Assessment of low-temperature geothermal energy potential based on analysis, interpretation and reclassification of geological data in urban areas

Gruntowe pompy ciepła (GPC) wykorzystujące niskotemperaturową energię geotermalną stanowią nowoczesne i cenione źródło ogrzewania i chłodzenia budynków. W ostatnich latach w Europie zastosowanie GPC, przede wszystkim systemów zamkniętych z otworowymi wymiennikami ciepła (OWC), stale wzrasta. GPC umożliwiają redukcję niskiej emisji, a ich przeznaczenie dotyczy zarówno miast, jak i obszarów wiejskich. O efektywności GPC decydują warunki geotermiczne podłoża skalnego, które zależą głównie od budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych, stąd ich rozpoznanie jest zasadnicze dla odpowiedniego projektowania i eksploatacji GPC. Artykuł prezentuje metodykę przetwarzania, analizy i interpretacji danych dotyczących podłoża skalnego dla obszarów miejskich na przykładzie wybranej inwestycji, opracowaną w projekcie Geothermal4PL. Dane pochodzące z tematycznych baz danych, atlasów i map seryjnych zgromadzone zostały w bazie danych o ujednoliconej strukturze umożliwiającej ich analizę przestrzenną z wykorzystaniem GIS. Zgodnie z przyjętym algorytmem wykonano reklasyfikację właściwości litologicznych na geotermiczne oraz obliczono wartości przewodności cieplnej λ [W/m∙K] i jednostkowej wydajności cieplnej qv [W/m] analizowanych skał i gruntów. Na tej podstawie wykonano cztery mapy średniej przewodności cieplnej λ i jednostkowej wydajności cieplnej qv, dla 1800 [godzin pracy/rok], dla przedziałów głębokościowych do 40, 70, 100 i 130 m p.p.t. dla każdej lokalizacji. Wyniki badań umożliwiły charakterystykę przydatności danej lokalizacji dla zastosowania GPC i ocenę potencjału geotermii niskotemperaturowej.The ground source heat pumps (GSHP) using low temperature geothermal energy are the modern and valuable source of heating and cooling of buildings. Recently, the application of GSHP in Europe, especially the closed loop systems with borehole heat exchangers (BHE) has constantly been growing. The GSHPs provide for the reduction of low emissions, and their application refers to both urban and rural areas. Effectiveness of GSHPs is mainly determined by the geothermal conditions of underground which in turn depend on local geology and hydrogeology, thus their identification is crucial for an appropriate design and exploitation of GSHPs installations. This paper presents the methodology of processing, analysis and interpretation of underground data for urban areas of the selected investment as developed within the framework of the Geothermal 4PL project. Data originating from the thematic databases, atlases and serial maps were gathered in a unified database showing a uniform structure enabling their spatial analysis with use of GIS. According to an algorithm accepted for the sake of the project the reclassification of lithological parameters into the geothermal parameters was performed as well as the values of geothermal conductivity λ [W/m∙K] and geothermal power unit qv [W/m] of analyzed rocks and soils were calculated. Based on the results of calculations four maps of average geothermal conductivity coefficient λ for every investment area were prepared, each for the depth interval up to 40, 70, 100 and 130 metres. The results of the presented research made possible characteristics and an evaluation of the usefulness of selected locations for applications of shallow geothermal energy and GSHPs as well as assessment of shallow geothermal energy potential