Антропогенное влияние на тепловой баланс Земли.
По мере роста использования энергии, которая после всех преобразований, в конце концов, переходит в форму тепловой, вклад антропогенного тепла в тепловой баланс Земли непрерывно возрастает. Решающие значение этот вклад приобретает при этом, однако, не в суммарном теплообмене планеты, от которого он составляет ещё доли процента. Важным фактором, влияющим на климатические особенности отдельных территорий, оказывается скопление антропогенных источников тепла на ограниченных участках концентрированного размещения больших городов и промышленных зон. Создавая устойчивые восходящие потоки нагретого воздуха, крупные промышленно-городские центры не только изменяют ход климатических процессов в непосредственный близости от себя, но могут по-видимому, влиять и на характер распределения воздушных потоков.
Наибольшую угрозу для теплового баланса Земли создаёт увеличение концентрации в атмосфере углекислого газа. За последние десятилетие содержание углекислого газа в атмосфере повысилось на 12-15%. Важнейшими источниками антропогенных выбросов СО2 являются тепловые и электрические станции – 27%, промышленность - 20%, отопление жилых помещений и малая энергетика – 20%, транспорт – 17%.
Углекислота поглощает инфракрасное излучение, поэтому она не влияет на приток к поверхности планеты световой энергии, но препятствует излучению тепла в пространство. Эта роль углекислого газа аналогично роли стеклянной крыши теплицы или парника, почему нагревание поверхности Земли из-за повышения его содержания в атмосфере и названо »парниковым эффектом ».
Снижение антропогенных выбросов СО2 стало острой экологической проблемой. В то же время известно, что чем больше СО2 образуется при сгорании углеводородных топлив, тем оно совершеннее. Поэтому решение проблемы уменьшения антропогенных выбросов СО2 возможно путем:
- уменьшения количества сжигаемого углеводородного топлива, т.е. повышения топливной экономичности теплоэнергетических устройств и тепловых двигателей;
- применения топлив с малым содержанием углерода (сжатый и сжиженный газы, спирты и эфиры);
- использование водорода;
переход к широкому применению альтернативных источников энергии (энергия солнца и ветра, гидроэнергия, атомная и ядерная энергия).
Однако, основным источником энергии для самых разных систем промышленности, энергетики и транспорта ещё на многие годы останется, очевидно, сжигание нефти, каменного угля, газа и других углеродосодержащих видов топлива. Поэтому угроза дальнейшего повышения концентрации углекислого газа в воздухе по этой и другим причинам и развитие парникового эффекта совершенно реальна.
Контрольные вопросы.
1. Какие основные загрязнители окружающей среды дает тепловая энергетика?
2. В чем опасность АЭС?
3. Какие преимущества по сравнению с тепловыми имеют атомные станции?
4. Назовите недостатки работы ГЭС?
5. В чем опасность мощных гидроэнергетических сооружений?
6. Назовите источники антропогенных выбросов СО2?
7. Каким образом можно уменьшить выброс СО2?
Приложение 1
Физические параметры для сухого воздуха
при p=760 мм рт. ст.
| t, °C | r, кг/м3 | Ср, 
| 
| 
|
| 1,293 | 1,005 | 2,44 | 1,881 | |
| 1,247 | 1,005 | 2,51 | 2,006 | |
| 1,205 | 1,005 | 2,59 | 2,142 | |
| 1,165 | 1,005 | 2,67 | 2,286 | |
| 1,128 | 1,005 | 2,76 | 2,431 | |
| 1,093 | 1,005 | 2,83 | 2,572 | |
| 1,068 | 1,005 | 2,90 | 2,850 | |
| 1,029 | 1,009 | 2,97 | 2,856 | |
| 1,00 | 1,009 | 3,05 | 3,020 | |
| 0,972 | 1,009 | 3,13 | 3,189 | |
| 0,946 | 1,009 | 3,21 | 3,364 | |
| 0,898 | 1,009 | 3,34 | 3,684 | |
| 0,854 | 1,013 | 3,49 | 4,034 | |
| 0,815 | 1,017 | 3,64 | 4,389 | |
| 0,779 | 1,022 | 3,78 | 4,750 | |
| 0,776 | 1,026 | 3,93 | 5,136 | |
| 0,674 | 1,038 | 4,27 | 6,100 | |
| 0,615 | 1,047 | 4,61 | 7,156 | |
| 0,566 | 1,059 | 4,91 | 8,187 | |
| 0,524 | 1,068 | 5,21 | 9,312 | |
| 0,456 | 1,093 | 5,74 | 11,53 | |
| 0,404 | 1,114 | 6,22 | 13,83 |
Приложение 2
Физические параметры для сухого воздуха
при p=760 мм рт. ст.
| t, °С | 
| 
| Pr |
| 3,66 | 13,28 | 0,707 | |
| 3,53 | 14,16 | 0,705 | |
| 3,41 | 15,06 | 0,703 | |
| 3,30 | 16,00 | 0,701 | |
| 3,19 | 16,96 | 0,699 | |
| 3,10 | 17,95 | 0,698 | |
| 3,00 | 18,92 | 0,696 | |
| 2,92 | 20,02 | 0,694 | |
| 2,83 | 21,09 | 0,692 | |
| 2,75 | 22,10 | 0,690 | |
| 2,68 | 23,13 | 0,688 | |
| 2,54 | 25,45 | 0,686 | |
| 2,42 | 27,80 | 0,684 | |
| 2,31 | 30,09 | 0,682 | |
| 2,21 | 32,49 | 0,681 | |
| 2,11 | 34,85 | 0,680 | |
| 1,91 | 40,61 | 0,677 | |
| 1,75 | 48,33 | 0,674 | |
| 1,61 | 55,46 | 0,676 | |
| 1,49 | 63,09 | 0,678 | |
| 1,29 | 79,38 | 0,687 | |
| 1,15 | 96,98 | 0,699 |
Приложение 3
Физические свойства воды (при атмосферном давлении)
| 
кг/м3
| Ср кДж/кг∙К | α 108 м2/с | ν×106 м2/с | Pч |
| 4,212 | 13,05 | 1,789 | 13,67 | ||
| 4,191 | 13,68 | 1,306 | 9,52 | ||
| 4,183 | 14,29 | 1,006 | 7,02 | ||
| 4,174 | 14,82 | 0,805 | 5,42 | ||
| 4,174 | 15,26 | 0,659 | 4,31 | ||
| 4,174 | 15,65 | 0,556 | 3,54 | ||
| 4,178 | 16,01 | 0,478 | 2,98 | ||
| 4,187 | 16,26 | 0,415 | 2,55 | ||
| 4,195 | 16,51 | 0,365 | 2,21 | ||
| 4,208 | 16,70 | 0,326 | 1,95 | ||
| 4,220 | 16,84 | 0,295 | 1,75 | ||
| 4,233 | 16,98 | 0,272 | 1,60 | ||
| 4,250 | 17,06 | 0,252 | 1,47 |
Приложение 4
Коэффициенты теплоемкости и теплопроводности
твердых материалов при 0-100°С
| Материал | Плотность r, кг/м3 | Теплоемкость С, кДж | Теплопроводность l, Вт/м.град |
| Алюминий | 0,92 | 203,5 | |
| Бронза | 0,385 | 64,0 | |
| Бетон | 1,13 | 1,28 | |
| Винипласт | 1,76 | 0,163 | |
| Дерево (сосна) поперек волокон | 2,72 | 0,160 | |
| Кирпич красный | 0,92 | 0,760 | |
| Латунь | 0,394 | 93,0 | |
| Медь | 0,385 | ||
| Опилки древесные | 2,72 | 0,080 | |
| Пробка | 1,68 | 0,04 | |
| Песок сухой | 0,80 | 0,57 | |
| Свинец | 0,13 | 34,9 | |
| Сталь | 0,50 | 46,5 | |
| Сталь нержавеющая | 0,50 | 17,5 | |
| Стекло | 0,63 | 0,75 | |
| Стеклянная вата | 0,63 | 0,052 | |
| Шлаковая вата | 0,75 | 0,076 |
Приложение 5.
Физические свойства некоторых газов (при 0°С и 0,1 МПа)
| Вещество | Молекулярная масса µ | Плотность ρ кг/м*3 | Газовая постоянная дж/(кг*град) |
| Воздух…………………….. Кислород…………………. Азот……………………….. Атмосферный азот……….. Гелий……………………… Аргон……………………… Водород…………………… Окись углерода…………… Двуокись углерода………. Сернистый газ……………. Метан……………………... Этилен……………………. Коксовый газ……………... Аммиак……………………. Водяной пар………………. | 28,96 32,00 28,026 28,16 4,003 39,994 2,016 28,01 44,01 64,06 16,032 28,052 11,50 17,032 18,016 | 1,293 1,429 1,251 1,257 0,179 1,783 0,090 1,250 1,977 2,926 0,717 1,251 0,515 0,771 0,804 | 287,0 259,8 296,8 295,3 2078,0 208,2 4124,0 188,9 296,8 129,8 518,8 296,6 721,0 488,3 |
Приложение 6.
Ориентировочные значения коэффициентов
теплоотдачи α, Вт/(м*2*град)
| Вид теплоотдачи | Вода | Воздух |
| Вынужденное турбулентное движение а) продольный поток (вдоль оси труб) б) поперечный поток Вынужденное ламинарное движение (продольный поток) Свободное движение Кипение воды Конденсация водяного пара | 1200 – 5800 3000 – 11000 300 – 450 350 – 950 2000 – 24000 9000 – 15000 | 35 – 60 70- 100 4 – 6 4 – 9 |
Приложение 7.
Ориентировочные значения коэффициентов
теплоотдачи К, Вт/(м*2*град)
| Вид теплообмена | Вынужденное движение | Свободное движение |
| От газа к газу От газа к жидкости От конденсирующегося пара к газу От жидкости к жидкости От конденсирующегося пара к воде От конденсирующегося пара органических веществ к воде От конденсирующегося пара к кипящей жидкости | 10 – 40 10 – 60 10 – 60 800 – 1700 800 – 3500 350 – 850 - | 4 – 12 6 – 20 6 – 12 140 – 340 300 – 1200 250 – 450 300 - 3500 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алекссев Г.Н. Общая теплотехника.- М.: Высшая школа, 1980.-550 с.
2. Бакиров М.С. Теплотехника. Учебное пособие для студентов поспециальности «Технология и предпринимательство» - Стерлитамак. Издательство СГПИ 1995, -100 с
3. Ерохин В.Г. и Маханько М.Г. Сборник задач по основам теплотехники и гидравлики. – М.: Энергия.1972.- 176 с.
4. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Наука , 1979. – 412с.
5. Краснощеков Е.А.,Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче.-4 -е издание. - М.:Энергия, 1980. – 288 с.
6. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа 1980. -562с.
7. Сборник задач по технической термодинамике. Под редакцией
Вукаловича М.П.-М.: Энергия, 1964.- 200 с.
8. Теплотехника: Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.: Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоамотиздат, 1991. – 224с.
9. Теплотехника: Учебник для студентов втузов / Под общей редакцией В.И.Крутова. – М.: Машиностроение, 1986. -432 с.
10. Техническая термодинамика. Сборник задач. Рабинович 1969.
11. Теплотехника: Учебное пособие / Хазен М.М., Матвеев Г.А., Грицевский М.Е., Казакевич Ф.П. – М.: Под редакцией Г.А.Матвеева –М.: Высшая школа, 1981. – 480 с.
12. Теплотехника: Учеб. для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др. Под ред. В.Н. Луканина – 3-е изд., исправ. –М.: Высш. Шк., 2002. – 671с.: ил.
13. Теплотехнический справочник / Под ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. – М.: Энергия, 1975-1976. – т.1,2