Nie każda klimatyzacja potrzebuje sprężarek i ogromnych ilości energii. Czasem wystarczy… odpowiednio wykorzystać właściwości wody i geologii. Gdy latem temperatura przekracza 30°C, klimatyzatory pracują pełną parą. W efekcie rośnie zużycie energii elektrycznej, a miasta nagrzewają się jeszcze bardziej. Tymczasem w Toronto od ponad 20 lat działa system, który chłodzi tysiące budynków niemal bez produkowania zimna. Zamiast tego wykorzystuje zimną wodę, zalegającą w głębinach jeziora Ontario.
Jezioro jako naturalny magazyn chłodu
Jezioro Ontario jest najmniejszym powierzchniowo spośród Wielkich Jezior Ameryki Północnej, a jego maksymalna głębokość przekracza 240 metrów. W głębokich partiach przez cały rok utrzymuje się temperatura około 4°C.
Dlaczego właśnie tyle? To jedna z najbardziej niezwykłych właściwości wody. W przeciwieństwie do większości substancji największą gęstość osiąga ona właśnie przy temperaturze około 4°C. Oznacza to, że taka woda opada na dno jeziora, podczas gdy cieplejsza pozostaje bliżej powierzchni. Nawet podczas letnich upałów głębokie warstwy jeziora pozostają więc niemal niezmiennie zimne. Można powiedzieć, że jezioro działa jak gigantyczny, naturalny akumulator chłodu.
Jak działa system Deep Lake Water Cooling?
System Deep Lake Water Cooling (DLWC) uruchomiono w Toronto w 2004 roku. Jest on obsługiwany przez firmę Enwave i należy do największych na świecie instalacji wykorzystujących chłód głębokich wód jeziornych.
Jego działanie jest zaskakująco proste. Trzy rurociągi ułożone na dnie jeziora pobierają wodę z głębokości około 83 metrów, gdzie przez cały rok ma ona temperaturę około 4°C. Następnie trafia ona do stacji uzdatniania zlokalizowanej na Toronto Islands.
Dopiero później rozpoczyna się właściwy proces chłodzenia. W specjalnych wymiennikach ciepła zimna woda odbiera energię cieplną z zamkniętego obiegu chłodniczego. Sama nie miesza się z wodą krążącą w instalacjach budynków. Ochłodzony obieg rozprowadza chłód do klimatyzacji szkół, biurowców, hoteli, szpitali i budynków mieszkalnych w centrum Toronto.
Po przejściu przez wymienniki ta sama woda zasila miejską sieć wodociągową i trafia do mieszkańców. Dzięki temu nie trzeba pobierać dodatkowych ilości wody wyłącznie na potrzeby klimatyzacji.
Miliony metrów kwadratowych bez klasycznej klimatyzacji
Obecnie system chłodzi ponad 3 miliony metrów kwadratowych powierzchni użytkowej. To powierzchnia porównywalna z ponad połową całkowitej powierzchni biurowej Warszawy.
Korzyści są imponujące. Według operatora system pozwala ograniczyć zużycie energii elektrycznej potrzebnej do chłodzenia nawet o 75% w porównaniu z tradycyjnymi systemami klimatyzacji. Oznacza to również znaczące zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych.
Dodatkowo, typowe klimatyzatory nie tylko chłodzą wnętrza budynków, ale jednocześnie oddają ciepło na zewnątrz. W dużych miastach wzmacnia to zjawisko miejskiej wyspy ciepła, czyli sytuację, w której centrum jest wyraźnie cieplejsze od terenów podmiejskich. System wykorzystujący zimną wodę z jeziora ogranicza ten efekt.
Dlaczego geologia ma tu tak duże znaczenie?
Choć cały system kojarzy się przede wszystkim z inżynierią, jego działanie opiera się na zjawiskach zachodzących w środowisku naturalnym. Kluczową rolę odgrywają:
- duża głębokość jeziora,
- stabilna temperatura głębokich warstw wody,
- właściwości fizyczne wody, dzięki którym najgęstsza jest przy około 4°C,
- ukształtowanie dna jeziora umożliwiające bezpieczne poprowadzenie rurociągów.
Bez tych naturalnych warunków taki system nie byłby możliwy.
Czy podobne rozwiązania istnieją gdzie indziej?
Systemy wykorzystujące chłód jezior lub mórz działają również między innymi w Sztokholmie, Helsinkach, Genewie oraz kilku miastach Ameryki Północnej. Wszystkie wykorzystują tę samą zasadę – zamiast produkować chłód, korzystają z naturalnie niskiej temperatury głębokich wód.
A jak wygląda to w Polsce? Choć nie dysponujemy wielkimi jeziorami o parametrach jeziora Ontario w centrach największych miast, również w Polsce coraz częściej wykorzystuje się naturalny chłód Ziemi.
Przykładem są gruntowe pompy ciepła. Zimą pobierają energię zgromadzoną w gruncie, natomiast latem mogą zapewniać tzw. chłodzenie pasywne. W takim trybie nie produkują chłodu za pomocą sprężarki, lecz wykorzystują stosunkowo niską temperaturę gruntu, odbierając ciepło z budynku. To rozwiązanie znacznie bardziej energooszczędne niż klasyczna klimatyzacja.
