Сети труб и теплообменников могут передавать избыточное тепло от зданий в близлежащие водоемы, но по мере глобального потепления охлаждающий потенциал некоторых водоемов снижается.
Фотография: Антуан Дьори/Getty ImagesСохранить эту историю Сохранить эту историю
Лувр, один из величайших художественных музеев мира, где хранится «Мона Лиза», находится в непростых отношениях со своим соседом, рекой Сеной. В 2016 году кураторы Лувра поспешили перенести бесценные произведения искусства после того, как Сена, протекающая через Париж, вышла из берегов в результате наводнения. Это далеко не единственный случай, когда наводнения, усугубленные изменением климата, угрожали музею. Подобное повторилось, например, в 2018 году.
Но Лувр также зависит от Сены. Ведь переменчивая река помогает музею поддерживать прохладную температуру и влажность, способствующие долговременному сохранению многовекового искусства. Это возможно благодаря разветвлённой сети трубопроводов, насосов и холодильных установок, подключенных к Сене. Сотни парижских зданий зависят от этой сети, но Лувр — не в большей степени.
«Что касается централизованного холодоснабжения, это наш самый крупный клиент», — говорит Рафаэль Найраль, генеральный секретарь Fraîcheur de Paris, компании, управляющей системой охлаждения. Среднее офисное здание потребляет около половины мегаватта мощности охлаждения, тогда как Лувр, по словам Найраля, потребляет 12 мегаватт.
Парижская система охлаждения — одна из немногих в мире, использующих водоёмы, расположенные в городах или вблизи них. Вода в 800 раз плотнее воздуха, поэтому её использование для поглощения тепла может быть чрезвычайно эффективным. Кроме того, в отличие от традиционных кондиционеров, водяное охлаждение предотвращает выброс тепла в воздух непосредственно за пределами здания, что приводит к повышению температуры в застроенных районах относительно окружающей среды, что известно как эффект городского острова тепла.
В то время как, например, в Париже, Торонто и США сети охлаждения, питаемые реками и озёрами, расширяются, на горизонте маячат проблемы. По мере глобального потепления зданиям требуется всё больше охлаждения, к тому же некоторые водоёмы летом настолько нагреваются, что их эффективность в качестве охладителей снижается. Системы централизованного холодоснабжения могут показаться инновационным ответом на изменение климата, но, тем не менее, изменение климата может привести к тому, что некоторые из этих систем будут работать на пределе своих возможностей.
По мере повышения температуры воды в Сене в результате изменения климата её охлаждающий потенциал снижается.
Фотография: Жюльен де Роза/Getty Images«Раньше это было больше похоже на роскошный проект», — говорит Део де Клерк, руководитель отдела решений для отопления и охлаждения в голландской энергетической компании Eneco. Сегодня клиенты его компании всё чаще заказывают централизованное холодоснабжение, а также системы централизованного теплоснабжения. Eneco реализует 33 проекта в сфере отопления и охлаждения. В Роттердаме, Нидерланды, одна из установок компании используется для охлаждения зданий, включая многоквартирные дома, полицейские участки, театр и рестораны, используя воду из реки Маас.
Нетрудно понять, почему технологии охлаждения становятся всё более популярными. Несколько лет назад Найрал переехала из Парижа. Она помнит периоды аномальной жары. «По выходным я обычно ходила в парк», — говорит она. Найрал просиживала там до позднего вечера, читая «Отверженных», как минимум, в ожидании, когда остынет её квартира. В последнее время она всё чаще проводит время в торговых центрах, где полно кондиционеров, чтобы пережить изнуряющее французское лето. В этом году беспрецедентная аномальная жара обрушилась на Францию и другие страны Европы.
Париж отчаянно пытается помочь своим жителям найти прохладное убежище во время аномальной жары. Ключевым компонентом парижских планов адаптации к изменению климата является речная сеть охлаждения, трубы которой в настоящее время охватывают 100 километров, но к 2042 году планируется расширить до 245 километров. Хотя сегодня сеть обслуживает около 800 зданий, к этому сроку планируется обеспечить 3000.
Системы, подобные парижской, не перекачивают речную воду по зданиям. Вместо этого речная вода поступает в здания по замкнутому контуру трубопровода, где она впитывает тепло из отдельного замкнутого контура, подключенного к зданиям. Такая передача тепла возможна благодаря устройствам, называемым теплообменниками. Когда охлаждённая вода из отдельного контура затем поступает в здания, дополнительные теплообменники позволяют ей охлаждать жидкость в трубах, питающих кондиционеры в отдельных помещениях. По сути, тепло, скажем, из переполненного конференц-зала или художественной галереи, заполненной туристами, постепенно, по трубам, передаётся в реку или озеро.
Эффективность парижской системы меняется в течение года, но даже в разгар лета, когда Сена тёплая, коэффициент полезного действия (КПД) — количество киловатт-часов энергии охлаждения, получаемое на каждый киловатт-час электроэнергии, потребляемой системой, — не опускается ниже 4. Зимой, когда офисы, музеи и больницы всё ещё нуждаются в кондиционировании воздуха, КПД может достигать 15, что значительно выше, чем у обычных систем кондиционирования. «Это просто великолепно», — хвастается Найрал.
Но такие летние температуры вызывают всё большую озабоченность. Этим летом температура Сены ненадолго превысила 27 градусов по Цельсию (81 градус по Фаренгейту), говорит Найрал. Как это может что-либо охладить? Ответ — холодильные установки, которые помогают обеспечить дополнительное охлаждение воды, циркулирующей вокруг зданий. Вместо того, чтобы выдувать горячий воздух, эти устройства могут отводить своё тепло в Сену через речной контур. Однако возможности продолжать делать это сужаются, поскольку Fraîcheur de Paris не имеет права возвращать воду в Сену при температуре выше 30 градусов по Цельсию по экологическим соображениям. В настоящее время это означает, что река может принять лишь несколько дополнительных градусов тепла в самые жаркие дни. Будущие, более сильные волны тепла могут испарять большую часть этой воды над поверхностью.
«Нам придётся принять решение. Можем ли мы запустить охладители в более высоком температурном диапазоне, чтобы сохранить теплообмен с Сеной, или же нам стоит построить другие сооружения?» — говорит Найрал. Эти сооружения могли бы включать подземные резервуары с холодной водой. Однако моё предложение углубить или иным образом изменить русло Сены для увеличения объёма воды, что потенциально помогло бы поддерживать более низкую температуру, вежливо отвергнуто. «Берега Сены находятся под защитой ЮНЕСКО», — говорит Найрал.
Я задаю этот вопрос, потому что существуют некоторые сети централизованного холодоснабжения, использующие гораздо более глубокие воды, которые остаются прохладными круглый год. Одним из примеров является система охлаждения с использованием озёрного источника, используемая Корнеллским университетом в северной части штата Нью-Йорк. «Люди очень гордятся этим проектом», — говорит Фэнци Ю, профессор кафедры энергетических систем университета. Сеть Корнелла качает воду из гигантского близлежащего озера Каюга, получая доступ к ней с глубины 76 метров. Вода там холодная, как в холодильнике, едва достигает 4 градусов Цельсия в любое время года. Эта система настолько эффективна, что может обеспечить около 98 процентов годовой потребности в охлаждении, необходимой 113 зданиям кампуса Корнелла.
В этой сети используется механическое охлаждение, но её общий КПД составляет около 20, говорит Коул Такер, исполняющий обязанности вице-президента по энергетике и устойчивому развитию Корнеллского университета: «Так что, я имею в виду, это довольно невероятно». Однако даже Такер признаёт, что рост температуры означает рост спроса на охлаждение, и это увеличит зависимость университета от механических охладителей.
Часть системы охлаждения на основе озёр, установленной в Торонто.
Предоставлено Бруно Пласиером.Канадская энергетическая компания Enwave недавно увеличила мощность сети централизованного холодоснабжения в городе Торонто. Как и сеть Корнелла, эта сеть также использует холодную озёрную воду, добываемую на значительной глубине: 83 метра. «В мире действительно не так много подобных систем», — говорит Карсон Джеммилл, вице-президент по решениям и инновациям Enwave. В данном случае вода, забранная из озера, фактически становится питьевой на очистных сооружениях. После очистки вода забирает тепло из городских зданий, когда она пересекает теплообменники и городской контур охлаждения. «Мы просто немного подогреваем эту питьевую воду», — говорит Джеммилл, отмечая, что передаётся только тепло — риска какого-либо загрязнения питьевой воды нет.
В настоящее время сеть Торонто обслуживает около 100 зданий, включая больницы, городские здания, коммерческие офисы и жилые дома. Мощные тоннелепроходческие машины, работающие под городом, позволили системе со временем расшириться. Джеммилл объясняет, что новые трубы для подачи холодной воды были проложены в бетонном полу у основания этих специально построенных туннелей диаметром около 3-4 метров.
Использование крупных водоёмов в качестве гигантских теплопоглотителей имеет смысл, учитывая, сколько тепла они могут поглощать, считает Мартин Хендель, исследователь из парижского отделения ESIEE, инженерной школы при Университете Гюстава Эйфеля. Однако сети централизованного холодоснабжения, в том числе парижские, могут быть дорогими в установке и обслуживании, а это значит, что они лучше всего работают в густонаселённых районах, таких как города, где ими, вероятно, пользуется большое количество людей. «Такие системы обычно строятся для районов с большим количеством офисных помещений», — добавляет Хендель. «Офисные помещения, как правило, охлаждаются круглый год». Это отчасти связано с теплом, выделяемым серверами и компьютерным оборудованием.
Нейрал признаёт, что расширение системы охлаждения в Париже — сложная задача. Столица Франции пропитана историей, поэтому строительство новой инфраструктуры часто замедляется необходимостью дать археологам время для раскопок потенциально важных артефактов. То же самое произошло и с новейшей подземной железной дорогой Лондона — линией Элизабет, первоначально известной как Crossrail.
Однако Найрал отмечает, что в некоторых районах парижская сеть использует большие старые туннели городской канализации. По её словам, там достаточно места, чтобы проложить трубы системы охлаждения.
Если сеть должна расшириться, как и планировалось, и более чем удвоиться всего за 17 лет, то работающим над ней инженерам придётся использовать все доступные им пути и туннели. Необходимость серьёзная — экстремальная жара убивает людей в Париже и других городах. «В прошлые века доступ к теплу действительно был причиной социального разрыва между богатыми и бедными», — говорит Найрал, отмечая, что сегодня, возможно, именно доступ к прохладным помещениям всё больше разделяет нас. Но здесь на помощь могут прийти муниципалитеты. «Это задача городов, — говорит Найрал, — предоставлять жильё».
Источник: www.wired.com
