízáramlás érezhetően módosítja kőzethőmérséklet (Domenico-Palciauskas 1973, Mádlné Szőnyi 2006) és a geotermikus gradiens eloszlását (Székely 2007). A területen a gravitációs áramlási rendszer hidraulikai hajtóereje a sokévi átlagos talajvíz-domborzatban kialakult mintegy 80 m vízszintkülönbség (Székely 2006, 2007). A 11°C évi átlag-hőmérsékletü talajvíz a Nyírségi hátság kiemelt részén a mélybe szivárog és lehűti a kőzeteket. A mélyebb területeken (elsősorban a Tisza völgyében) a kőzetek és a vizek hőmérséklete a környezethez viszonyítva a mélységgel gyorsabban növekszik, ennek magyarázata a melegebb felszín alatti vizek feláramlása. Ez utóbbi oka a folyók megcsapoló hatása (hidraulikai hatás), továbbá a felszín közelébe emelkedő vízvezető rétegek (fő áramlási csatornák) mélységének fokozatos csökkenése (geometriai faktor). A térségben a felszín alatti hőmérsékletet alapvetően az alábbi folyamatok alakítják: a felszín alatti vízáramlás, a felszíni hőkisugárzás vagy hőemisszió, a mélységi hőáram vagy hőfluxus, a kőzetekben történő hővezetés vagy hőkondukció, valamint a vízáramlás által szállított hő vagy hőadvekció. A mélységi hőáram-sűrűség eloszlásának a meghatározása két változatban történt, a szimulációs vizsgálatok eredményeit az 1. és 2. ábrák mutatják be. Az 1. ábrán a vízáramlás kizárásával végzett, tehát a hőkondukcióra korlátozott modellezés eredménye látható. Az átlagban 7,5 %-kal magasabb értékekkel jellemzett 2. ábra a hőadvekció hatásával számított, reálisabb eloszlást mutatja. A hőáram-sűrűség növekedését a 100 mW/m

2 értéket meghaladó területek növekedése jelzi (a fenti határértékhez tartozó szintvonalat vastag kiemeléssel jelöltem). A magasabb értékek a leszivárgó talajvíz hűtő hatását ellensúlyozzák. Az iterációs hőáram rekonstrukció jó hatásfokát igazolja, hogy az előállított fluxusok alapján számított felső pannon fekü-hőmérsékletek mindössze kb. l°C-kal térnek el a sűrűség m W/m

2 a felső pannóniai hévíztároló fekiiszintjén Az ábrák tanúsága szerint a felső-pannóniai hévíztároló alján beáramló hő eloszlása a vizsgált területen változatos képet mutat. Két jelentősebb maximum rajzolódik ki. Az északi anomália a Sárospatak-Végardó térségében található, idősebb karbonátos hévíztároló képződmények hatásával hozható összefüggésbe (Lorberer A. személyes közlése). Itt a mélyebben elhelyezkedő termális karsztvíz áramlásának hatására további hőszállítás (hőadvekció) történik, amely a felette található porózus rétegekben kiegészítő fü47 tést létesít. Ez a termikus hatás egyrészt helyileg megnöveli a geotermikus gradienst, másrészt pedig a modellezéssel számított mélységi hőáram-sűrűség virtuális növekedésében mutatkozik meg. Hasonló feltételekhez kapcsolhatók a Budapest, Hévíz, Harkány és más termális karsztvíz-rendszerekben megfigyelt magas helyi geotermikus gradiens értékek is. Ezzel szemben a Debrecen és Nyíregyháza közötti anomália a mélységi hőáram-sűrűség eloszlásában valószínűleg egy helyi maximumot jelöl. sűrűség m W/m

2 a felső pannóniai hévíztároló fekiiszintjén 4. A talajvíz-hő hasznosítás termikus elemzése Hazánkban is megkezdődött a talajvízben tárolt hő fűtési célú hasznosítása. Elsősorban a panelházak rekonstrukciója kapcsán merül fel igény a talajvíz bázisú, hőszivattyúval kombinált fűtési rendszerek kiépítésére (Székely 2009, MTA Energiastratégiai Munkabizottság 2010, Komlós 2010, Varga 2010). A felszín közeli, hőszivattyúval kombinált és víz-viszszatápláláson alapuló talajvizes hőhasznosítás során a viszszatáplált hidegebb víz a kőzeteket is lehűti, a termikusan befolyásolt kőzettest neve lehülési idom. A talajvíz-kutakból kinyerhető geotermikus energia forrása tehát elsődlegesen a kőzetekben és a vízben tárolt hőmenynyiség, azaz a hőtartam csökkenése. A nyelőkutakba injektált lehütött víz a termelő-kutak felé áramlik, és egy idő elteltével fokozatosan csökkenti a kitermelt víz hőmérsékletét is. Egy adott geotermikus fűtőmű tehát korlátozott üzemidővel rendelkezik. A hővezetéshez kapcsolódó hődisszipáció az áramlási rendszerben hőmérséklet kiegyenlítődést okoz, ezért a hőtermelés leállítását követően elkezdődik a léhűtőtt kőzettest természetes eredetű felmelegedése, az ún. termikus regeneráció. Ennek alapján a (kis és nagy mélységű) geotermikus energiát a megújuló energiafajtákhoz sorolják. A talajvíz-fűtési rendszer elsősorban a sokévi átlag-hőmérséklet mellett tárolt napenergiát veszi igénybe (Székely 2010). A földi hőáram melegítő hatása (0,023 °C) a felszín közeli a mélység-tartományban elhanyagolható, a kinyert hőenergia tehát az elnyelt napenergiához köthető. Változatlan besugárzás és albedo mellett a felszín hőelnyelése nem változik. Természetes állapotban a felszíni hőmérsékleti kisugárzás (hőemisszió) értéke E

0. Fűtési üzemmódban a lehűlt víz visszatáplálása következtében a földfelszín is lehűl, ezért a termikus hatásterületen (az épületek által lefedett területek kivételével) a hőemisszió E

x értékre csökken. Talajvizes fűtőművek üzemeltetésekor tehát a hő-