The Tepelné znečištění Nastává, když některý faktor způsobí nežádoucí nebo škodlivou změnu teploty okolí. Životní prostředí nejvíce zasažené tímto znečištěním je voda, může však také ovlivnit ovzduší a půdu.
Průměrná teplota prostředí může být změněna jak přirozenými příčinami, tak lidskými činy (antropogenní). Přirozené příčiny zahrnují nevyprovokované lesní požáry a sopečné erupce.
Mezi antropogenní příčiny patří výroba elektrické energie, výroba skleníkových plynů a průmyslové procesy. Přispívají rovněž chladicí a klimatizační systémy..
Nejvýznamnějším fenoménem tepelného znečištění je globální oteplování, což znamená zvýšení průměrné teploty planety. To je způsobeno takzvaným skleníkovým efektem a čistým příspěvkem zbytkového tepla lidmi..
Nejvíce tepelným znečištěním je výroba elektřiny spalováním fosilních paliv. Spalování uhlí nebo ropných produktů rozptyluje teplo a produkuje CO2, hlavní skleníkový plyn.
Tepelné znečištění způsobuje fyzické, chemické a biologické změny, které mají negativní dopad na biologickou rozmanitost. Nejdůležitější vlastností vysokých teplot je jeho katalytická síla a zahrnuje metabolické reakce, ke kterým dochází v živých organismech..
Živé bytosti k přežití vyžadují určité podmínky amplitudy kolísání teploty. Proto může jakákoli změna této amplitudy znamenat úbytek populací, jejich migraci nebo vyhynutí..
Na druhou stranu tepelné znečištění přímo ovlivňuje lidské zdraví a způsobuje vyčerpání tepla, tepelné šoky a zhoršování kardiovaskulárních onemocnění. Globální oteplování navíc způsobuje, že tropické nemoci rozšiřují svůj geografický rozsah působení..
Prevence tepelného znečištění vyžaduje úpravu způsobů ekonomického rozvoje a zvyků moderní společnosti. To zase znamená implementaci technologií, které snižují tepelný dopad na životní prostředí..
Zde jsou uvedeny některé příklady tepelného znečištění, například jaderná elektrárna Santa María de Garoña (Burgos, Španělsko), která fungovala v letech 1970 až 2012. Tato elektrárna vypouštěla horkou vodu ze svého chladicího systému do řeky Ebro a zvyšovala svou přirozenou teplotu až o 10 ° C..
Další charakteristický případ tepelného znečištění poskytuje použití klimatizačních zařízení. Šíření těchto systémů za účelem snížení teploty zvyšuje teplotu města jako je Madrid až o 2 ° C.
A konečně, pozitivní případ společnosti vyrábějící margarín v Peru, která používá vodu k ochlazování systému a výsledná horká voda se vrací do moře. Podařilo se jim tak ušetřit energii, vodu a snížit příspěvek horké vody do životního prostředí.
Rejstřík článků
Tepelné znečištění je odvozeno z transformace jiných energií, protože veškerá energie, když je nasazena, generuje teplo. To spočívá ve zrychlení pohybu částic média.
Teplo je tedy přenos energie mezi dvěma systémy, které mají různé teploty..
Teplota je veličina, která měří kinetickou energii systému, tj. Průměrný pohyb jeho molekul. Tento pohyb může být translační jako v plynu nebo vibrace jako v pevné látce.
Měří se teploměrem, jehož je několik typů, nejběžnější je dilatační a elektronický.
Expanzní teploměr je založen na koeficientu roztažnosti určitých látek. Tyto látky se při zahřátí roztahují a jejich vzestup značí stupnici..
Elektronický teploměr je založen na transformaci tepelné energie na elektrickou energii převedenou v numerickém měřítku.
Nejběžnější používanou stupnicí je stupnice navržená Andersem Celsiem (° C, stupně Celsia nebo Celsia). V něm 0 ° C odpovídá bodu tuhnutí vody a 100 ° C bodu varu..
Termodynamika je odvětví fyziky, které studuje interakce tepla s jinými formami energie. Termodynamika uvažuje o čtyřech základních principech:
- Dva objekty s různými teplotami budou vyměňovat teplo, dokud nedosáhnou rovnováhy.
- Energie není ani vytvořena, ani zničena, pouze se transformuje.
- Jedna forma energie nemůže být plně přeměněna na jinou bez ztráty tepla. A tok tepla bude od nejteplejšího média k nejméně horkému, nikdy naopak.
- Není možné dosáhnout teploty rovné absolutní nule.
Tyto principy aplikované na tepelné znečištění určují, že každý fyzický proces generuje přenos tepla a produkuje tepelné znečištění. Kromě toho může být vyroben buď zvýšením nebo snížením teploty média..
Zvýšení nebo snížení teploty se považuje za znečišťující látku, jde-li mimo základní parametry.
Teplota je jedním ze základních aspektů výskytu života, jak jej známe. Amplituda kolísání teploty, která umožňuje většinu aktivního života, se pohybuje v rozmezí -18 ° C až 50 ° C.
Živé organismy mohou existovat v latentním stavu při teplotách -200 ° C a 110 ° C, jsou to však vzácné případy.
Určité takzvané termofilní bakterie mohou existovat při teplotách do 100 ° C, pokud existuje kapalná voda. K tomuto stavu dochází při vysokých tlacích na mořské dno v oblastech hydrotermálních průduchů..
To naznačuje, že definice tepelného znečištění média je relativní a závisí na přirozených vlastnostech média. Stejně tak to souvisí s požadavky organismů, které obývají danou oblast..
U lidí se normální tělesná teplota pohybuje v rozmezí od 36,5 ° C do 37,2 ° C a homeostatická kapacita (kompenzující vnější odchylky) je omezená. Teploty pod 0 ° C po dlouhou dobu a bez umělé ochrany způsobují smrt.
Stejně tak je dlouhodobě velmi obtížné kompenzovat teploty trvale nad 50 ° C..
Ve vodě má tepelné znečištění okamžitější účinek, protože teplo se zde rozptyluje pomaleji. Ve vzduchu a na zemi má tepelné znečištění méně silné účinky, protože teplo se rozptyluje rychleji..
Na druhé straně je v malých oblastech kapacita prostředí rozptýlit velké množství tepla velmi omezená..
Teplo má katalytický účinek na chemické reakce, to znamená, že tyto reakce urychluje. Tento účinek je hlavním faktorem, kterým může mít tepelné znečištění negativní důsledky pro životní prostředí..
Několik stupňů teplotního rozdílu tedy může vyvolat reakce, ke kterým by jinak nedošlo..
Země během své geologické historie prošla cykly vysokých a nízkých průměrných teplot. V těchto případech měly zdroje zvýšení teploty planety přirozenou povahu, jako je slunce a geotermální energie..
V současné době je proces globálního oteplování spojen s činnostmi prováděnými lidmi. V tomto případě je hlavním problémem snížení rychlosti rozptylu uvedeného tepla směrem ke stratosféře..
K tomu dochází hlavně kvůli emisím skleníkových plynů lidskou činností. Patří mezi ně průmysl, automobilová doprava a spalování fosilních paliv..
Globální oteplování dnes představuje největší a nejnebezpečnější proces tepelného znečištění, jaký existuje. Emise tepla z globálního využívání fosilních paliv navíc dodává systému další teplo..
Termoelektrický závod je průmyslový komplex určený k výrobě elektřiny z paliva. Uvedené palivo může být fosilní (uhlí, ropa nebo deriváty) nebo radioaktivní materiál (například uran).
Tento systém vyžaduje chlazení turbín nebo reaktorů a pro tuto vodu se používá. V chladicí sekvenci je velké množství vody čerpáno z pohodlného studeného zdroje (řeka nebo moře).
Následně jej čerpadla vytlačují trubkami, které jsou obklopeny horkou výfukovou párou. Teplo prochází z páry do chladicí vody a ohřátá voda se vrací zpět ke zdroji a přináší přebytečné teplo do přírodního prostředí..
Lesní požáry jsou dnes běžným jevem, který je v mnoha případech způsoben přímo nebo nepřímo lidmi. Spalování velkých lesních hmot přenáší obrovské množství tepla hlavně do vzduchu a na zem.
Klimatizační zařízení nejen mění teplotu vnitřního prostoru, ale způsobují nerovnováhu ve venkovním prostoru. Například klimatizační jednotky se rozptylují ven o 30% více než teplo, které odvádějí zevnitř.
Podle Mezinárodní energetické agentury je na světě kolem 1 600 milionů klimatizací. Stejně tak chladničky, chladničky, sklepy a jakékoli zařízení určené ke snížení teploty v uzavřeném prostoru generují tepelné znečištění..
Ve skutečnosti všechny průmyslové transformační procesy zahrnují přenos tepla do životního prostředí. Některá průmyslová odvětví tak činí zvláště vysokými sazbami, například odvětví zaměřená na zkapalňování plynu, metalurgii a výrobu skla.
Regenerační a zkapalňovací průmysl různých průmyslových a lékařských plynů vyžaduje chladicí procesy. Tyto procesy jsou endotermické, to znamená, že absorbují teplo chlazením okolního prostředí..
K tomu se používá voda, která se vrací do prostředí při nižší teplotě, než byla původní teplota..
Vysoké tavicí pece emitují teplo do okolí, protože dosahují teplot nad 1 500 ° C. Na druhé straně procesy chlazení materiálů využívají vodu, která při vyšší teplotě znovu vstupuje do prostředí..
V procesech tavení a formování materiálu se dosahuje teploty až 1 600 ° C. V tomto smyslu je tepelné znečištění generované tímto průmyslovým odvětvím značné, zejména v pracovním prostředí..
Žárovky nebo bodová světla a zářivky odvádějí energii ve formě tepla do okolí. Vzhledem k vysoké koncentraci světelných zdrojů v městských oblastech se stává zdrojem významného tepelného znečištění.
Spalovací motory, stejně jako u automobilů, mohou generovat přibližně 2 500 ° C. Toto teplo je odváděno do okolí chladicím systémem, konkrétně chladičem..
Vezmeme-li v úvahu, že ve městě denně cirkulují stovky tisíc vozidel, je možné odvodit množství přeneseného tepla.
V praxi je město zdrojem tepelného znečištění, protože v něm existuje mnoho již zmíněných faktorů. Město je však systém, jehož tepelný účinek vytváří v rámci svého prostředí tepelný ostrov..
Albedo označuje schopnost objektu odrážet sluneční záření. Kromě kalorického přínosu, který může přinést každý přítomný prvek (automobily, domy, průmyslová odvětví), vykazuje městská struktura významnou synergii.
Například materiály v městských centrech (zejména beton a asfalt) mají nízké albedo. To způsobí, že se velmi zahřejí, což spolu s teplem vyzařovaným činností ve městě zvyšuje tepelné znečištění.
Různé výzkumy ukázaly, že tvorba tepla lidskou činností během teplého dne ve městě může být velmi vysoká.
Například v Tokiu je čistý tepelný příkon 140 W / m2, což odpovídá zvýšení teploty přibližně o 3 ° C. Ve Stockholmu se čistý příspěvek odhaduje na 70 W / m2, což odpovídá nárůstu teploty o 1,5 ° C.
Zvýšení teploty vody v důsledku tepelného znečištění způsobuje fyzické změny. Například klesá rozpuštěný kyslík a zvyšuje se koncentrace solí, což ovlivňuje vodní ekosystémy..
Ve vodních útvarech, které podléhají sezónním změnám (zimní mrznutí), přidání horké vody mění přirozenou rychlost mrazu. To zase ovlivňuje živé bytosti, které se přizpůsobily této sezónnosti..
V chladicích systémech termoelektrických rostlin vyvolává vystavení vysokým teplotám pro určité organismy fyziologický šok. V tomto případě je ovlivněn fytoplankton, zooplankton, vajíčka a larvy planktonu, ryby a bezobratlí..
Mnoho vodních organismů, zejména ryb, je velmi citlivých na teplotu vody. U stejného druhu se ideální teplotní rozmezí liší v závislosti na aklimatizační teplotě každé konkrétní populace..
Z tohoto důvodu způsobují změny teploty zmizení nebo migraci celé populace. Tedy vypouštěná voda z termoelektrického zařízení může zvýšit teplotu o 7,5-11 ° C (sladká voda) a 12-16 ° C (slaná voda).
Tento tepelný šok může vést k rychlé smrti nebo k vyvolání vedlejších účinků, které ovlivňují přežití populace. Mezi jinými účinky ohřev vody snižuje rozpuštěný kyslík ve vodě, což způsobuje problémy s hypoxií..
Tento jev vážně ovlivňuje vodní ekosystémy, dokonce v nich způsobuje zmizení života. Začíná to množením řas, bakterií a vodních rostlin v důsledku umělých příspěvků živin do vody..
Jak populace těchto organismů roste, spotřebovávají rozpuštěný kyslík ve vodě a způsobují smrt ryb a dalších druhů. Zvýšení teploty vody přispívá k eutrofizaci snížením rozpuštěného kyslíku a koncentrací solí, což podporuje růst řas a bakterií..
V případě vzduchu ovlivňují teplotní výkyvy fyziologické procesy a chování druhů. Mnoho hmyzu snižuje svou plodnost při teplotách nad určitou úrovní.
Stejně tak jsou rostliny citlivé na teplotu kvůli svému kvetení. Globální oteplování způsobuje, že některé druhy rozšiřují své zeměpisné rozpětí, zatímco jiné to vidí omezeně.
Neobvykle vysoké teploty ovlivňují lidské zdraví a může dojít k takzvanému tepelnému šoku nebo úpalu. Spočívá v akutní dehydrataci, která může způsobit ochrnutí různých životně důležitých orgánů a dokonce způsobit smrt..
Vlny veder mohou způsobit stovky až tisíce lidí, například v Chicagu (USA), kde v roce 1995 zemřelo přibližně 700 lidí. Mezitím vlny veder v Evropě mezi lety 2003 a 2010 způsobily smrt tisíců lidí.
Na druhé straně vysoké teploty negativně ovlivňují zdraví lidí s kardiovaskulárními chorobami. Tato situace je obzvláště závažná v případech hypertenze..
Náhlé změny teploty mohou oslabit imunitní systém a zvýšit náchylnost těla k onemocněním dýchacích cest.
Tepelné znečištění je faktorem ochrany zdraví při práci v některých průmyslových odvětvích, například v metalurgii a sklářství. Zde jsou pracovníci vystaveni sálavému teplu, které může způsobit vážné zdravotní problémy..
Přestože jsou samozřejmě přijata bezpečnostní opatření, tepelné znečištění je značné. Mezi podmínky patří vyčerpání z tepla, tepelný šok, popáleniny extrémním vyzařovaným teplem a problémy s plodností.
Zvýšení globální teploty způsobuje, že nemoci dosud omezené na určité tropické oblasti rozšiřují svůj akční rádius.
V dubnu 2019 se v Amsterdamu konal 29. evropský kongres klinické mikrobiologie a infekčních nemocí. V tomto případě bylo zdůrazněno, že nemoci jako chikungunya, dengue nebo leishmanióza se mohou rozšířit do Evropy.
Stejným jevem může být podobně postižena klíšťová encefalitida..
Jde o snížení čistého příspěvku tepla do životního prostředí a zabránění zachycení produkovaného tepla v atmosféře.
Termoelektrická zařízení způsobují největší příspěvek tepelného znečištění, pokud jde o čistý přenos tepla do atmosféry. V tomto smyslu je pro snížení tepelného znečištění zásadní nahradit fosilní paliva čistými energiemi.
Procesy výroby sluneční, větrné (vodní) a vodní (vodní) energie způsobují velmi nízké zbytkové tepelné vstupy. Totéž se děje s jinými alternativami, jako je vlnová energie (vlny) a geotermální (teplo ze Země),
Termoelektrická zařízení a průmyslová odvětví, jejichž procesy vyžadují chladicí systémy, mohou využívat systémy uzavřené smyčky. Mohou být také zabudovány systémy mechanické difúze tepla, které pomáhají snižovat teplotu vody..
Kogenerace spočívá v současné výrobě elektrické energie a užitečné tepelné energie, jako je pára nebo horká voda. Za tímto účelem byly vyvinuty technologie, které umožňují rekuperaci a využití zbytkového tepla generovaného v průmyslových procesech..
Například projekt INDUS3ES financovaný Evropskou komisí vyvíjí systém založený na „tepelném transformátoru“. Tento systém je schopen absorbovat zbytkové teplo při nízké teplotě (70 až 110 ° C) a vrátit jej na vyšší teplotu (120 až 150 ° C).
Složitější systémy mohou zahrnovat další dimenze výroby nebo transformace energie.
Mezi nimi je trigenerace, která kromě výroby elektřiny a tepla zahrnuje také zabudování chladicích procesů. Navíc, pokud se dodatečně generuje mechanická energie, mluvíme o tetrageneraci.
Některé systémy jsou kromě výroby elektřiny, tepelné a mechanické energie pasti na CO2, v takovém případě mluvíme o čtyřgeneracích. Všechny tyto systémy rovněž přispívají ke snižování emisí CO2..
Protože globální oteplování je fenomén tepelného znečištění s největším dopadem na planetu, je nutné jej zmírnit. K dosažení tohoto cíle je hlavní věcí snížení emisí skleníkových plynů, včetně CO2.
Snižování emisí vyžaduje změnu struktury ekonomického rozvoje nahrazením fosilních zdrojů energie čistou energií. Ve skutečnosti to snižuje emise skleníkových plynů a produkci odpadního tepla..
Alternativou, kterou používají některé termoelektrické elektrárny, je výstavba chladicích rybníků. Jeho funkcí je odpočívat a ochladit vody pocházející z chladicího systému, než je vrátí do svého přirozeného zdroje..
Jaderné elektrárny vyrábějí elektrickou energii z rozkladu radioaktivního materiálu. To vytváří velké množství tepla, které vyžaduje chladicí systém.
Jaderná elektrárna Santa María de Garoña (Španělsko) byla elektrárna typu BWR (vařící vodní reaktor) zahájená v roce 1970. Jeho chladicí systém používal 24 kubických metrů vody za sekundu z řeky Ebro.
Podle původního projektu by odpadní voda vrácená do řeky nepřekročila 3 ° C vzhledem k teplotě řeky. V roce 2011 zjistila zpráva Greenpeace potvrzená nezávislou společností na ochranu životního prostředí mnohem vyšší nárůst teploty.
Voda v oblasti úniku dosáhla 24 ° C (od 6,6 do 7 ° C přírodní říční vody). Poté, čtyři kilometry po proudu od oblasti úniku, překročil 21 ° C. Závod ukončil svoji činnost 16. prosince 2012.
Ve městech je stále více klimatizačních systémů ke snížení teploty okolí v horkém období. Tato zařízení fungují tak, že odvádějí horký vzduch zevnitř a rozptylují ho ven.
Obecně nejsou vysoce účinné, takže zvenčí rozptylují ještě více tepla, než odvádějí zevnitř. Tyto systémy jsou proto významným zdrojem tepelného znečištění.
V Madridu zvyšuje sada klimatizačních zařízení ve městě teplotu okolí až o 1,5 nebo 2 ° C.
Margarín je náhražka másla získaného hydrogenací rostlinných olejů. Hydrogenace vyžaduje nasycení rostlinného oleje vodíkem při vysokých teplotách a tlacích.
Tento proces vyžaduje vodní chladicí systém k zachycení vzniklého odpadního tepla. Voda absorbuje teplo a zvyšuje jeho teplotu a poté se vrací do okolního prostředí.
Ve společnosti vyrábějící peruánský margarín způsobil tok horké vody (35 ° C) tepelné znečištění v moři. Aby se tomu zabránilo, implementovala společnost kogenerační systém založený na uzavřeném chladicím okruhu.
Prostřednictvím tohoto systému bylo možné znovu použít horkou vodu k předehřátí vody vstupující do kotle. Tímto způsobem se ušetřila voda a energie a snížil se tok horké vody do moře..
Zatím žádné komentáře