Тема исследования
Тепловое движение.
Тепловое загрязнение.
Охрана среды.
От движения молекул до нагрева городов и водоёмов: где возникает лишнее тепло и как уменьшить его воздействие.
Частицы движутся непрерывно — температура связана с энергией их движения.
Тепловое движение — хаотическое движение атомов, молекул и ионов. Для идеального газа температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц.
Тепло переходит от более нагретого к менее нагретому тремя путями.
Теплопроводность
Энергия передаётся при контакте. Горячий асфальт нагревает прилегающий грунт.
Конвекция
Тепло переносится воздухом или водой. Тёплый воздух поднимается над городом.
Излучение
Нагретые поверхности испускают электромагнитные волны, в том числе инфракрасные.
В окружающей среде эти механизмы действуют одновременно.
Выбросы CO₂ усиливают парниковый эффект; это не прямой сброс тепла.
Углерод топлива превращается в CO₂.
Парниковые газы поглощают часть исходящего ИК-излучения.
Таяние льда, рост уровня моря и усиление климатических рисков.
Отработанное тепло действует в основном локально. Долговременное глобальное потепление связано прежде всего с накоплением парниковых газов.
Источник: NASA Science, «What is the greenhouse effect?»
Сброс тёплой воды меняет условия жизни водных организмов.
охлаждение
В тёплой воде обычно меньше растворённого кислорода.
Рыбы и другие организмы испытывают температурный стресс.
Может измениться видовой состав; цветение зависит также от питательных веществ.
Источники: US EPA, «Dissolved Oxygen»; US DOE, материалы об охлаждении.
Тёмные поверхности и нехватка тени делают город жарче окрестностей.
Асфальт и крыши нагреваются на солнце.
Транспорт, здания и кондиционеры нагревают воздух.
Растут риск перегрева и спрос на охлаждение.
Источник: US EPA, материалы об urban heat islands.
Техногенное тепло может влиять на почву и устойчивость мерзлых грунтов.
Температура влияет на микроорганизмы, корни и разложение органики.
Нагрев у сооружений может способствовать оттаиванию и деформации основания.
Эффект зависит от места, конструкции и длительности воздействия.
Лишнее тепло возникает там, где энергию преобразуют и расходуют.
Доля потерь зависит от технологии: единого КПД для всех установок нет.
Меньше потерь — меньше топлива и сброса тепла.
Повысить КПД
Получать ту же работу с меньшим расходом топлива.
Вернуть тепло
Когенерация направляет отработанное тепло на отопление и производство.
Замкнуть контур
Оборотное охлаждение сокращает забор и сброс нагретой воды.
Менять источники
Низкоуглеродная энергетика снижает выбросы при выработке электричества.
Источник: US DOE, «Combined Heat and Power Basics».
Тепловое движение не остановить. Антропогенный вред можно уменьшить.
Деревья, светлые крыши, тень и проветривание снижают перегрев.
Нормы сбросов, углеродные платежи и Парижское соглашение задают цели.
Оповещения о жаре, устойчивые культуры и защита побережий снижают риски.
Источники: NASA Science · US EPA · US DOE. Парниковый эффект и прямой нагрев среды — разные процессы.