Cách hơi nước giúp sưởi ấm thành phố New York

Nếu bạn được hỏi, thành phố New York có ý nghĩa gì với bạn, câu trả lời sẽ khác nhau đối với mỗi chúng ta. Nếu bạn biết rõ nơi đây, “thành phố không bao giờ ngủ” sẽ mang đến vô số kỷ niệm đáng nhớ để lựa chọn. Sự pha trộn văn hóa sôi động và năng lượng không ngừng nghỉ tạo nên một trải nghiệm khó quên. Nhưng, ngay cả với những người chưa bao giờ đặt chân đến Manhattan, đường chân trời của nó cũng quen thuộc ngay lập tức. Được thống trị bởi các tòa nhà cao tầng vươn tới những đám mây, nó tượng trưng cho tham vọng, sự lạc quan và quyết tâm; Giấc mơ Mỹ được khắc họa bằng bê tông, thép và đá.

Từ mặt đất đến bầu trời: nguồn gốc của nhà chọc trời

Đường chân trời quen thuộc của New York mà chúng ta nghĩ đến ngày nay không phải lúc nào cũng vậy. Cần có sự kết hợp của nhiều yếu tố để có thể xây dựng ngày càng cao hơn. Tòa nhà cao tầng đầu tiên ở Mỹ thậm chí không nằm ở thành phố này; Chicago đã đi trước, với tòa nhà Home Insurance 12 tầng vào năm 1884. Nhưng chính những tiến bộ công nghệ vào cuối thế kỷ 19 đã biến giấc mơ xây dựng cao hơn thành hiện thực. Thép Bessemer được rèn thành các đoạn dài hơn cho phép tạo ra khung tòa nhà cao hơn, linh hoạt hơn so với gang cũ. Hệ thống sprinkler chữa cháy giúp giảm bớt rủi ro hỏa hoạn, đồng nghĩa với việc giới hạn xây dựng cao 23 mét trước đây được nới lỏng. Và điện xoay chiều đã được cấp bằng sáng chế, dẫn đến việc phát minh ra thang máy có thể đưa con người lên những tầm cao mới. Về việc làm thế nào để giữ cho con người thoải mái trong những tòa nhà mới cao vút này trong mùa đông lạnh giá, câu trả lời được tìm thấy với hơi nước.

Câu chuyện Sarco tại New York

Khi tòa tháp đặc trưng trên tòa nhà Singer gần hoàn thành, vươn cao 40 tầng trên đường phố của thành phố, New York là ngọn hải đăng cho sự tiến bộ của nước Mỹ. Khi Lewis Sanders cập cảng vào năm 1907, sau gần một tuần vượt biển từ Anh, tòa tháp phong cách Beaux-Arts bằng gạch đỏ và đá xanh sẽ sớm trở thành tòa nhà cao nhất thế giới, dù chỉ trong một năm. Ông không phải là người duy nhất chứng kiến sự phát triển của đường chân trời thành phố. Đảo Ellis, nơi xử lý nhập cư cho người nhập cư vào Mỹ, đã trải qua năm bận rộn nhất từ trước đến nay vào năm 1907, xử lý 1,25 triệu người đến đầy hy vọng. Tuy nhiên, không giống như hầu hết họ, hành trình của Sanders có một mục tiêu rõ ràng; đó là thành lập chi nhánh Mỹ của công ty chủ quản Anh. Cùng năm đó, Công ty Tiết kiệm Nhiên liệu và Kỹ thuật Sarco đã mở cửa hàng tại Lower Manhattan. Chỉ trong vài năm ngắn ngủi, vào năm 1915, công ty đổi tên thành Sarco Co. Inc. Tiêu đề thư liệt kê các dịch vụ cốt lõi, bao gồm máy ghi CO₂, đồng hồ đo hơi nước, máy đo nhiệt lượng nhiên liệu và khí, máy đo áp suất, bẫy hơi và bộ điều chỉnh nhiệt. Bẫy hơi là trụ cột trong sự phát triển của doanh nghiệp, và khi thành phố trải qua tăng trưởng nhanh chóng, nhu cầu về bẫy hơi chất lượng cao đã giúp xây dựng danh tiếng của Sarco. Ruth Greenfield, Phó Chủ tịch trong những năm sôi động đó, sau này nhớ lại,

Knowledge exchange quote

Tôi có thể tự tin nói rằng không có tòa nhà chung cư nào ở thành phố New York được xây dựng từ năm 1921 đến năm 1932 … mà không được trang bị bẫy tản nhiệt Sarco.

Tại sao thành phố New York đón nhận hơi nước

Câu trả lời nằm ở tính chất độc đáo của hơi nước như một môi trường truyền năng lượng. Nó mang nhiều nhiệt hơn nước rất nhiều, và có lợi thế là không cần bơm tuần hoàn để đưa nó đến nơi cần thiết. Điều đó không chỉ tiết kiệm chi phí bơm tuần hoàn, mà còn giảm bớt những phức tạp phát sinh từ việc kiểm soát bơm và lưu lượng để quản lý quá trình truyền nhiệt. Khi nói đến việc đưa hơi nước đến các bộ tản nhiệt trong toàn bộ tòa nhà cao tầng, ưu điểm của hơi nước rất rõ ràng. Bằng cách tạo chân không, thay vì hơi nước đẩy không khí ra khỏi hệ thống, nó được hút bởi chân không với tốc độ lên tới 240 km/h xuyên qua hệ thống sưởi. Điều này đảm bảo sưởi ấm nhanh chóng và đồng đều trong toàn bộ tòa nhà. Một ví dụ điển hình là hệ thống sưởi trong Tòa nhà Empire State. Khi hoàn thành vào năm 1931, với 102 tầng, nó trở thành tòa nhà cao nhất thế giới. Ngày nay, sau một dự án nâng cấp hiệu suất năng lượng lớn, và 92 năm kể từ khi hoàn thành, nó vẫn dựa vào hơi nước để giữ ấm cho những người làm việc trong đó. Tất cả chỉ với áp suất hơi nước 1,5 psi - và 6.600 bẫy hơi. Dự án nâng cấp hiệu suất chi tiết đã giảm tiêu hao năng lượng hơn 40%, và giảm phát thải carbon 54%.

Hơi nước vượt xa nhà chọc trời

Việc sử dụng hơi nước để sưởi ấm tòa nhà không phải là một khám phá mới. Joseph Nason, người đóng vai trò phát triển bộ tản nhiệt gang, đã làm điều đó tại Nhà Trắng của Tổng thống Pierce vào năm 1855. Đến năm 1882, Công ty Hơi nước New York (tiền thân của Con Edison) đã cung cấp lợi ích của hơi nước cho gần 1.600 khách hàng từ Battery Park đến Phố 96. Và, trong khi phần lớn các tòa nhà cao tầng mới được xây dựng để tối đa hóa không gian và lợi nhuận cho mục đích kinh doanh, hơi nước cũng sẽ tìm đường vào các khu nhà dân cư của New York. Bạn có thể nghĩ rằng mọi thứ đã thay đổi. Rằng ngoài những ưu điểm rõ ràng khi nói đến các tòa nhà cao nhất của thành phố, nó đã bị thay thế. Bạn đã nhầm.

Như Urban Green ghi nhận, tác động từ việc sử dụng hơi nước là cách mạng, “Nó đã thay thế lò sưởi và bếp, mang lại chất lượng không khí trong nhà, sự thoải mái và hiệu quả tốt hơn.” Khi phần lớn New York ngày nay được xây dựng, trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20, có những lo ngại về sức khỏe khi ở trong nhà mà không có thông gió. Hàng nghìn người nhập cư đến thành phố dẫn đến tình trạng nhà ở quá tải, nỗi sợ bệnh tật và “không khí ô nhiễm” (thực chất là hít thở không khí của người khác). Nỗi sợ các bệnh như lao, và các đại dịch tàn khốc như Cúm Tây Ban Nha năm 1918 càng củng cố niềm tin này.

Giải pháp? Giữ cửa sổ mở, ngay cả trong giữa mùa đông. Đây là lời khuyên không thay đổi trong suốt một thế kỷ. Hãy nhớ chỉ vài năm trước, trong đại dịch COVID-19, hướng dẫn là mở cửa sổ nếu chung phòng với người khác. Điều này có thể là thận trọng từ góc độ y tế công cộng, nhưng nó trực tiếp dẫn đến những quan niệm sai lầm xung quanh hơi nước ngày nay.

Quá nóng để xử lý? Vị trí của hơi nước ngày nay

Mùa đông ở New York có thể lạnh giá khủng khiếp, đặc biệt khi gió đông bắc lạnh buốt thổi. Để bù đắp cho chính sách mở cửa sổ, các lò hơi và bộ tản nhiệt được lắp đặt có thể sưởi ấm nhà ở ngay cả với cửa sổ mở vào những ngày lạnh nhất. Khi nhiên liệu tạo ra hơi nước chuyển từ than sang dầu và sau đó sang khí tự nhiên, thiết bị thay thế được lắp quá lớn, thiên về quá nóng hơn là thiếu nhiệt. Cửa sổ kính hai lớp hiệu quả hơn thay thế cửa cũ, và cách nhiệt và kín khí được cải thiện, tất cả đều làm tăng tính ngột ngạt của hệ thống sưởi ban đầu. Kết hợp với lịch bảo trì kém, những hệ thống hơi nước quá khổ này có nghĩa là giờ đây người dân mở cửa sổ vào mùa đông vì quá nóng. Khi nói đến các tòa nhà có hệ thống sưởi riêng, Urban Green rõ ràng về hướng đi: “Khi các hệ thống hơi nước già cỗi, chúng nên được thay thế bằng hệ thống nước nóng hoặc bơm nhiệt chạy điện.” Tất nhiên, điều đó thay thế một môi trường truyền năng lượng, hơi nước, bằng một môi trường khác, nước nóng. Câu hỏi về cách tạo ra điện đó vẫn còn. Nếu không phải từ khí tự nhiên (chiếm ưu thế so với dầu và than ngày nay), mà từ các nguồn năng lượng tái tạo, thì tại sao không tạo ra hơi nước từ cùng nguồn năng lượng đó? Ngay cả những người ủng hộ loại bỏ hơi nước cũng thừa nhận rằng một nỗ lực khổng lồ như vậy là chưa đủ trong ngắn hạn. Như Urban Green ghi nhận, “Một lý do khác để đầu tư vào hơi nước ngay bây giờ là, trước khi các tòa nhà được điện hóa hoàn toàn, chúng ta có thể thấy sự phát triển của hệ thống sưởi hybrid tiếp tục sử dụng hơi nước để bổ trợ cho bơm nhiệt.” Họ cũng đề xuất một loạt các biện pháp tức thời để cân bằng hệ thống hơi nước, xem xét sửa chữa các lò hơi quá khổ, và áp dụng cách nhiệt và kiểm soát nhiệt độ mà sẽ có thời gian hoàn vốn từ 8 năm trở xuống. Cuối cùng, rõ ràng là không phải là trường hợp “hoặc/cái này hoặc cái kia”; đó là một tình thế tiến thoái lưỡng nan giả. Được lắp đặt đúng cách, bảo trì tốt, và với các nâng cấp có thể thực hiện, hệ thống hơi nước chắc chắn khả thi. Như Urban Green thừa nhận, “Nếu hệ thống hơi nước hoạt động đúng cách, hơi nước sẽ đến mọi bộ tản nhiệt trong tòa nhà, và người thuê nhận được nhiệt đều hơn mà không bị quá nóng.”

Hai lĩnh vực mà hơi nước hoàn toàn hợp lý

Dù bạn nhìn nhận tích cực đến đâu về tiềm năng của bơm nhiệt, chúng vẫn thiếu hụt khi nói đến các tòa nhà cao tầng. Hãy tưởng tượng chi phí mất giá trị bất động sản khi bạn cân nhắc rằng cứ mỗi 20 tầng sẽ phải nhường chỗ cho chúng để có thể đẩy nước nóng lên cao hơn. Khi trời lạnh bên ngoài, gần như luôn cần một hệ thống dự phòng để tăng cường đầu ra. Và, hãy nhớ, chúng vẫn cần điện để hoạt động, 24 giờ mỗi ngày, 365 ngày mỗi năm. Các quy tắc vật lý cũng không thay đổi. Một pound hơi nước ngưng tụ mang nhiều nhiệt hơn 25 pound nước nóng được làm mát trong bộ tản nhiệt 4,4°C, mà không cần bơm. Sau đó là Con Edison, hiện vận hành hệ thống hơi nước lớn nhất thế giới. Qua hơn 160 km đường ống, hơi nước được tạo ra tập trung tại sáu địa điểm trước khi được phân phối quanh nửa dưới của Manhattan. Một số địa điểm chỉ để tạo hơi nước, những địa điểm khác cũng sản xuất điện. Và, nó không chỉ được sử dụng cho sưởi ấm. Nó cung cấp cho các bệnh viện ở New York (cho mục đích khử trùng), tiệm giặt là, và các doanh nghiệp chế biến thực phẩm. Không chỉ Tòa nhà Empire State dựa vào hơi nước. Mạng lưới của Con Edison cung cấp hơi nước cho sưởi ấm, làm mát (nhờ tủ lạnh hấp thụ), và nước nóng cho Liên Hợp Quốc, Ga Grand Central, và Tòa nhà Chrysler. Cổ phiếu giao dịch lâu nhất trên Sàn giao dịch Chứng khoán New York, Con Ed nhìn nhận tương lai của hơi nước một cách tích cực, với kế hoạch dài hạn tập trung vào “khử carbon hóa hệ thống hơi nước của chúng tôi.” Far from seeing steam as obsolete, Con Edison are recognising that steam is still an option. And, they will also be generating much of the electricity used to power any new heat pump installations in the process.

Con Edison, Kế hoạch dài hạn - hệ thống hơi nước khu vực của chúng tôi

Câu chuyện hai thành phố

Quan điểm khác nhau về tương lai sưởi ấm New York. Một số, như Urban Green, coi đó là điều sẽ phải thay đổi, được thay thế bằng hệ thống nước nóng hoặc bơm nhiệt chạy điện. Không có gì ngạc nhiên, Con Edison xem hơi nước là “hệ thống năng lượng sạch mới nóng bỏng nhất” của thành phố, với tương lai tươi sáng phía trước. Dù bạn coi đó là lựa chọn tốt nhất, hay lựa chọn tồi tệ nhất, có sự đồng thuận rằng bước đầu tiên là cải thiện hiệu quả của những gì đã có. H hơi nước đã giữ cho người New York không cảm thấy lạnh trong hơn một thế kỷ, và sẽ tiếp tục làm như vậy trong tương lai gần. Về phía chúng tôi? Hiện tại, với tư cách là Spirax Sarco, việc sử dụng hơi nước trong các tòa nhà vẫn đại diện cho một phần nhỏ nhưng quan trọng trong hoạt động kinh doanh của chúng tôi, chiếm khoảng 3% doanh thu Tập đoàn. Chúng tôi không còn đặt trụ sở tại Madison Avenue, và chúng tôi hoạt động khắp Hoa Kỳ. Chúng tôi tiếp tục học hỏi và chia sẻ chuyên môn về hơi nước kể từ khi văn phòng đầu tiên mở cửa vào năm 1907. Hơi nước vẫn là hoạt động kinh doanh của chúng tôi, và chúng tôi tiếp tục khám phá nhiều hướng đi mà nó mang lại cho tương lai.

Nguồn: