Waarom is de Londense metro zo heet? Het kan zonnewarmte zijn

Iedereen die in de zomermaanden wel eens de Londense metro heeft genomen, weet dat het er heet aan toe kan gaan – soms zelfs gevaarlijk heet. En de temperaturen lijken te stijgen. De klimaatcrisis lijkt een voor de hand liggende boosdoener, maar er zou nog een andere reden kunnen zijn voor deze buitensporige hitte op het treinnetwerk: zonnewarmte. RailTech vraagt ervaren ingenieur Calvin Barrows om het raadsel te ontrafelen.

Wanneer merkte je voor het eerst het probleem van zonnewarmte op?

De eerste keer dat het idee bij me opkwam, was toen ik op de Central Line in Londen zat tijdens mijn woon-werkverkeer naar Epping. De treinen op het Londense bovengrondse en ondergrondse netwerk waren heel erg warm geworden. Transport for London (TfL) en London Underground (LU) waren ervan overtuigd dat de stijgende temperaturen werden veroorzaakt door operationele problemen: versnelling, vertraging, tractie, remmen, hitte van de passagiers, enz. Volgens hen was dit de oorzaak van de opwarming van de omgevingslucht in de tunnels. Als metropassagier en civiel, bouwkundig en forensisch ingenieur ontdekte ik echter al snel dat de salons van de treinen alleen oververhit raakten in de warmere periodes van het jaar.

Deze seizoensgebondenheid zette me aan het denken over andere factoren, met name oppervlaktefactoren. De hypothese was dat de treinen voor het grootste deel eerst warmte opnamen wanneer ze bovengronds reden of stilstonden. Daarna droegen ze die warmte over naar de tunnels. Maar het ultieme eurekamoment was het kijken naar Perfect Planet van David Attenborough en het horen van zijn herinnering aan de enorme kracht van de zon: “De zonne-energie die onze planeet in slechts één uur treft, bevat meer energie dan de hele mensheid in een heel jaar verbruikt.” Ik realiseerde me al snel dat ik de wetenschappelijke uitleg over warmteoverdracht en het effect ervan op het spoornetwerk beter moest begrijpen – en mijn bevindingen waren absoluut fascinerend.

Dus wat is het probleem met zonnewarmte en waarom gebeurt het?

In essentie bestraalt de zon het hele treinlichaam terwijl het zich op de grond bevindt, evenals het bovengrondse spoor, de ballast en de rails. Tegelijkertijd wordt deze “primaire” straling vanaf de ballast en rails opnieuw naar het onderstel van de trein gestraald – wat we “secundaire” straling noemen. Wanneer de oververhitte treinen vervolgens de ondergrondse delen van het netwerk binnengaan, die heter zijn dan de tunnels, stralen ze de warmte opnieuw uit in deze afgesloten ruimten, waardoor de tunnelbekleding en de geologische omgeving worden opgewarmd. Deze seizoensgebonden warmteoverdracht is aanzienlijk groter dan de omgevingswarmte die het hele jaar door wordt geproduceerd door operationele warmte, zoals tractie of remmen. De resulterende zonnewarmte in wagons en tunnels is de olifant in de kamer op het gebied van gezondheid en veiligheid. In dergelijke omstandigheden kunnen passagiers zich behoorlijk ongemakkelijk voelen of zelfs last krijgen van de mogelijk ernstige symptomen van hitte-uitputting, die kan leiden tot een levensbedreigende hitteberoerte.

Wanneer en waar ontstaat het gevaar?

Uiteraard tijdens de warmere seizoenen van het jaar en vooral tijdens hittegolven. Er is een onbetwistbaar direct verband tussen de chronische oververhitting van LU en de seizoensgebonden hogere temperaturen. Deze seizoensgebonden gevolgen zijn echter ook afhankelijk van de verschillen tussen de soorten spoorwegnetten. Ondergrondse netwerken, zoals in Glasgow, raken niet oververhit omdat hun rollend materieel niet routinematig wordt blootgesteld aan zonnestraling, dus geen zonnewinst.

In de context van het LU-netwerk, dat zowel bovengronds als ondergronds rijdt, heeft de zonnewarmte invloed op de volledige huid en structuur van het rollend materieel wanneer het zich bovengronds bevindt. Vanaf het begin van de dag beginnen de treinen, zodra ze bestraald zijn, de tunnelportalen binnen te rijden. Deze warmte wordt geleidelijk afgevoerd (opnieuw uitgestraald) naar de koelere tunnels. Bijgevolg ontvangen tunnels in gemengde netwerken de som van alle warmtebronnen. Dit omvat relatief onbelangrijke operationele bronnen zoals tractie en remmen, maar ook de heruitstraling van de significante, directe en indirecte zonnewarmte van het rollend materieel. Als deze warmte eenmaal in de tunnels terecht is gekomen, is het bijzonder moeilijk om deze te temperen.

Wat doet London Underground momenteel om oververhitting tegen te gaan? Wat zijn de meest recente ontwikkelingen?

London Underground zou beweren dat ze veel projecten hebben ondernomen en enorme bedragen hebben geïnvesteerd om de stijgende temperaturen te beperken. Toch zijn de resultaten relatief minimaal. Enkele vruchteloze projecten waren de koelproeven op Holborn Station, waar een prototype machine lucht liet circuleren door een matrix van buizen gekoeld door water – in feite airconditioning (AC), maar dan met een andere naam.

Dan is er nog het verbeterde tunnelventilatiesysteem van TfL. Dit idee, dat bekend staat als de “wind chill factor”, is gebaseerd op het momenteel gebruikte “zuiger” effect van treinen die de tunnels binnenrijden om zogenaamd warme lucht naar buiten te duwen. Maar dit is niet effectief omdat het noch de warmte van de infrastructuurcomponenten, noch van het door de zon bestraalde rollend materieel zou verwijderen. In wezen zou zonnewarmte nog steeds een probleem zijn. TfL en LU speelden rond 2017 met zonnereflecterende folie op de Central Line, maar met weinig inzicht in wat er nodig was om enig voordeel te behalen. Het komt erop neer dat treinexploitanten routinematig proberen oververhitting tegen te gaan door wisselstroom te gebruiken – een slecht idee in metronetwerken.

Waarom is dat een probleem?

Het probleem is dat de hete uitlaatlucht van de AC-units direct in het metronetwerk terechtkomt. Het koelen van stations als Oxford Circus, Green Park en Bond Street door het installeren van enorme AC-units kan de temperaturen op de perrons omlaag brengen, maar het zou niet eens beginnen met het beïnvloeden van de oververhitting in de tunnels. De enige manier waarop dit zou kunnen werken op gemengde netwerken is door zowel de netwerken als de treinen volledig te klimatiseren, maar dit is zo milieuonvriendelijk en duur in termen van installatie, gebruik en onderhoud.

Uiteindelijk lost het beperken van airconditioning tot de salonwagons het probleem niet alleen niet op, maar verergert het het zelfs. Het netwerk van New York heeft al zo’n 30 jaar AC: de treinen en tunnels raken nog steeds oververhit en de AC is overbelast en gaat regelmatig kapot. De realiteit is dat op een gemengd bovengronds en ondergronds netwerk AC het probleem alleen maar verergert in tunnels zonder airconditioning.

Dus proberen TfL/LU momenteel iets anders dan hun eerdere pogingen? Hoe verhoudt dit zich tot andere metrosystemen?

Voor het grootste deel is het niet anders. Dat komt omdat TfL/LU zich blijven richten op het verminderen van de verkeerde zaken zoals tractie, remmen en warmte die door passagiers wordt gegenereerd, waarbij ze de fouten kopiëren en de mislukkingen in New York herhalen. Ik zou zelfs zeggen dat ze een stap terug hebben gezet. Hoewel ze van oudsher stellig waren dat AC niet zou werken omdat ze niet wisten hoe ze de afvalwarmte zouden afvoeren, zijn ze tegenwoordig verrassend grote voorstanders. TfL stelt nu voor om AC te installeren op het nieuwe rollend materieel van de Piccadilly Line. Bij de verlenging van de Jubilee Line en de Elizabeth Line gaan sommigen ervan uit dat de installatie van perrondeuren bedoeld is om de oververhitting van de tunnels tegen te gaan. Dit is echter niet het geval. Ze zijn puur bedoeld om de gezondheid en veiligheid van de reizigers te waarborgen en om ze van de treinen te scheiden.

In werkelijkheid weten we weinig over hoe de meeste metro’s de oververhitting aanpakken en of ze, net als TfL, hopen dat ze het redden met vleugels en een gebed. Ondergrondse systemen in Europa zoals Glasgow, Warschau en Praag blijven relatief koel, zelfs in de zomer. In Moskou hebben de metro’s ventilatieschachten met koele lucht die diep in het netwerk lopen en de treinen hebben een effectieve methode om deze lucht op te vangen en te verspreiden.

In de VS lijken de meeste metro’s te vertrouwen op een of andere vorm van AC in de treinsalon. Deze gaan vaak kapot als gevolg van extreem hete lucht die in de inlaatkanalen van de airco wordt gezogen. De problemen die ze hebben ondervonden zijn vergelijkbaar met die in Londen. Interessant genoeg hebben ze in India de noodzaak ingezien om het probleem van zonnewarmte in veel verschillende toepassingen aan te pakken en zijn ze ons ver vooruit met het leveren ervan.

Welke oplossingen zou u TfL/LU aanraden met betrekking tot zonnewarmte?

Toen ik voor het eerst de ernstige gevolgen van oppervlaktestraling onderkende, adviseerde ik veel senior technici, managers en directieleden van TfL om preventieve opties te overwegen. Dat zou bijvoorbeeld het gebruik van zonnereflecterende verf kunnen zijn op de buitenoppervlakken van het rollend materieel die aan de zon worden blootgesteld. Dit kan een temperatuurdaling van 15 tot 20°C opleveren. Ik zou ook soortgelijke specialistische coatings voor onderstellen en draaistellen willen voorstellen. Glas met zonregulering, dat ongeveer 75% van de zonnestraling kan reflecteren, zou helpen.

Het gebruik van stralingsisolerende materialen – in wezen zonnebarrières – en groene spoorvegetatie zou de situatie ook echt verbeteren. Dit laatste is met succes toegepast in Europa, waar op dit moment meer dan 800 kilometer aan groene “lightrail”-sporen ligt. Als direct gevolg van het advieswerk dat ik samen met mijn co-auteur heb uitgevoerd voor de Britse Rail Safety and Standards Board (RSSB), hebben zij een rapport gepubliceerd waarin het gebruik van zonwerende materialen wordt aanbevolen. Daarin staat dat dergelijke technieken “veel veiligheids- en comfortvoordelen voor de spoorwegindustrie (en de reizigers) kunnen opleveren”. Helaas heeft TfL geen rekening gehouden met de input van derden en daardoor weinig aandacht besteed aan de voordelen van zonwerende maatregelen.

Wat zouden de geschatte kosten zijn om deze oplossingen te implementeren?

Dat hangt af van veel factoren die uniek zijn voor elke netwerkbeheerder, maar ik denk dat het onvermijdelijk veel, veel minder duur zal zijn in zowel kapitaalinvestering, onderhoud als exploitatiekosten dan de huidige aanpak van TfL. Bovendien hebben veel van de ideeën ook andere operationele en milieuvoordelen. Groene sporen zijn bijvoorbeeld niet alleen aantrekkelijk, maar ook milieuvriendelijk en kostenbesparend.

Hoe ziet u de kwestie evolueren op het LU-netwerk als er niets verandert?

Zonder intelligent gericht toezicht om de belangrijkste warmtebronnen vast te stellen en te bevestigen, evenals de progressieve toename van warmte en de mechanismen van warmteoverdracht, zullen TfL en hun adviseurs het bewijs verkeerd blijven interpreteren. Hun modellen zullen gebrekkig zijn omdat ze de hoeveelheid warmte die in de tunnels wordt getransporteerd en de potentiële impact daarvan op de passagiers enorm onderschatten. De stijgende zomertemperaturen maken dit probleem nog urgenter, omdat de zonnestraling op het rollend materieel waarschijnlijk nog erger zal worden.

Wanneer de temperatuur in de cabines van treinen in het Verenigd Koninkrijk al boven de 40°C is gestegen, is het onaanvaardbaar en nalatig om niets te doen aan dit probleem – en vervolgens politiek te bedrijven rond de identificatie van de echte oorzaak. In feite is het niet accepteren van het probleem – wanneer het al goed is vastgesteld en geaccepteerd door de spoorwegregelgevers – het toppunt van domheid. Nu de herfst eraan komt, komt TfL er misschien nog een jaartje mee weg. Maar laten we duidelijk zijn: een catastrofe is onvermijdelijk als ze doorgaan op deze doodlopende weg.

[Calvin Barrows is een gepensioneerd ingenieur met uitgebreide ervaring op het gebied van civiele techniek, bouwkunde en transporttechniek. Hij heeft gewerkt voor veel van de topspelers in zijn branche, waaronder Pell Frischmann, Costain en Morgan Sindall, terwijl hij belangrijke rollen heeft gespeeld in spraakmakende projecten voor TfL en LU. Hij was onder andere ontwerpmanager voor het uitbreidingsproject Gospel Oak to Barking van LU en het Step Free Access Scheme van de Paddington Bakerloo Line. Hij speelde ook een cruciale rol in TfL’s Moorgate Capacity Upgrade, waar hij potentiële koelingsmaatregelen analyseerde. Zijn grondige kennis van de infrastructuur van TfL en zijn innovatieve benadering van het ontwerpen van stations hebben hem tot een toonaangevende autoriteit op dit gebied gemaakt, met name wat betreft het aanpakken van de ingewikkelde eisen van het Londense metronetwerk.[/highlight]

Lees meer:

• Hoe gaan spoorweginfrastructuurbeheerders om met extreme hitte in Europa?
• Oef! Hete rails en koele hoofden houden Britse treinen rijdend
• Een dag na resolutie, een nieuwe staking in Groot-Brittannië
• Aanvallen op vrouwen in Britse treinen met 50% gestegen
• Britse stakingen: Engeland Deal, Schotland No Deal