Ogrzewanie przyszłości
Ogrzewanie umożliwiło ludziom kolonizację miejsc, które wydawały się niemożliwe do zamieszkania ze względu na niesprzyjające warunki klimatyczne. Sama, dość prosta koncepcja ogrzewania była modyfikowana przez stulecia, aż uzyskała formę i funkcjonalność, jaką znamy dziś. Oczywiście współczesne ogrzewanie jest zdecydowanie bardziej wydajne niż jeszcze kilkanaście lat temu, ale niedługo cyfrowa rewolucja technologiczna i tu odciśnie swoje piętno.
Mowa o IoT, AI i ML, które W znaczący sposób zmienią sposób w jaki ludzie ogrzewają swój organizm. Inteligentne maty grzewcze przyczepiane do ubrań, mapy cieplne, czy systemy wykorzystujące moc matki natury to tylko początek zmiany.
Dzisiejsze systemy ogrzewania oparte są na pomysłach i projektach, których początki, sięgają najstarszych cywilizacji. Sprawdzone sposoby były najlepsze, jednak potrzeba komfortu cieplnego towarzyszyła ludzkości od zawsze. Dziś to my definiujemy warunki, w jakich chcemy żyć, nie zważając na przeszkody, które stawia przed nami nieprzychylna aura. Jednak nadal stosujemy rozwiązania, które są w tyle za możliwościami jakie oferuje współczesna technologia.
Łatając ciepło
Co by się stało, gdyby zamiast podnosić temperaturę za pomocą termostatu, można było ogrzać się dzięki zaawansowanym technologicznie, elastycznym naszywkom montowanym do ubrań? Jednocześnie nastąpiłaby redukcja wytwarzanych zanieczyszczeń – przede wszystkim dwutlenku węgla – a to nie wszystko! Moglibyśmy też płacić mniejsze rachunki za energię, a to kuszące.
– „Obecna sytuacja na rynku energetycznym jest bardzo skomplikowana i niesie za sobą wiele pytań, które uwidaczniają się w formie obaw i licznych kontrowersji. Globalne ocieplenie, alternatywne źródła energii, niskotemperaturowe źródła ciepła, smog zanieczyszczający powietrze, redukcja CO2 a tym samym związane z tym koszty produkcji energii to tylko najpopularniejsze z zagadnień, które w ostatnich dniach nie opuszczają pierwszych stron gazet. Wszyscy zastanawiają się jak rozwiązać pojawiające się zagadnienia globalnie oraz lokalnie, w poszczególnych krajach, ale pula rozwiązań tego ogólnoświatowego galimatiasu, który dotyczy każdego z nas, jest bardzo ograniczona.” – analizuje Tomasz Podleś z Rettig Heating, światowego lidera branży grzewczej.
Inżynierowie z Rutgers i Oregon State University znaleźli opłacalny sposób wytwarzania cienkich, trwałych łat grzewczych, które za pomocą intensywnych impulsów świetlnych łączą się z poliestrem przy pomocy drobnych srebrnych drutów. Ich skuteczność grzewcza jest prawie o 70% wyższa niż podobnych rozwiązań z przeszłości, które zostały opracowane przez inne ośrodki badawcze, wynika z badań przeprowadzonych przez Rutgersa.
Są tanie w produkcji, mogą być zasilane bateriami wielkości monet i bez problemu dostarczą ciepło wszędzie tam, gdzie ludzkie ciało tego potrzebuje, ponieważ można je naszyć jako łaty. Jak podaje raport Rutgersa 47% globalnej energii jest wykorzystywane do ogrzewania wnętrz, a niemal połowa z tego jest marnowana na ogrzewanie pustej przestrzeni i obiektów zamiast ludzi.
Osobiste zarządzanie termiczne, które koncentruje się na ogrzewaniu wyłącznie ciała ludzkiego w razie potrzeby jest nowym rozwiązaniem tego problemu. Takie łatki mogą również pewnego dnia pomóc ogrzać każdego, kto pracuje lub uprawia sport na wolnym powietrzu.
W porównaniu do obecnie wykorzystywanych łat termicznych, wynalazek Rutgers i Oregon State University generuje więcej ciepła i jest bardziej odporny na zgięcia, pranie i działanie wilgoci czy wysokiej temperatury przez to lepiej sprawdza się w codziennym życiu
Darmowa energia pod naszymi stopami
Elektrownie węglowe, wiatrowe czy atomowe mogą okazać się ślepym zaułkiem w drodze do energetycznej niezależności człowieka. Pod naszymi stopami leży gigantyczna i nigdy nie eksploatowana ilość energii, która jest odnawialnym i stabilnym źródłem – a do tego wolnym od emisji CO2. Gdzie dokładnie się znajduje? Naukowcy zamierzają dostać się w głąb Ziemi, aby ją wydobyć. Jeśli im się to uda, będzie to przełom technologiczny.
– „Perspektywa dotarcia do położonych głębiej niż kilka kilometrów warstw ziemi jest z pewnością kwestią czasu, a wydobycie zgromadzonych tam pokładów energii cieplnej na pewno odmieni rynek grzewczy i energetyczny. Warunkiem jest czy będą to rozwiązania ekonomicznie efektywne. Obecnie dostępne źródła geotermalne nie zawsze spełniają to kryterium.” – komentuje Marcin Kotarski z Rettig Heating.
Nie ma wątpliwości, że operacja wiercenia wymaga wysoce zaawansowanego przygotowania technicznego. Z tego powodu „główny przełom” musi najpierw zostać sprawdzony w specjalnie zaprojektowanym symulatorze. Zostało on już opracowany przez niezależną organizację badawczą SINTEF, która wcześniej wykorzystywała podobny symulator do operacji wiertniczych na ropę i gaz.
Zostanie on teraz zainstalowany wraz ze wszystkimi dostępnymi danymi na temat planowanego odwiertu i jego lokalizacji. Umożliwi to naukowcom wirtualne „loty testowe” całej operacji wbijania się w głąb Ziemi.
Podczas gdy prace nad modelowaniem i symulacją zaawansowanej operacji wiercenia trwają, kolejny zespół badawczy będzie miał do czynienia z zupełnie innymi problemami.
SINTEF ICT posiada również grupę badawczą działającą pod inspirującą nazwą „Harsh Environment Instrumentation”. Øyvind Stamnes jest członkiem tej grupy, która pracuje nad opracowaniem specjalistycznej sondy, która zostanie opuszczona do odwiertu w celu zarejestrowania i zmierzenia zachowania się studni.
Operacja wiercenia musi być szczegółowo monitorowana, aby w razie nieprzewidzianych zdarzeń uzyskać jak największą kontrolę nad studnią. Ale jak można zbudować system elektroniki i czujników zdolnych do wytrzymania temperatur do 450C i nacisków, które zniszczyłyby większość instrumentów, które znamy dzisiaj? Niestety na dzień dzisiejszy jest to niemożliwe. Dlatego pomysł realizowany jest w formie wirtualnej symulacji.
Zielone miasta
Wiele aglomeracji pracuje nad sposobami, które pozwolą na złagodzenie doskwierającego letniego upału. Podczas gdy słupki rtęci przekraczają 30C klimatyzatory pracują na maksymalnych obrotach pochłaniając wielkie ilości energii. Stąd pomysł na obniżenie temperatury w mieście w alternatywny sposób – pasywny.
– „Tego typu rozwiązania już stosowane są w największych metropoliach na świecie, np. Chicago i Nowym Jorku czy Toronto. Co więcej, zaabsorbowana energia słoneczna może być wykorzystywana jako dodatkowe źródło ciepła. Jest to o tyle ciekawe, że przecież większość dachów nie jest w ogóle zagospodarowana.” – opisuje sytuację rynkową Karolina Kaszkiewicz z Rettig Heating.
Jak wobec tego można użyć dachu budynku by regulować warunki temperaturowe? Poprzez instalowanie chłodnych dachów, które są pokryte materiałami odbijającymi światło. Często też stosuje się pokrewną metodę w postaci zielonych dachów, które są pokryte roślinnością. Obniżają one temperaturę poprzez chłodzenie wyparne, gdy wilgoć jest uwalniana do powietrza.
By lepiej poznać te mechanizmy naukowcy przygotowali symulację, aby przetestować wpływ chłodnych i zielonych dachów. Odkryli, że chłodne dachy redukują temperaturę w ciągu dnia, podczas gdy zielone dachy doprowadziły do niewielkiego wzrostu temperatur w ciągu dnia i nieco większego obniżenia temperatur w nocy, ze względu na niższą pojemność cieplną gleby w porównaniu z tradycyjnymi materiałami budowlanymi.
Pozostaje jeszcze kwestia określenia poszczególnych miejsc, które wymagają zastosowania tego typu rozwiązania. Do tego wykorzystywana jest koncepcja miejskiej wyspy ciepła (UHI), zjawisko w którym obszary miejskie są znacznie cieplejsze niż otaczające obszary wiejskie. Metodologia szacowania UHI ciągle się zmienia, tworząc szeroką gamę różnych punktów danych.
Przełom nastąpił w 2018 roku, gdy doktorant 3 roku uniwersytetu z Yale opracował algorytm, który jest dostępny dla wszystkich. Dzięki integracji z serwisem Google Maps globalne szacunki UHI oparte na spójnej metodologii są dostępne do publicznej konsumpcji – w sposób bardziej szczegółowy i łatwiejszy do zrozumienia niż kiedykolwiek wcześniej.
Twórca algorytmu, Pan Chakraborty spędził blisko dwa lata na opracowaniu algorytmu. Uważa się, żemapa będzie cennym narzędziem jako publiczna baza danych dla naukowców, a także planistów i decydentów, którzy szukają sposobów na obniżenie temperatury ich miast w obliczu globalnego ocieplenia.
Dzięki rozwiązaniom opartym o wielkie zbiory danych i uczeniu maszynowemu, sposób w jaki ludzie myślą o komforcie cieplnym może się diametralnie zmienić. Poszukując alternatywnych źródeł energii i sposobów na zmniejszenie śladu węglowego ludzkość znalazła się pomiędzy młotem, a kowadłem ponieważ każde z obecnie dostępnych rozwiązań niesie za sobą kosztowne konsekwencje. Dzięki technologii opartej o koncepcję ogrzewania osobistego i inteligentnych miast pojawiła się szansa na przedefiniowanie sposobu w jaki ludzie zapewniają sobie uczucie komfortu cieplnego.
– „Ogrzewanie będzie towarzyszyć ludziom zawsze, jak prąd czy czysta woda. Dziś jego obecność jest tak oczywista, że niemal zapominamy o jego istnieniu. Dopiero gdy go zabraknie, zdajemy sobie sprawę jak ważną rolę pełni w naszym życiu. Czy branża grzewcza gotowa jest na rewolucję? Jak najbardziej, chociaż uważam, że to będzie powolna ewolucja, która małymi kroczkami poprowadzi nas do dużej zmiany na którą wszyscy czekają.” – podsumowuje Emilia Dudek z Rettig Heating, światowego lidera w branży grzewczej.
