Как сохранить прохладу в метро и поездах в условиях постоянно повышающейся температуры

Самая высокая температура , когда-либо зафиксированная Джонатаном Полом на станции лондонского метро , ​​составляет около 42 градусов Цельсия, или 107,6 градусов по Фаренгейту. Пол, исследователь из школы Ройал-Холлоуэй Лондонского университета, использует свой смартфон с термометром для измерения температуры. 42 градуса Цельсия — это такая жара, которая заставила бы человека бежать в ближайшее здание с кондиционером. Но под землёй это невозможно. Здесь, внизу, только душные туннели и скрежещущие поезда.

Сеть метро проложена через толстый слой глины, и этот плотный материал поглощает тепло, выделяемое поездами, с момента прокладки туннелей, в некоторых случаях более 100 лет назад. Установка кондиционеров в поездах грозит ещё большим нагревом туннелей, поскольку тёплый воздух из вагонов будет попадать в старые трубы.

Но у Пола есть идея охладить сами туннели. «Вода, как хладагент, может удерживать огромное количество тепла», — говорит он. «Она повсюду под Лондоном». Он работает над технологией, которая будет использовать грунтовые воды температурой около 10 градусов Цельсия для отвода избыточного тепла от станций метро. Он испытывает её глубоко в меловом карьере к западу от Лондона, недалеко от города Рединг.

Поезда, представляющие собой металлические трубы, набитые людьми, трудно охладить. Но с повышением летней жары из-за изменения климата обеспечение комфорта и безопасности общественного транспорта становится всё более важным. Это глобальная проблема. Пассажиры поездов в Японии и Марокко жаловались на недостаточное кондиционирование воздуха во время аномальной жары в этом году, а исследование, проведённое в 2023 году, показало , что в Индии температура в вагонах достигала 47 градусов Цельсия .

Пол, например, стал свидетелем последствий перегрева у пассажиров наземных поездов. «Этим летом я видел, как четыре человека упали в обморок», — говорит он.

Первые поезда с кондиционерами появились примерно столетие назад. В одной статье 1933 года говорилось: «До сих пор все боялись путешествовать по железной дороге летом». Эх, если бы они только могли предвидеть будущее! Сегодня поезда и метрополитен могут быть настолько некомфортными в периоды сильной жары, что многие пассажиры вообще избегают ими пользоваться .

Пол и его коллеги верят, что их решение сработает. Спуститесь на 20 метров по лестнице в меловой карьер недалеко от Рединга, и вы его найдёте. В меловой породе высечено несколько галерей разного размера, разделённых дверями. «Мы пытаемся воссоздать в «Трубе» реальные условия», — говорит Пол, — хотя внизу, в карьере, всё выглядит несколько уныло. «Там очень темно, довольно уныло».

В 2022 году он и его коллега опубликовали статью , в которой описывалось, как воду из подземных рек или водоносных горизонтов можно закачивать в теплообменники, закреплённые на потолке над платформами метро. Горячий воздух, всасываемый в эти теплообменники, будет передавать часть своего тепла воде, позволяя холодному воздуху выходить с другой стороны. Нагретая вода будет медленно утекать сквозь землю — возможно, для охлаждения или иной обработки в другом месте.

Прототип этой установки уже установлен на меловом карьере. «При номинальной производительности откачки в течение часа мы можем снизить температуру в комнате [размером со спальню] примерно на 10–11 градусов [Цельсия]», — говорит Пол. Ему и его коллегам ещё предстоит проверить, как система будет работать в больших помещениях, и, что особенно важно, он не уверен, что Transport for London (TfL) — организация, управляющая лондонским метрополитеном, — когда-либо реализует её в реальности.

Однако Пол утверждает, что эта система может значительно превосходить аналогичную технологию, испытанную TfL в 2006 году. Эта технология, которая больше не используется, предполагала охлаждение с помощью грунтовых вод, которые просочились на станцию ​​метро «Виктория» в центре Лондона, а затем были откачаны. Пол предполагает, что эта жидкость не была бы такой же холодной, как вода, напрямую забираемая из близлежащих водоносных горизонтов или подземных рек. Он добавляет, что его система использует специальные фильтры для снижения риска образования известкового налета и засоров из-за известкового налета.

Журнал WIRED спросил TfL, рассмотрит ли компания возможность использования системы, разработанной Полом и его коллегами. Хотя TfL отказалась от интервью, её представитель Мелвин Лим заявил, что в последние годы организации пришлось «тщательно расставлять приоритеты» в инвестициях. Он подчеркнул запуск новых поездов на линии Пикадилли в следующем году, которые будут оснащены кондиционерами: «Мы открыты для мер, которые помогут справиться с последствиями повышения температуры, вызванного изменением климата».

Стоит отдать должное TfL, которая на протяжении многих лет прилагала немало усилий для решения проблемы перегрева туннелей, в том числе устанавливая охлаждающие панели на их стены . Эти панели, охлаждаемые циркулирующей водой для отвода тепла из воздуха, были развернуты в экспериментальном порядке в 2022 году, хотя в настоящее время они не используются. Пол утверждает, что такая система может оказаться чрезмерно дорогой.

Хассан Хемида из Бирмингемского университета говорит, что технология водяного охлаждения Пола — «хорошая идея», хотя пока еще неизвестно, сколько тепла она сможет отвести от реальной оживленной станции метро, ​​полной людей.

Некоторые железные дороги просто раздвигают границы наших возможностей по охлаждению, говорит Хемида. Он приводит в пример сверхскоростные поезда, движущиеся со скоростью, скажем, 400 километров в час. Они вытесняют воздух со своего пути на высокой скорости, а это означает, что давление воздуха вокруг оборудования отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) на крышах этих поездов может значительно упасть . «Тогда воздух нельзя засасывать в систему ОВКВ», — говорит он. В конечном итоге это может привести к выходу кондиционера из строя. «Со мной связались коллеги из Китая, и они хотят найти решение этой проблемы», — добавляет Хемида.

Однако всё больше операторов поездов внедряют системы кондиционирования воздуха в качестве стандартной опции. Например, кондиционеры установлены на ещё относительно новой линии метро Elizabeth Line в Лондоне. Представитель компании Škoda Transportation, которая недавно запустила кондиционированные поезда метро в столице Болгарии , говорит: «Как правило, каждый вагон, который мы производим сейчас, оснащён кондиционером». Шарон Хеджес, старший менеджер по взаимодействию в Transport Focus, отраслевом наблюдательном органе, добавляет: «Когда люди думают о закупке нового подвижного состава, именно эти вещи должны быть в первую очередь на уме».

Аномальная жара в Великобритании — это одно. А как насчёт египетской пустыни? Немецкая технологическая компания Siemens поставляет Египту новые высокоскоростные поезда, способные развивать скорость до 230 километров в час. Поезда Velaro этой компании используются во многих местах Европы, но для Египта Siemens провёл им настоящее испытание. Прошлым летом компания отправила один из поездов на испытательный полигон в Австрии и подвергла его воздействию неблагоприятных условий, включая температуру до 60 градусов Цельсия и сильный ветер. «Мы достигаем температуры внутри 26 градусов при самых жарких погодных условиях снаружи», — говорит Бьёрн Буххольц, руководитель отдела систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и дверных систем.

«Мы добавили специальную систему фильтров», — добавляет он, объясняя, что это поможет удалить песок и пыль, поступающие из египетской пустыни, чтобы обеспечить надлежащую работу кондиционера.

Поезд Siemens Velaro в Египте.

Фотография: предоставлена ​​Siemens

Хотя кондиционеры пользуются популярностью у уставших летних путешественников, пассивные методы охлаждения также играют свою роль, считает Джон Лоуренс, консультант по железнодорожной отрасли в JPL Diversified. На многих вокзалах уже есть навесы, которые затеняют платформы и вагоны во время посадки пассажиров. Но так бывает не всегда. «[В поезде] можно довольно приятно сидеть, греясь на солнце — воспользуйтесь возможностью избавиться от части солнечного света», — говорит Лоуренс.

Когда поезд находится на открытом воздухе, светоотражающие краски или покрытия также могут помочь. В Великобритании Совет по безопасности и стандартам на железных дорогах (RSSB), независимая организация по стандартам и исследованиям, планирует в следующем году провести испытания ряда подобных технологий на поездах. «Есть неплохая вероятность, что какая-либо плёнка или светоотражающее покрытие станет экономически эффективным решением этой проблемы», — говорит Ричард Уокер, заместитель директора по исследованиям RSSB.

Его коллега Скарлетт Хейворд Митчелл, аналитик отдела исследований, добавляет, что для разных поездов могут потребоваться немного разные решения в зависимости от того, следуют ли они с севера на юг или с востока на запад. Ориентация может влиять на то, какие части вагона чаще подвергаются воздействию прямых солнечных лучей.

В наши дни любые работы с железными дорогами обходятся дорого. Поэтому обновление систем кондиционирования или ливреи, скорее всего, будет проводиться в то время, когда операторы поездов планируют обновление своего подвижного состава. В Великобритании программа по передаче некоторых железнодорожных служб в государственную собственность, в результате чего они станут частью новой организации под названием Great British Railways , может стать хорошим поводом для инвестиций в новую покраску или ливрею поездов. По словам Уокера, отчасти именно поэтому Королевское управление железных дорог Великобритании (RSSB) решило именно сейчас заняться исследованием светоотражающих материалов.

Тем временем Пол и его коллеги продолжают работать над технологией подземного охлаждения на испытательном полигоне в меловом карьере. «Мы работаем медленно, чтобы доказать возможность её внедрения в эксплуатацию», — говорит он. «На это уйдёт, возможно, год».

Если он или кто-либо другой сможет заинтересовать TfL и успешно охладить метро, ​​тогда, возможно, все станет возможным.