LOW←TECH MAGAZINE Polski

Zemsta termofora

Thu, 20 Jan 2022 00:00:00 +0000

Termofor pomógłby zaoszczędzić nam mnóstwo energii i pieniędzy, bez utraty komfortu cieplnego. Illustration: Marie Verdeil.

Termofor to zamykany pojemnik wypełniony gorącą wodą, często zamknięty w materiałowej osłonie, który umieszcza się bezpośrednio przy ciele w celu zapewnienia komfortu termicznego. W niektórych krajach - np. w Wielkiej Brytanii i Japonii - termofor jest nadal powszechnie używany w domach, ale w większości krajów uprzemysłowionych został zapomniany lub lekceważony. Jeśli ktoś wie co to jest, to zazwyczaj kojarzy go raczej z ciepłymi okładami na obolałe miejsce niż z ogrzewaniem, albo postrzega jego stosowanie za przestarzałą praktykę przeznaczoną dla osób ubogich i starszych.

Niemniej jednak, kiedy wysłałem do przyjaciół i rodziny jako prezent świąteczny dwa tuziny termoforów, niemal wszyscy zareagowali entuzjastyczne. Ludzie byli zaskoczeni, że tak niepozorny przedmiot może zapewnić tak wiele komfortu. Napisałem ten artykuł, ponieważ nie mam ani czasu ani pieniędzy, aby wszystkim wysłać po termoforze. Tekst oparłem w dużej mierze na własnym doświadczeniu - od wielu lat używam termoforów i są one jedynym źródłem ciepła w moim mieszkaniu.

Historia termofora

Chorwacki wynalazca Eduard Penkala opatentował w 1903 r. gumowy pojemnik na gorącą wodę, którą nazwał “Termofor”. Nazwa nie pojawiła się znikąd i pochodzi z połączenie greckich słów therme (ciepło, gorąc) i foros (przynoszący, niosący), oznaczających “przynoszący ciepło”. W rzeczywistości historia termofora, występującego w różnych postaciach, sięga tysięcy lat wstecz.

Gumowy termofor wyprodukowany w Niemczech (1925-35). Żródło: [Muzeum Rotterdamu](https://museumrotterdam.nl/collectie/item/76113-A-B).

Pierwszymi “termoforami” byli - dosłownie - inni ludzie i zwierzęta. Od niepamiętnych czasów ludzie ogrzewali się nawzajem tuląc się do siebie. Na przykład, powszechne było, że cała rodzina spała wspólne w jednym łóżku - dotyczyło to także potencjalnych gości. ¹ Ludzie korzystali również z ciepła zwierząt - “termoforów” z futrzanym okryciu.

Ludzie przytulali się do krów i świń, które dzieliły z nimi przestrzeń mieszkalną, albo mieszkały w oborach obok. W XVIII wieku zamożne kobiety, aby ogrzać kolana i ręce, trzymały przy sobie specjalnie wyhodowane rasy miniaturowych pudli. ² Osobiste urządzenia grzewcze miały też postać martwej natury: owiniętych w płótno lub papier kamieni, cegieł, ziemniaków ogrzewanych w ogniu (lub w jego pobliżu) i trzymanych na kolanach, w kieszeniach lub w łóżku.

Już w 1500 r. zaczęto używać wszelkiego rodzaju przenośnych pojemników wypełnionych rozżarzonymi węglami. Używano ich jako ogrzewaczy stóp, rąk i łóżek. ³ Większość z nich była wykonana z metalu (mosiądzu lub miedzi) i umieszczana w drewnianych lub ceramicznych obudowach, aby zapobiec poparzeniom skóry. Z czasem rozżarzone węgle zastąpiono gorącą wodą, która jest czystszym i bezpieczniejszym nośnikiem ciepła.

Początkowo te pierwsze “prawdziwe” termofory były wykonane z twardych materiałów, takich jak szkło, metal lub ceramika. Dopiero po wynalezieniu gumy wulkanizowanej w XIX wieku pojawiły się wygodniejsze, lekkie i elastyczne gumowe termofory. Moi hiszpańscy przyjaciele powiedzieli mi, że termofory były kiedyś wykonywane ze skór zwierzęcych, ale nie udało mi się tego sprawdzić. Być może jest to prawda, ponieważ na całym świecie istnieje długa tradycja używania bukłaków do przechowywania płynów.

Przykład powszechnego użycia termoforów w gospodarstwach domowych zanim w połowie XX w. do powszechnego użycia weszły gumowe (lata 40. XX w., Melbourne, Australia). Źródło: Kolekcja Wiktoriańska. [https://victoriancollections.net.au/items/5a2622e921ea6a17dcba0799](https://victoriancollections.net.au/items/5a2622e921ea6a17dcba0799).

Blaszany podgrzewacz jest wypełniony gorącą wodą i używa się go podobnie jak termofora. Ta puszka o owalnym kształcie jest wygięta tak, aby pasowała do ciała. Wytwórca: Kenworthy Son and Company. Miejsce produkcji: Southport, Sefton, Merseyside, Anglia, Wielka Brytania. Źródło: Muzeum Nauki, Londyn. [https://wellcomecollection.org/works/gf42542b](https://wellcomecollection.org/works/gf42542b).

Sześciokątny termofor, Austria, 1791-1798. Sześciokątny termofor wykonany z cyny, z wygrawerowanym motywem lasu. Źródło: Muzeum Nauki, Londyn. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/b452vwjm](https://wellcomecollection.org/works/b452vwjm).

Ten ogrzewacz do stóp (wyprodukowany w 1927 r.) służył do ogrzewania i zapewniania komfortu pacjentom odpoczywającym na oddziałach szpitalnych. Wykonany z ocynkowanego żelaza, był wypełniony gorącą wodą i zabezpieczony korkiem. Miejsce produkcji: Glasgow, Szkocja, Wielka Brytania. Źródło: Muzeum Nauki, Londyn. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/mfjujndv](https://wellcomecollection.org/works/mfjujndv)

Francuski podgrzewacz do stóp, rok produkcji nieznany. Źródło: Musée départemental Alberd Demard

Współczesne termofory

Dostępny dziś w sprzedaży klasyczny termofor jest wykonany z gumy lub plastiku PCV. Ten drugi materiał ma niewiele zalet. Jest nieco tańszy i może być przezroczysty, ale w przeciwieństwie do gumy, zawiera toksyczne plastyfikatory. Trzeci typ, nieco trudniejszy do znalezienia, to sztywne plastikowe termofory z tworzywa bez plastyfikatorów.

Do tego typu sztywnych termoforów zalicza się japoński termofor o charakterystycznym kształcie - “yutampo”. Jego użycie datuje się na XV wiek. Wykonywano go dawniej z metalu lub ceramiki. Oczywiście każdy szczelnie zamykany pojemnik może pełnić funkcję termofora. Ja z powodzeniem używałem metalowych butelek po napojach, a nawet plastikowych butelek PET - więcej na ten temat później. > Mimo nieciekawego wizerunku, termofor doczekał się ostatnimi czasy kilku interesujących innowacji.

Typowy termofor ma kształt prostokąta i mieści do dwóch litrów wody. Mimo nieciekawego wizerunku, termofor doczekał się ostatnimi czasy kilku interesujących innowacji. Pierwszą nowością są znacznie mniejsze pojemniki, mieszczące od 0,2 do 0,8 litra wody. Sądząc po ich obudowach, są one przeznaczone głównie dla dzieci, ale mogą być równie przydatne dla dorosłych, którzy mogą je nosić w kieszeniach lub wkładać pod ubrania.

Dzisiaj można kupić także większe termofory mieszczące do trzech litrów wody lub więcej. Najbardziej udana nowinka, według mnie, ma postać hot-doga: jest to termofor o długości 80 cm. Można go owinąć wokół bioder, ale jest równie praktyczny jako towarzysz na kanapie lub w łóżku. Z łatwością mogą z niego korzystać dwie osoby, a jego kształt sprawia, że jest niezwykle wygodny. Mieści do dwóch litrów wody.

Termofor z gumy i z PCV. Zdjęcie Marie Verdeil.

Gumowe termofory. Zdjęcie Marie Verdeil.

Japoński termofor, albo yutampo, zrobiony z twardego plastiku. Źródło: All About Japan. [https://allabout-japan.com/en/article/6244/](https://allabout-japan.com/en/article/6244/)

Japońskie yutampo wciąż jest dostępne w metalu. Źródło: Maruka.

Jak używać termofora?

Osoby, które znają termofory, zazwyczaj myślą o nich jako o towarzyszach snu. Mogą one jednak utrzymywać ciepło przez cały dzień, gdziekolwiek się znajdujesz, nie tylko w łóżku. Może to być oczywiście kanapa, ale można też wykorzystać je przy biurku czy stole, kładąc obok siebie jeden lub otaczając się kilkoma.

W zależności od temperatury w pomieszczeniu ja używam jednego, dwóch, a nawet trzech termoforów jednocześnie. Zazwyczaj umieszczam je na kolanach, za plecami i/lub pod stopami. Chociaż bezpośrednio ogrzewane są tylko niektóre części ciała, to krew rozprowadza ciepło z pojemnika po całym ciele. Termofory można używać razem z kocem, co dodatkowo zwiększa komfort termiczny. Jeśli siedząc przy biurku, przykryję dolną część ciała kocem, zatrzymuje on ciepło z pojemnika i utrzymuje je dłużej.

Jeszcze lepszy jest koc z otworem w środku, przez który można włożyć głowę - zwykłe poncho - lub koc z rękawami. Jeśli jest on wystarczająco duży, tworzy strukturę przypominającą namiot, dzięki której całe ciało znajduje się w ciepłym mikroklimacie stworzonym przez termofor. Zakładanie długich ubrań na osobiste źródło ciepła było powszechną strategią zapewniającą komfort w dawnych czasach.

Koc zatrzymuje ciepło z termoforu. Ilustracja: Marie Verdeil.

Można pójść jeszcze o krok dalej i położyć na biurku lub stole duży koc, a następnie podłożyć pod niego nogi. Takie rozwiązania grzewcze były stosowane w różnych częściach świata, zwykle z rozżarzonymi węglami jako nośnikiem ciepła. Przykładem może być japońskie “kotatsu”, bliskowschodnie “korsi” i hiszpańskie “brasero de picon”.

Pierwsze dwa są niskie - ludzie siadają na podłodze - podczas gdy ostatni pasuje do wysokości siedzenia typowej dla świata zachodniego. Łatwo jest zbudować taki system grzewczy, a kilka termoforów będzie dla niego doskonałym źródłem ciepła.

Termofor na zewnątrz i w podróży

Opisane powyżej rozwiązania sprawdzają się tylko w przypadku osób pozostających w jednym miejscu. Zapotrzebowanie na zewnętrzne źródło ciepła maleje, gdy się przemieszczamy i jesteśmy aktywni fizycznie, ponieważ nasze ciało wytwarza wtedy więcej ciepła. Niemniej jednak, termofor może utrzymywać ciepło także wtedy, gdy wykonujemy czynności stojąc lub poruszając się na zewnątrz lub w budynku. Można go nosić pod ubraniem, a nawet włożyć do specjalnie zaprojektowanych kieszeni lub plecaka. Mały plecak z termoforem umieszczony między łopatkami doskonale sprawdza się również podczas siedzenia na krześle.

Termofor zapewnia komfort termiczny przy otwartych oknach. Illustracja Marie Verdeil.

Termofory sprawdzają się zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz, pod warunkiem, że ciało jest chronione przed wiatrem i deszczem, lub w pomieszczeniach z otwartymi oknami. Nowoczesne systemy centralnego ogrzewania zapewniają komfort cieplny głównie poprzez ogrzewanie powietrza w pomieszczeniu, co oczywiście nie sprawdza się ani na zewnątrz, ani w dobrze wentylowanych pomieszczeniach. W przeciwieństwie do nich, termofory przekazują ciepło bezpośrednio ludziom poprzez kontakt fizyczny (metoda wymiany ciepła zwana “przewodzeniem”). Ogrzewają ludzi, a nie pomieszczenia. Dzięki temu termofory stanowią bezpieczną i zrównoważoną alternatywę dla grzejników ogrodowych w barach i restauracjach. Inwestycja jest minimalna: komplet termoforów i czajnik - woda może być używany wielokrotnie. Można też przynieść własny termofor i napełnić go w barze.

Termofor to bezpieczna i ekologiczna alternatywa dla grzejników ogródkowych w barach i restauracjach.

Można pójść jeszcze dalej i wyobrazić sobie publiczną infrastrukturę do napełniania termoforów, nie tylko w ogródkach knajp, ale w wielu miejscach, takich jak szkoły, biura i budynki publiczne. Ludzie mogliby gromadzić się wokół dystrybutora gorącej wody, tak jak gromadzą się wokół dystrybutora wody pitnej.

Dawniej termofory, a także ich poprzednicy używający rozżarzonych węgli, były często wynoszone z domu. Używano ich powszechnie w autokarach i pociągach, a także w nieogrzewanych kościołach. Mniejsze pojemniki z gorącą wodą ze sznurkami do noszenia i materiałowymi pokrywkami wkładano do futrzanych mufek lub kieszeni. W dzisiejszych czasach można też przechowywać gorącą wodę w termosie, a po kilku godzinach wlać ją do termofora.

Kamionkowy podgrzewacz do mufki Queens. Źródło: Antiques Atlas. [https://www.antiques-atlas.com](https://www.antiques-atlas.com).

Wygięta, prostokątna butelka na gorącą wodę, Francja, 1751-1810. Wykonana z pewteru, stopu cyny i ołowiu, ta butelka na gorącą wodę ma wygrawerowane ptaki i rośliny, a jej zaokrąglony kształt przylega do ciała. Źródło: Muzeum Nauki, Londyn. (CC BY 4.0). [https://wellcomecollection.org/works/g5ufhayn](https://wellcomecollection.org/works/g5ufhayn).

900 termoforów dziennie: oszczędność energii

Szkoda, że istnieje niewiele badań naukowych na temat możliwości oszczędzania energii przez termofory, a właściwie nie ma ich wcale. Naukowcy w ostatnich latach woleli się skupić na zaawansowanych urządzeniach grzewczych, takich jak elektrycznie podgrzewane biurka i fotele, żarówki promieniujące ciepłem lub poduszki cieplne zasilane bateriami. ⁴⁵⁶

Te alternatywne rozwiązania w porównaniu z termoforem wydają się niepotrzebnie skomplikowane. Wodę można podgrzewać na wiele sposobów, zarówno zaawansowanych, jak i mniej zaawansowanych technologicznie, a pojemniki można wykonać z materiałów dostępnych lokalnie. Niemniej jednak, badania pokazują, że osobiste źródła ogrzewania o podobnym działaniu jak termofory mogłyby zaoszczędzić wiele energii przy zachowaniu, a często nawet poprawie, komfortu cieplnego. Na przykład jedno z badań wykazało, że obniżenie temperatury powietrza w biurze z 20,5 do 18,8°C i zapewnienie pracownikom podgrzewanego krzesła w celu zrekompensowania dyskomfortu, prowadzi do zmniejszenia zużycia energii o 35% i wyższej osobistej oceny komfortu cieplnego.

Niewiele jest sposobów na podniesienie efektywności energetycznej budynku, które mogą przynieść tak duże oszczędności energii przy tak niewielkiej inwestycji, chociaż w omawianym eksperymencie obniżenie temperatury powietrza nie było radykalne. Gdyby osobiste urządzenia grzewcze połączono ze dodatkową izolacją kocami lub odzieżą to oszczędności energii mogłyby być jeszcze większe.

Innym sposobem zbadania potencjału oszczędności energii jaki daje termofor, jest obliczenie ile energii potrzeba do podgrzania wody i porównanie tego ze zużyciem energii przez system centralnego ogrzewania. Ponieważ butelki z gumy lub PCV mogą być napełnione tylko do dwóch trzecich, co zapewnia bezpieczne i wygodne użytkowanie, zakładam nieco większy model (3 l) mieszczący w praktyce dwa litry wody. Dzięki temu obliczenia obejmą również pojemniki, które można napełnić do pełna, takie jak japońskie yutampo. Do podniesienia temperatury 1 litra wody o 1°C potrzeba 4200 dżuli, co oznacza, że ogrzanie dwóch litrów wody z 10°C do 60°C wymaga 420 kilodżuli lub 116,7 Wh.

Reklama termoforu \"Cosimax\" firmy Westbrook & Thompson Ltd., wykonanej z gumy Dunlop. 1938. Muzeum Nauki / Biblioteka Obrazów Nauki i Społeczeństwa. Źródło: [https://www.ssplprints.com/image/95677/sleep-well-hot-water-bottle-august-1938](https://www.ssplprints.com/image/95677/sleep-well-hot-water-bottle-august-1938).

Dla porównania, średnie zużycie energii na ogrzewanie gazowe w gospodarstwie domowym w Belgii (gdzie panuje klimat umiarkowany) wynosi 20 000 kWh rocznie. Zakładając, że przeciętny belgijski system grzewczy jest używany przez sześć miesięcy w roku, dzienne zużycie energii odpowiada 109,6 kWh/d. Energia ta wystarczyłaby na ogrzanie około 900 termoforów każdej doby - wystarczająco dużo, aby zapewnić komfort cieplny całemu sąsiedztwu.

Wyobraźmy sobie, że czterech członków gospodarstwa domowego korzysta jednocześnie z dwóch termoforów i podgrzewa je co dwie godziny przez cały czas czuwania (16 godzin). Całkowite zużycie energii wynosi wówczas poniżej 4 kW, czyli prawie 30 razy mniej niż energia zużywana na ogrzewanie przeciętnego belgijskiego gospodarstwa domowego.

Nie oznacza to, że podgrzewacze wody mają zastąpić system centralnego ogrzewania. Dość krótkie i łagodne zimy w Barcelonie pozwalają mi używać termoforów jako jedynego systemu grzewczego, ponieważ w moim nieogrzewanym mieszkaniu rzadko jest chłodniej niż 12°C. W mniej przyjaznym klimacie można połączyć termofory z systemem centralnego ogrzewania. Termofory tworzą wyspy ciepła dla zmarzluchów, podczas gdy reszta przestrzeni budynku jest dostępna do poruszania się i aktywności fizycznej (aktywnego ogrzewania się).

Bezpieczeństwo

Gorąca woda jest bezpieczniejszym nośnikiem ciepła niż rozżarzone węgle, ale niesie ze sobą jednak pewne ryzyko, więc z termoforów należy korzystać ostrożnie. Na butelkach znajduje się instrukcja, aby nie wlewać wrzącej wody, co jest bardzo rozsądną radą, jednak woda nie musi wrzeć by być niebezpieczna. Woda o temperaturze powyżej 60°C może spowodować oparzenie i doprowadzić do bardzo poważnych obrażeń.

Dlatego zaleca się korzystanie wyłącznie z ciepłej wody z kranu lub innego źródła ciepłej wody o temperaturze poniżej 60°C. Taka temperatura jest wystarczająco wysoka, aby zapewnić komfort termiczny, a jedyną zaletą korzystania z cieplejszej wody jest tylko to, że rzadziej trzeba ją podgrzewać.

Zbyt gorąca woda może być szkodliwa na kilka sposobów. Po pierwsze, zawsze istnieje możliwość, że podczas napełniania pojemnika woda rozleje się na ręce. Po drugie, gumowy lub plastikowy termofor może zacząć przeciekać, albo przez nakrętkę, albo na łączeniach. Po trzecie - i to jest najgorszy scenariusz - termofor może pęknąć i rozlać dwa litry gorącej wody na Twoje ciało. Takie wypadki zdarzają się rzadko, ponieważ obecnie termofory są produkowane zgodnie z normami jakości, jednak zdarzają się, zwykle z powodu zużycia się pojemnika.

Termofor Jayne Mansfield pojawia się na rynku w 1957 roku. Figurka Mansfield \"w pozie pin-up z rękami założonymi za szyję i w czarnym bikini\" jest wykonana z różowego plastiku z nakręcaną czapeczką i mierzy około dwóch stóp wysokości Źródło: [https://vintagenewsdaily.com/at-the-height-of-her-career-in-the-1950s-jayne-mansfield-even-modeled-for-this-awesome-hot-water-bottle/](https://vintagenewsdaily.com/at-the-height-of-her-career-in-the-1950s-jayne-mansfield-even-modeled-for-this-awesome-hot-water-bottle/).

Aby bezpiecznie używać gumowych lub wykonanych z PCV termoforów z wodą o wyższej temperaturze, powinieneś je odpowiednio przechowywać i wymieniać po kilku latach użytkowania. Jeśli naprawdę chcesz używać wody o wyższej temperaturze, najbezpieczniejszą opcją będą metalowe pojemniki (z pokrywą zapobiegającą poparzeniu skóry).

Jeśli jednak utrzymujesz temperaturę poniżej 60°C (140°F), najgorszy scenariusz to po prostu zmoczenie się. Jeśli używasz butelek PET, z pewnością powinieneś trzymać się tej maksymalnej temperatury, ponieważ w wyższych temperaturach mogą się one stopić. Ponadto butelki z PET nie należy używać do picia po jej podgrzaniu, ponieważ wyższe temperatury mogą spowodować uwolnienie substancji chemicznych z wody.

Zużycie wody i infrastruktura

Termofory potrzebują źródła wody. Możliwe jest wielokrotne podgrzewanie tej samej wody, co pozwala ograniczyć jej zużycie do kilku litrów w ciągu całego okresu użytkowania butelki. Nie zawsze jest to jednak najbardziej praktyczne rozwiązanie. W nowoczesnych gospodarstwach domowych gorąca woda może pochodzić z czajnika elektrycznego, garnka na kuchence lub kranu z ciepłą wodą. Chociaż gorąca woda z kranu jest najbezpieczniejszym źródłem dla termofora, to po jej ostygnięciu nie da się ponownie wprowadzić jej do rur w celu ponownego podgrzania. Co więcej, mija trochę czasu zanim woda osiągnie odpowiednią temperaturę, a to oznacza, że zużywa się więcej niż dwa litry wody.

Nawet branie prysznica z nieco mniejszą częstotliwością z łatwością zapewni wodę i energię potrzebną do ciągłego korzystania z termoforów.

Używanie czajnika elektrycznego, lub garnka na kuchence, ułatwia wielokrotne wykorzystywanie tej samej wody, ale wiąże się też z pewnymi problemami. Po pierwsze, jeśli czajnik elektryczny nie jest wyposażony w programator temperatury wody, trzeba się upewnić, że woda nie jest zbyt gorąca. Ja rozwiązuję ten problem zanurzając sondę termometru cyfrowego w czajniku podczas podgrzewania wody. Po drugie, jeśli podgrzejesz wodę z termofora, czajnik (lub garnek) nie może być już używany do podgrzewania wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, ponieważ będzie ona miała zły smak. Dlatego należy używać osobnego czajnika do podgrzewania wody do termoforów, albo podgrzewać wodę w jedynym czajniku i wyrzucić go po użyciu.

Nawet jeśli ostygłej wody nie użyje się ponownie do innych celów (np. do podlewania roślin), to i tak straty są mała. Przeciętny prysznic zużywa tyle wody, że wystarczyłoby na napełnienie 37 termoforów. Podobnie zużycie energii podczas przeciętnego prysznica odpowiada zużyciu energii na podgrzanie 17 termoforów (które wykorzystują wodę o wyższej temperaturze niż prysznic). To oznacza, że nawet branie prysznica z nieco mniejszą częstotliwością z łatwością zapewni wodę i energię potrzebną do ciągłego korzystania z termoforów.

Źródło: Auckland War Memorial Museum

Stosowanie metalowych i ceramicznych ogrzewaczy do rąk ma długą tradycję w Chinach i Japonii. Japończycy oferowali gościom mały, okrągły ceramiczny garnek z paliwem w środku, zwany \"te-aburi\". Miedziane lub brązowe ogrzewacze do rąk w kształcie pudełka o średnicy kilku cali, często z perforacją i uchwytami do przenoszenia, nazywano w Chinach \"shou lu\". Obraz w domenie publicznej. Więcej: [https://homethingspast.com/2011/11/26/hand-warmers-muff-warmer/](https://homethingspast.com/2011/11/26/hand-warmers-muff-warmer/).

Zimne termofory

Termoforów można używać także do chłodzenia. W tym wypadku należy je napełnić zimną wodą lub umieścić w zamrażarce. Chłodzenie ludzi jest znacznie bardziej energooszczędne niż chłodzenie pomieszczeń. Ja nie mam klimatyzacji i w lecie, gdy temperatury zwykle przekraczają 30°C, polegam wyłącznie na wiatrakach i termoforach. Termoforów z zimną wodą używam w podobny sposób jak termoforów z ciepłą - wkładam je do łóżka, pod nogi lub za plecy.

Do chłodzenia używam plastikowych butelek PET i metalowych pojemników na napoje, a nie gumowych termoforów, ponieważ te twardnieją i kruszą się. Pamiętaj, aby nie napełniać pojemnika do końca - woda rozszerza się, gdy jest zamarznięta - i aby umieścić go w ochronnym pokrowcu, aby zapobiec odmrożeniu. Należy również pamiętać, że gdy lód się roztopi termofory będą nieco mokre na zewnątrz, jednak ten efekt tylko wzmacnia chłodzenie. Termofory z zimną wodą, tak samo jak z ciepłą, sprawdzają się zarówno na zewnątrz, jak i w pomieszczeniach.

Temu zwyczajowi towarzyszyły surowe zasady. Na przykład, goście płci męskiej spali po jednej stronie łóżka, podczas gdy córki rodziny po drugiej. Źródło: Ekirch, A. Roger. U schyłku dnia: noc w dawnych czasach. WW Norton & Company, 2006. ↩︎
This ↩︎
Rozgrzewacz był metalowym pojemnikiem wypełnionym rozżarzonymi węglami i wyposażonym w długi uchwyt. Wsuwano go między pościel, a następnie przesuwano po łóżku, aby ogrzać wszystkie zakamarki, zanim ktoś do niego wejdzie. Innym rozwiązaniem służącym do ogrzania łóżka był tak zwany “wózek”: drewniana rama lub sanie przeznaczone do przechowywania garnka z rozżarzonymi węglami, który wsuwano pod łóżko i przykrywano blachą. W przeciwieństwie do podgrzewacza, wózek zapewniał ciepło przez całą noc. Zobacz: http://www.oldandinteresting.com/warming-the-bed.aspx ↩︎
Verhaart, Jacob, Michal VeselĂ˝, and Wim Zeiler. “Personal heating: effectiveness and energy use.” Building Research & Information 43.3 (2015): 346-354. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09613218.2015.1001606 ↩︎
Deng, Qihong, et al. “Human thermal sensation and comfort in a non-uniform environment with personalized heating.” Science of the total environment 578 (2017): 242-248. ↩︎
Mishra, A. K., M. G. L. C. Loomans, and Jan LM Hensen. “Thermal comfort of heterogeneous and dynamic indoor conditionsâ€"An overview.” Building and Environment 109 (2016): 82-100. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132316303560 ↩︎

Piece Termoelektryczne: Fotowoltaika do Lamusa?

Tue, 26 May 2020 00:00:00 +0000

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Jeśli popatrzymy na stary, dobry wiatrak (mający już z grubsza 2 tysiące lat) jak na przodka współczesnej turbiny wiatrowej.

Fotosynteza była fundamentem wszystkich historycznych źródeł energii mechanicznej: dzięki niej ludzie i zwierzęta otrzymywali paliwo w postaci pożywienia i drewna do budowy młynów i wiatraków. Chociaż ani staroświecki wiatrak, ani piec na drewno, nie wytwarzają elektryczności to oba można w łatwy sposób do tego przystosować. Wystarczy do wiatraka podpiąć generator prądu, a do pieca generator termoelektryczny.

Generator Termoelektryczny

Generatory termoelektryczne są bardzo zbliżone do generatorów „fotoelektrycznych” - dzisiaj nazywanych „fotowoltaicznymi” (albo ogniwami fotowoltaicznymi). Generator fotowoltaiczny bezpośrednio zmienia światło słoneczne w elektryczność, a generator termoelektryczny bezpośrednio zmienia ciepło w elektryczność. ¹

Generator termoelektryczny składa się z elementów półprzewodnikowych w kształcie sztabek, które są połączone szeregowo z paskami metalu. Z góry i z dołu, sztabki są izolowane ceramicznymi płytkami przewodzącymi ciepło (ale nie prąd elektryczny). Taki zestaw tworzy kompaktowy moduł o budowie „kanapki”. ² Gotowe moduły są dostępne w sprzedaży przez takich producentów jak Hi-Z, Tellurex, Thermalforce i Thermomanic.

Zdjęcie: Moduł termoelektryczny. Gerardtv (CCBY-SA3.0)

Moduł termoelektryczny. Zdjęcie wykorzystane za pozwoleniem Applied Thermoelectric Solutions LLC, [Jak Działa Generator Termoelektryczny](https://thermoelectricsolutions.com/how-thermoelectric-generators-work/).

Przyklej moduł termoelektryczny do powierzchni pieca na drewno, a będzie on wytwarzał energię elektryczną za każdym razem gdy piec będzie rozpalany do gotowania, ogrzewania pomieszczeń lub podgrzewania wody. W eksperymentach i prototypach, które są opisane bardziej szczegółowo w dalszej części artykułu, uzyskano moc wyjściową na moduł od 3 do 19 watów.

Podobnie jak w przypadku paneli słonecznych, moduły termoelektryczne można łączyć ze sobą równolegle i szeregowo, aby uzyskać dowolne napięcie i moc wyjściową - przynajmniej tak długo na ile starczy nam powierzchni pieca. Tak, jak w ogniwie fotowoltaicznym, prąd elektryczny wytwarzany przez moduł/y termoelektryczny jest regulowany przez regulator ładowania i gromadzony w baterii, dzięki czemu nadwyżka energii jest dostępna również wtedy gdy piec nie jest używany. Piec termoelektryczny jest zwykle łączony z urządzeniami niskonapięciowymi na prąd stały, co pozwala uniknąć strat na konwersji wynikających z zastosowania falownika.

Piece termoelektryczne mogą znaleźć zastosowanie w wielu częściach świata. Większość badań nad ich wykorzystaniem celuje w „Globalne Południe”, gdzie prawie 3 miliardy ludzi (40% światowej populacji) jest zależnych od spalania biomasy do grzania wody i gotowania. Niektóre z tych gospodarstw domowych, używają pieców lub palenisk również do oświetlania (1,3 miliarda ludzi nie ma dostępu do elektryczności) oraz do ogrzewania pomieszczeń. Istnieją również badania nad wykorzystaniem pieców termoelektrycznych w społeczeństwach przemysłowych gdzie piece i kominki na biomasą, szczególnie poza miastami, zyskują na popularności.

Sprawność 100%

Od czasu kiedy efekt termoelektryczny został po raz pierwszy opisany przez Thomasa Seebecka w 1821 roku, generatory termoelektryczne cieszą się złą sławą ze względu na słabą sprawność konwersji ciepła na elektryczność. ³⁴⁵⁶ Dzisiejsze moduły termoelektryczne osiągają sprawność rzędu 5-6%, mniej więcej trzy razy niższą niż przeciętny panel fotowoltaiczny. ⁴

Jednak w połączeniu z piecem na biomasę, sprawność konwersji energetycznej modułu termoelektrycznego przestaje być tak istotna. Jeśli moduł osiąga jedynie 5% sprawności, zamieniając energię termalną na elektryczną, to pozostałe 95% energii pozostaje do wykorzystania w postaci ciepła. Jeśli piec jest używany do ogrzewania pomieszczeń to nie można mówić o stratach energii, ponieważ 95% ciepła wykonuje zamierzoną pracę. Całkowita sprawność systemu (ciepło + elektryczność) zbliża się do 100% - energia się nie marnuje. Odpowiednio zaprojektowany piec może ponownie wykorzystać ciepło konwersji elektrycznej do gotowania czy grzania wody.

Bardziej Niezawodny Niż Panel Fotowoltaiczny

Moduły termoelektryczne dzielą wiele zalet z panelami fotowoltaicznymi: są modułowe, wymagają niewiele uwagi, nie mają ruchomych części, pracują bezgłośnie i ich żywotność jest długa. ⁷ Jednak moduły termoelektryczne, jeśli w domu regularnie używa się nieelektrycznego źródła ciepła, oferują coś więcej niż panel solarny.

Chociaż moduły termoelektryczne są prawie trzy razy mniej sprawne od fotowoltaiki, to piece termoelektryczne dostarczają elektryczności w bardziej przewidywalny sposób, ponieważ ich działanie nie jest uzależnione od kaprysów pogody, pory roku czy od obecności słońca na niebie. Używając żargonu inżynierów powiedzielibyśmy; że piece termoelektryczne mają wyższy „współczynnik wykorzystania mocy netto”.

Nawet, jeśli piec używany byłby jedynie do gotowania i grzania wody, to codzienne domowe prace gwarantują przewidywalną produkcję elektryczności bez względu na klimat. Co więcej, produkcja elektryczności przez piece termoelektryczne bardzo dobrze dopasowuje się do zapotrzebowania na prąd gospodarstwa domowego: w tym samym czasie kiedy używa się pieca, z reguły pojawia się potrzeba użycia elektryczności. Niestety, fotowoltaika generuje bardzo niewiele, albo wcale, energii elektrycznej wtedy kiedy potrzeba jej w domu.

Zdjęcie: Radziecki generator termoelektryczny oparty na lampie naftowej zasilający radio. 1959 rok. [Źródło: Muzeum Retrotechnologii](http://www.douglas-self.com/MUSEUM/POWER/thermoelectric/thermoelectric.htm).

Pamiętajmy, że ta przewaga znika kiedy generator termoelektryczny jest bezpośrednio zasilany energią słoneczną. Solarne generatory termoelektryczne (z ang. „STEGS”), w których moduł termoelektryczny nagrzewany jest skoncentrowaną wiązką promieni słonecznych, nie zrekompensuje niskiej sprawności modułu swoją wyższą przewidywalnością produkcji energii, ponieważ jest, tak samo jak fotowoltaika, skazany na zmienną pogodę. ⁸⁹¹⁰

Mniejsza Potrzeba Magazynowania Energii

Dzięki większej przewidywalności nie ma potrzeby zbytniej rozbudowy mocy wytwórczej i systemów magazynowania energii, żeby zrekompensować niższą produkcję prądu na jesieni i zimą (oraz w pochmurne dni), tak jak wymaga tego fotowoltaika. Baterie muszę mieć tylko tyle pojemności, aby energii starczyło pomiędzy jednym rozpaleniem pieca, a kolejnym i nie ma potrzeby montować dodatkowych modułów, żeby zrekompensować okresy niskiej produkcji.

Generatory termoelektryczne można łączyć z panelami fotowoltaicznymi, dzięki czemu stworzymy pewny, poza-sieciowy system korzystający jedynie ze skromnych magazynów energii. Taki hybrydowy system dobrze współpracuje z piecem służącym tylko do ogrzewania pomieszczeń. Moduły termoelektryczne dostarczają większości energii zimą, a fotowoltaika latem.

Tańsze w Instalacji, Łatwiejsze w Recyklingu

Drugą przewagą termoelektryki nad fotowoltaiką jest jej łatwiejszy montaż. Nie ma potrzeby budowania konstrukcji na dachu i połączenia elektrycznego ze światem zewnętrznym, ponieważ cała elektrownia znajduje się wewnątrz domu. Zapobiega to również kradzieży instalacji co, w przypadku fotowoltaiki, jest poważnym problemem w niektórych regionach świata.

Wszystkie te czynniki sprawiają, że piec termoelektryczny jest tańszy i bardziej zrównoważony w porównaniu do paneli fotowoltaicznych. Zaoszczędzimy sporo energii, surowców i pieniędzy, które trzeba by zużyć na wyprodukowanie baterii, modułów i infrastruktury towarzyszącej fotowoltaice.

Kolejną przewagą modułów termoelektrycznych jest ich wyższy stopień zrównoważania, ponieważ łatwiej od paneli słonecznych poddają się recyklingowi. Chociaż krzem w ogniwach fotowoltaicznych doskonale nadaje się do ponownego przetworzeniu to problemem jest to, że ogniwa otoczone są warstwą plastiku (przeważnie laminatem „EVA”, czyli etylenem/polimerem winylowym), który jest kluczowy dla długotrwałej sprawności modułu. ¹¹ Zdjęcie warstwy polimerowej bez uszkadzanie ogniw krzemowych jest technicznie możliwe, ale jest to proces tak bardzo złożony, że recykling fotowoltaiki staje się nieatrakcyjny zarówno ze względów finansowych jak i energetycznych. ¹²¹³ Moduły termoelektryczne nie posiadają żadnych elementów plastikowych. ¹⁴¹⁵¹⁶

Chłodzenie Modułów

Sprawność elektryczna generatora termoelektrycznego nie zależy jedynie od samego modułu. W dużej mierze jest związana z różnicą temperatur pomiędzy gorącą, a chłodną stroną modułu. Kiedy różnica temperatur spadnie o połowę to moduł termoelektryczny będzie generował tylko jedną czwartą mocy. W związku z tym, poprawa zarządzania ciepłem generatora termoelektrycznego jest głównym celem projektowania pieców termoelektrycznych, ponieważ umożliwia wytwarzanie większej mocy przy użyciu mniejszej liczby modułów.

Po pierwsze, polega to na zlokalizowaniu najgorętszych miejsc na piecu i zamocowaniu tam modułów - pod warunkiem, że są w stanie przyjąć tyle ciepła. Większość pieców ma temperaturę powierzchni od 100 do 300ºC, natomiast gorąca strona modułów z tellurku bizmutu (najbardziej przystępnych cenowo i wydajnych) wytrzymuje ciągłe temperatury od 150 do 350ºC, w zależności od modelu.

Po drugie, zarządzanie ciepłem sprowadza się do maksymalnego obniżenia temperatury strony chłodnej, co można osiągnąć na cztery sposoby: konwekcją wymuszoną chłodzoną powietrzem i wodą z wykorzystaniem wentylatorów i pomp elektrycznych albo chłodzoną powietrzem lub wodą konwekcją naturalną, która polega na zastosowaniu pasywnych radiatorów nie powodujących pasożytniczego obciążenia systemu.

Wymuszone chłodzenie ma zwykle wyższą wydajność, nawet jeśli weźmie się pod uwagę dodatkowe użycie wentylatora lub pompy. Z drugiej strony, systemy pasywne są tańsze, działają cicho i są bardziej niezawodne niż systemy aktywne. W szczególności awaria wentylatora może być problematyczna, ponieważ przegrzanie może doprowadzić do awarii modułu. ¹⁷

Piece Termoelektryczne Z Radiatorami

Pierwsze piece termoelektryczne na biomasę zostały zbudowane na początku XXI wieku, chociaż Sowieci byli pionierami podobnej koncepcji w latach pięćdziesiątych XX wieku, wykorzystując lampy naftowe do zasilania elektrycznych odbiorników radiowych. ⁶ W 2004 roku zespół libańskich naukowców doposażył typowy żeliwny piec opalany drewnem, powszechnie używany na terenach wiejskich, w wykonany przez zespół, pojedynczy moduł termoelektryczny o wymiarach 56 na 56 mm. ¹⁸

Zdjęcie: Żeliwny piec użyty do testów. [^18]

Naukowcy przykręcili gładką aluminiową płytę o grubości 1 cm do najgorętszego miejsca na powierzchni pieca, następnie do niej zamocowali moduł termoelektryczny, a do zimnej strony modułu dołożyli duży (180 na 136 na 125 mm) aluminiowy radiator żebrowany. Przy szybkości spalania wynoszącej 2,5 kg drewna sosnowego na godzinę, uzyskali średnią moc wyjściową równą 4,2 wata. Dziesięć godzin pracy pieca dziennie (z wyłączeniem fazy rozgrzewania) dostarcza zatem wiejskiemu libańskiemu gospodarstwu domowemu 42 watogodzin energii elektrycznej. Wystarczająco dużo na pokrycie podstawowych potrzeb.

Zdjęcie: Szczegóły budowy pieca termoelektryczny i jego umiejscowienia. [^18]

Zawsze można dodać więcej modułów i radiatorów w celu zwiększenia mocy wyjściowej, ale oczywiście powierzchnia pieca jest ograniczona, a wraz z dodawaniem modułów będą one umieszczane w obszarach o niższej temperaturze co pogorszy ich wydajność. Innym sposobem na zwiększenie produkcji energii jest zastosowanie jeszcze większego radiatora i / lub droższego radiatora wykonanego z materiałów o wyższej przewodności cieplnej.

Piece Termoelektryczne z Wentylatorami

Większość dotychczas zbudowanych pieców termoelektrycznych do chłodzenie modułu wykorzystuje wentylatory elektryczne w połączeniu ze znacznie mniejszym radiatorem. Chociaż wentylator może się zepsuć, i jest pasożytniczym obciążeniem systemu, to jednocześnie pozwala zwiększyć wydajność pieca poprzez wdmuchiwanie gorącego powietrza do komory spalania - zmniejszając tym sposobem zużycie drewna opałowego i zanieczyszczenie powietrza, mniej więcej o połowę. Ponadto, piece z wentylatorem nie potrzebują komina i zamiast niego wystarczy im pozioma rura dymowa. ¹⁹ Dzięki takim rozwiązaniom, piece z własnym zasilaniem, chłodzone wentylatorem umożliwiają zmniejszenie zużycia drewna opałowego i zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach na wiejskich obszarach Globalnego Południa, gdzie ludzie nie mają łatwego dostępu do elektryczności, ani środków na zbudowanie standardowego komina.

Podczas testów jednomodułowa, termoelektryczna kuchenka z wymuszonym nadmuchem osiągnęła moc wyjściową 4,5 W, z czego 1 W był potrzebny do zasilenia wentylatora. ²⁰ Produkcja energii netto (3,5 W) była niższa w porównaniu z piecem z samym radiatorem (4,2 W), jednak piec chłodzony wentylatorem zużył o połowę mniej drewna opałowego: wytwarzał 3,5 W energii elektrycznej netto przy szybkości spalania 1 kg drewna na godzinę, podczas gdy piec pasywnie chłodzony potrzebował 2,5 kg drewna do wyprodukowania 4,2 wata.

Zdjęcie: Kuchenka z wymuszonym ciągiem powietrza i modułami termoelektrycznymi. [^20]

W przeprowadzonym w Malawi, 80-dniowym teście podobnej konstrukcji przenośnej, terenowej kuchenki termoelektrycznej wykazano, że technologia ta była wysoko ceniona przez użytkowników, ponieważ piece wytwarzały więcej energii elektrycznej niż było to potrzebne. W całym okresie testów produkcja energii wynosiła od 250 do 700 Wh energii elektrycznej, a zużycie energii elektrycznej od 100 do 250 Wh. ²¹

Niektóre, dostępne w handlu termoelektryczne kuchenki do gotowania chłodzone wentylatorem, często są projektowane z myślą o turystach. Przykładami są produkty firm BioLite, Termomanic i Termefor, które podają moc wyjściową od 3 do 10 W, w zależności od konstrukcji kuchenki i liczby modułów termoelektrycznych. ¹⁷

Piece Termoelektryczne ze Zbiornikami Na Wodę

Najbardziej wydajne piece termoelektryczne to takie, w których zimna strona modułu (modułów) jest chłodzona przez bezpośredni kontakt ze zbiornikiem wody. Woda ma niższy opór cieplny niż powietrze, dzięki czemu skuteczniej chłodzi. Co więcej, jej temperatura nie przekroczyć 100ºC co zmniejsza prawdopodobieństwo awarii modułu z powodu przegrzania.

Obraz: Zasada działania pieca termoelektrycznego z pasywnym chłodzeniem wodnym. [^17]

Ciepło odpadowe, powstające podczas konwersji energetycznej modułu termoelektrycznego chłodzonego wodą, nie służy do ogrzewania pomieszczeń, ale do ogrzewania wody użytkowej. Piece termoelektryczne chłodzone wodą mogą być aktywne (wyposażone w pompy) lub pasywne (bez ruchomych części). ¹⁷

Większość pieców termoelektrycznych z pasywnym chłodzeniem wodnym ma małe rozmiary i służy jedynie do podgrzewania stosunkowo niewielkich ilości wody. Z reguły, nie jest to klasyczny piec, a najczęściej garnek wyposażony w moduły termoelektryczne. Na przykład PowerPot, to dostępny w sprzedaży, turystyczny garnek do gotowania wyposażony w moduł termoelektryczny przymocowany do podstawy. Można go postawić bezpośrednio na kuchence, a wygeneruje 5-10 W mocy.

Obraz: Wielozadaniowy piec na drewno z pasywnym chłodzeniem wodą. [^22]

Znacznie większy i bardziej wszechstronny piec termoelektryczny z pasywnym chłodzeniem wodnym został zaprojektowany przez francuskich naukowców na podstawie dużego, wielofunkcyjnego pieca na drewno z Maroka. ¹⁹²²²³²⁴²⁵ Zainstalowali oni osiem modułów termoelektrycznych na dnie 30-litrowego zbiornika wody, który służył nie tylko jako radiator dla zimnej strony generatora, ale także jako źródło ciepłej wody użytkowej dla gospodarstwa domowego. Ponadto, piec wyposażono w wentylator elektryczny z własnym zasilaniem i podwójną komorę spalania podnoszącą efektywność spalania drewna.

Prototypowy piec wygenerował w teście 28 watów mocy przy użyciu dwóch modułów, spalając 1,5 kg drewna do gotowania i / lub ogrzewania. Wentylator zużywał 15 W, co oznaczało, że do pozostałych zastosowań zostało 13 W mocy. Praca pieca dostarczała 60 litrów ciepłej wody na godzinę. W zależności od tego, ile czasu zajmowało gotowanie na piecu (dwa razy dziennie), w akumulatorach zgromadzono w ciągu doby od 35 do 55 Wh energii elektrycznej. Zwróćmy uwagę na to, że badacze uwzględnili w obliczeniach straty wynikające z pracy regulatora ładowania, akumulatora 6 V i wentylatora.

Piece Termoelektryczne z Pompami

Pasywne chłodzenie wodne ma istotną wadę. Wraz ze wzrostem temperatury wody w zbiorniku różnica między zimną, a gorącą stroną modułu zmniejsza się, przez co spada sprawność pieca. Musi minąć odpowiednio dużo czasu, pomiędzy kolejnymi rozpaleniami pieca, aby woda w zbiorniku dostatecznie ostygła. Można również regularnie wymieniać ciepłą wodę (i używać ją do prac domowych) na zimną, a żeby się ciągle nie męczyć i ręcznie nie wymieniać wody, wystarczy zamontować pompę, która zrobi to za nas.

Zdjęcie: Prototyp pieca termoelektrycznego z modułami chłodzonymi wodą. [^26]

Przyjrzyjmy się teraz prototypowi pieca z 2015 roku. W tej konstrukcji pieca opalanego drewnem, służącego do gotowania i ogrzewania pomieszczeń oraz wody, umieszczono 21 modułów termoelektrycznych z aktywnym systemem chłodzeniem wodnym. Testy wykazały produkcję mocy na poziomie od 25 W (spalanie 1 kg drewna sosnowego na godzinę), przez 70 W (4 kg drewna / godzinę), do 166 W (9 kg drewna / godzinę). ²⁶ Moc wyjściowa na jeden moduł wyniosła aż 7,9 wata, co stanowi prawie dwukrotność mocy wyjściowej na jeden moduł pieca z pasywnym chłodzeniem powietrznym. Pompa zużywała 5 W. Prototyp posiadał dodatkowy wentylator (pobierający 1W) zwiększający efektywność spalania. ²⁷²⁸

Gazowe Kotły Termoelektryczne?

W obecnej infrastrukturze energetycznej społeczeństw ery przemysłowej lepiej odnajdą się generatory termoelektryczne z wymuszonym chłodzeniem wodnym, zwłaszcza w gospodarstwach domowych z systemami centralnego ogrzewania. Można zwiększyć liczbę zainstalowanych modułów, dzięki czemu wzrośnie produkcja energii elektrycznej, tak potrzebna w „wysokoenergetycznym” stylu życia. Niestety pojawiają się tutaj pewne trudności. Po pierwsze, systemy centralnego ogrzewania są używane tylko do ogrzewania pomieszczeń i wody, a nie do gotowania, co sprawia że ilość energii, którą wytwarzają zmienia się sezonowo. Po drugie, tylko niektóre systemy CO spalają biomasę lub pelet drzewny. Większość działa na gaz, olej opałowy, węgiel lub prąd.

Zdjęcie: Prototyp opalanego peletem drzewnym kotła termoelektrycznego. [^30]

Gdy źródło ciepła jest elektryczne, nie ma oczywiście sensu przyklejać do niego modułu termoelektrycznego. System termoelektryczny jest nie do pogodzenia z wizją nowoczesnego, zrównoważonego budynku, w którym ogrzewanie odbywa się za pomocą elektrycznej pompy ciepła, gotowanie odbywa się na kuchence elektrycznej, a ciepłą wodę dostarcza bojler elektryczny.

Jednakże, gdy źródłem ciepła w domu jest gaz lub olej opałowy, to kocioł termoelektryczny jest niskoemisyjnym dostawcą elektryczności, na równi z systemem fotowoltaicznym umieszczonym na dachu. ²⁹ Taki termoelektryczny system grzewczy nie uniezależni jednak gospodarstwa domowego od paliw kopalnych, podobnie jak nie uczyni tego instalacja fotowoltaiczna podłączona do sieci energetycznej. Opiera się on bowiem na centralnej sieci energetycznej (w dużej mierze zasilanej paliwami kopalnymi), aby uniknąć niedoborów energii i pozbyć się nadwyżek, a do ogrzewania pomieszczeń i wody wykorzystuje z reguły system CO zasilany paliwami kopalnymi.

Zdjęcie: Jedno kilowatowy generator termoelektryczny z wymuszonym chłodzeniem wodnym, zaprojektowany do wykorzystania niskotemperaturowego ciepła geotermalnego. [^31]

Termoelektryczny system grzewczy zasilany paliwami kopalnymi wypada korzystniej w porównaniu z dużą elektrociepłownią, która wychwytuje ciepło odpadowe z produkcji energii elektrycznej i rozprowadza je do indywidualnych gospodarstw domowych. W termoelektrycznym systemie grzewczym ciepło i moc są wytwarzane i konsumowane na miejscu. W przeciwieństwie do centralnej elektrociepłowni, nie ma potrzeby utrzymywania rozbudowanej infrastruktury dystrybucji ciepła i prądu. W ten sposób, oszczędza się zasoby i zapobiega stratom energii podczas przesyłu, które wynoszą od 10 do 20% w przypadku dystrybucji ciepła, i od 3 do 10% (lub znacznie więcej w niektórych regionach) w przypadku elektryczności.

Elektrociepłownia jest bardziej energooszczędna (25-40% sprawności konwersji) w procesie przetwarzaniu ciepła w energię elektryczną. Termoelektryczny system cieplny dostarcza znacząco więcej ciepła niż energii elektrycznej w porównaniu do elektrociepłowni. Nie jest to jednak problem ponieważ średnio, nawet w Europie, 80% zużywanej w gospodarstwach domowych energii schodzi na ogrzewanie pomieszczeń i wody.

W obu przypadkach praca może zostać odwrócona. Kiedy prąd elektryczny popłynie w module termoelektrycznym, ten będzie działał jak grzejnik albo chłodziarka. Kiedy w module fotoelektrycznym popłynie prąd to wytworzy się światło – jest to zasada działania LEDów. ↩︎
Rowe, David Michael, ed. CRC handbook of thermoelectrics. CRC press, 2018. ↩︎
Generatory termoelektryczne, The Museum of Retrotechnology, accessed May 2020. http://www.douglas-self.com/MUSEUM/POWER/thermoelectric/thermoelectric.htm ↩︎
Polozine, Alexandre, Susanna Sirotinskaya, and Lírio Schaeffer. “History of development of thermoelectric materials for electric power generation and criteria of their quality.” Materials Research 17.5 (2014): 1260-1267. ↩︎ ↩︎
Goupil, Christophe, ed. Continuum theory and modeling of thermoelectric elements. John Wiley & Sons, 2015. ↩︎
Joffe, Abram F. “The revival of thermoelectricity.” Scientific American 199.5 (1958): 31-37. ↩︎ ↩︎
The Stirling engine, another predecessor of the solar PV panel that converts heat into electricity, lacks many of these advantages. ↩︎
Kraemer, Daniel, et al. “Concentrating solar thermoelectric generators with a peak efficiency of 7.4%.” Nature Energy 1.11 (2016): 1-8. ↩︎
Amatya, R., and R. J. Ram. “Solar thermoelectric generator for micropower applications.” Journal of electronic materials 39.9 (2010): 1735-1740. ↩︎
Gayathri, Ms D. Binu Ms R., Mr Vijay Anand Ms R. Lavanya, and Ms R. Kanmani. “Thermoelectric Power Generation Using Solar Energy.” International Journal for Scientific Research & Development, Vol. 5, Issue 03, 2017. ↩︎
Jiang, Shan, et al. “Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as the encapsulant.” Macromolecular Reaction Engineering 9.5 (2015): 522-529. ↩︎
Xu, Yan, et al. “Global status of recycling waste solar panels: A review.” Waste Management 75 (2018): 450-458. ↩︎
Sica, Daniela, et al. “Management of end-of-life photovoltaic panels as a step towards a circular economy.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 82 (2018): 2934-2945. ↩︎
Bahrami, Amin, Gabi Schierning, and Kornelius Nielsch. “Waste Recycling in Thermoelectric Materials.” Advanced Energy Materials (2020). ↩︎
Balva, Maxime, et al. “Dismantling and chemical characterization of spent Peltier thermoelectric devices for antimony, bismuth and tellurium recovery.” Environmental technology 38.7 (2017): 791-797. ↩︎ ↩︎
Jeśli chodzi o skład wagowy modułu to: 5 gramowy moduł termoelektryczny zawiera aluminium i płytki ceramiczne (44% masy), miedź na styki (28% masy), tellur (10%), bizmut (6%), antymon (2%) na „nóżki” termoelektryczne, małe ilości cyny do lutowania, selen jako wzmocnienie tellurków bizmutu i pastę sylikonową w formie spoiwa (jedyny komponent polimerowy). W modułach termoelektrycznych zwartość antymonu, telluru i bizmutu jest znacznie większą niż w rudach tych pierwiastków, więc ich recykling jest bardzo opłacalny. ¹⁵ ↩︎
Gao, H. B., et al. “Development of stove-powered thermoelectric generators: A review.” Applied Thermal Engineering 96 (2016): 297-310. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Nuwayhid, Rida Y., Alan Shihadeh, and Nesreen Ghaddar. “Development and testing of a domestic woodstove thermoelectric generator with natural convection cooling.” Energy conversion and management 46.9-10 (2005): 1631-1643. ↩︎
Champier, Daniel, et al. “Study of a TE (thermoelectric) generator incorporated in a multifunction wood stove.” Energy 36.3 (2011): 1518-1526. ↩︎ ↩︎
Raman, Perumal, Narasimhan K. Ram, and Ruchi Gupta. “Development, design and performance analysis of a forced draft clean combustion cookstove powered by a thermo electric generator with multi-utility options.” Energy 69 (2014): 813-825. ↩︎
O’Shaughnessy, S. M., et al. “Field trial testing of an electricity-producing portable biomass cooking stove in rural Malawi.” Energy for Sustainable development 20 (2014): 1-10. ↩︎
Champier, Daniel, et al. “Thermoelectric power generation from biomass cook stoves.” Energy 35.2 (2010): 935-942. ↩︎
Champier, Daniel, et al. “Prototype combined heater/thermoelectric power generator for remote applications.” Journal of electronic materials 42.7 (2013): 1888-1899. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02014177/document ↩︎
Champier, Daniel. “Thermoelectric generators: A review of applications.” Energy Conversion and Management 140 (2017): 167-181. ↩︎
Favarel, Camille, et al. “Thermoelectricity-A Promising Complementarity with Efficient Stoves in Off-grid-areas.” Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems 3.3 (2015): 256-268. ↩︎
Goudarzi, A. M., et al. “Integration of thermoelectric generators and wood stove to produce heat, hot water, and electrical power.” Journal of electronic materials 42.7 (2013): 2127-2133. ↩︎
Badacze podają możliwy sposób na wyeliminowanie pompy z systemu: zbiornik wodny można umieścić na wysokości 1 metra, co zapewni przepływ konwekcyjny gorącej wody, która zostanie zmagazynowana w izolowanym termicznie zbiorniku, a do chłodzenia modułu w jej miejsce napłynie zimna woda. ↩︎
Kolejny prototyp wygenerował średnio 27 W mocy tylko z dwóch modułów, znacznie więcej niż potrzeba było do zasilenia pompy wodnej (8 W). Produkcja energii netto wyniosła 9,5 W na moduł. Montecucco, Andrea, Jonathan Siviter, and Andrew R. Knox. “A combined heat and power system for solid-fuel stoves using thermoelectric generators.” Energy Procedia 75 (2015): 597-602. ↩︎
W rzeczywistości, pierwsze eksperymentalne wykorzystanie systemów ogrzewania termoelektrycznego datuje się na rok 1990, i miało ono na celu opracowanie samo-zasilających się kotłów gazowych. Systemy CO pobierają z sieci średnio 250-400 W elektryczności do zasilania elementów systemu tj. wentylatorów, pomp, nagrzewnic i paneli sterowania. Dokładając do systemu moduły termoelektryczne, zachowuje on możliwości działania nawet w sytuacji długich przerw w dostawie prądu. Jeśli podłączyć taki system do sieciowej fotowoltaiki to jego działanie uzależnia się od obecności słońca na niebie. Allen, D. T., and W. Ch Mallon. “Further development of” self-powered boilers"." Eighteenth International Conference on Thermoelectrics. Proceedings, ICT'99 (Cat. No. 99TH8407). IEEE, 1999. Allen, Daniel T., and Jerzy Wonsowski. “Thermoelectric self-powered hydronic heating demonstration.” XVI ICT'97. Proceedings ICT'97. 16th International Conference on Thermoelectrics (Cat. No. 97TH8291). IEEE, 1997. ↩︎

Za dużo spalania, za mało ognia

Sun, 29 Dec 2019 00:00:00 +0000

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Ogień, który pali się w naszych domostwach już przeszło czterysta tysięcy lat, pozostaje najbardziej wszechstronną i zrównoważoną technologią jaką zna ludzkość. Od tysiącleci ogień zapewnia nam to, do czego dzisiaj używamy szeregu nowoczesnych urządzeń takich jak: piekarnik, płyta grzewcza, żarówka, lodówka, zamrażarka, bojler, suszarka bębnowa i telewizja. W przeciwieństwie do tych nowoczesnych technologii, ogień aby działać nie potrzebuje rozbudowanej, scentralizowanej infrastruktury - wystarczą łatwo dostępne lokalne materiały.

Od Ogniska do Elektrowni

Szacuje się, że człowiek świadomie korzysta z ognia już 300-400 tys. lat. ¹² Aż do XX wieku, ogień powstający ze spalania biomasy był jedynym zużywającym energię “urządzeniem domowym” - bez względu na to, czy ludzie mieszkali w jaskini, w jurcie czy w murowanym budynku. Pierwsze ludzkie schronienia były stawiane z potrzeby podtrzymywanie ognia, miały ochraniać go przed wiatrem i deszczem.

Przez większość ludzkiej historii, ogień miał formę otwartego paleniska, rozpalanego na ziemi po środku schronienia. Dym wydostawał się przez otwór w dachu. W początkach XIV wieku w Europie, otwarte paleniska były stopniowo zastępowane przez paleniska połączone z kominem, przeważnie wbudowane w ścianę w formie murowanego pieca. W zimniejszych regionach (takich jak Skandynawia) domy wyposażano w bardziej wydajne piece kaflowe, a w cieplejszych stronach (w basenie Morza Śródziemnego) ludzie wciąż używali kotłów - przenośnych metalowych naczyń, w których palono węgiel drzewny. W XVIII i XIX wieku murowane piece zaczęto zastępować żeliwnymi.

Ogień zajmował w domu centralną pozycję, aż do XX wieku, kiedy coraz częściej zaczął ustępować miejsca szeregowi nowo wynalezionych urządzeń, podłączonych do scentralizowanej infrastruktury. Dzisiaj, nawet w społeczeństwach uprzemysłowionych, metalowe piece są rzadkością. Otwarty ogień został zakazany, w szczególności w miastach. W nowych budynkach nie znajdziemy już kominków, kominów czy otworów w suficie.

Ogień zajmował w domu centralną pozycję, aż do XX wieku, kiedy coraz częściej zaczął ustępować miejsca szeregowi nowo wynalezionych urządzeń, podłączonych do scentralizowanej infrastruktury.

“Paradoksalnie”, pisze Luis Fernandez-Galiano w Fire and Memory, On Architecture and Energy (Ogień i Pamięć, Rzecz o Architekturze i Energii), “ludzkie schronienia, których życie rozpoczęło się jako miejsce ochrony ogniska domowego, dzisiaj unikają żywego ognia”. ³ W Fire: A Brief History (Krótka Historia Ognia), Stephen J. Pyne dokonuje następującej obserwacji; “Mieszkańcy miast mogą latami nie widzieć żywego ognia. Jeśli zobaczą płomienie to będę one zwykle dziełem wypadku czy podpalenia i zostaną uznane, prawie zawsze, za zagrożenie”. ⁴

Pomimo tego, ogień nie zniknął w zupełności. Tysiące pojedynczych, domowych palenisk zastąpiono kilkoma gigantycznymi paleniskami w elektrowniach. W innych miejscach również płoną ognie. “W naszej gospodarce obfitości”, pisze Stephen J. Pyne, “ogień jest w sercu magii - w fabrykach, samochodach, domach, elektrowniach […]. Nowoczesne miasto pozostało ekosystemem napędzanym ogniem […]. Zaprzestańcie spalania, a miasto stanie w miejscu. Otwarty ogień jednak zniknął. Tak jak czarna dziura pośrodku kosmosu, ogień kształtował wszystko co go otaczało, sam pozostając niewidocznym.”

Uprzemysłowienie nie zlikwidowało spalania, a jedynie zmieniło jego formę. Co więcej, ogień zaczął płonąć dzięki nowym, obfitym źródłom energii: paliwom kopalnym. Aż do XX wieku, prawie wszystkie rozpalane przez ludzi ognie były wynikiem spalanie surowców odnawialnych: drewna, trawy, łajna (torf i wczesne użycie węgla kamiennego są wyjątkiem). Dzisiaj w społeczeństwach uprzemysłowionych prawie każdy ogień “w sercu magii” płonie dzięki gazowi, węglowi i ropie naftowej.

Ogień Kontra Elektryczność

Przyjmując globalną perspektywę, zobaczymy, że kilka miliardów ludzi nadal mieszka w domach zbudowanych wokół staroświeckiego ognia, często w formie prostego ogniska. Niektórzy mieszkańcy Zachodniego Świata postrzegają tę praktykę jako zacofaną i prymitywną, i uważają że powinna zostać zakazana - nawet jeśli oparta jest na wykorzystaniu surowców odnawialnych.

W 2011 roku, ONZ i Bank Światowy, w wspólnej inicjatywie pt. “Zrównoważona Energia dla Wszystkich”, zadeklarowali “zapewnienie powszechnego dostępu do nowoczesnych usług energetycznych do 2030 roku”.⁵ Co kryje się za “nowoczesnymi usługami energetycznymi”, nie jest do końca jasne, ale widać że przede wszystkim chodzi o wykorzystanie elektryczności i gazu - co praktycznie oznacza spalanie paliw kopalnych.

“Mieszkańcy miast postrzegają ogień jako technologię, którą można zastąpić innymi, bardziej zaawansowanymi technologiami”.

Inicjatywy tego typu sugerują, że “nowoczesne usługi energetyczne” są lepsze od tradycyjnego ogniska i paleniska. “Mieszkańcy miast postrzegają ogień jako technologię, którą można zastąpić innymi, bardziej zaawansowanymi technologiami”, pisze Stephen J. Pyne, “Jeśli ogień jest urządzeniem, chcą [oni] ulepszonego ognia i aktualizacji do wersji bez dymu”.

Przykładami takiego, lepszego ognia i ognia bez dymu, są panele fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe. Dzięki nim, zakończymy w końcu naszą zależność od paliw kopalnych - w tym momencie wciąż niezbędnych do zapewnienia powszechnego dostępu do “nowoczesnych usług energetycznych”. Ale zadajmy sobie pytanie - jaka jest rzeczywista efektywność otwartego paleniska w porównaniu z “nowoczesnymi usługami energetycznymi” (wliczając w to, te oparte na zrównoważonych źródłach energii)? A co ze zdrowiem, bezpieczeństwem i zrównoważonym wykorzystaniem? Co tak naprawdę chcemy powiedzieć, kiedy mówimy, że „elektryczność albo gaz są lepsze od tradycyjnego ognia”?

Wszechstronność Ognia

Jednym z powodów dlaczego współcześni ludzie, w społeczeństwach uprzemysłowionych, postrzegają ogień jako nieefektywny i niezrównoważony jest to, że nie mają wiedzy o tym jak ich przodkowi rzeczywiście go używali. W dzisiejszych czasach, ogień jest uważany za mało wydajny. Jest tak dlatego, ponieważ jego wydajność porównywana jest jedynie, do jednej z szeregu funkcji jaką może spełniać, tj. do ogrzewania pomieszczeń. Jednakże, nasi przodkowie nie korzystali z ognia jedynie po to, aby ogrzać siebie samych. Używali go również do gotowania, oświetlenia, konserwacji żywności, grzania wody, suszenia ubrań, ochrony przed drapieżnikami i insektami, i do wielu, wielu innych zastosowań.

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Ogień jest niesamowicie wszechstronny - ciężko powiedzieć jakie jego zastosowanie było najwyżej cenione przez naszych przodków. Z tego powodu, jeśli chcemy zmierzyć zużycie energii domowego paleniska i porównać je do nowoczesnych technologii, nie powinniśmy patrzeć jedynie na zużycie energii systemu grzewczego, i do niego porównywać ognia, a powinniśmy przyjrzeć się zużyciu energii w całym gospodarstwie domowym.

Gotowanie na Ogniu

Jako urządzenie do gotowania, ognia można użyć na wiele rożnych sposób i tym samym zastąpić zaskakująco wiele nowoczesnych urządzeń kuchennych. Ogień nie tylko działa jako kuchenka, ale również jako piekarnik. W trakcie pieczenia czy grillowania, jedzenie obracało się na rożnie i piekło dzięki bezpośredniemu działaniu płomieni. Gliniane naczynie, wkładane w popiół paleniska (“piec Holenderski”), służyło jako piekarnik. Innym sposobem było pieczenie w wbudowanym w piec piekarniku lub na ścianach komory paleniska. Wykorzystywano również wolno stojące na zewnątrz urządzenia. Gotowanie i smażenie odbywało się w wiszącym nad ogniem kociołku. ⁶⁷

Ogień może spełniać te same funkcje, które zapewniają małe, elektryczne urządzenia kuchenne. Na przykład, możecie sądzić, że ludzie zaczęli jeść tosty dopiero wtedy kiedy pojawiły się tostery (XX wiek). Jednakże, zanim pojawiły się elektryczne opiekacze, ludzie po prostu wkładali chleb na drucianym opiekaczu do ognia. Szybkie przygotowanie gorących napojów również nie rozpoczęło się dopiero z wymyśleniem elektrycznego czajnika - wcześniej ludzie wkładali do kubków rozgrzany do czerwoności żelazny przyrząd, który zagotowywał wodę w kilka sekund. ⁸

Jako urządzenie do gotowania, ognia można używać na wiele różnych sposób i tym samym zastąpić zaskakująco wiele nowoczesnych urządzeń kuchennych.

Ogień zastępował również dzisiejsze lodówki i zamrażarki. W książce The Food Axis: Cooking, Eating and the Architecture of American Houses (Oś żywności: Gotowanie, Jedzenie i Architektura Amerykańskich Domów), Elizabeth Collins Cromley opisuje jak konserwowano mięso i ryby, przez wieszania ich na wiele tygodni w dymie. ⁶ Najprostszą metodą wędzenia, stosowaną przez naszych przodków, było zawieszanie kawałków mięsa i ryb w kuchennym kominie, lub (jeśli nie było komina) wysoko u powały, nad otwartym paleniskiem. Wędzono również w komorze wędzarniczej, która była dostawiona do kuchennego paleniska lub dobudowana, w piwnicy lub na strychu, do komina. Korzystano również z wolno stojących, zewnętrznych wędzarni.

Powstało wiele innych metod konserwacji żywności opartych na użyciu ognia. Jeśli klimat nie był dostatecznie słoneczny to owoce, warzywa i zioła suszono nad ogniem. Robienie słodkich przetworów owocowych, produkcja sera i masła, były zależne od ciepła ognia. Sól, kluczową do konserwacji żywności, wieszano w pojemniku blisko paleniska, aby nie zawilgotniała. ⁶

Rozprowadzanie Ciepła i Światła

Ogień nie tylko produkuje ciepło i dym - daje również światło. Jako źródło światła, ogień był kiedyś tak wszechstronny, jak dzisiaj jest oświetlenie elektryczne. Blask płomieni nie jaśniał jedynie z wnętrza paleniska czy pieca, ale świecił również z pochodni, łuczyw, a później ze świec i lamp naftowych. ⁹¹⁰ Ciepło paleniska mogło być rozprowadzane po całym domu. Chociaż kuchnia była z reguły jedynym ogrzewanym w domu pomieszczeniem, to dzięki takim przenośnym urządzeniom jak szkandele i ogrzewacze do stóp, żar węgli można było roznosić po całym domu (zamiast żaru do rozprowadzenie po domu ciepła, używano też termoforów i ceramicznych dzbanków z gorącą wodą, przyp. tłum.).¹¹

Dzięki ogniowi grzano wodę przeznaczoną do prania i mycia. Praktykę tę kontynuowano kiedy pojawiły się żeliwne piece wolno stojące, często zaopatrzone w płaszcze wodne lub zbiorniki na wodę. Co więcej, ogień suszył pranie, robiąc to samo co dzisiejsze suszarki bębnowe. Ludzie nie zaczęli prasować ubrań dopiero wtedy, kiedy wynalezione zostało żelazko elektryczne. Od czasów średniowiecza, ludzie używali prostych, metalowych żelazek, które rozgrzewano na ogniu lub piecu. Popularne były również bardziej zaawansowane żelazka z duszą, w które wkładano żar lub węgle z paleniska. Niektóre z nich miały nawet małe kominki, którymi uciekał dym, nie pozostawiając nieprzyjemnego zapachu na prasowanych ubraniach. ¹²

Ludzie nie zaczęli prasować ubrań dopiero wtedy, kiedy wynalezione zostało żelazko elektryczne. Od czasów średniowiecza ludzie używali prostych metalowych żelazek, które rozgrzewano na ogniu lub piecu.

Ogień spełniał w domu jeszcze jedną istotną funkcję. Był centrum dookoła, którego ludzie gromadzili się w celach towarzyskich i po to żeby wymienić informacje. Przez tysiące lat, palenisko było “[…] iskrzącą duszą i sercem domu, wokół którego od niepamiętnych czasów, zbierano się i rozmawiano”.³ Współcześnie te role przejęły telewizja i telefony komórkowe, ale wątpliwe jest czy kiedykolwiek uda im się skraść czar żywych płomieni. Masa elektronicznych gadżetów, które starają się imitować płomienie ognia - elektryczne świece i ogniska, żarówki LED z migoczącymi efektami płomieni czy nagrania trzaskającego ogniska - zdaje się wskazywać na ukrytą, ludzką tęsknotę za ogniem.

Wydajność i Zrównoważone Użycie

W domu, którego życie tętni dookoła ognia, przygotowywanie gorących napojów i tostów, suszenie ubrań, czy oświetlenie pomieszczeń nie podnosi zużycia całkowitej energii ognia; po prostu wykorzystuje, w sposób bardziej wydajny, energię, która i tak jest zużywana do innych potrzeb, takich jak ogrzewanie pomieszczeń czy gotowanie. Chcąc dzisiaj uzyskać ten sam efekt, musimy włączyć szereg urządzeń elektrycznych, a każde z nich potrzebuje dodatkowej, własnej energii do działania: centralne ogrzewanie, płyta grzewcza, elektryczny toster, suszarka bębnowa, oświetlenie itd.

Co więcej, musimy brać pod uwagę wydobycie surowców i zużycie energii jakiej potrzeba, żeby zastąpić jedno palenisko, dziesiątkami sprzętów wyprodukowanych w odległych fabrykach i przywiezionych do konsumentów. A na koniec, powinniśmy uwzględnić ilość energii i materiałów potrzebnych do zbudowania i utrzymania infrastruktury dzięki, której te urządzenia mogą działać, takiej jak sieć elektryczna, sieć gazowa czy łańcuch chłodniczy. Zupełnie inaczej jest z piecem czy paleniskiem, których użycie jest niezależne od scentralizowanej infrastruktury, a do ich budowy wystarczą łatwo dostępne, lokalne materiały.

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Odnawialne źródła energii, takie jak panele słoneczne i turbiny wiatrowe, nie są wystarczającą odpowiedzią na problemy energetyczne dzisiejszego świata. Trzeba je wyprodukować, przetransportować, utrzymywać, naprawiać, utylizować, a na końcu zastąpić nowymi. Można by pomyśleć, że w ten sam sposób, możemy postępować z coraz to większą masą sprzętu AGD, która ma zaspokoić nasze potrzeby - zaprojektować, wyprodukować, a jak się zużyje to wyrzucić. Nawet produkcja prądu elektrycznego ze spalania biomasy, nie uczyni dzisiejszego systemu zrównoważonym. Chociaż eliminuje ona użycie paliw kopalnych to ogromna ilość energii jest marnowana w procesie konwersji biomasy na elektryczność. Biomasa nie spowoduje również, że znikną fabryki produkujące sprzęt AGD.

Porównanie Zużycia Energii: Starożytne a Nowoczesne Domy

Jeśli przyjrzymy się zużyciu energii we współczesnym Europejskim domu, to zobaczymy, że 64% całej zużywanej energii idzie na ogrzewanie przestrzeni, 15% na grzanie wody, 14% na oświetlenie i urządzenia elektryczne, 5% na gotowanie, a 1% na pozostałe usługi (w tym chłodzenie).¹³ Większość z tych usług może być świadczona przez ogień. Jak się więc ma, zużycie energii w tradycyjnym domostwie, z otwartym paleniskiem, do zużycia energii w nowoczesnym domu, zbudowanym wokoło różnych urządzeń i centralnej infrastruktury?

Nie ulega wątpliwości, że zużycie energii nowoczesnego domu jest lepiej udokumentowane niż budynków i schronień z zamierzchłych czasów. Możemy jednak powołać się na badania, których celem było obliczenie wykorzystania energii przez gospodarstwa domowe wciąż korzystające ze starego, dobrego ognia.

Jeśli mierzymy wykorzystanie energii ognia w domu, w porównaniu do współczesnych technologii, to powinniśmy porównać zużycie energii w całym gospodarstwie domowym.

Policzono, że w 2002 roku roczne zużycie drewna w tradycyjnych nepalskich domach wahało się pomiędzy 6 a 33 m³ na gospodarstwo domowe, co odpowiada 35 do 165 giga dżulom (GJ) energii.¹⁴¹⁵¹⁶. Patrząc na zużycie energii we współczesnym niemieckim (75 GJ/rok) albo kanadyjskim domu (105 GJ/rok), te liczby wydają się dosyć duże.

Jednakże, w czasie trwania badań, jeden nepalski dom zamieszkiwało średnio od 5 do 12 domowników, kiedy współczesne, przeciętne zachodnie gospodarstwo domowe skurczyło się do 2 osób. Wynika z tego, że w 2002 roku w nepalskich domach roczne zużycie energii wyniosło od 2 do 33 GJ na osobę. Nowsze badania, nad zużyciem drewna do ogrzewania, gotowania i oświetlenia w Nepalu, podają zużycie 2.5 do 10 GJ energii na rok na osobę.¹⁷¹⁸ Dla porównania w krajach takich jak Holandia, Niemcy i Kanada zużycie energii na osobę wynosi około 30-40 GJ/rok.

10 Miliardów Ludzi Dookoła Paleniska

Nawet jeśli pominiemy ilość surowców i energii, jaką trzeba zużyć na wyprodukowanie współczesnej infrastruktury i urządzeń, to zużycie energii w czasach preindustrialnych wydaje się być znacząco mniejsze niż dzisiaj. Szybka kalkulacja to potwierdza. Teoretycznie, można założyć, że jeśli 10 miliardów ludzi korzystałoby tylko z otwartych palenisk, jako jedynego źródła energii, to byłaby to całkowicie zrównoważona praktyka.

Przyjmując średnie roczne zużycie drewna opałowego na 6 m³ na osobę, potrzebowalibyśmy 60 miliardów metrów sześciennych drewna rocznie. Do zebrania jednego metra sześciennego drewna rocznie potrzeba 0.2 hektara lasu, więc dla uzyskania 60 miliardów m³ potrzeba 120 milionów kilometrów kwadratowych lasu, użytkowanego w zrównoważony sposób (aby uniknąć całkowitego wylesienia). To powierzchnia, ponad trzykrotnie większą, niż powierzchnia lasów całej Ziemi i równa około 80% całkowitej powierzchni lądów naszej planety (150 milionów kilometrów kwadratowych).

Ponieważ nie potrzebowalibyśmy dodatkowej przestrzeni dla fabryk i dróg, potrzebnych do produkcji produktów konsumpcyjnych, moglibyśmy powrócić do otwartych palenisk bez niszczenia środowiska. Nie można tego powiedzieć o 10 miliardach ludzi, dalej spalających paliwa kopalne i używających nowoczesnej infrastruktury.*

*Komentarz tłumacza: Powyższe założenie zdaje się nietrafione, ponieważ sam autor pisze, że nie dysponujemy na naszej planecie wystarczającą ilością lasów, żeby pozyskiwać drewno dla 10 miliardów ludzi - nawet w sposób zrównoważony.

Zdrowie Kontra Zrównoważone Użycie

Skoro “nowoczesne usługi energetyczne” nie są, ani bardziej zrównoważone, ani wydajniejsze od tradycyjnego ognia, to dlaczego ciągle uważamy je za lepsze? Za unikaniem używania otwartego ognia w nowoczesnych miastach, mają odpowiadać dwa dodatkowe czynniki: po pierwsze, ogień jest szkodliwy dla zdrowia (zanieczyszcza powietrze) i po drugie, jest niebezpieczny (niesie ze sobą ryzyko pożaru). Te zagrożenia są prawdziwe, ale jak wypada ogień pod względem zdrowia i bezpieczeństwa w porównaniu z “nowoczesnymi usługami energetycznymi”?

Nie ma wątpliwości, że zastąpienie w domach i mieszkaniach, otwartego ognia przez nowoczesną infrastrukturę, polepszyło jakość powietrza i bezpieczeństwo w miastach. Jednak może być to tylko chwilowa korzyść. Nowoczesna infrastruktura (ponieważ jest uzależniona od paliw kopalnych), co najmniej w tym samym stopniu zagraża zdrowiu i bezpieczeństwu.

Jak wypada ogień pod względem zdrowia i bezpieczeństwa w porównaniu do “nowoczesnych usług energetycznych”?

Za przykład można wziąć fale upałów i pożary lasów, szalejące w tej chwili (grudzień 2019 roku) w Australii, zabijające ludzi, niszczące mienie i powodujące, tak wielkie zadymienie, że ludzie w dużych miastach nie mają czym oddychać. Te pożary, nie są spowodowane przez ludzi rozpalających paleniska. Te pożary, to wynik zmian klimatycznych, za które przede wszystkim odpowiadają ludzie korzystający z przemysłowej infrastruktury - zasilanej paliwami kopalnymi.

Nasza nadmierna zależność od scentralizowanej infrastruktury, która zaspokaja nasze podstawowe potrzeby, to kolejne zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa. Odetnijmy na chwilę duże miasto od prądu, a prawie wszystko przestanie działać - włączając w to kanalizację, lodówki i alarmy antywłamaniowe.

Nasze spaczone spojrzenie na dobry, stary ogień częściowo jest zakorzenione w pomieszaniu dwóch odmiennych od siebie pojęć: “zdrowia” i “zrównoważonego użycia”. W rzeczy samej, coś może być jednocześnie zdrowe, bezpieczne i zrównoważone, jak np. chodzenie (o ile nie ma chodników). Ale również coś może być zdrowe i bezpieczne, ale już niezrównoważone, jak lodówka, która jest zależna od energochłonnego łańcucha chłodniczego. Na koniec, coś może być niezdrowe i niebezpieczne, ale zrównoważone jak np. wędzarnia w piwnicy.

Zdrowie i długowieczność są tym, czego my, jako jednostki “potrzebujemy”, chcemy, pożądamy i czujemy się do tego przywiązani. Tak samo, jak czujemy się przywiązani do określonego poziomu komfortu, wygody, prędkości i czystości. Jednak ustalenie tego jak powinniśmy żyć, aby nasza egzystencja była zrównoważona i nie doprowadziła nas i naszego środowiska do upadku, wymaga zakwestionowania obecnych wyobrażeń na temat poziomu komfortu, wygody, czystości, prędkości, bezpieczeństwa i zdrowia na jakie zasługujemy. Możemy przedkładać bezpieczeństwo i zdrowie ponad zrównoważone życie, gdy są one ze sobą w konflikcie, ale tylko kosztem bezpieczeństwa i zdrowia młodszych i przyszłych pokoleń.

Roebroeks, Wil, and Paola Villa. “On the earliest evidence for habitual use of fire in Europe.”. Proceedings of the National Academy of Sciences 108.13 (2011): 5209-5214. ↩︎
Berna, Francesco, et al. “Microstratigraphic evidence of in situ fire in the Acheulean strata of Wonderwerk Cave, Northern Cape province, South Africa.” Proceedings of the National Academy of Sciences 109.20 (2012): E1215-E1220. ↩︎
Fernández, Guillén, and Luis Fernández-Galiano. Fire and memory: on architecture and energy. Mit Press, 2000. ↩︎ ↩︎
Pyne, Stephen J. Fire: a brief history. University of Washington Press, 2019. ↩︎
https://www.seforall.org ↩︎
Collins Cromley, Elizabeth. The food axis: cooking, eating, and the architecture of American houses. University of Virginia Press, 2010. ↩︎ ↩︎ ↩︎
W przeciwieństwie do gazowych i elektrycznych piekarników i piecyków, ogień nie ma przycisków i pokręteł, którymi można by regulować temperaturę. Aby gotować lub dusić na wolnym ogniu, garnki wieszało się na ramieniu, które można było podnosić lub opuszczać. W przypadku pieca, kucharz mógł zdecydować, aby na początku, kiedy piec osiągał najwyższą temperaturę, upiec ciasto lub chleb, a następnie kiedy temperatura z wolna opadała, pierniki, budynie, a na końcu wkładał zboże do suszenia. [6] ↩︎
Marcoux, Paula. Cooking with fire: From roasting on a spit to baking in a tannur, rediscovered techniques and recipes that capture the flavors of wood-fired cooking. Storey Publishing, 2014. ↩︎
Hough, Walter. Fire as an agent in human culture. No. 139. Govt. print. Off., 1926. ↩︎
Źródłem energii tych rozproszonych ogni było drewno, żywice, wosk, tłuszcz, łój lub olej. Potrzeba specjalnego skoncentrowania i umiejscowienia źródła światła, doprowadziła do wynalezienia specjalnych uchwytów, stojaków i wieszaków .[9] ↩︎
Heating people, not spaces: restoring the old way of warming, Kris De Decker, Low-tech Magazine, 2016. ↩︎
History of ironing, Old & Interesting, retrieved December 26, 2019. ↩︎
Energy consumption and use by households, Eurostat, 2019. ↩︎
Rijal, H. B., and H. Yoshida. “Investigation and evaluation of firewood consumption in traditional houses in Nepal.” Proceedings: Indoor Air (2002): 1000-1005. ↩︎
Gęstość energetyczna 1 m³ składowanego drewna zależy, od gatunki drewna i tego jak jest ułożone. Starałem się porównywać zbliżone rzeczy, jeśli to było możliwe, jednak nie zawsze dało się to zrobić, więc wyniki są jedynie szacunkowe. ↩︎
Roczne zużycie drewna opałowego w osiemnastowiecznej Austrii (Karyntia) było prawem ograniczone do 35 m³ na gospodarstwo domowe: Źródło: Peter, Sieferle Rolf. The subterranean forest. Cambridge: The White Horse Press, 2001. ↩︎
Rijal, Hom Bahadur. “Firewood Consumption in Nepal.” Sustainable Houses and Living in the Hot-Humid Climates of Asia. Springer, Singapore, 2018. 335-344. ↩︎
Liczby wynoszą 0.5 to 2 m³ drewna opałowego na osobę rocznie, co przeliczyłem do 2.5 do 10 GJ energii na osobę rocznie. ↩︎