Туннели метро, полные поездов, электроники и людей, набитых как сардины, - довольно теплые места. Теоретически, все это тепло может представлять собой неиспользованный источник энергии, если только он может быть захвачен. Теперь исследователи из EPFL посчитали цифры по теплопередаче в воздухе железнодорожных туннелей и наметили геотермальную систему рекуперации тепла, которая потенциально может обеспечить отопление и охлаждение тысяч близлежащих домов.
Воздух в подземных железнодорожных туннелях и станциях поглощает тепло из разных источников. Он поднимается с земли. Поезда, тормозящие и ускоряющиеся нагревают окружающий воздух. Добавьте тепло от электронных устройств, таких как освещение и сигнальные огни, и тепло тела от всех пассажиров, и у вас будет много потенциальной энергии, блуждающей там внизу. Неудивительно, что эти места нуждаются в таких сложных системах вентиляции и контроля температуры.
Точный расчет количества тепла в воздухе железнодорожных туннелей был сложной задачей, но теперь исследователи из Лаборатории механики грунта (Soil Mechanics Laboratory (LMS)) EPFL утверждают, что взломали его. Команда разработала модель, которая позволяет им точно рассчитать коэффициент конвективного теплообмена для данной туннельной среды.
Эта важная формула может быть применена для разработки систем, которые используют дополнительную энергию и откачивают ее обратно на поверхность, где ее можно использовать в качестве отопления (или охлаждения) для близлежащих квартир.
Концепция технологии работает как гигантский холодильник. Пластиковые трубы встраиваются в стены туннеля и наполняются теплоносителем - или, если это невозможно, просто водой. Холодная жидкость прокачивается по трубам, где она нагревается воздухом в туннеле и выходит на поверхность в виде горячей жидкости. Летом система может быть изменена, чтобы действовать как кондиционер. Тепло можно отводить из дома и рассеивать в земле, что естественным образом стабилизирует его собственную температуру.
Команда говорит, что система будет относительно дешевой и энергоэффективной для установки, и ожидаемый срок ее службы до столетия. Тепловые насосы - самая уязвимая часть головоломки, которую нужно заменять каждые 25 лет или около того.
В качестве примера, исследователи применили модель к линии метро, которая в настоящее время разрабатывается в городе Лозанна, Швейцария, и рассчитали потенциальные выгоды для города.
Исследователи из EPFL точно определили конвекционный теплообмен в железнодорожных туннелях. Используя новую модель, они подсчитали, сколько энергии можно бы сэкономить, оснастив впервые в мире линию метро геотермальной системой рекуперации тепла. Схема выполнена лабораторией механики грунтов Laboratory of Soil Mechanics. Фото: LMS / EPFL 2019.
«Наши исследования показывают, что установка системы рекуперации тепла на 50 - 60 процентах запланированного маршрута - или 60 000 кв.м площади поверхности туннеля - позволит удовлетворить потребности в отоплении 1500 стандартных квартир площадью 80 м2 или 4000 сертифицированных энергоэффективных блоков», - говорит Марго Пельтье (Margaux Peltier), ведущий исследователь исследования. «Переход от газового отопления позволил бы сократить выбросы CO2 в городе на два миллиона тонн в год».
Это не единственная попытка использовать энергию метро. Несколько лет назад компания «Transport for London» опробовала систему рекуперативного торможения для поездов в лондонской трубе, которая будет возвращать энергию обратно в энергосистему.
Вокруг нас много лишней энергии, просто нужно найти способы ее собрать.
В журнале Applied Thermal Engineering была опубликована статья об этом исследовании.
Источник: New Atlas / EPFL