Объемный и массовый расход газа
Содержание статьи:
- Связь между объемным и массовым расходом газа
- Разница между объемным и массовым расходом на практике
- Чем объяснить такую разницу?
- Сервис пересчета расхода газа FLUIDAT® on the Net
- Какой расход измерять: объемный или массовый
Расход газа – это количество газа, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Вопрос в том, что принять за меру количества газа. В этом качестве традиционно выступает объем газа, а получаемый расход называют объемным. Не случайно чаще всего расход газа выражают в объемных единицах (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.). Другой мерой количества газа является его масса, а соответствующий расход называется массовым. Он измеряется в массовых единицах (например, г/с или кг/ч), которые на практике встречаются значительно реже.
Как объем связан с массой, так и объемный расход связан с массовым через плотность вещества:
где
QM – массовый расход,
Q – объемный расход,
ρ – плотность газа в условиях измерения (рабочие условия).
Пользуясь этим соотношением, для массового расхода переходят к использованию объемных единиц (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.), но с указанием условий (температуру и давление газа), определяющих плотность газа. В России применяют «стандартные условия» (ст.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 20°С. Помимо «стандартных», в Европе используют «нормальные условия» (н.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 0°С. В результате, получаются единицы массового расхода н.л/мин, ст.м3/ч и т.д.
Итак, расход газа бывает объемным и массовым. Какой из них следует измерять в конкретном применении? Как наглядно увидеть разницу между ними? Давайте рассмотрим простой эксперимент, где три расходомера последовательно установлены в магистраль. Весь газ, поступающий на вход схемы, проходит через каждый из трех приборов и выбрасывается в атмосферу. Утечек или накопления газа в промежуточных точках системы не происходит.
Источником сжатого воздуха является компрессор, от которого под давлением 0,5…0,7 бар (изб) газ подаётся на вход поплавкового ротаметра.
Выход ротаметра подключен ко входу теплового регулятора расхода серии EL-FLOW производства компании Bronkhorst. В нашей схеме именно он регулирует количество газа, проходящее через систему. Далее газ подаётся на вход второго поплавкового ротаметра, абсолютно идентичного первому. При задании расхода 2 н.л/мин с помощью расходомера EL-FLOW первый поплавковый ротаметр дает показания 1,65 л/мин, а второй – 2,1 л/мин. Все три расходомера дают различные показания, причем разница достигает 30%. Хотя через каждый прибор проходит одно и то же количество газа.
Принцип действия теплового массового расходомера >>>
Тепловые массовые расходомеры EL-FLOW >>>
Попробуем разобраться. Какая мера количества газа в данной ситуации остается постоянной: объем или масса? Правильный ответ: масса.
Все молекулы газа, попавшие на вход в систему, проходят через нее и выбрасываются в атмосферу после прохождения второго поплавкового ротаметра.
Молекулы как раз и являются носителями массы газа. При этом удельный объем (расстояние между молекулами газа) в разных частях системы изменяется вместе с давлением.
Здесь следует вспомнить, что газы сжимаемы, чем выше давление, тем меньше объем занимает газ (закон Бойля-Мариотта). Характерный пример: цилиндр емкостью 1 литр, герметично закрытый подвижным поршнем малого веса. Внутри него содержится 1 литр воздуха при давлении порядка 1 бар (абс). Масса такого объема воздуха при температуре равной 20°С составляет 1,205 г. Если переместить поршень на половину расстояния до дна, то объем воздуха в цилиндре сократится наполовину и составит 0,5 литра, а давление повысится до 2 бар (абс), но масса газа не изменится и по-прежнему составит 1,205 г. Ведь общее количество молекул воздуха в цилиндре не изменилось.
Возвратимся к нашей системе. Массовый расход (количество молекул газа, проходящих через любое поперечное сечение в единицу времени) в системе постоянен. При этом давление в разных частях системы отличается.
На входе в систему, внутри первого поплавкового ротаметра и в измерительной части расходомера EL-FLOW давление составляет порядка 0,6 бар (изб). В то время, как на выходе EL-FLOW и внутри второго поплавкового ротаметра давление практически атмосферное. Удельный объем газа на входе ниже, чем на выходе. Получается, что и объемный расход газа на входе ниже, чем на выходе.
Эти рассуждения подтверждаются и показаниями расходомеров. Расходомер EL-FLOW измеряет и поддерживает массовый расход воздуха на уровне 2 н.л/мин. Поплавковые ротаметры измеряют объемный расход при рабочих условиях. Для ротаметра на входе это: давление 0,6 бар (изб) и температура 21°С; для ротаметра на выходе: 0 бар (изб), 21°С. Также понадобится атмосферное давление: 97,97 кПа (абс). Для корректного сравнения показаний объемного расхода, все показания должны быть приведены к одним и тем же условиям. Возьмем в качестве таковых «нормальные условия» расходомера EL-FLOW: 101,325 кПа (абс) и температура 0°С.
Пересчет показаний поплавковых ротаметров в соответствии с методикой поверки ротаметров ГОСТ 8.
122-99 осуществляется по формуле:
где
Q – расход при рабочих условиях;
Р и Т – рабочие давление и температура газа;
QС – расход при условиях приведения;
Рс и Тс – давление и температура газа, соответствующие условиям приведения.
Пересчет показаний ротаметра на входе к нормальным условиям по этой формуле даёт значение расхода 1,985 л/мин, а ротаметра на выходе – 1,990 л/мин. Теперь разброс показаний расходомеров не превышает 0,75%, что при точности ротаметров 3% ВПИ является отличным результатом.
Из приведенного примера видно, что объемный расход сильно зависит от рабочих условий. Мы показали зависимость от давления, но в той же мере объемный расход зависит и от температуры (закон Гей-Люссака). Даже в технологической схеме, имеющей один вход и один выход, где отсутствуют утечки и накопление газа, показания объемного расходомера будут сильно зависеть от конкретного места установки.
Как указано в самом начале статьи, пересчет массового расхода газа в объемный или наоборот можно осуществить через плотность газа при рабочих условиях. Возникает закономерный вопрос: откуда взять это значение? Первое, что приходит на ум – из справочных данных по газам. К сожалению, этот путь не очень перспективный. Найти в открытых источниках достаточно полные данные по плотности газов в зависимости от температуры и давления сложно, а для некоторых газов просто невозможно.
Остаются не совсем открытые источники. И тут мы хотим порекомендовать онлайн сервис компании Bronkhorst High-Tech для проведения расчетов свойств различных сред и рабочих параметров продукции при работе с этими средами. Конечные пользователи имеют доступ к данным по физическим свойствам более чем 1800 различных газов и жидкостей, а также могут выполнять для своих приборов разнообразные теоретические расчеты. Сервис называется FLUIDAT® on the Net.
Узнать о функционале сервиса можно в статье «FLUIDAT® on the Net – основы и возможности». В том числе FLUIDAT® позволяет и проводить интересующий нас пересчет. Из особенностей сервиса следует отметить, что он имеет только англоязычную версию, а также то, что он бесплатный, но требует регистрации:
При регистрации необходимо указать ФИО, название компании, страну, номер телефона и адрес электронной почты. Просьба указывать реальные контактные данные, иначе в регистрации может быть отказано (контакты проверяются вручную).
После прохождения процедуры регистрации и авторизации в сервисе следует перейти в раздел «Convert units»:
Последовательность выполнения пересчета на примере объемного расхода 1 л/мин при рабочих условиях 25°С и 5 бар (изб) в массовый расход в н.мл/мин (0°С и 101,325 кПа (абс)):
- Выбрать рабочий газ (клик на название газа в синей рамке). В открывшемся окне ввести название или химическую формулу газа в поле «Search for» и выбрать в появившемся списке нужную позицию.
- Указать величину исходного расхода, который требуется пересчитать (поле в голубой рамке). В нашем примере это значение «1».
- Выбрать единицу измерения исходного расхода, который требуется пересчитать (ниспадающий список в фиолетовой рамке).
Список содержит большое количество единиц измерения как объемного, так и массового расхода. В случае выбора объемной единицы измерения становится доступным выбор рабочих условий (под полем с величиной расхода, в фиолетовой рамке).
Для единиц массового расхода в числителе может стоять как единица измерения массы, так и единица измерения объема с символом «n» (нормальные условия, 0°С и 101,325 кПа (абс)) или «s» (стандартные условия, 20°С и 101,325 кПа (абс)) в конце.
В нашем примере следует выбрать вариант «l/min», а в качестве рабочих условий указать «25,00°С and 5 bar(g)». - Выбрать единицу измерения расхода для пересчета (ниспадающий список в оранжевой рамке).
В нашем примере следует выбрать вариант «mln/min». В качестве рабочих условий автоматически будут указаны «0,00°С and 1013,25 hPa (a)» и они недоступны для редактирования. - Нажать на кнопку «Calculate» (доступна, если прокрутить страницу ниже). В поле, окруженном зеленой рамкой, будет выведен результат пересчета. В нашем примере это «5444».
Таким образом, результат пересчета объемного расхода 1 л/мин при рабочих условиях 25°С и 5 бар (изб) в массовый расход: 5444 н.мл/мин.
Хорошо понимать физику процесса. Но, все же, какой расходомер выбрать: объемного расхода или массового? Ответ зависит от конкретной задачи. Каковы требования технологического процесса, с каким газом необходимо работать, величина измеряемого расхода, точность измерений, рабочие температура и давление, особые правила и нормы, действующие в Вашей сфере деятельности, и, наконец, отведенный бюджет. Также следует учитывать, что многие расходомеры, измеряющие объемный расход, могут комплектоваться датчиками температуры и давления.
Они поставляются вместе с корректором, который фиксирует показания расходомера и датчиков, а затем приводит показания расходомера к стандартным условиям.
Но, тем не менее, можно дать общие рекомендации. Массовый расход важен тогда, когда в центре внимания находится сам газ, и необходимо контролировать количество молекул, не обращая внимания на рабочие условия (температура, давление). Здесь можно отметить динамическое смешение газов, реакторные системы, в том числе каталитические, системы коммерческого учета газов.
Измерение объемного расхода необходимо в случаях, когда основное внимание уделяется тому, что находится в объеме газа. Типичные примеры – промышленная гигиена и мониторинг атмосферного воздуха, где необходимо проводить количественную оценку загрязнений в объеме воздуха в реальных условиях.
5 причин большого расхода газа в отоплении дома
Одна из таких – завышенные ожидания клиентов к объему потребления газа котлом, при этом расход является нормальным.
Другой случай, когда расход газового котла является действительно завышенным, а клиенту не понятно, с чем это может быть связано. Еще бывает так, что первоначально все было нормально, а потому вдруг начались проблемы с увеличением потребления газа котлом. Нам интересны две последние ситуации.
Рассмотрим на что стоит обратить внимание и с чем может быть связан высокий расход топлива. Если любите смотреть, то более подробно рассказано в видео:
Напольные котлы
Часто нам звонят по поводу большого расхода газовых котлов. Первое, на что мы сразу обращаем внимание – дымоход. Именно конструкция дымохода может стать основной причиной больших расходовов газа, если перед нами напольный агрегат. Особенно это может иметь место в случае, если у вас установлены дымоход из черной стали, неутепленная нержавейка.
Любой производитель посоветует вам использовать для дымохода утепленную сэндвич-трубу из нержавеющей стали. Именно эта труба будет самой дорогой и самой экономной для напольных газовых котлов.
При отсутствии подобной трубы вполне возможно, что ваш котел будет работать энергозатратно.
Причина в том, что напольные котлы являются тягозависимыми. Для их экономной работы необходимо создать отличные условия для тяги. Если тяга будет хорошая, соответственно, большое количество воздуха будет попадать в камеру сгорания и напольный газовый котел будет сжигать газ настолько, насколько это возможно. В остальных случаях газ будет сжигаться частично, а остальная часть «улетать в трубу». Более подробно этому тему мы разбирали в отдельном материале.
Котел не отключается
Следующая причина расхода большого количества газа заключается в том, что котел работает не выключаясь. Либо отключается, но делает это крайне редко. Основная причина такого поведения в том, что котел “не понимает” что должен отключаться. Почему, спросите вы?
Настройка газового котла установлена таким образом, что он отключается, ориентируясь на температуру воды, поступившей обратно после циркуляции.
При достижении водой нужной температуры, котел уходит в «режим ожидания». В иных случаях он продолжает работу. И неважно какая температура у вас выставлена к подаче. Пока датчик котла (чаше стоит на подаче) не считает нужную температуру, он не выключиться. Непрерывная работа связана с тем, что у вас будет повышенный расход газа и скорее всего в какой-то определенный момент вам будет становиться душно.
Чаще эта проблема связана с тем, что котлы монтируются в старые системы, которые обычно не регулируемые, выполнены на металле или, еще хуже того, стоят чугунные батареи с большим объемом воды. Пока котел полностью через большой круг прогонит воду, она в любом случае возвращается остывшей. В этом случае котел справляется со своей задачей, но из-за того, что что-то не так с циркуляцией, со скоростью движения теплоносителя, либо еще с чем-то. Вода все равно приходит остывшей.
Получается в какой-то момент становится жарко, но котел все равно работает и не отключается. Как решить эту проблему? В таких случаях помогает только установка комнатного термостата.
Когда установлен комнатный термостат, котел принудительно отключается, независимо от температуры вернувшейся воды. Например, на термостате выставлено 20 градусов. При достижении указанной температуры в помещении, котел принудительно отключается. Если у вас большой расход газа, дополнительно проверьте – отключается ли вообще ваш газовый котел. Если этого не происходит, то просто поставьте комнатный термостат, и проблема будет решена.
Выставление низкой температуры
Еще одна проблема, связанная с постоянной работой газового котла — это выставление низкой температуры на котле. От этого котел постоянно работает без остановки. Неверно полагать, если вы выставите температуру 40 градусов, но при этом у вас стоят чугунные, алюминиевые или биметаллические радиаторы, то ваш котел будет нормально работать и нормально отключаться. При таких условиях возникает проблема того, что теплоноситель приходит остывшим, потому что эти радиаторы просто на просто не аккумулируют тепло. Процесс теплоотдачи быстро произошел, а вода приходит остывшей. Когда вы ставите рабочую температуру, загляните в паспорт изделия. Там, обычно, указывают значение 60 градусов и выше. При нормальной температуре (по паспорту), проблема нивелируется и котел приходит в нормальный режим работы.
Выставление низких температур на котле в надежде сэкономить – это не всегда правильно. С обычными радиаторами напротив полагается высокотемпературный режим работы. Если повторяется проблема с отсутствием автоматического отключения котла, а в комнате при этом жарко, установите комнатный термостат.
Завоздушивание
Бывает и так, что ранее нормально работающий котел вдруг начинает расходовать повышенное количество топлива, хотя ранее такого не наблюдалось. В этом случае рекомендуется сразу же вызывать сервисную группу, которая займется поиском проблемы. Самостоятельно справится с такой проблемой вряд ли получится. К примеру, был такой случай в практике. Заказчику был установлен абсолютно новый котел мощность 20 кВт в доме площадью 110 кв. м. Несмотря на то, что погода стояла относительно теплая, ночью температура была -12 -13 градусов, а котел постоянно работал не выключаясь.
Заказчик уверял нас, что котел не справляется с отоплением их дома. Телефонные консультации не помогли. Заказчику делались рекомендации. Но в итоге выехала сервисная группа.
По приезду оказалось, что батареи оказались завоздушены. Причем не помогало стравливание воздуха. Воздух все равно попадал в трубы, что значительно снижало КПД. Как выяснилось, воздух попадал в трубы из газового котла. В нем не до конца был закрыт воздухосборник. Хотя его задача наоборот стравливать воздух. Но системы у всех разные и собирают их разные кривые руки. Поэтому в нашем случае открытый сбросник воздуха стал проблемой.
Причиной большого расхода газа в газовом котле может стать обычное завоздушивание. То есть в этом конкретном случае:
- на улице было холодно;
- котел работал без остановок;
- батареи быстро отдавали тепло, остывали;
- в доме было холодно;
- котел не прекращал работать, потому что постоянно вода возвращалась холодной.
Теплообменник
Часто теплообменник в газовом котле покрывается накипью. Накипь — это теплоизолятор. У нас есть открытое пламя, теплообменник и вода, которая циркулирует через теплообменник. А он выступает своего рода посредником между открытым пламенем и водой. Он имеет свое сопротивление, но у теплообменников при этом хорошая теплопередача.
Когда возникает слой накипи (налета), он ухудшает свойства теплоотдачи от теплообменника. То есть пламя горит как прежде, а нагрев воды происходит хуже. Отсюда увеличивается расход газа. Если дело в этом, достаточно просто прочистить теплообменник. Если вы этого не сделаете, если не будете обращать внимание на большой расход газа, то рано или поздно у вас сгорит теплообменник. Он перегреется.
При вызове сервисного специалиста обязательно дайте ему проверить ваш котел. В любом случае, если вас мучает проблема постоянной работы газового котла и постоянный повышенный расход газа, обязательно проведите проверку по всем описанным причинам.
Вот те самые причины, по которым у нас постоянно возникают проблемы большого расхода газа. Разумеется, причин этих может быть куда больше. Если вы сталкивались с другими причинами, по которым газовые котлы расходует больше, чем положено, переходите в комментарии и оставьте свои. Так своим опытом вы поможете людям в поисках причин неполадок.
Самостоятельный проект экономии: более низкая температура нагрева воды
Энергосбережение
Уровень проекта
Easy
Энергетическая экономия
4% -22% ежегодно
Время, чтобы завершить
2 часа
Общая стоимость
$ 0
Изображение
$ 0
Изображение
Хотя некоторые производители устанавливают термостаты водонагревателей на 140ºF, в большинстве домохозяйств обычно требуется, чтобы они были установлены только на 120ºF, что также замедляет накопление минералов и коррозию в водонагревателе и трубах. Вода, нагретая до 140ºF, также представляет угрозу безопасности — обваривание.
Экономия в результате понижения температуры водонагревателя основана на уменьшении потерь в режиме ожидания (потери тепла от водонагревателя в окружающую среду). Если установить слишком высокую температуру или температуру 140ºF, ваш водонагреватель может тратить от 36 до 61 доллара в год на потери тепла в режиме ожидания. Дополнительная экономия будет достигнута за счет более низкой температуры потребления (из-за потребности в воде или использования в вашем доме, например, для стирки одежды, душа и мытья посуды). Они могут составлять более 400 долларов.
Если у вас посудомоечная машина без дополнительного нагревателя, для оптимальной очистки может потребоваться температура воды в диапазоне от 130ºF до 140ºF. И хотя существует очень небольшой риск развития бактерий легионеллы, когда в резервуарах с горячей водой поддерживается температура 120ºF, этот уровень по-прежнему считается безопасным для большинства населения. Если у вас подавленная иммунная система или хроническое респираторное заболевание, вы можете рассмотреть возможность поддержания температуры бака с горячей водой на уровне 140ºF. Однако такая высокая температура значительно увеличивает риск ошпаривания. Чтобы минимизировать этот риск, вы можете установить смесительные клапаны или другие устройства для регулирования температуры на любые краны, используемые для мытья или купания.
Источник: Экономьте энергию дома, ENERGY STAR
URL видео
В этом видеоролике представлены пошаговые инструкции о том, как успешно понизить температуру водонагревателя, сэкономив энергию и деньги.
ПЕРЕД НАСТРОЙКОЙ
- Обратитесь к руководству пользователя вашего водонагревателя, чтобы узнать, как управлять термостатом.
- Вы можете найти циферблат термостата для газового накопительного водонагревателя в нижней части бака на газовом клапане. С другой стороны, электрические водонагреватели могут иметь термостаты, расположенные за навинчивающимися пластинами или панелями.
- В качестве меры предосторожности отключите электропитание водонагревателя перед снятием/открытием панелей.
- Имейте в виду, что электрический водонагреватель может иметь два термостата — по одному на верхний и нижний нагревательные элементы.
СПИСОК ПОКУПОК
- Термометр для измерения температуры воды.
- Маркер для отметки настройки термостата
ПОШАГОВАЯ ИНСТРУКЦИЯ
1) Найдите текущую температуру.
Измерьте начальную температуру горячей воды с помощью термометра на кране, наиболее удаленном от водонагревателя. Циферблаты термостатов часто бывают неточными.
2) Отметьте настройку, затем выключите термостат.
Отметьте начальную температуру на термостате водонагревателя маркером, а затем установите термостат на меньшую температуру.
3) Измерьте и отрегулируйте.
Подождите пару часов, а затем снова измерьте температуру воды в самом дальнем кране от водонагревателя. Прежде чем вы получите желаемую температуру, может потребоваться несколько регулировок.
4) Отметьте новую температуру.
Если Вас устраивает температура, отметьте новую температуру на термостате водонагревателя маркером, чтобы при необходимости можно было внести коррективы в будущем.
5) Уменьшите громкость или выключите, когда вас нет дома.
Если вы планируете отсутствовать дома в течение длительного времени, установите термостат на минимальное значение или полностью выключите водонагреватель. Чтобы отключить электрический водонагреватель, выключите на нем автоматический выключатель. Для газового водонагревателя убедитесь, что вы знаете, как безопасно повторно зажечь контрольную лампочку, прежде чем выключать ее.
Температура и вода | Геологическая служба США
• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы свойств воды •
Геологическая служба США (USGS) измеряет количество воды, протекающей в реках, определяет уровень грунтовых вод и собирает пробы воды для описания качество этих вод уже более века. Были сделаны миллионы измерений и анализов, на которые повлияла температура воды.
Значение температуры воды
Температура оказывает большое влияние на биологическую активность и рост. Температура определяет виды организмов, которые могут жить в реках и озерах. Рыбы, насекомые, зоопланктон, фитопланктон и другие водные виды имеют предпочтительный температурный диапазон. По мере того, как температура становится слишком выше или ниже этого предпочтительного диапазона, количество особей этого вида уменьшается, пока, наконец, не останется ни одной.
Температура также важна из-за ее влияния на химический состав воды. Скорость химических реакций обычно увеличивается при более высокой температуре. Вода, особенно подземные воды при более высоких температурах могут растворять больше минералов из окружающей породы и поэтому будут иметь более высокую электропроводность . Все наоборот, если рассматривать газ, например кислород, растворенный в воде. Подумайте о том, насколько холодная газировка «пузырится» по сравнению с теплой. Холодная газировка может удерживать больше пузырьков углекислого газа, растворенных в жидкости, чем теплая, что делает газировку более шипучей, когда вы ее пьете.
Теплая вода ручья может повлиять на водную жизнь в ручье. Теплая вода вмещает меньше растворенного кислорода , чем холодная вода, и может не содержать достаточного количества растворенного кислорода для выживания различных видов водной жизни. Некоторые соединения также более токсичны для водных организмов при более высоких температурах.
Водонепроницаемые поверхности способствуют нагреву ручьев
Источники/использование: общественное достояние. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Возможно, вы не думаете, что температура воды считается важным показателем качества воды. В конце концов, температура — это не химическое вещество, и у нее нет видимых физических свойств. Но если вы спросите рыбу, важна ли температура воды, в которой она живет, она закричит «да» (если бы могла говорить)! В естественной среде температура не слишком важна для водной жизни, поскольку животные и растения в воде эволюционировали, чтобы лучше всего выживать в этой среде. Когда температура водоема изменяется либо в результате естественного события, либо в результате антропогенного события, рыбы покрываются потом и начинают беспокоиться.
На этом снимке типичная автостоянка после сильного летнего ливня. Автостоянки и дороги, являющиеся примерами непроницаемых поверхностей , где вода стекает в местные ручьи, а не впитывается в землю , как в естественной среде, действуют как «быстрые полосы» для дождя, который попадает в ручьи. Дождь, падающий на стоянку, которая весь день грелась на солнце летом, нагревает до перегретого , а затем стекает в ручьи. Эта нагретая вода может быть шоком для водной жизни в ручье и, таким образом, может нанести вред качеству воды в ручье.
Наряду с теплом стоки с парковок могут содержать загрязняющие вещества, такие как вытекшее моторное масло, углеводороды из выхлопных газов, остатки удобрений и обычный мусор. Некоторые общины экспериментируют с использованием водопроницаемого покрытия на автостоянках и водных садах, а также поглощающих растений рядом с участком, чтобы посмотреть, сократит ли это вредные стоки с участков в ручьи. На правом боковом изображении парковочные поверхности наклонены так, что они стекают в естественную зону, которая позволяет стокам впитываться в землю. Также в этом районе выращивают влаголюбивые растения. Эти участки должны улавливать значительный объем стока, и к тому времени, когда часть стока достигает ручья, температура воды должна быть ближе к нормальной температуре ручья.
Сезонные изменения в озерах и водохранилищах
Температура также важна для озер и водохранилищ . Это связано с концентрацией растворенного кислорода в воде, что очень важно для всей водной жизни. Во многих озерах наблюдается «переворот» слоев воды при смене времен года. Летом верхняя часть озера становится теплее нижних слоев. Вы, наверное, замечали это, купаясь летом в озере: плечи как будто в теплой ванне, а ноги мерзнут. Так как теплая вода меньше плотная более холодная вода, она остается на поверхности озера. Но зимой некоторые поверхности озера могут быть очень холодными. Когда это происходит, поверхностная вода становится более плотной, чем более глубокая, с более постоянной круглогодичной температурой (которая теперь теплее, чем на поверхности), и озеро «переворачивается», когда более холодная поверхностная вода опускается на дно озера.
Источники/использование: общественное достояние.
Изменение температуры в озерах в зависимости от сезона зависит от того, где они расположены. В теплом климате поверхность может никогда не стать настолько холодной, чтобы озеро «повернулось». Но в климате с холодной зимой происходит температурная стратификация и поворот. На этой диаграмме показаны температурные профили озера в Миннесоте, США (где зимой бывает очень холодно). Вы можете видеть, что в мае поверхность начинает нагреваться (зеленый цвет), но потепление идет только на глубину около 5 метров. Несмотря на то, что поверхность продолжает нагреваться все лето, менее плотная вода все еще остается на поверхности озера. Даже летом нижняя половина озера остается почти такой же холодной, как и зимой. Летом более теплая вода с меньшей плотностью остается поверх более холодной воды; перемешивания воды не происходит. Обратите внимание, что в октябре, по мере того, как ночью температура начинает устойчиво опускаться до точки замерзания, поверхностная вода охлаждается, становится немного холоднее по температуре и немного более плотной, чем вода на дне озера, и, таким образом, тонет, вызывая смешивание. Озеро «повернулось». После октября температура во всем вертикальном столбе воды примерно одинакова, пока лед не растает и солнце не сможет снова прогреть вершину озера.
Источники/использование: общественное достояние.
Плотина Кугуар на реке Маккензи, штат Орегон,Авторы и права: Боб Хеймс, Инженерный корпус армии США
Влияние температуры при эксплуатации плотины
Я уверен, что рыба живет в реке Маккензи в Орегоне уже много тысяч лет. до того, как там жило много людей, и определенно до того, как была построена плотина Кугуар. На протяжении тысячелетий рыба приспосабливалась к жизни и размножению в реке с определенными характеристиками окружающей среды, которые не изменялись бы быстро. Но после строительства плотины Кугуар одна вещь, которая действительно изменилась для рыб, — это режимы температуры воды под плотиной в определенное время года. Река Маккензи поддерживает самую большую оставшуюся дикую популяцию чавычи в верховьях бассейна реки Уилламетт, а река Саут-Форк Маккензи обеспечивает хорошие места для нереста. Было обнаружено, что изменение температурного режима ниже по течению от плотины Кугуар создало проблемы в отношении сроков миграции, нереста и вылупления икры рыбы. (Источник: Caissie, D., 2006, Термический режим рек — Обзор: пресноводная биология, т. 51, с. 1389-1406)
Это пагубное экологическое последствие было осознано в середине пригодности этого участка для нереста лосося, Инженерный корпус армии США добавил узел раздвижных ворот к водозаборному сооружению на плотине Кугуар. В последнее время режимы температуры воды под плотиной стали более похожими на естественные, в результате чего появилось много улыбающегося лосося. На приведенной ниже диаграмме показаны различия в температурных режимах для участков выше и ниже плотины до того, как были внесены какие-либо коррективы для исправления ситуации.
Водохранилища могут изменить естественные температурные режимы реки
На этой диаграмме сравниваются годовые температурные режимы для участков наблюдения на реке Саут-Форк-Маккензи выше и ниже по течению от плотины Кугуар. Цель состоит в том, чтобы показать, как из-за определенных аспектов строительства плотины сезонные температурные режимы под плотиной сильно изменились после того, как плотина была введена в эксплуатацию. Изменившиеся температурные режимы оказали неблагоприятное воздействие на популяции рыб ниже плотины.
Источники/использование: общественное достояние.
Светло-серая линия показывает для участка вверх по течению закономерность, как и следовало ожидать, — температура повышается поздней весной и повышается летом, а осень приносит более низкие температуры. Он показывает нормальную кривую нормального типа, которая точно соответствует сезонным моделям температуры воздуха. Рыба, живущая в этом участке реки, будет адаптирована к этим нормальным температурным режимам.
Плотина Кугуар регулирует поток и сильно влияет на температуру в реке Саут-Форк Маккензи ниже по течению от плотины. Летом водохранилище Кугуар становится термически стратифицированным, с более теплой и менее плотной водой у поверхности и более холодной и плотной водой на дне. Теплая и солнечная летняя погода в Западном Орегоне дополнительно нагревает поверхность водоема, стабилизируя его стратификацию в течение всего лета. Поскольку плотина была построена так, что ее основная точка сброса находилась на относительно небольшой высоте, исторически плотина выпускала относительно холодную воду со дна водохранилища в середине лета. Поскольку водохранилище было спущено осенью, чтобы освободить место для хранения воды для защиты от паводков, тепло, улавливаемое в верхнем слое водохранилища летом, высвобождалось вниз по течению. В результате сезонный температурный режим (более темная линия на графике) ниже по течению от плотины Кугар до 2001 г. сильно отличался от графика выше по течению от водохранилища Кугар.
Источники/использование: общественное достояние.
Аэрофотоснимок электростанции Бивер-Вэлли в Пенсильвании, на котором видно испарение с больших градирен.Электростанции должны охлаждать использованную воду
В некоторых отраслях промышленности очень важно учитывать температуру воды. Лучшим примером этого является теплоэлектроэнергетика , которая производит большую часть электроэнергии, потребляемой нацией. Одним из основных направлений использования воды в энергетике является охлаждение энергетического оборудования. Вода, используемая для этой цели, охлаждает оборудование, но в то же время горячее оборудование нагревает охлаждающую воду. Слишком горячая вода не может быть сброшена обратно в окружающую среду — рыба ниже по течению от электростанции, выпускающей горячую воду, будет протестовать. Итак, используемая вода должна быть предварительно охлаждена. Один из способов сделать это — построить очень большие градирни и распылять воду внутри башен. Происходит испарение и вода охлаждается. Поэтому крупные энергетические объекты часто располагаются вблизи рек.
Хотите проверить качество местной воды?
Наборы для тестирования воды можно получить в рамках World Water Monitoring Challenge (WWMC), международной образовательной и информационно-просветительской программы, направленной на повышение осведомленности общественности и ее участие в защите водных ресурсов во всем мире.