รักษาความอบอุ่นให้เมืองใหญ่

ถ้ามีคนถามว่า นครนิวยอร์กมีความหมายต่อคุณอย่างไร คำตอบจะแตกต่างกันสำหรับทุกคน ถ้าคุณรู้จักมันดี “เมืองที่ไม่เคยหลับ” จะเต็มไปด้วยความทรงจำไฮไลท์ให้เลือกมากมาย ส่วนผสมที่มีชีวิตชีวาของวัฒนธรรมและพลังงานที่ไม่หยุดหย่อนสร้างประสบการณ์ที่ยากจะลืม แต่แม้แต่ผู้ที่ไม่เคยเหยียบแมนฮัตตัน เส้นขอบฟ้าของมันก็คุ้นเคยทันที โดดเด่นด้วยตึกสูงที่เอื้อมถึงเมฆ มันเป็นสัญลักษณ์ของความทะเยอทะยาน ความมองโลกในแง่ดี และความมุ่งมั่น ความฝันแบบอเมริกันในคอนกรีต เหล็ก และหิน

จากพื้นถึงฟ้า: ต้นกำเนิดของตึกระฟ้า

เส้นขอบฟ้าของนิวยอร์กที่เราคุ้นเคยในวันนี้ไม่ได้เป็นเช่นนั้นมาตลอด ต้องใช้ปัจจัยหลายอย่างร่วมกันเพื่อสร้างตึกสูงขึ้นไปเรื่อยๆ ตึกสูงแห่งแรกในอเมริกาไม่ได้อยู่ในเมืองนี้ด้วยซ้ำ ชิคาโกมาถึงก่อน ด้วยอาคาร Home Insurance สูง 12 ชั้นในปี 1884 แต่เป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในปลายศตวรรษที่ 19 ที่ทำให้ความฝันในการสร้างตึกสูงขึ้นเป็นจริง เหล็ก Bessemer ที่ตีเป็นท่อนยาวขึ้นทำให้โครงสร้างสูงขึ้นและยืดหยุ่นกว่าเหล็กหล่อเดิม หัวสปริงเกอร์เพื่อรับมือความเสี่ยงจากอัคคีภัยหมายความว่าขีดจำกัดความสูง 23 เมตรเดิมถูกผ่อนคลาย และไฟฟ้า AC ได้รับสิทธิบัตร นำไปสู่ลิฟต์ที่สามารถพาผู้คนขึ้นไปสู่ความสูงใหม่ สำหรับวิธีทำให้ผู้คนสบายในอาคารสูงใหม่เหล่านี้ระหว่างฤดูหนาวที่หนาวจัด คำตอบพบในไอน้ำ

เรื่องราวของ Sarco ในนิวยอร์ก

เมื่อหอคอยที่โดดเด่นบนอาคาร Singer ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์ สูง 40 ชั้นเหนือถนนของเมือง นิวยอร์กเป็นประทีปของความก้าวหน้าอเมริกัน เมื่อ Lewis Sanders แล่นเรือเข้าสู่ท่าเรือในปี 1907 หลังจากข้ามทะเลจากสหราชอาณาจักรเกือบหนึ่งสัปดาห์ หอคอยสไตล์ Beaux-Arts ที่ก่อด้วยอิฐแดงและหินบลูสโตนจะกลายเป็นอาคารที่สูงที่สุดในโลกในไม่ช้า แม้จะเป็นเวลาเพียงหนึ่งปี เขาคงไม่ใช่คนเดียวที่เป็นพยานวิวัฒนาการของเส้นขอบฟ้าของเมือง Ellis Island ที่ซึ่งผู้อพยพชาวอเมริกันถูกดำเนินการ เห็นปีที่ยุ่งที่สุดเท่าที่เคยมีมาในปี 1907 จัดการผู้มาถึงที่มีความหวัง 1.25 ล้านคน อย่างไรก็ตาม ต่างจากคนส่วนใหญ่ การเดินทางของ Sanders มีเป้าหมายชัดเจน เพื่อจัดตั้งสาขาอเมริกาของบริษัทนายจ้างชาวอังกฤษของเขา ปีเดียวกันนั้น Sarco Fuel Saving and Engineering Company จัดตั้งร้านใน Lower Manhattan ในเวลาไม่กี่ปี ในปี 1915 มันกลายเป็น Sarco Co. Inc. หัวจดหมายระบุข้อเสนอหลัก รวมถึงเครื่องบันทึก CO₂ มิเตอร์ไอน้ำ เครื่องวัดแคลอรีเชื้อเพลิงและก๊าซ เกจวัดแรงดัน กับดักไอน้ำ และตัวควบคุมเทอร์โมสแตติก กับดักไอน้ำเป็นรากฐานของการเติบโตของธุรกิจ และเมื่อเมืองประสบการเติบโตอย่างรวดเร็ว ความต้องการกับดักคุณภาพช่วยสร้างชื่อเสียงของ Sarco Ruth Greenfield รองประธานในช่วงปีที่รุ่งเรืองเหล่านั้น จะเล่าในภายหลังว่า

ฉันพูดได้อย่างปลอดภัยว่าไม่มีอาคารอพาร์ตเมนต์ในนครนิวยอร์กที่สร้างขึ้นระหว่างปี 1921 ถึง 1932 … ที่ไม่ได้ติดตั้งกับดักหม้อน้ำ Sarco

ทำไมนครนิวยอร์กจึงยอมรับไอน้ำ

คำตอบอยู่ที่คุณสมบัติเฉพาะของไอน้ำในฐานะตัวกลางการถ่ายเทพลังงาน มันบรรจุความร้อนมากกว่าน้ำมาก และมีข้อดีเพิ่มเติมคือไม่ต้องการปั๊มหมุนเวียนเพื่อส่งไปยังที่ที่ต้องการ นั่นช่วยประหยัดทั้งค่าใช้จ่ายปั๊มหมุนเวียนและความซับซ้อนที่เกิดจากการควบคุมปั๊มและการไหลเพื่อจัดการการถ่ายเทความร้อน เมื่อพูดถึงการส่งไอน้ำไปยังหม้อน้ำทั่วอาคารสูง ข้อดีของไอน้ำชัดเจน โดยการแนะนำสุญญากาศ แทนที่ไอน้ำจะดันอากาศออกจากระบบ มันถูกดูดโดยสุญญากาศด้วยความเร็วสูงถึง 150 ไมล์ต่อชั่วโมงทั่วระบบทำความร้อน นี้รับประกันว่ามีการให้ความร้อนที่รวดเร็วและสม่ำเสมอทั่วอาคาร ตัวอย่างที่ดีคือระบบทำความร้อนใน Empire State Building เมื่อเสร็จสมบูรณ์ในปี 1931 ด้วย 102 ชั้น มันกลายเป็นอาคารที่สูงที่สุดในโลก วันนี้ หลังจากโครงการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานครั้งใหญ่ และ 92 ปีนับตั้งแต่สร้างเสร็จ มันยังพึ่งพาไอน้ำเพื่อรักษาความอบอุ่นให้ผู้ที่ทำงานในนั้น ทั้งหมดด้วยแรงดันไอน้ำ 1.5 psi และกับดักไอน้ำ 6,600 ตัว การปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างละเอียดลดการใช้พลังงานมากกว่า 40% และการปล่อยคาร์บอน 54%

ไอน้ำเหนือตึกระฟ้า

การใช้ไอน้ำให้ความร้อนอาคารไม่ใช่การค้นพบใหม่ Joseph Nason ผู้มีบทบาทในการพัฒนาหม้อน้ำเหล็กหล่อ ได้ทำเช่นนั้นในทำเนียบขาวของประธานาธิบดี Pierce ในปี 1855 เมื่อถึงปี 1882 New York Steam Company (ต้นกำเนิดของ Con Edison) ให้บริการประโยชน์ของไอน้ำแก่ลูกค้าเกือบ 1,600 รายจาก Battery Park ถึง 96th Street และในขณะที่ตึกสูงใหม่ส่วนใหญ่สร้างขึ้นเพื่อเพิ่มพื้นที่และกำไรสูงสุดสำหรับการใช้เชิงพาณิชย์ ไอน้ำก็หาทางเข้าสู่บ้านพักอาศัยของนิวยอร์กด้วย คุณอาจคิดว่าสิ่งต่างๆ ก้าวไปไกลแล้ว ว่านอกเหนือจากข้อดีที่ชัดเจนเมื่อพูดถึงโครงสร้างที่สูงที่สุดของเมือง มันถูกแทนที่แล้ว คุณคิดผิด

ดังที่ Urban Green ระบุ ผลกระทบจากการใช้ไอน้ำเป็นการปฏิวัติ “มันแทนที่เตาผิงและเตาไฟ ให้คุณภาพอากาศภายในที่ดีขึ้น ความสะดวกสบายและประสิทธิภาพ” เมื่อส่วนใหญ่ของนิวยอร์กวันนี้ถูกสร้างขึ้น ในทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 มีความกังวลเรื่องสุขภาพเกี่ยวกับการอยู่ข้างในโดยไม่มีการระบายอากาศ ผู้อพยพหลายพันคนที่เดินทางมาถึงเมืองนำไปสู่ห้องเช่าที่แออัด ความกลัวโรคและ “อากาศเสีย” (การหายใจอากาศของคนอื่น) ความกลัวโรคเช่นวัณโรคและโรคระบาดที่ร้ายแรงเช่นไข้หวัดสเปนปี 1918 เพิ่มความเชื่อนี้

วิธีแก้? เปิดหน้าต่างไว้ แม้ในช่วงกลางฤดูหนาว เป็นคำแนะนำที่ไม่เปลี่ยนแปลงในศตวรรษ จำไว้ว่าเพียงไม่กี่ปีก่อน ระหว่างการระบาดของ COVID-19 คำแนะนำคือเปิดหน้าต่างถ้าแชร์ห้องกับคนอื่น นี้อาจรอบคอบจากมุมมองสาธารณสุข แต่นำไปสู่ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับไอน้ำในปัจจุบันโดยตรง

ร้อนเกินไปหรือ? ตำแหน่งของไอน้ำในปัจจุบัน

ฤดูหนาวในนิวยอร์กอาจหนาวจัด โดยเฉพาะเมื่อลมหนาวพัดมาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือ เพื่อชดเชยนโยบายเปิดหน้าต่าง หม้อต้มและหม้อน้ำถูกติดตั้งที่สามารถให้ความร้อนอาคารโดยเปิดหน้าต่างได้แม้ในวันที่หนาวที่สุด เมื่อเชื้อเพลิงที่ผลิตไอน้ำเปลี่ยนจากถ่านหินเป็นน้ำมันแล้วเป็นก๊าซธรรมชาติ อุปกรณ์ทดแทนมีขนาดใหญ่เกินไป เลือกที่จะให้ความร้อนมากเกินไปแทนที่จะน้อยเกินไป หน้าต่างกระจกสองชั้นที่มีประสิทธิภาพมากกว่าแทนที่หน้าต่างเดิม และฉนวนและการปิดผนึกอากาศดีขึ้น ทั้งหมดเพิ่มความร้อนอบอ้าวของระบบทำความร้อนดั้งเดิม ร่วมกับตารางการบำรุงรักษาที่ไม่ดี ระบบไอน้ำที่มีขนาดใหญ่เกินไปเหล่านี้หมายความว่าผู้คนเปิดหน้าต่างในฤดูหนาวเพราะร้อนเกินไป เมื่อพูดถึงอาคารที่มีระบบทำความร้อนของตัวเอง Urban Green ชัดเจนเกี่ยวกับเส้นทางข้างหน้า “เมื่อระบบไอน้ำหมดอายุ ควรแทนที่ด้วยระบบไฮโดรนิกหรือปั๊มความร้อนไฟฟ้า” แน่นอนว่ามันแทนที่ตัวกลางการถ่ายเทพลังงานหนึ่ง ไอน้ำ ด้วยอีกตัวหนึ่ง น้ำร้อน คำถามว่าไฟฟ้านั้นผลิตอย่างไรยังคงอยู่ ถ้าไม่จากก๊าซธรรมชาติ (เหนือกว่าน้ำมันและถ่านหินในปัจจุบัน) แต่จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน แล้วทำไมไม่ผลิตไอน้ำจากแหล่งพลังงานเดียวกัน? แม้แต่ผู้สนับสนุนการกำจัดไอน้ำ ยอมรับว่าการดำเนินการขนาดใหญ่เช่นนี้ไม่เพียงพอในระยะสั้น ดังที่ Urban Green ระบุ “อีกเหตุผลหนึ่งในการลงทุนกับไอน้ำตอนนี้คือ ก่อนที่อาคารจะใช้ไฟฟ้าทั้งหมด เราอาจเห็นการพัฒนาระบบทำความร้อนแบบผสมผสานที่ยังคงใช้ไอน้ำเสริมปั๊มความร้อน” พวกเขายังแนะนำมาตรการทันทีหลายประการเพื่อปรับสมดุลระบบไอน้ำ พิจารณาแก้ไขหม้อต้มที่มีขนาดใหญ่เกินไป และแนะนำปัจจัยฉนวนและการควบคุมอุณหภูมิที่จะคืนทุนภายในแปดปีหรือน้อยกว่า ท้ายที่สุด ชัดเจนว่าไม่ใช่กรณี “เลือกอย่างใดอย่างหนึ่ง” นั่นเป็นภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกที่ผิดพลาด ติดตั้งอย่างถูกต้อง บำรุงรักษาอย่างดี และด้วยการอัปเกรดต่างๆ ที่เป็นไปได้ ระบบไอน้ำใช้ได้อย่างแน่นอน ดังที่ Urban Green ยอมรับ “ถ้าระบบไอน้ำทำงานอย่างถูกต้อง มันส่งไอน้ำไปยังทุกหม้อน้ำในอาคาร และผู้เช่าได้รับความร้อนที่สม่ำเสมอกว่าโดยไม่ร้อนเกินไป”

สองพื้นที่ที่ไอน้ำมีเหตุผลสมบูรณ์แบบ

ไม่ว่าคุณจะมองศักยภาพของปั๊มความร้อนในแง่บวกอย่างไร มันไม่เพียงพอเมื่อพูดถึงตึกสูง ลองนึกภาพค่าใช้จ่ายในมูลค่าอสังหาริมทรัพย์ที่สูญเสียเมื่อพิจารณาว่าทุกชั้นที่ 20 จะต้องให้พื้นที่แก่ปั๊มความร้อนเพื่อให้สามารถดันน้ำร้อนขึ้นไป เมื่อข้างนอกหนาว ระบบสำรองจะเกือบจะต้องการเสมอเพื่อเสริมกำลัง และจำไว้ว่า ปั๊มยังต้องการไฟฟ้าในการทำงาน 24 ชั่วโมงต่อวัน 365 วันต่อปี กฎฟิสิกส์ก็ไม่เปลี่ยนเช่นกัน หนึ่งปอนด์ของไอน้ำที่ควบแน่นบรรจุความร้อนมากกว่า 25 ปอนด์ของน้ำร้อนที่ถูกทำให้เย็นในหม้อน้ำ 4.4°C โดยไม่ต้องใช้ปั๊ม จากนั้นมี Con Edison ที่ปัจจุบันดำเนินงานระบบไอน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก ผ่านท่อกว่า 100 ไมล์ ไอน้ำผลิตจากศูนย์กลางที่หกแห่งก่อนจ่ายไปทั่วครึ่งล่างของแมนฮัตตัน บางแห่งผลิตไอน้ำเท่านั้น บางแห่งผลิตไฟฟ้าด้วย และไม่ใช่แค่ใช้สำหรับทำความร้อน มันจัดหาให้โรงพยาบาลของนิวยอร์ก (เพื่อการฆ่าเชื้อ) ร้านซักรีด และธุรกิจแปรรูปอาหาร ไม่ใช่แค่ Empire State Building ที่พึ่งพาไอน้ำ เครือข่ายของ Con Edison จัดหาไอน้ำสำหรับทำความร้อน ทำความเย็น (ด้วยตู้เย็นแบบดูดซับ) และน้ำร้อนให้ United Nations Grand Central Terminal และ Chrysler Building หุ้นที่ซื้อขายยาวนานที่สุดในตลาดหลักทรัพย์นิวยอร์ก Con Ed มองอนาคตของไอน้ำในแง่บวก ด้วยแผนระยะยาวที่เน้น “การลดคาร์บอนระบบไอน้ำของเรา” ไกลจากการมองว่าไอน้ำล้าสมัย Con Edison ตระหนักว่าไอน้ำยังคงเป็นทางเลือก และพวกเขายังจะผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่ใช้สำหรับการติดตั้งปั๊มความร้อนใหม่ในกระบวนการ

เรื่องราวของสองเมือง

ความคิดเห็นแตกต่างกันเกี่ยวกับอนาคตของการทำความร้อนในนิวยอร์ก บางส่วน เช่น Urban Green มองว่ามันต้องเปลี่ยนแปลง ถูกแทนที่ด้วยระบบไฮโดรนิกหรือปั๊มความร้อนไฟฟ้า ไม่น่าแปลกใจ Con Edison มองว่าไอน้ำเป็น “ระบบพลังงานสะอาดใหม่ที่ร้อนแรงที่สุดของเมือง” ด้วยอนาคตที่สดใสข้างหน้า ไม่ว่าคุณจะถือว่ามันเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดหรือแย่ที่สุด มีฉันทามติว่าขั้นตอนแรกคือปรับปรุงประสิทธิภาพของสิ่งที่มีอยู่แล้ว ไอน้ำรักษาชาวนิวยอร์กจากความหนาวมามากกว่าหนึ่งศตวรรษ และจะยังคงทำเช่นนั้นในอนาคตที่คาดการณ์ได้ สำหรับเรา? ตอนนี้ ในฐานะ Spirax Sarco การใช้ไอน้ำในอาคารยังคงเป็นส่วนเล็กแต่สำคัญของธุรกิจของเรา คิดเป็นประมาณ 3% ของรายได้กลุ่ม เราไม่ได้ตั้งอยู่บน Madison Avenue อีกต่อไป และเราทำงานทั่วสหรัฐอเมริกา เราได้เรียนรู้และแบ่งปันความเชี่ยวชาญด้านไอน้ำของเรามาตั้งแต่สำนักงานแห่งแรกเปิดในปี 1907 ไอน้ำยังคงเป็นธุรกิจของเรา และเราสำรวจเส้นทางมากมายที่มันนำเสนอสำหรับอนาคต

แหล่งข้อมูล:

• Patrick Sisson: The curious history of steam heat and pandemics
• Christina Nunez: How Hidden Labyrinths Under Cities Are Becoming Clean Energy Powerhouses
• John Pinching: Empire state building future inside out
• Igor Zhadonovsky: https://www.intechopen.com/online-first/84666
• Con Edison: Steam system as NYCs new clean energy solution
• Urban Green Council: Demystifying steam
• Nigel Watson: Knowledge, Service, Products, 2019.