Jak utrzymać chłód w metrze i pociągach w coraz gorętszym świecie

Najwyższa temperatura , jaką Jonathan Paul kiedykolwiek zarejestrował na stacji londyńskiego metra , wynosiła około 42 stopni Celsjusza, czyli 107,6 stopnia Fahrenheita. Paul, badacz z Royal Holloway na Uniwersytecie Londyńskim, używa swojego smartfona z termometrem do pomiaru temperatury. 42 stopnie Celsjusza to temperatura, która zmusiłaby człowieka do pobiegnięcia do najbliższego klimatyzowanego budynku. W metrze jednak nie da się tego zrobić. Są tu tylko duszne tunele i piszczące pociągi.

Sieć metra biegnie przez grubą glinę, a ten gęsty materiał pochłania ciepło generowane przez pociągi od czasu, gdy tunele zostały wydrążone, w niektórych przypadkach ponad 100 lat temu. Montaż klimatyzatorów w pociągach grozi jeszcze większym nagrzaniem tuneli, ponieważ ciepłe powietrze z wnętrza wagonów przedostaje się do starzejących się rur.

Ale Paul ma pomysł, jak schłodzić same tunele. „Woda, jako czynnik chłodniczy, może zatrzymywać ogromne ilości ciepła” – mówi. „Jest wszędzie pod Londynem”. Pracuje nad technologią, która wykorzystywałaby wody gruntowe o temperaturze około 10 stopni Celsjusza do odprowadzania nadmiaru ciepła ze stacji podziemnych. Testuje ją głęboko w kamieniołomie kredowym na zachód od Londynu, niedaleko Reading.

Pociągi, będące metalowymi rurami wypełnionymi ludźmi, trudno schłodzić. Jednak wraz z narastaniem upałów spowodowanych zmianami klimatu, zapewnienie komfortu i bezpieczeństwa w transporcie publicznym staje się coraz ważniejsze. To problem globalny. Pasażerowie pociągów w Japonii i Maroku narzekali na niewystarczającą klimatyzację podczas tegorocznych fal upałów, a badanie z 2023 roku wykazało , że w Indiach temperatury w wagonach sięgają nawet 47 stopni Celsjusza .

Paul, na przykład, był świadkiem skutków przegrzania u pasażerów kolei naziemnych. „Widziałem cztery osoby zemdlałe tego lata” – mówi.

Pierwsze klimatyzowane pociągi pojawiły się mniej więcej sto lat temu. W artykule z 1933 roku napisano: „Do tej pory wszyscy obawiali się podróży koleją latem”. Gdyby tylko mogli przewidzieć przyszłość. Dziś pociągi i podziemne sieci transportowe bywają tak niewygodne podczas fal upałów, że wielu pasażerów całkowicie z nich rezygnuje .

Paul i jego koledzy wierzą, że ich rozwiązanie zadziała. Zejdź 20 metrów po drabinie do kamieniołomu kredowego niedaleko Reading, a znajdziesz to. W kredzie wykuto wiele galerii o różnych rozmiarach, oddzielonych drzwiami. „Próbujemy symulować rzeczywiste warunki panujące w metrze” – mówi Paul – choć na dole w kamieniołomie jest nieco bardziej ponuro. „Jest bardzo ciemno i dość ponuro”.

W 2022 roku wraz z kolegą opublikował artykuł opisujący, jak woda z podziemnych rzek lub warstw wodonośnych mogłaby być pompowana do wymienników ciepła zamontowanych na suficie nad peronami metra. Gorące powietrze zasysane do tych wymienników przekazywałoby część swojego ciepła wodzie, umożliwiając wydmuchnięcie chłodnego powietrza z drugiej strony. Podgrzana woda delikatnie spływałaby po ziemi – być może w celu schłodzenia lub innego uzdatnienia w innym miejscu.

Prototyp tego systemu jest już zainstalowany w kamieniołomie kredowym. „Przy nominalnej wydajności pompowania w ciągu około godziny możemy obniżyć temperaturę w pokoju [wielkości sypialni] o około 10-11 stopni Celsjusza” – mówi Paul. On i jego współpracownicy muszą jeszcze przetestować, jak system sprawdzi się w dużych pomieszczeniach, a co najważniejsze, nie jest pewien, czy Transport for London (TfL) – organizacja zarządzająca metrem – kiedykolwiek wdroży go w praktyce.

Paul argumentuje jednak, że system może być znaczącym ulepszeniem w porównaniu z podobną technologią testowaną przez TfL w 2006 roku. Ta technologia, która nie jest już używana, próbowała chłodzić za pomocą wody gruntowej, która wyciekła do stacji metra Victoria w centrum Londynu, a następnie została z niej wypompowana. Paul sugeruje, że ten płyn nie byłby tak chłodny, jak woda pobierana bezpośrednio z pobliskich warstw wodonośnych lub rzek podziemnych. Dodaje, że jego system wykorzystuje specjalne filtry, aby zmniejszyć ryzyko nadmiernego osadzania się kamienia i zatorów spowodowanych przez kredową wodę.

WIRED zapytał TfL, czy rozważyłoby wykorzystanie systemu opracowanego przez Paula i jego współpracowników. Chociaż TfL odmówiło wywiadu, rzecznik Melvin Lim twierdzi, że w ostatnich latach organizacja musiała „starannie określić priorytety” inwestycji. Podkreślił wprowadzenie w przyszłym roku nowych pociągów na linii Piccadilly, które będą wyposażone w klimatyzację: „Jesteśmy otwarci na środki, które pomogą w zarządzaniu skutkami wzrostu temperatur spowodowanych zmianami klimatu”.

TfL, co należy docenić, przez lata podejmował wiele wysiłków, aby rozwiązać problem gorących tuneli, w tym mocowanie paneli chłodzących do ścian tunelu . Panele, które cyrkulują wodę w celu usunięcia ciepła z powietrza, zostały wdrożone w ramach testów w 2022 roku, choć obecnie nie są używane. Paul argumentuje, że taki system mógłby być niezwykle kosztowny.

Hassan Hemida z Uniwersytetu w Birmingham uważa, że ​​technologia chłodzenia wodnego Paula to „dobry pomysł”, choć pozostaje pytanie, ile ciepła można dzięki niej faktycznie usunąć z prawdziwej, ruchliwej stacji metra pełnej ludzi.

Niektóre koleje po prostu przesuwają granice naszych możliwości chłodzenia, mówi Hemida. Podaje przykład superszybkich pociągów poruszających się z prędkością, powiedzmy, 400 kilometrów na godzinę. Wypychają one powietrze z drogi przy dużych prędkościach, co oznacza, że ​​ciśnienie powietrza wokół urządzeń grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (HVAC) na dachach tych pociągów może znacznie spaść . „Wtedy nie można zasysać powietrza do systemu HVAC”, mówi. Ostatecznie może to spowodować awarię klimatyzatora. „Skontaktowali się ze mną koledzy z Chin i chcą znaleźć rozwiązanie tego problemu”, dodaje Hemida.

Coraz więcej operatorów kolejowych standardowo stosuje klimatyzację. Na przykład, londyńska, wciąż stosunkowo nowa linia Elizabeth Line jest wyposażona w klimatyzację. Rzecznik firmy Škoda Transportation, która niedawno wprowadziła klimatyzowane pociągi metra w stolicy Bułgarii , mówi: „Generalnie każdy pojazd, który obecnie produkujemy, jest wyposażony w klimatyzację”. Sharon Hedges, starsza menedżer ds. zaangażowania w Transport Focus, organizacji monitorującej branżę, dodaje: „Kiedy ludzie myślą o zakupie nowego taboru kolejowego, to właśnie te kwestie muszą być teraz priorytetem”.

Fale upałów to jedno w Wielkiej Brytanii. A co z egipską pustynią? Niemiecka firma technologiczna Siemens dostarcza Egiptowi nowy zestaw szybkich pociągów, które mogą poruszać się z prędkością do 230 kilometrów na godzinę. Pociągi Velaro tej firmy są używane w wielu miejscach w Europie, ale w Egipcie Siemens poddał je prawdziwym testom. Zeszłego lata firma przewiozła jeden z pociągów do ośrodka testowego w Austrii i wystawiła go na działanie niekorzystnych warunków, w tym temperatur sięgających 60 stopni Celsjusza i silnego wiatru. „Osiągamy temperaturę wewnętrzną 26 stopni Celsjusza nawet przy najwyższych temperaturach zewnętrznych” – mówi Björn Buchholz, szef działu HVAC i systemów drzwiowych.

„Dodaliśmy specjalny system filtrów” – dodaje, wyjaśniając, że pomoże on usunąć piasek i kurz z egipskiej pustyni, dzięki czemu klimatyzacja będzie działać zgodnie z przeznaczeniem.

Pociąg Siemens Velaro w Egipcie.

Zdjęcie: dzięki uprzejmości firmy Siemens

Chociaż klimatyzacja cieszy się popularnością wśród zmęczonych letnich podróżnych, pasywne systemy chłodzenia również odgrywają pewną rolę, mówi John Lawrence, konsultant branży kolejowej w JPL Diversified. Wiele stacji kolejowych ma już markizy, które ocieniają perony i wagony podczas wsiadania pasażerów. Ale nie zawsze tak jest. „[Pociąg] może tam sobie siedzieć, rozkoszując się upałem w słońcu – skorzystaj z okazji, aby pozbyć się części tego ciepła słonecznego”, mówi Lawrence.

Gdy pociąg znajdzie się na otwartej przestrzeni, pomocne mogą być również farby lub powłoki o wysokiej refleksyjności. W Wielkiej Brytanii Rail Safety and Standards Board (RSSB), niezależna organizacja zajmująca się normami i badaniami, planuje w przyszłym roku przetestować kilka takich technologii w pociągach. „Istnieje spora szansa, że ​​jakaś forma okleiny lub powłoki odblaskowej stanie się opłacalnym rozwiązaniem tego problemu” – mówi Richard Walker, zastępca dyrektora ds. badań w RSSB.

Różne pociągi mogą wymagać nieco innych rozwiązań w zależności od tego, czy jadą trasą północ-południe, czy wschód-zachód, dodaje jego kolega Scarlett Hayward Mitchell, analityk ds. wsparcia badań. Ta orientacja może wpływać na to, które części pojazdu są częściej narażone na silne nasłonecznienie.

W dzisiejszych czasach jakiekolwiek działania związane z koleją są kosztowne. Dlatego aktualizacje systemów klimatyzacji i malowania najczęściej pojawiają się, gdy operatorzy kolejowi planowo modernizują swój tabor. W Wielkiej Brytanii program przeniesienia niektórych usług kolejowych na własność publiczną – czyli włączenia ich do nowego podmiotu o nazwie Great British Railways – może być dobrym pretekstem do inwestowania w nowe malowanie lub malowanie pociągów. To między innymi dlatego RSSB zdecydowała się właśnie teraz zbadać materiały odblaskowe, wyjaśnia Walker.

Tymczasem Paul i jego koledzy kontynuują prace nad technologią chłodzenia podziemnego w swoim ośrodku testowym w kamieniołomie kredowym. „Powoli budujemy, aby udowodnić, że można ją wdrożyć operacyjnie” – mówi. „Jesteśmy może rok od tego”.

Jeśli jemu lub komukolwiek innemu uda się zainteresować TfL i skutecznie ostudzić napięcie związane z metrem, to prawdopodobnie wszystko będzie możliwe.