В культовом фильме «Матрица» машины невольно откачивали тепло из человеческих тел, чтобы использовать его в качестве источника энергии. И хотя подобное может быть для нас не идеальным выходом, основа идеи — использование тепла, которое мы производим, для обогрева наших зданий — может помочь в борьбе с изменением климата за счёт сокращения использования ископаемого топлива.
Давайте посмотрим на это с точки зрения науки. В среднем человеческое тело в состоянии покоя выделяет около 100 Вт тепла. Когда же вы тренируетесь, это тепло может легко превышать 1000 Вт: энергия, которая может вскипятить один литр воды за 6 минут. Для сравнения, стандартному (3 кВт) домашнему чайнику, чтобы нагреть литр воды, требуется более 2-х минут.
Изображение: unsplash.com
Откуда же берётся эта энергия? В основном, это употребляемая нами пища. Внутренний метаболизм организма использует продукты пищеварения, такие как углеводы и жирные кислоты, для производства энергии, которая стимулирует сокращение мышц. Однако около 70-95% производимой энергии выделяется в виде тепла. Это показывает, что человеческое тело не очень эффективно вырабатывает механическую энергию из пищи: на самом деле, оно немного менее эффективно, чем бензиновый двигатель.
Большая часть этого тепла выводится из организма посредством конвекции, инфракрасного излучения и потоотделения, которое охлаждает кожу за счёт испарения. Это объясняет, почему в очень жарких и влажных условиях вы не чувствуете себя комфортно — ваш пот не так легко испаряется в насыщенный воздух.
Используя инфракрасные камеры, мы можем видеть, как это тепло перемещается от тел в окружающую их среду. Эти камеры изображают области повышенного тепла (где теряется больше тепла) более светлыми, а более холодные области — более тёмными, демонстрируя нам, где теряется больше всего тепла.
Когда люди собираются в помещении, это тепло начинает накапливаться. Представьте себе театр на 500 мест. Если предположить, что каждый человек производит 100 Вт тепловой энергии, это означает, что в целом будет выделяться 50 кВт тепла, что эквивалентно 25-30 средним кухонным чайникам, постоянно кипятящим воду.
Если эти люди физически активны — например, танцуют — вместе они могут вырабатывать 150 кВт тепла или 3600 кВт*ч за 24 часа. Например, среднее домашнее хозяйство в Великобритании потребляет около 1000 кВт*ч газа в месяц. Поскольку средний бытовой газовый котел имеет мощность около 30 кВт — всего 500 танцоров могут производить энергию 5 газовых котлов.
Следующий вопрос заключается в том, как это человеческое тепло лучше всего использовать для обогрева зданий. Обычно в зданиях для снижения температуры и улучшения качества воздуха используются системы вентиляции или кондиционирования. Это извлечённое тепло затем теряется во внешней среде, что приводит к потере энергии. Вместо этого тепло толпы можно было бы извлекать с помощью механических теплообменников — устройств, которые передают тепло из одной области в другую — и использовать для нагрева поступающего воздуха в соседних зданиях.
Более гибким вариантом является использование тепловых насосов, немного похожих на системы обратного кондиционирования воздуха, которые перекачивают тепло внутрь, а не наружу. Это тепло также может быть сохранено для последующего использования, например, в водяных цилиндрах или модифицированных кирпичах. Подобная технология уже используется в центрах обработки данных, где необходимо отводить значительное количество тепла, выделяемого компьютерными сетями, чтобы избежать отказа системы.
Тепловая энергия в действии
Концепция систем обогрева с помощью человеческого тела уже стала реальностью в некоторых частях мира. В Швеции офисное здание Kungsbrohuset, расположенное над центральной станцией стокгольмского метро, уже частично обогревается за счёт тепла тел пассажиров, ежедневно проезжающих через станцию, что снижает потребность в отоплении на 5-10%. Тепловой насос извлекает тепло из станции, где оно хранится в воде, которая используется для обогрева офисов наверху.
Между тем, в торговом центре Mall of America в Миннесоте энергия солнечного света и тепла более чем 40 миллионов посетителей в год заменила центральное отопление. А система BODYHEAT, которая в настоящее время устанавливается в центре искусств в Глазго, использует тепловые насосы для улавливания тепловой энергии клабберов и хранения её в подземных скважинах, которые будут обеспечивать здание теплом и горячей водой.
При узучении же отопления в театре Nottingham Playhouse с аудиторией на 750 человек. Учёными был обнаружено, что по мере увеличения числа зрителей внутри театра растёт и температура, а это означает, что центральное отопление может быть снижено по ночам, когда многолюдно. Используя этот принцип, можно разработать «умные здания», способные регулировать своё отопление в зависимости от количества людей в помещении и ожидаемого в результате повышения температуры. Это простое решение можно использовать во многих типах строений, даже в тех, в которых не установлены тепловые насосы.
Что же, учитывая то, что цены на энергоносители регулярно растут практически в каждой стране мира, а также в связи с тем, что существует огромное желание достичь нулевых выбросов углерода в атмосферу подобные системы могут обеспечить простой и революционный способ сократить использование ископаемого топлива и снизить счета за электроэнергию за счёт использования избыточного тепла, заполняющего оживлённые общественные места.
