The Impact of Ground Heat Capacity on DrinkingWater Temperature

Abstract

Temperature is known to impact physical, chemical and biological processes in DrinkingWater 1Distribution Systems (DWDS), but it is rarely considered or modelled. This research evaluates the impact of considering a finite heat capacity for the ground, which has been assumed infinite in previous DWDS research. The aim of this work is to explore and quantify the region where the difference between considering infinite or finite heat capacity for the ground is significant, i.e. the distance over which water-ground heat transfer interaction is important. A detailed model comparison is carried out for key pipe materials, diameters and hydraulic conditions. Temperature effects are found to 23 exist for up to tens of kilometres (i.e. several hours) into the DWDS. While the differences found were only a few degrees Celsius, this will affect all reaction rates, such as chlorine decay, and is at the start of the DWDS so will impact the entire downstream network. This work highlights the importance of considering temperature in DWDS, and in particular the finite heat capacity of the ground, in ensuring the provision of safe drinking water.

Se sabe que la temperatura influye en los procesos físicos, químicos y biológicos de los sistemas de distribución de agua potable, pero rara vez se tiene en cuenta o se modela. Esta investigación evalúa el impacto de considerar una capacidad calorífica finita para el suelo, que se ha supuesto infinita en anteriores investigaciones sobre DWDS. El objetivo de este trabajo es explorar y cuantificar la región en la que la diferencia entre considerar una capacidad calorífica infinita o finita para el suelo es significativa, es decir, la distancia en la que la interacción de transferencia de calor agua-suelo es importante. Se lleva a cabo una comparación detallada de modelos para los principales materiales, diámetros y condiciones hidráulicas de las tuberías. Se observa que los efectos de la temperatura existen hasta decenas de kilómetros (es decir, varias horas) en el interior del DWDS. Aunque las diferencias encontradas son sólo de unos pocos grados centígrados, esto afectará a todas las velocidades de reacción, como la descomposición del cloro, y se encuentra al principio del sistema de alcantarillado, por lo que repercutirá en toda la red aguas abajo. Este trabajo pone de relieve la importancia de tener en cuenta la temperatura en los sistemas de abastecimiento de agua potable y, en particular, la capacidad calorífica finita del suelo para garantizar el suministro de agua potable.