Профессор Университета Ноттингем Трент (Великобритания) Амин Аль-Хабайбе, крупный английский эксперт в сфере энергетики, считает, что человеческие тела могут стать отличным источником обогрева зданий и одним из средств борьбы с климатическими изменениями на Земле.
В культовом фильме «Матрица» машины были вынуждены откачивать тепло человеческих тел и использовать их в качестве источника энергии. Возможно, это не идеальное решение для нашего общества, однако сама идея – использование тепла, производимого людьми, для обогрева наших домов – может помочь в борьбе с изменением климата за счет сокращения использования ископаемого топлива.
Научное обоснование идеи
Давайте посмотрим на научные данные. В среднем человеческое тело излучает около 100 Вт тепла в состоянии покоя. Во время тренировки количество этого тепла может легко превысить 1000 ватт: объема энергии, которого хватит, чтобы вскипятить литр воды за шесть минут. Для сравнения, стандартный (3 кВт) домашний чайник нагревает литр воды не менее двух минут.
Откуда берется энергия в человеческих телах? Ее основной источник – пища. Внутренний метаболизм человеческого организма использует продукты пищеварения, такие как углеводы и жирные кислоты, для производства энергии, стимулирующей сокращение мышц. Однако около 70-95% производимой нашими телами энергии выделяется в виде тепла. Это показывает, что человеческое тело не особенно эффективно вырабатывает механическую энергию из пищи: фактически, его эффективность даже ниже, чем у бензинового двигателя.
Большая часть вырабатываемого телом тепла удаляется от него посредством конвекции, инфракрасного излучения и потоотделения, что охлаждает кожу за счет испарения. Это объясняет, почему в очень жарких и влажных условиях вы не чувствуете себя комфортно – ваш пот не может легко испаряться в насыщенный влагой атмосфере.
Используя инфракрасные камеры, мы можем видеть, как это тепло переходит от наших тел к окружающей среде. Эти камеры изображают зоны повышенной теплоотдачи более светлыми, а участки, отдающие меньше тепла – более темными. Можно легко определить, откуда тепла уходит больше всего.
Когда люди собираются в одном помещении, их тепло начинает накапливаться. Представьте себе театр на 500 мест. Предполагая, что каждый человек производит 100 Вт тепловой энергии, это будет означает, что совместно пять сотен зрителей выделят 50 кВт тепла, что эквивалентно 25-30 кухонным чайникам средней емкости, кипятящим воду одновременно.
Если эти люди будут физически активны – например, танцевать – то вместе они могут вырабатывать 150 кВт тепла или 3600 кВт/ч за 24 часа. Среднестатистическое домохозяйство в Великобритании потребляет около 1000 кВт/ч тепловой энергии от сжигаемого газа в месяц. Поскольку средний бытовой газовый котел характеризуется мощность около 30 кВт, то 500 танцоров способны вырабатывать энергию пяти газовых котлов.
Следующий вопрос заключается в том, как лучше всего использовать человеческое тепло в обогреве зданий. Обычно в домах имеются системы вентиляции и кондиционирования, необходимые для снижения температуры и улучшения качества воздуха. Т.е. извлеченное из человеческих тел тепло впустую выбрасывается во внешнюю среду. Но вместо этого тепло, вырабатываемое толпой, можно отводить с помощью механических теплообменников – устройств, передающих тепло из одной области в другую – и задействовать для нагрева воздуха, поступающего в соседние здания.
Более гибким вариантом является использование тепловых насосов, немного схожих с системами обратного кондиционирования воздуха, что перекачивают тепло внутрь помещения, а не наружу. Человеческое тепло также может быть сохранено для последующего использования, например, в водяных цилиндрах или модифицированных кирпичах. В центрах обработки данных подобную технологию уже используют, поскольку там требуется отводить значительное количество теплоты, выделяемой компьютерным оборудованием, иначе будет отказ системы.
Тепловая энергия от людей в действии
Концепция систем обогрева, использующих человеческое тепло, уже стала реальностью в некоторых частях мира. Так в Швеции офисное здание Kungsbrohuset (на фото), расположенное над центральной станцией стокгольмского метро, уже частично обогревается за счет тепла тел пассажиров, ежедневно проезжающих через станцию, что снижает потребность в отоплении на 5-10%. Тепло из станции метро извлекается тепловым насосом и хранится в емкостях с водой, используемой затем для отопления офисов наверху.
Между тем, в торговом центре Mall of America в Миннесоте энергия солнечного света и тепла 40 миллионов посетителей в год уже заменила центральное отопление. А система BODYHEAT, в настоящее время выстраиваемая в центре искусств Глазго, использует тепловые насосы для улавливания тепловой энергии клабберов с последующим ее хранением в подземных скважинах, которые будут обеспечивать здание теплом и горячей водой.
Амин Аль-Хабайбе с другими исследователями изучил систему отопления в Nottingham Playhouse с аудиторией на 750 человек. Они выяснили, что по мере увеличения числа зрителей в театре растет и температура внутренней атмосферы, а это означает, что центральное отопление этого здания может ослаблять по ночам, когда там многолюдно. Используя этот принцип, возможно разработать «умные здания», способные регулировать свои отопительные потребности в зависимости от количества людей в помещении и ожидаемого в результате роста температуры. Это простое решение допустимо использовать в домах различных типов и даже в тех из них, где нет тепловых насосов.
С учетом недавнего скачка цен на энергоносители и глобального стремления к нулевым выбросам углерода подобные системы могут дать простой и революционный способ сокращения использования ископаемого топлива, а также снижения счетов за электроэнергию путем использования избыточной теплоты, выделяемой посетителями оживленных общественных мест.