Wie man U-Bahnen und Züge in einer immer heißeren Welt kühl hält

Die höchste Temperatur , die Jonathan Paul jemals in einer Londoner U-Bahn -Station gemessen hat, beträgt etwa 42 Grad Celsius (107,6 Grad Fahrenheit). Paul, Forscher am Royal Holloway, University of London, nutzt sein mit einem Thermometer ausgestattetes Smartphone für solche Messungen. Bei 42 Grad Celsius würde man normalerweise sofort ins nächste klimatisierte Gebäude flüchten. Doch unter der Erde ist das unmöglich. Hier unten gibt es nichts als stickige Tunnel und kreischende Züge.

Das U-Bahn-Netz verläuft durch dicken Lehmboden, und dieses dichte Material speichert seit dem Bau der Tunnel – in manchen Fällen vor über 100 Jahren – die von den Zügen erzeugte Wärme . Der Einbau von Klimaanlagen in die Züge birgt das Risiko, die Tunnel noch weiter aufzuheizen, da warme Luft aus den Waggons in die alternden Röhren geleitet wird.

Paul hat jedoch eine Idee, um die Tunnel selbst zu kühlen. „Wasser kann als Kältemittel enorme Wärmemengen speichern“, sagt er. „Es ist überall unter London vorhanden.“ Er arbeitet an einer Technologie, die Grundwasser mit einer Temperatur von etwa 10 Grad Celsius nutzt, um überschüssige Wärme von den U-Bahn-Stationen abzuleiten. Und er testet sie tief in einem Kreidebruch westlich von London, in der Nähe der Stadt Reading.

Züge, die aus Metallröhren bestehen und mit Menschen vollbesetzt sind, lassen sich nur schwer kühlen. Doch da die Sommer durch den Klimawandel immer heißer werden, gewinnt die Gewährleistung von Komfort und Sicherheit im öffentlichen Nahverkehr zunehmend an Bedeutung. Es handelt sich um ein globales Problem. Fahrgäste in Japan und Marokko beschwerten sich in diesem Jahr während der Hitzewellen über unzureichende Klimaanlagen, und eine Studie aus dem Jahr 2023 berichtete von Temperaturen in indischen Zugwaggons von bis zu 47 Grad Celsius .

Paul hat beispielsweise die Auswirkungen der Überhitzung auf Pendler in S-Bahnen miterlebt. „Ich habe diesen Sommer vier Menschen ohnmächtig werden sehen“, sagt er.

Die ersten klimatisierten Züge gab es vor etwa einem Jahrhundert. Ein Artikel aus dem Jahr 1933 formulierte es so: „Bis jetzt hat jeder eine Zugfahrt im Sommer gefürchtet.“ Hätten sie doch nur die Zukunft vorhersehen können! Heute sind Züge und U-Bahnen bei Hitzewellen so unangenehm, dass viele Fahrgäste sie ganz meiden .

Paul und seine Kollegen sind überzeugt, dass ihre Lösung funktionieren wird. Steigt man eine Leiter 20 Meter in den Kreidebruch bei Reading hinab, findet man sie. Dort befinden sich mehrere, unterschiedlich große, in den Kreidefelsen gehauene Stollen, die durch Türen voneinander getrennt sind. „Wir versuchen, die Bedingungen in der Londoner U-Bahn so realistisch wie möglich nachzubilden“, erklärt Paul – obwohl es unten im Steinbruch deutlich trostloser zugeht. „Es ist sehr dunkel und ziemlich düster.“

Im Jahr 2022 veröffentlichten er und ein Kollege eine Studie , in der sie beschrieben, wie Wasser aus unterirdischen Flüssen oder Grundwasserleitern in Wärmetauscher gepumpt werden kann, die an der Decke über U-Bahn-Bahnsteigen angebracht sind. Die in diese Wärmetauscher gesaugte heiße Luft gibt einen Teil ihrer Wärme an das Wasser ab, sodass kühle Luft auf der anderen Seite austreten kann. Das erwärmte Wasser fließt dann sanft durch den Boden ab – möglicherweise, um andernorts abgekühlt oder anderweitig aufbereitet zu werden.

Ein Prototyp dieser Anlage ist nun im Kreidebruch installiert. „Bei einer nominalen Pumpleistung können wir die Temperatur eines etwa einstündigen Raumes (von der Größe eines Schlafzimmers) um etwa 10 bis 11 Grad Celsius senken“, sagt Paul. Er und seine Kollegen müssen noch testen, wie sich die Anlage in größeren Räumen verhält, und vor allem ist er sich nicht sicher, ob Transport for London (TfL) – die Betreibergesellschaft der Londoner U-Bahn – sie jemals in der Praxis einsetzen wird.

Paul argumentiert jedoch, dass sein System eine deutliche Verbesserung gegenüber einer ähnlichen Technologie darstellen könnte, die TfL bereits 2006 getestet hatte. Diese Technologie, die nicht mehr im Einsatz ist, versuchte, die U-Bahn-Station Victoria im Zentrum Londons mit Grundwasser zu kühlen, das in sie eingedrungen und anschließend abgepumpt worden war. Paul vermutet, dass dieses Wasser nicht so kühl gewesen wäre wie Wasser, das direkt aus nahegelegenen Grundwasserleitern oder unterirdischen Flüssen entnommen wurde. Er fügt hinzu, dass sein System spezielle Filter verwendet, um das Risiko von Kalkablagerungen und Verstopfungen durch kalkhaltiges Wasser zu minimieren.

WIRED fragte TfL, ob das Unternehmen den Einsatz des von Paul und seinen Kollegen entwickelten Systems in Erwägung ziehen würde. TfL lehnte ein Interview ab, doch Sprecher Melvin Lim erklärte, man habe in den letzten Jahren Investitionen „sorgfältig priorisieren“ müssen. Er hob die Einführung neuer, klimatisierter Züge für die Piccadilly Line im nächsten Jahr hervor: „Wir sind offen für Maßnahmen, die dazu beitragen, die Auswirkungen der steigenden Temperaturen infolge des Klimawandels abzumildern.“

Transport for London (TfL) hat sich lobenswerterweise über die Jahre hinweg zahlreiche Bemühungen zur Lösung des Problems heißer Tunnel gewagt, darunter die Anbringung von Kühlpaneelen an den Tunnelwänden . Diese Paneele, die Wasser zirkulieren lassen, um der Luft Wärme zu entziehen, wurden 2022 in einem Testlauf eingesetzt, sind aber derzeit nicht im Einsatz. Paul argumentiert, dass ein solches System extrem teuer sein könnte.

Hassan Hemida von der Universität Birmingham sagt, Pauls Wasserkühlungstechnologie sei eine „gute Idee“, es bleibe aber abzuwarten, wie viel Wärme sie tatsächlich aus einer realen, stark frequentierten U-Bahn-Station voller Menschen abführen könne.

„Bestimmte Bahnstrecken stoßen an die Grenzen unserer Kühlmöglichkeiten“, sagt Hemida. Er nennt als Beispiel Hochgeschwindigkeitszüge, die beispielsweise mit 400 Kilometern pro Stunde fahren. Sie verdrängen die Luft mit hoher Geschwindigkeit, wodurch der Luftdruck um die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK-Anlagen) auf den Dächern dieser Züge deutlich sinken kann . „Dann kann keine Luft mehr in die HLK-Anlage gesaugt werden“, erklärt er. Das kann letztendlich zum Ausfall der Klimaanlage führen. „Ich wurde von Kollegen aus China kontaktiert, die nach einer Lösung für dieses Problem suchen“, fügt Hemida hinzu.

Immer mehr Bahnbetreiber rüsten ihre Züge serienmäßig mit Klimaanlagen aus. Die noch relativ neue Elizabeth Line in London ist beispielsweise bereits klimatisiert. Ein Sprecher von Škoda Transportation, die kürzlich in der bulgarischen Hauptstadt klimatisierte U-Bahnen in Betrieb genommen hat, erklärt: „Grundsätzlich ist jedes unserer Fahrzeuge mit einer Klimaanlage ausgestattet.“ Sharon Hedges, Senior Engagement Manager bei Transport Focus, einer Branchenorganisation, ergänzt: „Bei der Anschaffung neuer Schienenfahrzeuge sollten solche Aspekte heutzutage höchste Priorität haben.“

Hitzewellen sind in Großbritannien keine Seltenheit. Aber wie sieht es in der ägyptischen Wüste aus? Der deutsche Technologiekonzern Siemens liefert Ägypten neue Hochgeschwindigkeitszüge, die Geschwindigkeiten von bis zu 230 Kilometern pro Stunde erreichen können. Die Velaro-Züge des Unternehmens sind in vielen europäischen Ländern im Einsatz, doch für Ägypten wurden sie besonders intensiv getestet. Im vergangenen Sommer brachte das Unternehmen einen der Züge zu einem Testgelände in Österreich und setzte ihn dort extremen Bedingungen aus, darunter Temperaturen von bis zu 60 Grad Celsius und starkem Wind. „Wir erreichen selbst bei den heißesten Außenbedingungen eine Innentemperatur von 26 Grad“, sagt Björn Buchholz, Leiter der Abteilung für Klima- und Türsysteme.

„Wir haben ein spezielles Filtersystem hinzugefügt“, erklärt er und fügt hinzu, dass dieses dazu beitragen wird, Sand und Staub aus der ägyptischen Wüste zu entfernen, damit die Klimaanlage wie vorgesehen funktioniert.

Ein Siemens Velaro-Zug in Ägypten.

Foto: Mit freundlicher Genehmigung von Siemens

Klimaanlagen sind zwar bei müden Sommerreisenden beliebt, doch passive Kühlmaßnahmen spielen ebenfalls eine Rolle, so John Lawrence, Berater der Bahnindustrie bei JPL Diversified. Viele Bahnhöfe verfügen bereits über Markisen, die Bahnsteige und Waggons beim Einsteigen beschatten. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. „Der Zug kann in der prallen Sonne stehen – nutzen Sie die Gelegenheit, einen Teil dieser Sonneneinstrahlung abzuleiten“, sagt Lawrence.

Sobald ein Zug im Freien fährt, könnten auch hochreflektierende Farben oder Beschichtungen hilfreich sein. In Großbritannien plant das Rail Safety and Standards Board (RSSB), eine unabhängige Normungs- und Forschungsorganisation, im nächsten Jahr verschiedene solcher Technologien an Zügen zu testen. „Es besteht eine gute Chance, dass eine Art Folierung oder reflektierende Beschichtung sich als kostengünstige Lösung für dieses Problem erweist“, sagt Richard Walker, stellvertretender Forschungsdirektor des RSSB.

Je nachdem, ob ein Zug in Nord-Süd- oder Ost-West-Richtung fährt, könnten unterschiedliche Lösungen erforderlich sein, ergänzt seine Kollegin Scarlett Hayward Mitchell, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin. Diese Ausrichtung könnte Einfluss darauf haben, welche Teile des Fahrzeugs häufiger starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Jegliche Arbeiten im Eisenbahnsektor sind heutzutage kostspielig. Daher werden Modernisierungen von Klimaanlagen oder der Lackierung von Zügen höchstwahrscheinlich im Rahmen der planmäßigen Erneuerung des Wagenparks durchgeführt. In Großbritannien könnte ein Programm zur Verstaatlichung einiger Bahnstrecken – die dadurch Teil der neuen Great British Railways werden – ein guter Anlass sein, in neue Lackierungen oder Designs für Züge zu investieren. Dies ist mit ein Grund, warum die RSSB derzeit reflektierende Materialien erforscht, erklärt Walker.

Währenddessen arbeiten Paul und seine Kollegen weiter an ihrer Untertage-Kühltechnologie in ihrem Testgebiet im Kreidebruch. „Wir gehen schrittweise vor, um zu beweisen, dass die Technologie praktikabel ist“, sagt er. „Wir sind wohl noch ein Jahr davon entfernt.“

Wenn es ihm oder irgendjemandem gelingt, das Interesse von TfL zu wecken und die Situation in der U-Bahn zu beruhigen, dann ist vielleicht alles möglich.