Upał w londyńskim metrze: Sekret słonecznego zysku

Podróżowanie londyńskim metrem w upalne dni lata może być prawdziwym wyzwaniem. Temperatury często stają się nie tylko niekomfortowe, ale wręcz niebezpiecznie wysokie. Wielu z nas automatycznie obwinia kryzys klimatyczny, jednak okazuje się, że istnieje jeszcze jeden, być może kluczowy powód tego zjawiska: zysk słoneczny. Weteran inżynierii, Calvin Barrows, rzuca światło na tę zagadkę, wyjaśniając, dlaczego temperatura w tunelach metra osiąga tak ekstremalne wartości.

Kiedy po raz pierwszy zauważyłeś problem zysku słonecznego?

Pomysł ten narodził się podczas mojej codziennej podróży Central Line do Epping. Pociągi w londyńskiej sieci naziemnej i podziemnej stawały się coraz bardziej gorące. Transport for London (TfL) i London Underground (LU) byli przekonani, że wzrost temperatur jest spowodowany problemami operacyjnymi: przyspieszaniem, zwalnianiem, trakcją, hamowaniem, ciepłem pasażerów itp. Uważali, że to one powodują nagrzewanie się otaczającego powietrza w tunelach. Jednak jako pasażer metra oraz inżynier budowlany, konstrukcyjny i rzeczoznawca, po krótkim, podstawowym monitoringu temperatury w wagonach, szybko zdałem sobie sprawę, że przegrzewanie występuje tylko w cieplejszych okresach roku.

Ta sezonowość skłoniła mnie do rozważenia innych czynników, zwłaszcza tych powierzchniowych. Hipoteza była taka, że pociągi w pierwszej kolejności nagrzewają się, gdy poruszają się lub stoją na powierzchni. Następnie przenoszą to ciepło do tuneli. Prawdziwy moment olśnienia nastąpił podczas oglądania programu Davida Attenborougha „Perfect Planet”, kiedy przypomniał o ogromnej mocy słońca: „Energia słoneczna, która dociera do naszej planety w ciągu zaledwie godziny, zawiera więcej mocy niż cała ludzkość zużywa w ciągu całego roku”. Szybko zdałem sobie sprawę, że muszę lepiej zrozumieć naukowe wyjaśnienia dotyczące transferu ciepła i jego wpływu na sieć kolejową – a moje odkrycia były absolutnie fascynujące.

Czym jest zysk słoneczny i dlaczego występuje?

Zasadniczo, słońce napromieniowuje całe nadwozie pociągu, gdy znajduje się na powierzchni, a także tor naziemny, podsypkę i szyny. Jednocześnie to „pierwotne” promieniowanie jest ponownie emitowane z podsypki i szyn na podwozie pociągu – to, co nazywamy „promieniowaniem wtórnym”. Kiedy przegrzane pociągi wjeżdżają do podziemnych odcinków sieci, będąc cieplejsze od tuneli, ponownie emitują ciepło do tych zamkniętych przestrzeni, nagrzewając obudowy tuneli i ich otoczenie geologiczne. Ten sezonowy transfer ciepła jest znacznie większy niż jakiekolwiek ciepło otoczenia wytwarzane przez całoroczne źródła operacyjne, takie jak trakcja czy hamowanie. Wynikające zyski ciepła słonecznego w wagonach i tunelach to słoń w pokoju zdrowia i bezpieczeństwa. W takich warunkach pasażerowie mogą odczuwać znaczny dyskomfort, a nawet potencjalnie poważne objawy wyczerpania cieplnego, które mogą prowadzić do zagrażającego życiu udaru cieplnego.

Kiedy i gdzie pojawia się zagrożenie?

Nie jest zaskoczeniem, że w cieplejszych porach roku, a zwłaszcza podczas fal upałów. Istnieje niezaprzeczalny, bezpośredni związek między chronicznym przegrzewaniem się metra londyńskiego a sezonowo wyższymi temperaturami. Jednak te sezonowe konsekwencje zależą również od różnic między rodzajami sieci kolejowych. Sieci wyłącznie podziemne, takie jak w Glasgow, nie przegrzewają się, ponieważ ich tabor nie jest rutynowo wystawiany na promieniowanie słoneczne, więc nie ma zysku słonecznego.

Natomiast w kontekście sieci metra londyńskiego, która kursuje zarówno nad, jak i pod ziemią, zysk słoneczny wpływa na całą powłokę i strukturę taboru, gdy znajduje się on na powierzchni. Od początku dnia, po napromieniowaniu, pociągi zaczynają wjeżdżać do portali tuneli. To ciepło jest stopniowo odprowadzane (re-emitowane) do chłodniejszych tuneli. W konsekwencji tunele w sieciach mieszanych otrzymują sumę wszystkich źródeł ciepła. Obejmuje to stosunkowo nieistotne źródła operacyjne, takie jak trakcja i hamulce, ale także re-emisję znacznego, bezpośredniego i pośredniego zysku słonecznego z powierzchni taboru. Gdy to ciepło zostanie przeniesione do tuneli, niezwykle trudno jest je zminimalizować.

Co obecnie robi metro londyńskie, aby walczyć z przegrzewaniem? Jakie są najnowsze rozwiązania?

Metro londyńskie twierdzi, że podjęło wiele projektów, inwestując ogromne sumy pieniędzy w celu złagodzenia wzrostu temperatur. Niemniej jednak ich osiągnięcia były stosunkowo minimalne. Niektóre bezowocne projekty obejmowały próby chłodzenia na stacji Holborn, gdzie prototypowa maszyna cyrkulowała powietrze przez matrycę rur chłodzonych wodą – zasadniczo klimatyzacja, ale pod inną nazwą.

Istnieje również ulepszony system wentylacji tuneli TfL. Znany jako „czynnik chłodzenia wiatrem”, pomysł ten opierał się na obecnie wykorzystywanym efekcie „tłoka” pociągów wjeżdżających do tuneli, aby rzekomo pomóc wypchnąć gorące powietrze. Ale jest to nieskuteczne, ponieważ nie usunęłoby ciepła z elementów infrastruktury ani z taboru napromieniowanego słońcem. Zasadniczo zysk słoneczny nadal byłby problemem. TfL i LU bawiły się folią odblaskową na Central Line około 2017 roku, ale z niewielkim zrozumieniem, co jest potrzebne, aby osiągnąć jakąkolwiek korzyść. Zasadniczo operatorzy pociągów rutynowo próbują rozwiązać problem przegrzewania za pomocą klimatyzacji – zły pomysł w sieciach metra.

Dlaczego klimatyzacja jest problemem?

Problemem jest to, że gorące powietrze wylotowe z klimatyzatorów jest odprowadzane bezpośrednio do sieci metra. Chłodzenie stacji takich jak Oxford Circus, Green Park i Bond Street poprzez instalację ogromnych klimatyzatorów może obniżyć temperaturę na peronach, ale nie wpłynie to nawet w najmniejszym stopniu na przegrzewanie w tunelach. Jedynym sposobem, w jaki mogłoby to działać w sieciach mieszanych, jest pełne klimatyzowanie zarówno sieci, jak i pociągów, ale jest to tak nieprzyjazne dla środowiska i kosztowne pod względem instalacji, eksploatacji i konserwacji.

Ostatecznie ograniczenie klimatyzacji do wagonów pociągów nie tylko nie rozwiązuje problemu, ale w rzeczywistości go pogarsza. Sieć w Nowym Jorku ma klimatyzację od około 30 lat: pociągi i tunele nadal się przegrzewają, a klimatyzacja jest przeciążona i regularnie się psuje. Rzeczywistość jest taka, że w mieszanej sieci naziemnej i podziemnej klimatyzacja tylko pogorszy problem w tunelach, które nie są klimatyzowane.

Czy TfL/LU próbują obecnie czegoś innego niż ich dotychczasowe wysiłki? Jak to wypada w porównaniu z innymi systemami metra?

W większości przypadków nie różni się to niczym. Dzieje się tak, ponieważ TfL/LU nadal koncentrują się na łagodzeniu niewłaściwych problemów, takich jak trakcja, hamowanie i ciepło generowane przez pasażerów, kopiując błędy i powielając porażki popełnione w Nowym Jorku. W rzeczywistości powiedziałbym, że się cofnęli. Pomimo historycznie stanowczego przekonania, że klimatyzacja nie zadziała, ponieważ nie wiedzieli, jak odprowadzić ciepło odpadowe, obecnie są zaskakująco wielkimi fanami. TfL proponuje teraz zainstalowanie klimatyzacji w nowym taborze linii Piccadilly. W przedłużeniu Jubilee Line i Elizabeth Line niektórzy mogą przypuszczać, że instalacja drzwi peronowych ma na celu powstrzymanie przegrzewania się tuneli. Tak nie jest. Są one przeznaczone wyłącznie do operacyjnych celów zdrowotnych i bezpieczeństwa, aby oddzielić pasażerów od pociągów.

Prawda jest taka, że niewiele wiemy o tym, jak większość metrów radzi sobie z przegrzewaniem, lub czy, podobnie jak TfL, mają nadzieję poradzić sobie na „chybił trafił”. Systemy wyłącznie podziemne w Europie, takie jak Glasgow, Warszawa i Praga, pozostają stosunkowo chłodne, nawet latem. W Moskwie metra mają chłodne szyby wentylacyjne, które sięgają głęboko w ich sieć, a pociągi wykorzystują skuteczną metodę wychwytywania i rozprowadzania tego powietrza.

W Stanach Zjednoczonych większość metra wydaje się polegać na klimatyzacji wagonów pociągów w takiej czy innej formie. Te mają tendencję do częstego psucia się w wyniku ekstremalnie gorącego powietrza zasysanego do kanałów wlotowych klimatyzacji. Problemy, z którymi się borykali, są podobne do tych w Londynie. Co ciekawe, w Indiach dostrzegli potrzebę rozwiązania problemu zysku słonecznego w wielu różnych zastosowaniach i znacznie nas wyprzedzają w jego realizacji.

Jakie rozwiązania poleciłbyś TfL/LU w związku z zyskiem słonecznym?

Kiedy po raz pierwszy rozpoznałem poważny wpływ napromieniowania powierzchni, doradziłem wielu starszym inżynierom, kierownikom i członkom zarządu TfL, aby rozważyli opcje zapobiegawcze. Mogłoby to obejmować zastosowanie farby odblaskowej na promieniowanie słoneczne na zewnętrznych powierzchniach taboru narażonych na działanie słońca. Mogłoby to przynieść spadek temperatury o 15 do 20°C. Sugerowałbym również podobne specjalistyczne powłoki na podwozia i wózki. Szyby przeciwsłoneczne, które mogą odbijać około 75 procent promieniowania słonecznego, również by pomogły.

Użycie radiacyjnych materiałów izolacyjnych – zasadniczo barier słonecznych – i zielonej roślinności torów również naprawdę poprawiłoby sytuację. To ostatnie zostało z powodzeniem zastosowane w Europie, gdzie obecnie jest ponad 800 kilometrów zielonych torów „lekkiej kolei”. W bezpośrednim wyniku prac konsultacyjnych podjętych z moim współautorem dla brytyjskiej Rail Safety and Standards Board (RSSB), opublikowali raport zalecający stosowanie materiałów odblaskowych na promieniowanie słoneczne. Stwierdza się w nim, że takie techniki mogą przynieść „wiele korzyści w zakresie bezpieczeństwa i komfortu dla przemysłu kolejowego (i podróżujących)”. Niestety TfL zamknął się na sugestie z zewnątrz i w konsekwencji nie zwracał uwagi na zalety środków odblaskowych na promieniowanie słoneczne.

Jaki byłby szacunkowy koszt wdrożenia tych rozwiązań?

Zależy to od wielu czynników unikalnych dla każdego operatora sieci, ale wierzę, że nieuchronnie będzie to znacznie, znacznie tańsze zarówno pod względem inwestycji kapitałowych, konserwacji, jak i kosztów eksploatacji niż obecne podejście TfL. Ponadto wiele pomysłów ma również inne korzyści operacyjne i środowiskowe. Na przykład zielone tory są atrakcyjne, a także korzystne dla środowiska i kosztowo.

Jak widzisz ewolucję tego problemu w sieci LU, jeśli nic się nie zmieni?

Bez inteligentnie ukierunkowanego monitoringu w celu ustalenia i potwierdzenia dominujących źródeł ciepła, a także stopniowego wzrostu ciepła i mechanizmów transferu ciepła, TfL i ich doradcy nadal będą błędnie interpretować dowody. Ich modelowanie będzie wadliwe, ponieważ masowo zaniżają ilość ciepła przenoszonego do tuneli i jego potencjalny wpływ na pasażerów. Wzrost temperatur latem sprawia, że jest to coraz pilniejsza kwestia, ponieważ prawdopodobnie nadal będzie pogarszać napromieniowanie powierzchniowe taboru.

Gdy temperatury wewnątrz wagonów pociągów w Wielkiej Brytanii przekroczyły już 40°C, brak działań w celu rozwiązania problemu – a następnie uprawianie polityki wokół identyfikacji prawdziwej przyczyny – jest niedopuszczalne i niedbałe. W rzeczywistości nieakceptowanie problemu – gdy jest on już dobrze ustalony i zaakceptowany przez organy regulacyjne kolei – jest szczytem głupoty. Teraz, gdy nadchodzi jesień, TfL może uniknąć konsekwencji przez kolejny rok. Ale bądźmy jasni: katastrofa jest nieunikniona, jeśli będą kontynuować ślepą uliczkę.

Kim jest Calvin Barrows?

Calvin Barrows to emerytowany inżynier dyplomowany z bogatym doświadczeniem w dziedzinie inżynierii lądowej, konstrukcyjnej i transportowej. Pracował dla wielu czołowych graczy w swojej branży, w tym Pell Frischmann Costain i Morgan Sindall, pełniąc kluczowe role w głośnych projektach dla TfL i LU. Obejmuje to pełnienie funkcji kierownika projektu dla projektu rozbudowy linii Gospel Oak do Barking LU oraz programu Paddington Bakerloo Line Step Free Access Scheme. Odegrał również kluczową rolę w projekcie TfL Moorgate Capacity Upgrade, gdzie analizował potencjalne środki chłodzenia. Jego dogłębna wiedza na temat infrastruktury TfL i innowacyjne podejście do projektowania stacji uczyniły go wiodącym autorytetem w tej dziedzinie, szczególnie w zakresie rozwiązywania złożonych wymagań sieci metra londyńskiego.

Jeśli chcesz poznać inne artykuły podobne do Upał w londyńskim metrze: Sekret słonecznego zysku, możesz odwiedzić kategorię Wentylacja.