Тепловое загрязнение атмосферы
Тепловое загрязнение атмосферы – изменение температуры окружающей среды, нарушающее естественные процессы экосистемы, превышающее естественный диапазон ее температурной изменчивости. Прогнозируемое на ближайшее столетие увеличение параметра представляет собой серьезную проблему для здоровья.
Повышенный температурный режим может увеличить загрязнение воздуха тремя способами:
1. Тепло увеличивает выбросы первичных загрязнителей.
Повышенная температура приводит к увеличению потребления энергии кондиционированием воздуха в зданиях и автомобилях. Дополнительное потребление энергии приводит к большему загрязнению воздуха. Изменение климата с продолжительными теплыми периодами вызывает образование растительных аллергенов, таких как пыльца. Другие побочные эффекты – загорания лесов и степей, создаваемое ими загрязнение переносится ветрами, достигает густонаселенных территорий.
2. Солнце и тепло преобразуют и ухудшают состав воздушной смеси.
Солнечный свет и высокая температура вызывают химические реакции между первичными загрязнителями воздуха, такими как оксиды азота (выбрасываемые двигателями) и кислород, вызывая химическую реакцию с образованием озона. Чем жарче день, ярче солнце, тем больше образуется O₃. Озон – активный оксидант, который обостряет заболевания легких, вызывает затруднения дыхания у здоровых людей. Повышенные температурные показатели превращают первичные загрязняющие частицы во вторичные, более мелкие и токсичные элементы. При вдыхании они могут проникать глубоко в дыхательные пути легких, в кровь.
Группа исследователей из Бернского университета (Швейцария) недавно показала, что вторичные частицы от сгорания бензина и дизельного топлива в двигателях непосредственно повреждают легочную ткань, ослабляют защитную систему в результате своих физических и химических свойств. В итоге патогены (вирусы, бактерии) легче проникают в организм.
3. Высокое атмосферное давление удерживает вредные вещества на уровне земли, увеличивая их концентрацию.
Температурная инверсия создает застойную среду. При слабом ветре и отсутствии осадков загрязняющие вещества не удаляются из воздуха, а накапливаются прямо над уровнем земли. При плохом качестве воздуха люди могут испытывать резкое ухудшение своего состояния с одышкой, стеснением в груди, кашлем от раздражения или бронхитом.
Источники теплового загрязнения
Тепловое загрязнение атмосферы происходит из естественных и антропогенных источников. В природе может возникать локальное температурное негативное воздействие в засушливых регионах, подверженных лесным пожарам и пыльным бурям. Деятельность человека – основной источник изменений в атмосфере. К негативным факторам относят:
- Сжигание топлива в автотранспортных средствах (легковых и грузовых автомобилях).
- Производство тепла и электроэнергии (нефтяные и угольные электростанции и котельные).
- Промышленные объекты (например, производственные предприятия, шахты и нефтеперерабатывающие заводы).
- Свалки бытовых и сельскохозяйственных отходов и сжигание мусора.
- Приготовление пищи, отопление и освещение помещений с использованием загрязняющих видов топлива.
Строительство, бетон, асфальт, промышленная деятельность привели к значительному возрастанию температур в мегаполисах (по сравнению с окружающей местностью). Этот эффект называют городской остров тепла. Показания термометра могут быть на 11°C выше, чем в районе населенного пункта.
Каковы последствия городских тепловых островов
Повышенная жара увеличивает дискомфорт, требует приумножения количества энергии, используемой для охлаждения, повышает загрязнение окружающей среды. Различные природоохранные и правительственные органы работают над вопросом снижения показателя на городских островах тепла. Этого можно добиться разными способами
- Заменой темных поверхностей на отражающие или светлые. Доказано, что черные крыши зданий, поглощают гораздо больше теплового излучения. Темные плоскости могут быть на 21°C горячее, чем светлые, и это избыточное тепло передается самому зданию, вызывая повышенную потребность в охлаждении. Установка легких конструкций помогает сократить потребление электроэнергии на 40%.
- Посадкой деревьев. Зеленые насаждения способствует затенению, увеличивают эвапотранспирацию, что снижает температуру окружающей среды. Деревья могут уменьшить затраты на энергию на 10-20%.
Смог как последствие теплового загрязнения атмосферы
Повышенное тепло улучшает фотохимические реакции, и увеличивают количество частиц в воздухе, способствует образованию смога и облаков. Москва получает примерно на 270 часов в год? солнечного света меньше, чем окружающая территория. Смог – это коричневато-серая дымка, покрывающая многие из крупнейших городов мира и состоящая из пыли, выхлопных газов автомобилей и промышленного производства.
Явление происходит потому, что более теплый слой атмосферы располагается над городом и препятствует нормальному смешиванию более холодного и плотного воздуха. Среда остается неподвижной и со временем концентрация загрязнителей возрастает, образуя значительное количество смога.
Во время тяжелых инверсий, продолжающихся в течение длительного периода, пелена может покрыть целые мегаполисы и вызвать проблемы с дыханием у жителей этих районов. В декабре 1952 г., например, в Лондоне произошло такое событие. По причине холодной декабрьской погоды лондонцы стали сжигать больше угля, что увеличило накопление летучих вредных веществ в городе. Результатом стал Великий смог 1952 года, в результате которого погибли тысячи человек.
Глобальное потепление как результат температурного загрязнения атмосферы
Одно из наиболее значительных последствий загрязнения воздуха – изменение климата. В результате роста мирового потребления ископаемого топлива уровни углекислого газа в атмосфере с 1900 года неуклонно повышались и темпы роста ускоряются. Было подсчитано, что при сохранении тенденции, к концу 21 века средняя глобальная температура воздуха может повыситься еще на 4°C.
Потепление вызывает таяние полярных ледников, повышение уровня моря, затопление прибрежных районов мира. Происходят изменения в структуре осадков имеющие неблагоприятные последствия для сельского хозяйства и лесных экосистем. Более высокие температуры и влажность увеличивают заболеваемость людей и животных в некоторых частях мира. Выполнение международных соглашений по сокращению выбросов парниковых газов необходимо для защиты качества воздуха и смягчения последствий глобального потепления.
Способы решения экологических проблем
Загрязнение воздуха может привести к раку, инсульту, сердечным приступам и острым респираторным заболеваниям у взрослых и детей. Уменьшить негативное влияние промышленных выбросов в атмосферу поможет установка современного очистного оборудования. Компания ООО «ЭКОЭНЕРГОТЕХ» предлагает ознакомиться со своими разработками. В каталоге предприятия клиенты найдут энергоэффективные, экономичные решения, позволяющие с наименьшими затратами управлять количественными и качественными характеристиками промышленных газов.
Ассортимент представлен каталитическими нейтрализаторами для генераторных станций, спецтехники и погрузчиков, системами селективной очистки SCR для дизельных и газовых двигателей. Установка оборудования позволяет снижать концентрацию вредных веществ в выхлопных газах до допустимых, оговоренных законодательством, значений. Оснастка создается с учетом исходных производственных требований. Использование производительных систем позволит улучшить экологический фон в вашем регионе и избежать штрафных санкций со стороны контролирующих организаций.
Другие статьи
Сильфонный компенсатор – правила выбора сильфонных компенсаторов
Сильфонный компенсатор – вид запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для сглаживания движения труб в системе водо-, газо-, масло- и нефтепроводов.
Шум – источники промышленных шумов, характеристики и виды. Классификация шумов
Промышленный шум – звук, возникающий в процессе осуществления производственных процессов.
Нововведения в природоохранном законодательстве: минимизация выбросов промышленных газов
В статье 18 Федерального конституционного закона от 17.12.1997 N 2-ФКЗ определены полномочия в сфере природопользования и охраны окружающей среды Правительства Российской Федерации, которое не только обеспечивает проведение единой государственной политики
Источник
Последствия теплового загрязнения для здоровья человека
Эксплуатация объектов энергетики оказывает физическое (шум, вибрация, электромагнитное и тепловое излучение) и химическое загрязнение окружающей природной среды [2-4, 7]. Тепловое загрязнение характеризуется увеличением температуры выше естественного уровня.
Согласно Российскому статистическому ежегоднику в 2011 г. в России добыча составила: уголь 335 млн. т, нефти 512 млн. т,природного и попутного газа 671 млрд. м3. Крупнейшим потребителем органического топлива являются тепловые электрические станции. В России в 2011 г. было произведено электроэнергии1054,8 млрд. кВт·ч. С учетом того, что современные теплоэнергетические станции имеют КПД не выше 40 %, то неизбежные потери тепла при выработке электроэнергии составят до 60 %. Этим теплом «обогревается» атмосфера и гидросфера. Кроме того, следует учесть, что значительная часть выработанной электроэнергии, в конечном счете, вновь преобразуется в тепло в электронагревательных и технологических установках, осветительных приборах и также рассеивается в окружающую среду.
Сброс тепла в окружающую среду приводит к техногенному изменению температурного режима компонентов геосфер: атмосферы, гидросферы и верхних слоев литосферы.
По оценкам ученых, тепло антропогенного происхождения в настоящее время еще неизмеримо мало по сравнению с теплом, поступающим от Солнца и из земных недр, и составляет примерно 0,005 % этого количества, и таким образом не может существенно сказаться на тепловом балансе Земли.
Однако мощные источники антропогенных выбросов тепла при условии их высокой концентрации на небольших территориях могут оказывать заметное влияние на тепловой режим этих территорий, пространств, акваторий. Температура воздуха зимой в крупных городах обычно на несколько градусов выше, чем поблизости расположенных небольших населенных пунктах. Также заметно изменяется тепловой режим рек и озер при сбросе в них сточных нагретых вод тепловых электростанций. Это существенно влияет на условия обитания водных организмов и на структуру экологических систем таких водоемов. Таким образом, влияние мощных антропогенных источников тепла на биосферу вполне ощутимо, хотя и имеет локальный характер.
Наиболее опасно теплового загрязнения водоемов, т.к. водные обитателинеспособны регулировать температуру тела. Возможна тепловая гибель рыб, т.к. для каждого вида существует свой интервал температур, наиболее благоприятный для его выживания. При увеличении температуры воды происходит понижение концентрации кислорода. Возможно снижение репродуктивной функции организмов, например,форель способна выживать в теплой воде, но не способна размножаться. Происходит повышение чувствительности к болезням и снижается устойчивость экосистемы.
Прогретый грунт взаимодействует с растениями, животными и микробными сообществами, меняя параметры среды обитания.
Техногенные изменения температурного режима могут ухудшать условия жизни и работы людей. Возможнотакже усиление коррозии материалов и повреждение тепло- и газопроводов, канализации и т.п.
Материалы и методы исследования
Тепловыми источниками воздействия на окружающую среду в данной работе рассматриваются мини-ТЭЦ. При анализе источников воздействия учитывали их пространственное наземное положение[5].
По виду воздействия их можно классифицировать как, привносимые в окружающую среду. Тепловое излучение, которое через воду и атмосферный воздух воздействует на живые организмы, и зависит от месторасположения источника (низина, склон, берег водоема) и климатических факторов территории (давление, влажность, осадки, направление ветра).
Распределение тепла, выделившегося при сжигании топлива, на полезное тепло и на потери тепла, сопровождающие работу котла, называется тепловым балансом котельного агрегата.
Уравнение теплового баланса котельного агрегата включает в себя [6]:
1 – тепло, полезно использованное в котле на получение пара или горячей воды;
2 – потери тепла с дымовыми газами в окружающую среду. Эти потери определяются как разность энтальпий продуктов сгорания, уходящих из котельного агрегата, и холодного воздуха, поступающего в агрегат;
3 – потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. При сжигании твердых топлив показателем химической неполноты горения является присутствие в уходящих дымовых газах окиси углерода, а при сжигании газообразного топлива – окиси углерода и метана;
4 – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива. Потери тепла от механической неполноты горения состоят из потерь от провала несгоревших частиц топлива через колосники в зольник и уноса мелких частиц топлива в газоходы котла. Эти потери зависят от конструкции колосниковой решетки, силы тяги, размеров кусков топлива и их спекаемости;
5 – потери тепла в окружающую среду. Потери тепла нагретыми внешними поверхностями в окружающую среду зависят от типа и паропроизводительности котла, его конструкция, качества обмуровки и нагрузки котлоагрегата;
6 – потери с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки. Эти потери учитывают только при сжигании твердых топлив, как в кусковом, так и в пылевидном состоянии. Они зависят от зольности топлива и системы шлакозолоудаления.
Исследования теплового загрязнения окружающей среды проводили для мини-ТЭЦ с газопоршневыми, работающими на природном газе и биотопливе, газотурбинными, работающими на природном газе, и дизельными двигателями. Диапазон мощностей двигателей от 10 до 1000 кВт.
Для оценки воздействия были определены количественные показатели теплового воздействия:
• интенсивность воздействия (удельное тепловое загрязнение, ГДж/кВт*год);
• периодичность воздействия во времени (непрерывное);
• продолжительность воздействия (год);
• пространственные границы воздействия (глубина, размеры и форма зоны воздействия).
Результаты исследования
и их обсуждение
В расчетах использовались технические характеристики газопоршневых установок Caterpillar, работающих на природном газе и биотопливе. Технические характеристики газопоршневых установок Caterpillarи,расчетное тепловое загрязнение приведены в табл. 1 – для биогаза, табл. 2 – для природного газа.
Технические характеристики и тепловое загрязнение газопоршневых установок Caterpillarна биогазе
Источник