Термическое воздействие на человека и строительные конструкции. Тепловое воздействие на космический аппарат при наземной эксплуатации и в полете Эффект имеет тепловое воздействие уменьшает

Проходя через любой проводник, сообщает ему некоторое количество энергии. В результате этого проводник нагревается. Передача энергии происходит на молекулярном уровне, т. е., электроны взаимодействуют с атомами или ионами проводника и отдают часть своей энергии.

В результате этого, ионы и атомы проводника начинают двигаться быстрей, соответственно можно сказать, что внутренняя энергия увеличивается и переходит в тепловую энергию.

Данное явление подтверждается различными опытами, которые говорят о том, что вся работа, которую совершает ток, переходит во внутреннюю энергию проводника, она в свою очередь увеличивается. После этого уже проводник начинает отдавать её окружающим телам в виде тепла. Здесь уже в дело вступает процесс теплопередачи, но сам проводник нагревается.

Этот процесс рассчитывается по формуле: А=U·I·t

А – это работа тока, которую он совершает, протекая через проводник. Можно также высчитать количество теплоты, выделяемое при этом, ведь это значение равно работе тока. Правда, это касается, лишь неподвижных металлических проводников, однако, такие проводники встречаются чаще всего. Таким образом, количество теплоты, также будет высчитываться по той же форме: Q=U·I·t .

История открытия явления

В своё время свойства проводника, через который протекает электрический тока, изучали многие учёные. Особенно среди них были заметны англичанин Джеймс Джоуль и русский учёный Эмилий Христианович Ленц. Каждый из них проводил свои собственные опыты, а вывод они смогли сделать независимо друг от друга.

На основе своих исследований, они смогли вывести закон, который позволяет дать количественную оценку выделяемого тепла в результате воздействия электрического тока на проводник. Данный закон получил название «Закон Джоуля-Ленца». Джеймс Джоуль установил его в 1842 году, а примерно через год Эмиль Ленц пришёл к тому же выводу, при этом их исследования и проводимые опыты никак не были связаны друг с другом.

Применение свойств теплового действия тока

Исследования теплового воздействия тока и открытия закона Джоуля-Ленца позволили сделать вывод, подтолкнувший развитие электротехники и расширить возможности применения электричества. Простейшим примером применения данных свойства является простая лампочка накаливания.

Устройство её заключается в том, что в ней применяется обычная нить накаливания, сделанная из вольфрамовой проволоки. Этот металл был выбран не случайно: тугоплавкий, он имеет довольно высокое удельное сопротивление. Электрический ток проходит через эту проволоку и нагревает её, т. е. передаёт ей свою энергию.

Энергия проводника начинает переходить в тепловую энергию, а спираль разогревается до такой температуры, что начинает светиться. Главным недостатком такой конструкции, конечно, является то, что происходят большие потери энергии, ведь только небольшая часть энергии преобразуется в свет, а остальная уходит в тепло.

Для этого вводится такое понятие в техники, как КПД, показывающее эффективность работы и преобразования электрической энергии. Такие понятия как КПД и тепловое воздействие тока применяются повсеместно, так как существует огромное количество приборов основанных подобном принципе. Это в первую очередь касается нагревательных приборов: кипятильников, обогревателей, электроплит и т. д.

Как правило, в конструкциях перечисленных приборах присутствует некая металлическая спираль, которая и производит нагревание. В приборах для нагревания воды она изолирована, в них устанавливается баланс между потребляемой из сети энергией (в виде электрического тока) и тепловым обменом с окружающей средой.

В связи с этим, перед учёными стоит нелёгкая задача по снижению потерь энергии, главной целью является поиск наиболее оптимальной и эффективной схемы. В данном случае тепловое воздействие тока является даже нежелательным, так как именно оно и ведёт к потерям энергии. Самым простым вариантом является повышение напряжения при передаче энергии. В результате снижается сила тока, но это приводит к снижению безопасности линий электропередач.

Другое направление исследований – это выбор проводов, ведь от свойств проводника зависят и тепловые потери и прочие показатели. С другой стороны, различные нагревательные приборы требуют большого выделения энергии на определённом участке. Для этих целей изготавливают спирали из специальных сплавов.

Для повышения защиты и безопасности электрических цепей применяются специальные предохранители. В случае чрезмерного повышения тока сечение проводника в предохранителе не выдерживает, и он плавится, размыкая цепь, защищая, таким образом, её от токовых перегрузок.

Термическое воздействие на человека связано с перегревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожи. Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда тем­пература верхнего слоя кожного покрова (-0,1 мм) повышается до 45 °С. Время достижения «порога боли» т, с, связано с плотно­стью теплового потока q, кВт/м 2 , соотношением

т = (35/q) 1 , 33 .

При плотности теплового потока менее 1,7 кВт/м 2 боль не ощу­щается даже при длительном тепловом воздействии. Степень тер­мического воздействия зависит от величины теплового потока и длительности теплового излучения. При относительно слабом тер­мическом воздействии будет повреждаться только верхний слой кожи (эпидермис) на глубину около 1 мм (ожог I степени - по­краснение кожи). Увеличение плотности теплового потока или дли­тельности излучения приводит к воздействию на нижний слой кожи - дерму (ожог II степени - появление волдырей) и под­кожный слой (ожог III степени).

Здоровые взрослые люди и подростки выживают, если ожоги II и III степени охватывают менее 20 % поверхности тела. Выжи­ваемость пострадавших даже при интенсивной медицинской по­мощи резко снижается, если ожоги II и III степени составляют 50 % и более от поверхности тела.

Вероятность поражения той или иной степени при термиче­ском воздействии определяется по формуле (2.2) с использова­нием пробит-функций, соответствующие формулы которых пред­ставлены в табл. 2.1.

Термическое воздействие на легковоспламеняющиеся материалы (например, вследствие пожара, ядерного взрыва и т.п.) может вызвать дальнейшее распространение аварии и переход ее в ста­дию каскадного развития. Согласно имеющейся статистике, рас­пространение и развитие пожаров в производственных помеще­ниях происходят в основном по материалам, сырью и технологи­ческому оборудованию (42 %), а также по сгораемым строитель­ным конструкциям (36 %). Среди последних наибольшее распрос­транение имеют древесина и пластические материалы.

Для каждого материала существует критическое значение плот­ности теплового потока д кр, при котором воспламенение не про­исходит даже при длительным тепловом воздействии. При увели­чении плотности теплового потока время до начала воспламене­ния материала уменьшается (см. прил. II). В общем случае зависи-

Таблица 2.1 Формулы пробит-функций Рг в зависимости от степени термического поражения

Примечание. q, Вт/м 2 ; τ, с.

мость времени воспламенения от величины плотности теплового потока имеет вид

т - А/(q - q кр) n , (2.6)

где А и п - константы для конкретного вещества (например, для древесины А = 4360, п = 1,61).

При длительности теплового воздействия 30 с и плотности теплового потока 12 кВт/м 2 воспламеняются деревянные конст­рукции; при 10,5 кВт/м 2 - обгорает краска на окрашенных метал­лических конструкциях, обугливаются деревянные конструкции; при 8,4 кВт/м 2 - вспучивается краска на металлических конст­рукциях, разлагаются деревянные конструкции. Плотность теп­лового потока 4,0 кВт/м 2 безопасна для объектов.

Особенно опасен нагрев резервуаров (емкостей) с нефтепро­дуктами, который может привести к взрыву сосуда. В зависимости от длительности облучения критическая плотность теплового по­тока для емкостей с нефтепродуктами температурой воспламене­ния < 235 °С значительно меняется:

Длительность

воздействия, мин.............5 10 15 20 29 > 30

Критическое значение

плотности теплового

потока q Kp , кВт/м 2 .........34,9 27,6 24,8 21,4 19,9 19,5

Опасность термического воздействия на строительные конст­рукции связана со значительным снижением их строительной проч­ности при превышении определенной температуры.

Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемо­го временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. Прочность материалов может быть охарактеризована так называемой критической температурой прогрева, которая для стальных балок, ферм и перегонов составляет 470...500°С, для металлических сварных и жестко защемленных конструкций - 300... 350 °С.

При проектировании зданий и сооружений используют желе­зобетонные конструкции, предел огнестойкости которых значи­тельно выше, чем у металлических. Так, предел огнестойкости железобетонных колонн сечением 20x20 см соответствует 2 ч, се­чением 30x50 см - 3,5 ч.

Потеря несущей способности изгибаемых, свободно опираю­щихся элементов плит, балок и т.п. наступает вследствие прогре­ва растянутой арматуры до критической температуры 470... 500 °С. Предел огнестойкости предварительно напряженного железобе­тона такой же, как у конструкций с ненапряженной арматурой. Особенность напряженных конструкций - образование необратимых деформаций при их прогреве уже до 250 "С, после чего их нормальная эксплуатация невозможна.

Ниже приведены значения критической температуры прогрева некоторых строительных материалов, °С:

Полимерные материалы.................................150

Стекло............................,.................................200

Алюминий........................................................250

Сталь.................................................................500

Барическое воздействие на человека, здания и сооружения

При взрыве атомной бомбы, технологической установки, ре­зервуара, парогазовоздушного облака, взрывчатого вещества об­разуется ударная волна, характеризуемая избыточным давлением ЛР ф, кПа, и импульсом фазы сжатия / + , кПа с, негативно воз­действующая на человека, здания, сооружения и т.п.

Приведем общую характеристику барического воздействия взрыва на человека, кПа:

Для человека безопасно.........................................................<10

Легкое поражение (ушибы, вывихи, временная

потеря слуха, общая контузия)........................................... 20...40

Среднее поражение (контузия головного мозга, повреждение органов слуха, разрыв барабанных

перепонок, кровотечение из носа и ушей).......................40...60

Сильное поражение (сильная контузия всего организма, потеря сознания, переломы

конечностей, повреждения внутренних органов)............60... 100

Порог смертельного поражения 100

Летальный исход в 50% случаев........................................250...300

Безусловное смертельное поражение...................................> 300

Вероятность поражения той или иной степени при барическом воздействии на человека можно определить по формуле (2.2) с использованием соответствующих формул, при­веденных ниже:

Степень поражения Пробит-функция

Разрыв барабанных перепонок.......Рг = -7,6 + 1,524ln∆Р ф

Контузия............................................р г = -5,74ln{4,2/(1 +∆Р ф /Р 0) + 1,3/},

где т - масса тела, кг

Летальный исход..............................Рг = -2,44ln

Примечание. ∆Р ф, Па; I + , Па с.

При оценке барического воздействия на здания и сооружения принимают четыре степени разрушений:

слабые разрушения - повреждение пли разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб - 10... 15 % от стоимости здания;

средние разрушения - разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб - 30...40 %;

сильные разрушения - разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб - 50 %. Ремонт нецелесообразен;

полное разрушение - обрушение зданий, сооружений.

Зависимость степени разрушений от величины избыточного давления на фронте ударной волны представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Избыточное давление (∆Р ф , кПа), соответствующее степени разрушения

Вероятность разрушения зданий и сооружений той или иной степени можно определить по формуле (2.2) с использованием формул пробит-функции, представленных ниже:

Разрушение Пробит-фунщия

Слабое.......................................Рг = -0,26ln[(4,6/∆Р ф ) 3 " 9 + (0,11/Г) 5,0 ]

Среднее.....................................Рг = -0,26ln

Сильное....................................Рг = -0,22ln[(40/Р ф) 7 - 4 + (0,46/ I +) 11,3 ]

Примечание. ДР Ф, кПа; / + , кПа-с.

Источниками термического действия тока могут быть токи высокой частоты, нагретые током металлические предметы и резисторы, электрическая дуга, оголенные токоведущие части.

Химическое действие.

Организм человека состоит из неполярных и полярных молекул, катионов и анионов. Все эти элементарные частицы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, обеспечивающем жизнедеятельность организма. При контакте с токоведущими частями в организме человека взамен хаотического формируется направленное, строго ориентированное перемещение ионов и молекул, нарушающее нормальное функционирование организма.

Вторичные травмы.

Реакция человека на действие тока обычно проявляется в виде резкого непроизвольного движения типа отдергивания руки от места контакта с горячим предметом. При таком перемещении возможны механические повреждения органов вследствие падения, удара о рядом расположенные предметы и т. п.

Рассмотрим различные виды электропоражений. Поражение электрическим током подразделяют на две группы: электрический удар и электрические травмы. Электрический удар связывают с поражением внутренних органов, электрические травмы - с поражением внешних органов. В большинстве случаев электротравмы излечиваются, но иногда, при тяжелых ожогах, травмы могут привести к гибели человека.

Различают следующие электрические травмы: электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.

Электрический удар - это поражение внутренних органов человека: возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц. Степень отрицательного воздействия на организм этих явлений может быть различной. В худшем случае электрический удар приводит к нарушению и даже полному прекращению деятельности жизненно важных органов- легких и сердца т.е. к гибели организма. При этом внешних местных повреждений человек может и не иметь.

Причинами смерти в результате поражения электрическим током могут быть: прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок.

Прекращение работы сердца, как следствие воздействия тока на мышцу сердца, наиболее опасно. Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторным воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания. Электрический шок - своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.д.

Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. При токах, больших 10 - 15 мА, человек неспособен самостоятельно освободиться от токоведущих частей и действие тока становится длительным (неотпускающий ток). При длительном воздействии токов величиной несколько десятков миллиампер и времени действия 15 - 20 секунд может наступить паралич дыхания и смерть. Токи величиной 50 - 80 мА приводят к фибрилляции сердца, которая заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца, в результате чего прекращается кровообращение и сердце останавливается.

Как при параличе дыхания, так и при параличе сердца функции органов самостоятельно не восстанавливаются, в этом случае необходимо оказание первой помощи (искусственное дыхание и массаж сердца). Кратковременное действие больших токов не вызывает ни паралича дыхания, ни фибрилляции сердца. Сердечная мышца при этом резко сокращается и остается в таком состоянии до отключения тока, после чего продолжает работать.

Действие тока величиной 100 мА в течение 2 - 3 секунд приводит к смерти (смертельный ток).

Ожоги происходят вследствие теплового воздействия тока, проходящего через тело человека, или от прикосновения к сильно нагретым частям электрооборудования, а также от действия электрической дуги. Наиболее сильные ожоги происходят от действия электрической дуги в сетях 35 - 220 кВ и в сетях 6 - 10 кВ с большой емкостью сети. В этих сетях ожоги являются основными и наиболее тяжелыми видами поражения. В сетях напряжением до 1000 В также возможны ожоги электрической дугой (при отключении цепи открытыми рубильниками при наличии большой индуктивной нагрузки).

Электрические знаки - это поражения кожи в местах соприкосновения с электродами круглой или эллиптической формы, серого или бело-желтого цвета с резко очерченными гранями (Д = 5 - 10 мм). Они вызываются механическим и химическим действиями тока. Иногда появляются не сразу после прохождения электрического тока. Знаки безболезненны, вокруг них не наблюдается воспалительных процессов. В месте поражения появляется припухлость. Небольшие знаки заживают благополучно, при больших размерах знаков часто происходит омертвение тела (чаще рук).

Электрометаллизация кожи - это пропитывание кожи мельчайшими частицами металла вследствие его разбрызгивания и испарения под действием тока, например при горении дуги. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность, а пострадавший испытывает ощущение присутствия инородного тела в месте поражения.

Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током

Воздействие тока на организм человека по характеру и последствиям поражения зависит от следующих факторов:

· электрического сопротивления тела человека;

· величины напряжения и тока;

· длительности воздействия тока;

· частоты и рода тока;

· пути прохождения тока через тело человека;

· состояния здоровья человека и фактора внимания;

· условий внешней среды.

Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от напряжения прикосновения U пр и сопротивления тела человека R ч.

Сопротивление тела человека. Электрическое сопротивление разных частей тела человека различно: наибольшее сопротивление имеет сухая кожа, её верхний роговой слой, в котором нет кровеносных сосудов, а так же костная ткань; значительно меньшее сопротивление внутренних тканей; наименьшее сопротивление имеют кровь и спинно - мозговая жидкость. Сопротивление человека зависит от внешних условий: оно понижается при повышении температуры, влажности, загазованности помещения. Сопротивление зависит от состояния кожных покровов: при наличии поврежденной кожи - ссадин, царапин - сопротивление тела уменьшается.

Итак, наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи:

· при снятом роговом слое ;

· при сухой неповрежденной коже ;

· при увлажненной коже .

Сопротивление тела человека, кроме того, зависит от величины тока и приложенного напряжения; от длительности протекания тока. плотности контактов, площади соприкосновения с токоведущими поверхностями и пути электрического тока

Для анализа травматизма сопротивление кожи человека принимают . С ростом тока, проходящего через человека, его сопротивление уменьшается, т. к. при этом увеличивается нагрев кожи и растет потоотделение. По этой же причине снижается R ч с увеличением длительности протекания тока. Чем выше приложенное напряжение, тем больше ток человека I ч, тем быстрее снижается сопротивление кожи человека.

Величина тока.

В зависимости от его величины электрический ток, проходящий через человека (при частоте 50 Гц), вызывает следующие травмы:

· при 0.6 -1.5 мА - легкое дрожание рук;

· при 5 -7 мА - судороги в руках;

· при 8 - 10 мА - судороги и сильные боли в пальцах и кистях рук;

· при 20 - 25 мА - паралич рук, затруднение дыхания;

· при 50 - 80 мА - паралич дыхания, при длительности более 3 с - паралич сердца;

· при 3000 мА и при длительности более 0.1 с - паралич дыхания и сердца, разрушение тканей тела.

Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь, постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Заключение

Введение

Актуальность. В связи с серьезным обострением ситуации в энергетической отрасли необходимость в изучении экономико-технических показателей основных производителей электроэнергии в регионе является одной из важнейших экологических проблем в наши дни.

Тепловые электростанции вырабатывают электрическую и тепловую энергию для нужд народного хозяйства страны и коммунально-бытового обслуживания. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектрические станции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. К ТЭС относятся конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В состав государственных районных электростанций (ГРЭС), обслуживающих крупные промышленные и жилые районы, как правило, входят конденсационные электростанции, использующие органическое топливо и не вырабатывающие тепловой энергии наряду с электрической. ТЭЦ работают также на органическом топливе, но в отличие от КЭС наряду с электроэнергией производят горячую воду и пар для нужд теплофикации.

Одной из основных характеристик электростанций является установленная мощность, равная сумме номинальных мощностей электрогенераторов и теплофикационного оборудования. Номинальная мощность - это наибольшая мощность, при которой оборудование может работать длительное время в соответствии с техническими условиями.

Энергетические объекты входят в состав сложной многокомпонентной топливно-энергетической системы, состоящей из предприятий топливодобывающей, топливоперерабатывающей промышленности, транспортных средств доставки топлива от места добычи потребителям, предприятий переработки топлива в удобный для использования вид и систем распределения энергии между потребителями. Развитие топливно-энергетической системы оказывает решающее влияние на уровень энерговооруженности всех отраслей промышленности и сельского хозяйства, рост производительности труда.

Особенностью энергетических объектов, с точки зрения их взаимодействия с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой, является наличие тепловых выбросов. Выделение теплоты происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического топлива для выработки электроэнергии, а также при непосредственном использовании тепловой энергии.

Цель данной работы - рассмотреть тепловое воздействие энергетических объектов на окружающую среду.

1. Выделение теплоты энергетическими объектами в окружающую среду

Тепловое загрязнение - тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня. Основные источники теплового загрязнения - выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в водоемы нагретых сточных вод.

Энергетические объекты эксплуатируются при повышенных температурах. Интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. При сжигании любого органического топлива образуется диоксид углерода -- СО2, являющийся конечным продуктом реакции горения. Хотя диоксид углерода не токсичен в обычном понимании этого слова, однако его массивный выброс в атмосферу (только за сутки работы в номинальном режиме ТЭС на угле мощностью 2400 МВт выбрасывает в атмосферу около 22 тыс. тонн СО2) приводит к изменению ее состава. При этом снижается количество кислорода и изменяются условия теплового баланса Земли за счет изменения спектральных характеристик радиационного теплопереноса в приземном слое. Это способствует проявлению парникового эффекта.

Кроме того, горение -- процесс экзотермический, при котором связанная химическая энергия переходит в тепловую. Таким образом, основанная на этом процессе энергетика неизбежно приводит к «тепловому» загрязнению атмосферы, также изменяя тепловой баланс планеты.

Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоёмов, вызывающее многообразные нарушения их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-120C превышающей температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 мі/с нагретой воды. По подсчётам немецких и швейцарских учёных, возможности многих крупных рек в Европе по нагреву сбросной теплотой электростанций уже исчерпаны. Нагрев воды в любом месте реки не должен превышать больше чем на 30C максимальную температуру воды реки, которая принята равной 280C. Из этих условий мощность электростанций сооружаемых на крупных реках ограничивается значением 35000 МВт. О количестве тепла, отводимого с охлаждающей водой отдельных электростанций можно судить по установленным энергетическим мощностям. Средний расход охлаждающейся воды и количество отводимого тепла, приходящегося на 1000 МВт мощности, составляют для ТЭС соответственно 30 м3/с и 4500 ГДж/ч, а для АЭС с турбинами насыщенного пара среднего давления - 50 м3/с и 7300 ГДж/ч.

В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает. Прямоточная система водоснабжения с использованием воды рек уже не может обеспечить необходимого для ТЭС и АЭС количества охлаждающей воды. Кроме того при прямоточном водоснабжении создается опасность неблагоприятного теплового воздействия «тепловое загрязнение» и нарушения экологического равновесия естественных водоемов. Для предотвращения этого в большинстве промышленно развитых странах применяются меры для использования замкнутых систем охлаждения. При прямоточном водоснабжении градирни применяются частично, для охлаждения циркуляционной воды в жаркое время.

2. Современные представления о тепловых режимах компонент окружающей среды

В последние годы все больше говорят и пишут о климате. Из-за высокой плотности населения, создавшейся в некоторых районах Земли, и особенно из- за тесных экономических взаимосвязей между районами и странами, необычные погодные явления, не выходящие, впрочем, за рамки нормального диапазона колебаний погоды, показали, насколько чувствительно человечество ко всяким отклонениям тепловых режимов от средних значений.

Климатические тенденции, наблюдавшиеся в первой половине ХХ века, приобрели новое направление, особенно в районах Атлантики, граничащих с Арктикой. Здесь стало увеличиваться количество льда. В последние годы наблюдались и катастрофические засухи.

Неясно, в какой мере связаны между собой эти явления. Во всяком случае, они говорят о том, как сильно могут изменяться температурные режимы, погода и климат на протяжении месяцев, лет и десятилетий. По сравнению с прежними веками уязвимость человечества к таким колебаниям возросла, так как ресурсы пищи и воды ограниченны, а население мира все растет, развивается также индустриализация и энергетика.

Изменяя свойства земной поверхности и состав атмосферы, выделяя в атмосферу и гидросферу тепло в результате роста промышленности и хозяйственной деятельности, человек все больше влияет на тепловой режим окружающей среды, что, в свою очередь способствует изменению климата.

Вмешательство человека в природные процессы достигло такого размаха, что, результат человеческой деятельности оказывается чрезвычайно опасным не только для тех районов, где она проводится, но и для климата Земли.

Промышленные предприятия, сбрасывающие тепловые отходы в воздух или водоемы, выбрасывающие в атмосферу жидкие, газообразные или твердые (пылевые) загрязнения, могут изменять местный климат. Если загрязнения воздуха будут продолжать расти, они начнут сказываться и на глобальном климате.

Наземный, водный и воздушный транспорт, выбрасывая выхлопные газы, пыль и тепловые отходы, также может влиять на местный климат. Сказывается на климате и сплошная застройка, ослабляющая или прекращающая циркуляцию воздуха, и отток местных скоплений холодного воздуха. Загрязнение моря, например, нефтью влияет на климат обширных пространств Принимаемые человеком меры по изменению облика земной поверхности в зависимости от их масштабов и от того, в какой климатической зоне они проводятся, не только приводят к местным или региональным изменениям, но и затрагивают тепловые режимы целых материков. К таким изменениям относятся, например, изменения погодных условий, землепользования, уничтожение или, наоборот, насаждение лесов, обводнение или осушение, распашка целины, создание новых водоемов - все то, что изменяет тепловой баланс, водное хозяйство и распределение ветров на обширных пространствах.

Интенсивное изменение температурного режима окружающей среды привело к обеднению их флоры и фауны, заметному сокращению численности многих популяций. Жизнь животных тесно связана с климатическими условиями в зоне их обитания, следовательно, изменение температурного режима неизбежно ведет к изменению растительного и животного мира.

Изменение теплового режима в результате деятельности человека особенно сильно сказывается на животных, вызывая увеличение численности одних, сокращение - других, вымирание - третьих. Изменение климатических условий относиться к косвенным видам воздействия - изменениям условий жизни. Таким образом, можно отметить, что тепловое загрязнение окружающей среды со временем может привести к необратимым последствиям в вопросах температурных изменений и составе флоры и фауны.

3. Распространение тепловых выбросов в окружающей среде

За счет большого количества сжигаемого органического топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа. Если бы он весь оставался там, то количество его нарастало бы достаточно быстро. Однако, существует мнение, что в действительности углекислый газ растворяется в воде Мирового океана и тем самым выводится из атмосферы. В океане содержится громадное количество этого газа, но 90 процентов его находится в глубинных слоях, которые практически не взаимодействуют с атмосферой, и только 10 процентов в близких к поверхности слоях активно участвуют в газовом обмене. Интенсивность этого обмена, от которого в конечном итоге зависит содержание углекислого газа в атмосфере, сегодня до конца не выяснена, что не позволяет делать надежных прогнозов. По поводу допустимого увеличения газа в атмосфере у ученых сегодня тоже нет единого мнения. Во всяком случае, следует учитывать и факторы, влияющие на климат в противоположном направлении. Как, например, растущую запыленность атмосферы, которая как раз понижает температуру Земли.

Кроме тепловых и газовых выбросов в атмосферу Земли, тепловое воздействие энергетические предприятия оказывают в большей степени на водные ресурсы.

Особую группу вод, используемых ТЭС, составляют охлаждающие воды, забираемые из водоемов на охлаждение поверхностных теплообменных аппаратов - конденсаторов паровых турбин, водо-, масло-, газо- и воздухоохладителей. Эти воды вносят в водоем большое количество тепла. Из конденсаторов турбин отводится приблизительно до двух третей всего количества тепла, получаемого при сгорании топлива, что намного превосходит сумму тепла, отводимого от других охлаждаемых теплообменников. Поэтому «тепловые загрязнения» водоемов сбросными водами ТЭС и АЭС связывают обычно с охлаждением конденсаторов. Горячая вода охлаждается в градирнях. Затем подогретая вода возвращается в водную среду. В результате сброса подогретых вод в водные объекты происходят неблагоприятные процессы, приводящие эвтрофикации водоема, снижению концентрации растворенного кислорода, бурное развитие водорослей, сокращения видового разнообразия водной фауны. В качестве примера подобного воздействия ТЭС на водную среду можно привести такое: Допустимые по нормативным документам пределы подогрева воды природных водоемов составляет: на 30 С летом а на 50 С зимой.

Необходимо также сказать о том, что тепловое загрязнение приводит также к изменению микроклимата. Так, вода, испаряющаяся из градирен, резко повышает влажность окружающего воздуха, что в свою очередь приводит к образованию туманов, облаков и др.

Основные потребители технической воды потребляют около 75 общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения. При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300 МВт образуется до 1000 м3 разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

В последние годы новые технологи, применяемые при оборотном водоснабжении, позволяют в 40 раз снизить потребность станции в пресной воде. Что, в свою очередь, ведет к сокращению сброса технической воды в водоемы. Но при этом тоже существуют определенные минусы: в результате упаривания поступающих на подпитку вод их солесодержание увеличивается. По соображениям предупреждения коррозии, накипеобразования и биологической защиты в эти воды вводятся не свойственные природе вещества. В процессе сброса воды и атмосферных выбросов происходит поступление солей в атмосферу и в поверхостные воды. В атмосферу соли попадают в составе гидроаэрозолей капельного уноса, создавая специфический вид загрязнения. увлажнении окружающей территории и сооружений, вызывающем обледенение дорог, коррозию металлоконструкций, образование на элементах ОРУ токопроводящих увлажненных пленок пыли. Кроме того в результате капельного уноса увеличивается подпитка циркуляционной воды, что влечет за собой увеличение затрат на собственные нужды станции.

Форма загрязнения окружающей среды, связанная с изменением ее температуры, происходящая в результате промышленных выбросов нагретого воздуха, отходящих газов и вод в последнее время привлекает все больше внимания со стороны экологов. Хорошо известно образование, так называемого "острова" тепла, возникающего над крупными промышленными районами. В больших городах среднегодовая температура на 1-2 0С выше, чем в окрестностях. В образовании острова тепла играют роль не только выбросы антропогенного тепла, но и изменение длинноволновой составляющей радиационного баланса атмосферы. В целом над этими территориями возрастает нестационарность атмосферных процессов. В случае чрезмерного развития этого явления возможно существенное воздействие на глобальный климат.

Изменение теплового режима водных объектов при сбросе тёплых промышленных стоков может повлиять на жизнь гидробионтов (живые существа, обитающие в воде). Известны случаи, когда сброс теплых вод создавал тепловой барьер для рыб на их пути к нерестилищам.

Заключение

Таким образом, отрицательное влияние теплового воздействия энергетических предприятий на окружающую среду выражается в, первую очередь, в гидросфере - во время сброса отработанной воды и в атмосфере - путем выбросов углекислого газа, который способствует проявлению парникового эффекта. При этом не остается в стороне и литосфера - соли и металлы, содержащиеся в отработанной воде, попадают в почву, растворяются в ней, чем вызывают изменение ее химического состава. Кроме того, тепловое воздействие на окружающую среду приводит к изменению температурного режима в районе энергетических предприятий, что, в свою очередь, может привести к оледенению дорог и почвы в зимний период.

Последствия негативного влияния выбросов энергетических объектов на окружающую среду уже сегодня ощущаются во многих регионах планеты, в том числе и в Казахстане, а в будущем грозят глобальной экологической катастрофой. В связи с этим, разработка мер по снижению тепловых загрязняющих выбросов и их практическая реализация весьма актуальны, хотя зачастую требует значительных капитальных вложений. Последнее и является основным тормозом широкого внедрения в практику. Хотя принципиально многие вопросы решены, но это не исключает возможности дальнейшего их усовершенствования. При этом следует учитывать, что снижение тепловых выбросов, как правило, влечет за собой повышение коэффициента полезного действия энергетической установки.

Тепловое загрязнение может привести к печальным последствиям. По прогнозам Н.М. Сваткова изменение характеристик окружающей среды (повышение температуры воздуха и изменение уровня мирового океана) в ближайшие 100-200 лет может вызвать качественную перестройку окружающей среды (стаивание ледников, подъём уровня мирового океана на 65 метров и затопление обширных участков суши).

Список используемых источников

1. Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда. - Л.: Энергоиздат, 1981

2. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: Высш. шк., 1987

3. Стадницкий Г.В. Экология: учебник для ВУЗов. - СПб: Химиздат, 2001

4. С.И.Розанов. Общая экология. СПб.: Издательство «Лань», 2003

5. Алисов Н.В., Хорев Б.С. Экономическая и социальная география мира. М.:

6. Гардарики, 2001

7. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1988

8. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995

9. Общая биология. Справочные материалы, Составитель В.В.Захаров, М., Издательский дом «Дрофа», 1995

Подобные документы

Вещества, загрязняющие атмосферу, их состав. Платежи за загрязнение окружающей среды. Методы расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Характеристика предприятия как источника загрязнения атмосферы, расчет выбросов на примере ЛОК "Радуга".

курсовая работа , добавлен 19.10.2009


Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов. Воздействие предприятий на атмосферу при использовании твердого, жидкого топлива. Экологические технологии сжигания топлива. Влияние на атмосферу использования природного газа. Охрана окружающей среды.

контрольная работа , добавлен 06.11.2008


Характеристика экологической обстановки, складывающейся в результате хозяйственной деятельности в г. Абакане. Оценка степени загрязнения окружающей среды в результате выбросов токсичных продуктов горения, Расчет эколого-экономического ущерба от пожаров.

контрольная работа , добавлен 25.06.2011


Факторы, влияющие на загрязнение окружающей среды автотранспортом. Влияние режимов движения на объемы выбросов автотранспортных средств. Воздействие климатических условий на объемы выбросов. Закономерность изменения концентрации свинца в течение года.

контрольная работа , добавлен 05.08.2013


Характеристика отраслей промышленности Волгограда и их вклад в ухудшение состояния окружающей среды. Характер вредного воздействия выбросов на человека. Канцерогенный риск для здоровья населения от выбросов в атмосферу ОАО "Волгоградский алюминий".

курсовая работа , добавлен 27.08.2009


Оценка влияния индустриальных объектов на экологические условия Казахстана. Специфика загрязнений, возникающих в результате работы теплоэлектростанций. Анализ изменения геоэкологических условий окружающей среды под воздействием теплоэлектростанции.

дипломная работа , добавлен 07.07.2015


Актуальность очистки выбросов тепловых электростанций в атмосферу. Токсичные вещества в топливе и дымовых газах. Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе. Типы и характеристики золоуловителей. Переработка сернистых топлив перед сжиганием.

курсовая работа , добавлен 05.01.2014


Нарушение окружающей природной среды в результате деятельности человека. Изменение климата, загрязнение атмосферы и гидросферы, деградация земельных ресурсов, парниковый эффект. Пути предотвращения глобальной климатической и экологической катастрофы.

реферат , добавлен 08.12.2009


Факторы, влияющие на эффективность функционирования и развития железнодорожного транспорта. Воздействие объектов железнодорожного транспорта на окружающую среду, интегральные характеристики для оценки его уровня и определения экологической безопасности.

презентация , добавлен 15.01.2012


Социально-политический и эколого-экономический аспекты проблемы охраны окружающей среды. Глобальные проблемы экологии, признаки нарастающего кризиса. Загрязнение земель и почв в результате антропогенного воздействия. Нарушение и рекультивация земель.

При повышении температуры окружающей среды, прямом действии теплового излучения, увеличении теплопродукции организма (мышечная работа) поддержание температурного гомеостаза осуществляется главным образом за счет регуляции теплоотдачи. Ответная реакция организма на действие высоких температур выражается прежде всего в расширении поверхностных кровеносных сосудов, повышении температуры кожи, усилении потоотделения, возникновении тепловой одышки, изменении поведения и позы, способствующих интенсивной теплоотдаче, происходит также незначительное снижение" уровня обмена веществ.

Повышение температуры среды воспринимается тепловыми рецепторами, импульсация от них поступает в центры гипоталамуса. В ответ происходит рефлекторное расширение сосудов кожи (вследствие снижения симпатического вазоконстрикторного тонуса), в результате кожный кровоток резко усиливается и кожа приобретает красный цвет, ее температура повышается и избыток тепла рассеивается от поверхности тела за счет теплоизлучения, теплопроведения и конвекции. Кровь возвращается к внутренним областям тела по венам, лежащим под самой поверхностью кожи, минуя противоточный теплообменник, благодаря чему снижается количество тепла, которое она получает от артериальной крови. Близость этих вен к кожной поверхности увеличивает охлаждение венозной крови, возвращающейся к внутренним областям тела. У человека максимальное расширение сосудов кожи от состояния максимального сужения уменьшает общую величину теплоизоляции кожного покрова в среднем в б раз. Не все участки поверхности кожи равноценно участвуют в теплоотдаче. Особое значение имеют кисти рук, от них может быть отведено до 60% теплопродукции основного обмена, хотя их площадь составляет лишь около 6% от общей поверхности тела.

Если уровень температуры тела, несмотря на расширение поверхностных сосудов, продолжает увеличиваться, в действие вступает другая реакция физической терморегуляции -происходит резкое усиление потоотделения. Процесс просачивания воды через эпителий и последующего ее испарения называется неощутимой перспирацией. За счет этого процесса поглощается примерно 20% теплопродукции основного обмена. Неощутимая перспирация не регулируется и мало зависит от температуры окружающей среды. Поэтому при угрозе перегревания симпатическая нервная система стимулирует работу потовых желез. Возбуждаются эфферентные нейроны центра теплоотдачи, которые активируют симпатические нейроны и постганглионарные волокна, идущие к потовым железам и являющиеся холинергическими, ацетилхолин повышает активность потовых желез за счет взаимодействия с их М-холинорецепторами. В условиях очень высокой температуры отдача тепла путем испарения пота становится единственным способом поддержания теплового баланса. В насыщенном водяными парами теплом воздухе испарение жидкости с поверхности кожи ухудшается, теплоотдача затрудняется и температурный гомеостаз может нарушиться.

Адаптация к длительным изменениям температуры

Процессы акклиматизации основаны на определенных изменениях в органах и функциональных системах, которые развиваются только под влиянием продолжительных (несколько недель, месяцев) температурных воздействий. Тепловая адаптация играет решающую роль для жизни в условиях тропиков или пустынь. Ее основной характеристикой является значительное увеличение интенсивности потоотделения (примерно в три раза), в течение коротких интервалов времени потоотделение может достигать 4 л в 1 час. В ходе адаптации содержание электролитов в поте заметно снижается, что уменьшает опасность их чрезмерной потери. Усиливается способность ощущать жажду при данном уровне потерь воды с потом, что необходимо для поддержания водного баланса. У лиц, длительно проживающих в жарком климате, по сравнению с неадаптированными реакция выделения пота и расширения сосудов кожи начинается при температуре примерно на 0,5°С более низкой.

В условиях продолжительного действия холода у людей развивается ряд приспособительных реакций. Их вид зависит от характера воздействий. Может возникнуть толерантная адаптация, при которой порог развития дрожи и интенсификации обменных процессов смещается в сторону более низких значений температуры. Например, аборигены Австралии могут провести целую ночь почти раздетые при температуре, близкой к нулю, без развития дрожи. Если воздействие холода более длительно или температура окружающей среды ниже нуля, такая форма адаптации становится непригодной. У эскимосов и других жителей Севера выработался другой механизм (метаболическая адаптация): у них интенсивность основного обмена стала на 25 - 50% выше. Однако для большинства людей характерна не столько физиологическая, сколько поведенческая адаптация к холоду, т.е. использование теплой одежды и обогреваемых жилищ.