Hệ thống mạng lưới hơi nước

Hệ thống hơi nước của Manhattan

• Từ năm 1882, Manhattan đã cung cấp hơi nước cho các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh. Hơi nước được sử dụng ở nhiều nơi như khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, bảo tàng, đồng thời dùng để sưởi ấm không gian và nước trong cả những tòa nhà mang tính biểu tượng của Manhattan lẫn các căn hộ thông thường.
• Hơi nước hoạt động như một loại tiện ích công cộng được sản xuất tập trung và đo đếm như điện, nước thải và nước sạch, rồi được truyền tới hộ gia đình và doanh nghiệp thông qua mạng lưới đường ống dài 105 dặm.
• Hiện nay, hệ thống hơi nước của Manhattan đang sưởi ấm tổng cộng 180 triệu foot vuông, bao gồm không gian dân cư, thương mại và công nghiệp, chiếm hơn 3/4 tổng diện tích nhà ở của Manhattan.

Lịch sử ngắn của sưởi ấm

• Sưởi ấm chiếm một nửa mức tiêu thụ năng lượng của người dùng cuối trên toàn thế giới, chủ yếu phục vụ mục đích dân cư và công nghiệp.
• Trước thời kỳ sưởi ấm trung tâm hiện đại, việc sưởi ấm kém hiệu quả, bất tiện và đôi khi gây chết người. Lò sưởi truyền thống rất kém hiệu quả, cần tiếp nhiên liệu, tạo ra nhiều chất ô nhiễm và có hại cho sức khỏe.
• Do các vấn đề về hiệu suất và ô nhiễm, các hệ thống sưởi trung tâm đã được tái khám phá và cải tiến; đến cuối thế kỷ 19, việc phát minh ra bộ tản nhiệt đã tạo nên bước tiến lớn cho sưởi ấm gia đình hiện đại.

Sự phát triển của Manhattan trong thế kỷ 19

• Từ năm 1850 đến 1900, dân số New York tăng vọt và Manhattan trở nên cực kỳ đông đúc.
• Tình trạng quá tải dân số gây ra các vấn đề về đạo đức và y tế công cộng, dẫn đến việc ban hành các đạo luật để giải quyết.
• Có hai đổi mới lớn giúp tăng chiều cao công trình để đáp ứng sự phát triển của thành phố: thang máy và khung kết cấu thép.

Công ty New York Steam

• New York đã áp dụng hệ thống sưởi khu vực, phát minh của Birdsill Holly, để sưởi nhiều tòa nhà bằng một lò hơi duy nhất, nhờ đó giảm nguy cơ cháy nổ và tập trung hóa công tác hậu cần sưởi ấm.
• Năm 1882, Công ty New York Steam đạt doanh thu 200.000 USD ngay trong năm đầu tiên, và hệ thống tập trung này mang lại lợi ích lớn cho quy hoạch đô thị cũng như y tế công cộng.

Hệ thống hơi nước hiện đại của New York

• Hiện nay, mạng lưới thuộc sở hữu của Consolidated Edison (ConEd) vận hành các cơ sở sản xuất hơi nước tại Manhattan và Queens, đồng thời mua thêm hơi nước từ một nhà máy ở Brooklyn.
• Hệ thống có công suất 11,5 triệu pound hơi nước mỗi giờ, và vào mùa đông tiêu thụ lượng nước tương đương hai hồ bơi Olympic.
• Hơi nước được phân phối qua các đường ống lớn, và mỗi tòa nhà kết nối với mạng lưới bằng cách lắp van dịch vụ.

Sưởi khu vực trong thế kỷ 21

• Hơi nước là lựa chọn hợp lý cho môi chất truyền nhiệt vào đầu thế kỷ 20, nhưng hiện nay nước được ưa chuộng hơn. Nước cho hiệu suất cao hơn, còn nhiệt độ và áp suất thấp hơn giúp tăng độ an toàn.
• Các hệ thống dựa trên nước có thể dễ dàng tích hợp với nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác nhau, đồng thời có tiềm năng biến hệ thống sưởi của thành phố thành một dạng pin nhiệt.

Những nơi phù hợp với sưởi khu vực

• Sưởi khu vực đòi hỏi mật độ nhu cầu nhiệt cao, và chủ yếu được sử dụng ở các khu nhà ở, khu thương mại trung tâm, khu phức hợp chính phủ và khuôn viên trường học.
• Dù chi phí vốn ban đầu cao, sưởi khu vực vẫn có thể phát triển mạnh nếu có hỗ trợ chính sách và các ưu đãi tài chính.

Hệ thống hơi nước của Thành phố New York là một phần mang tính biểu tượng trong lịch sử và đời sống thường nhật của đô thị này, đồng thời là một mô hình đã được xuất khẩu và cải tiến trên toàn thế giới. Các thành phố trong tương lai nhiều khả năng sẽ được sưởi ấm và làm mát bằng những hệ thống khu vực bơm nước qua các đường ống cách nhiệt cao, thay vì hàng trăm dặm ống dẫn hơi nước.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Bài viết cho biết hiệu suất tổng thể là 60%, bao gồm cả chi phí bảo trì máy tạo hơi nước và mạng lưới đường ống

  • Hệ thống truyền tải điện mang lại hiệu suất khoảng 85% cho người dùng cuối, còn bộ tản nhiệt điện trở có hiệu suất 100%
  • Thật khó hiểu vì sao lại có lý do để dùng hệ thống hơi nước cho các công trình mới

• Năm 1962, vỉa than anthracite ở Centralia, bang Pennsylvania bắt đầu cháy và đến nay vẫn đang cháy

  • Thật đáng kinh ngạc khi một mỏ than ngầm đã cháy hơn 60 năm
  • Tìm ảnh liên quan trên Google sẽ thấy rất thú vị

• Người New York rất thích đưa mọi thứ vào đường ống

  • Không chỉ nước, nước thải, khí đốt mà cả hơi nước cũng được đưa vào ống
  • Ở Roosevelt Island, họ đưa rác và chân không vào đường ống
  • Trước đây họ còn đưa thư vào đường ống, thậm chí cả con người cũng vậy
  • Việc này có gì đó mang màu sắc Freud, có lẽ nên đem ra nói chuyện với nhà trị liệu

• Seattle và Đại học Washington cũng có hệ thống hơi nước

  • Thật ngạc nhiên là về mặt kinh tế nó vẫn còn hợp lý

• Tò mò không biết hệ thống sưởi khu vực phổ biến đến mức nào

  • Ở Montpelier, bang Vermont, người ta dùng bếp đốt củi để cấp hơi nước cho một khu trung tâm nhỏ

• Đây là một bài viết rất thú vị, và dù sống ở New York tôi cũng không biết về lịch sử này

  • Câu "làm giảm tuổi thọ khoảng 18 phút" khiến tôi bật cười
  • Giống như câu nói của George Carlin: "Nhưng đó là 18 phút cuối cùng"

• Điều thú vị nhất của hệ thống phân phối hơi nước là nó cũng có thể dùng để làm mát

  • Có thể làm mát bằng máy nén hơi hoặc làm lạnh hấp phụ
  • ConEd từng thực sự sử dụng cách này ở New York hoặc đã nghiên cứu nó như một lựa chọn

• Trong phim, làn hơi nước trên những con phố tối trông rất ngầu, đúng kiểu thẩm mỹ thập niên 80

  • Nó tạo cảm giác như đang ở "một góc tối của thành phố, nơi không ai có thể nghe thấy"

• Lò sưởi truyền thống rất kém hiệu quả, dùng 300 feet khối không khí mỗi phút cho quá trình đốt cháy và thải tới 85% lên ống khói

  • Tôi tự hỏi 45 feet khối còn lại đi đâu
  • Không biết có phải nó đi vào trong phòng và làm người ta ngạt thở không

• Sách liên quan: "The Lost Art of Steam Heating" của Dan Holohan (2017)

  • Cuốn sách cho rằng việc thiếu hiểu biết về bảo trì hệ thống sưởi bằng hơi nước đã dẫn đến những đợt cải tạo tốn kém và kém hiệu quả