Here, we present the first application of a temperature sensor module (TSM) for deducing groundwater flow velocity and direction at borehole heat exchangers (BHEs). The TSM maps the horizontal temperature distribution around a BHE. As groundwater flow distorts this temperature distribution, flow velocity and direction can be inferred from the measured temperatures. As modular systems, TSMs can be attached to a BHE at any depth. For the studied BHE, the depths of interest are 82 m and at 94 m. We recorded TSM data for 2 weeks before and during the operation of the BHE. After simulating the working fluid temperature, we model the horizontal temperature distributions using the working fluid temperatures at the depths of interest as input. We use the latter simulations for inferring groundwater flow by minimizing the root mean square error between the measured and simulated temperatures. We obtain a groundwater flow of 0.4 m/day in the NW direction and groundwater flow below the detection limit of 0.01 m to 0.02 m/day at 82 m and 94 m depths, respectively. A flow meter measurement in a nearby groundwater well confirms the flow direction at 82 m but gives an order of magnitude higher velocity, which we attribute to the measurement principle. Moreover, long-term monitoring of a BHE equipped with multiple TSMs could provide information on seasonal variations in groundwater flow, changes in the thermal properties of the BHE filling or changes in the thermal resistance between BHE and ground.

中文翻译：

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温度传感器模块在井壁热交换器附近的地下水流量检测中的首次现场应用

在这里，我们介绍了温度传感器模块（TSM）的第一个应用，该模块可用于推导井壁热交换器（BHE）上的地下水流速和方向。TSM绘制了BHE周围的水平温度分布图。当地下水流量使该温度分布变形时，可以从测得的温度推断出流速和方向。作为模块化系统，TSM可以连接到任何深度的BHE。对于研究的BHE，感兴趣的深度为82 m，在94 m。在BHE手术之前和期间，我们记录了2周的TSM数据。在模拟工作流体温度之后，我们使用感兴趣深度处的工作流体温度作为输入来对水平温度分布进行建模。通过将实测温度与模拟温度之间的均方根误差最小化，我们使用后一种模拟来推断地下水流量。我们在西北方向获得的地下水流量为0.4 m / day，在82 m和94 m深度处的地下水流量分别低于0.01 m至0.02 m / day的检测极限。在附近的地下水井中进行流量计测量可以确定82 m处的流向，但可以给出更高的速度一个数量级，这归因于测量原理。此外，对配备多个TSM的BHE进行的长期监测可以提供有关地下水流量的季节性变化，BHE填充物的热特性变化或BHE与地面之间的热阻变化的信息。西北方向4 m / day，地下水流分别在82 m和94 m深度下低于0.01 m至0.02 m / day的检测极限。在附近的地下水井中进行流量计测量可以确定82 m处的流向，但可以给出更高的速度一个数量级，这归因于测量原理。此外，对配备多个TSM的BHE进行的长期监测可以提供有关地下水流量的季节性变化，BHE填充物的热特性变化或BHE与地面之间的热阻变化的信息。西北方向4 m / day，地下水流分别在82 m和94 m深度下低于0.01 m至0.02 m / day的检测极限。在附近的地下水井中进行流量计测量可以确定82 m处的流向，但可以给出更高的速度一个数量级，这归因于测量原理。此外，对配备多个TSM的BHE进行的长期监测可以提供有关地下水流量的季节性变化，BHE填充物的热特性变化或BHE与地面之间的热阻变化的信息。我们归因于测量原理。此外，对配备多个TSM的BHE进行的长期监测可以提供有关地下水流量的季节性变化，BHE填充物的热特性变化或BHE与地面之间的热阻变化的信息。我们归因于测量原理。此外，对配备多个TSM的BHE进行的长期监测可以提供有关地下水流量的季节性变化，BHE填充物的热特性变化或BHE与地面之间的热阻变化的信息。