Система погодного регулирования тепловой энергии: Купить Как осуществляется погодное регулирование систем отопления? в Санкт-Петербурге: цена, технические характеристики, фото, доставка по России

Содержание

Погодное регулирование теплоснабжения « technology-dv.ru

technology-dv.ru » Погодное регулирование теплоснабжения

Погодное регулирование теплоснабжения

Надоело переплачивать за отопление? Есть выход!

Система погодного регулирования отопления позволяет экономить до 50% расхода тепловой энергии. Регулирование производится полностью в автоматическом режиме. При правильном подборе оборудования узел работает независимо от перепада давления на вводе, а благодаря насосной циркуляции теплоноситель достигает крайних стояков и радиаторов с требуемыми параметрами. В административных зданиях возможна организация понижения температуры воздуха в помещениях в ночное время, выходные и праздничные дни, что даст значительную дополнительную экономию!

Звоните по телефону и за 10 минут Вы узнаете больше, чем за 3 часа поиска в интернете.

Как это работает?

Датчики температуры измеряют уличную (комнатную) температуру, а так же на подающем и обратном трубопроводе теплосети. Регклятор температуры связывает воедино весь комплекс приборов и устройств узла: в него стекаются данные о параметрах в системе и производится управление всеми исполнительными механизмами. Клапар запорно-регулирующий (КЗР) - основной рабочий орган узла регулирования. Может быть двух- или трехходовым. Его задача регулировать расход теплоносителя в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха. 

Циркуляционный насос - обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе отопления, благодаря чему, даже удаленные стояки имеют достаточное снабжение теплом. На узлах рекомендуется установка сдвоенных насосов, обеспечивающих безотказную работу всего комплекса.

В случае аварийных ситуаций, влияющих на работу автоматизированной системы регулирования, система диспетчеризации позволяет немедленно среагировать.

Назначение системы автоматического регулирования теплопотребления

- Создание комфортных условий для проживания и работы в помещениях здания, за счет поддержания заданного температурного режима в помещениях зданий; 
- Экономия тепловой энергии за счет понижения температуры теплоносителя в ночные часы, в выходные и праздничные дни; 
- Экономия тепловой энергии за счет устранения вынужденных «перетопов» (подачи на объект теплоносителя с завышенной температурой теплоносителя) в переходные и межсезонные периоды; 
- Регулирование параметров теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха с минимальной инерцией. Гибкий температурный график возможен только для индивидуальных теплопунктов, температурный график тепловых сетей не предусматривает быстрого реагирования на изменение погодных условий (это связано со спецификой работы энергетического оборудования).

Сколько стоит система погодного регулирования?

Цена системы погодного регулирования в большей степени зависит от применяемого оборудования (зарубежное или отечественное). Все плюсы и минусы применения зарубежного или отечественного оборудования можно узнать у специалистов ГК Технические решения.   

Автоматизированный тепловой пункт  ВЗЛЕТ АТП

Предназначен для контроля и автоматического управления параметрами теплоносителя, подаваемого в системы отопления (СО), горячего водоснабжения (ГВС), вентиляции и кондиционирования с целью оптимизации теплопотребления промышленных, общественных и жилых зданий, а также создания комфортных условий внутри помещений обслуживаемых зданий при минимальных энергозатратах.

Является изделием полной заводской готовности. Совместно с модулями ВЗЛЕТ УУТЭ могут эффективно применяться для организации автоматизированной системы управления и учета энергоресурсов.

Регулятор для отопления и ГВС ТРМ1032

Устройство с готовой логикой для автоматизации контуров отопления и ГВС в ИТП/ЦТП. Прибор осуществляет управление основными исполнительными механизмами и подходит для управления двумя контурами.

 

 

 

Погодное регулирование отопления в Самаре и Самарской области

В настоящее время многие задумываются о том, как же автоматизировать услуги ЖКХ так, чтобы возможно было экономить тепловую энергию в многоквартирных домах или заводах. Именно

установка системы погодного регулирования поможет осуществить эту задачу. Данная установка позволяет не только сэкономить семейный бюджет, но и сэкономить тепловую энергию, что напрямую связано с защитой окружающей среды. Система устанавливается в ИТП с погодным регулированием.

 

Суть установки системы погодного регулирования

Погодное регулирование – новый, абсолютно инновационный шаг для услуг жилищно-коммунального хозяйства. Суть данной установки заключается в следующем: установка необходимой температуры отопления в зависимости от погодных условий. Для этого устанавливаются три датчика – наружный, в трубопроводе на подающем теплоноситель и обратном, который информирует о средней температуре на последних батареях. Они измеряют температуру на северной стороне здания и температуру воды в трубах. Контроллер, находящийся в конструкции, производит расчеты относительно необходимой дельты температур и затем сам производит регулировку скорости и объёма теплоносителя.

Достоинств у данной конструкции множество. Помимо перечисленных выше, существует еще так называемая устойчивость техническая. То есть установка зарекомендовала себя как система, способная к бесперебойной работе, даже в зимнее время, т.к. имеет варианты безаварийной схемы монтажа обвязки насосной группы.

Автоматическое погодное регулирование прошло множество испытаний специалистами ООО «АТК», как в условиях производства, так и на базе бета-тестирования.

 

 

Что входит в состав монтажа «погодное регулирование отопления»

Конечно же, для получения услуги, обеспечивающей погодное регулирование отопления в многоквартирных домах, гарантирующей и тепло и экономию средств жителей, необходимо будет установить ряд нужных компонентов, без которых система просто не сможет правильно функционировать. Таким образом, для получения системы погодное регулирование необходимо установить несколько нижеперечисленных конструкций:

  1. Контроллер
  2. Циркуляционный насос;
  3. Регулирующий клапан с электропроводом или регулирующий элеватор;
  4. Панель управления насосами;
  5. Температурные сенсоры, термодатчики;
  6. Необходимые «мелкие» детали, такие как муфта, ряд фланцев, несколько кранов и клапанов, провода, фильтры и так далее.

Монтаж систем автоматики погодного регулирования отопления выполняется по разработанному и согласованному проекту. Данная система экономит Вам не только бюджет, но и гарантирует комфортный климат жаркой весной и необходимое тепло в холодную стужу. Цена монтажа автоматического узла погодного регулирования определяется инженером на месте или в проектно-сметной документации от 54 400 р.  до 480 000 р.

 

Зачем ИТП с погодным регулированием

ИТП с погодным регулированием могут поставляться в составе блочных тепловых пунктов или модернизироваться существующие индивидуальные пункты с внедрением в них систем автоматического погодного регулирования.

Известно, что системы отопления многоквартирных домов проектируются на качественное регулирование, то есть при изменении температуры на улице меняется температура теплоносителя. Ресурсоснабжающие организации при определении температуры воды в теплотрассе, опираются на температурный график. Чем ниже температура на улице, тем выше температура теплоносителя в отопительных приборах. Наиболее распространенным в России является отопительный график 95/70 – 41/35. Однако высокая инертность системы теплоснабжения и уравниловка всех домов под единую величину температуры теплоносителя вынуждает оборудовать

ИТП с погодным регулированием.

Так же, не стоит забывать, что температура теплоносителя не может снижаться ниже 70 °С, т.к. согласно санитарным нормам, ГВС должна быть не ниже 60-65 °С. Такое  ограничение весной и осенью приводит к «перетопу» многоквартирных домов.

Исходя из вышеперечисленных причин ясно, что необходимо в индивидуальный тепловой пункт устанавливать автоматический узел погодного регулирования. Пригласите инженеров компании «Аудит-ТеплоКонтроль» на первичный осмотр ИТП, с целью уставить возможность монтажа автоматики погодного регулирования на узел управления. Выезд теплотехника бесплатный и ни к чему не обязывает.

 

  • ЗАО СЗ «Нефтемаш» г. Самара

    ОАО «ПТС» г. Самара

    ЗАО «СУТЭК» г. Самара

    ООО «Волгатеплоснаб» г. Самара

    ОАО «Теплоэнергокомпания» г. Чапаевск

    ОАО «Волжская территориальная генерирующая компания» г. Новокуйбышевск

    ООО «Новокуйбышевская теплоэнергетическая компания» г. Новокуйбышевск

    ООО «СамРЭК-Эксплуатация» г. о. Жигулевск

    МУП «ЖЭС» г. Сызрань

 

Первичный выезд инженера бесплатный. Звоните! 

 

Узнайте больше!

chevron_right

chevron_right

chevron_right

chevron_right

chevron_right

Автоматизированные тепловые пункты и системы погодного регулирования

Компания АО “ЭнергосбыТ Плюс” предлагает внедрение комплекса устройств для распределения тепловой энергии в помещении - Автоматизированного индивидуального теплового пункта (АИТП). Установка АИТП позволит сократить затраты на тепловую энергию за счет оптимизации режима теплопотребления, в результате качественно-количественной регулировки теплоносителя, в соответствии с погодными условиями и фактическими потребностями.

Внедрение автоматизированного индивидуального теплового пункта позволяет обеспечить производственные и другие помещения горячей водой, теплоснабжением и вентиляцией. Это комплекс теплообменного и насосного оборудования, а также систем автоматики, позволяющих поддерживать оптимальную температуру горячей воды и воздуха. Вы сможете регулировать нужный Вам температурный режим дистанционно, в том числе, распределяя нагрузку на теплосети по времени суток, тем самым, обеспечивая комфортный температурный режим в помещениях и сокращая издержки.

Наша команда проведет все необходимые работы «под ключ»: обследует Ваш объект, составит необходимые документы, разработает и согласует проектно-сметную документацию, при необходимости демонтирует старое оборудование и смонтирует новое, либо проведет необходимые ремонтные работы действующего оборудования.

Наши сотрудники - высококлассные специалисты, имеющие все необходимые сертификаты и прошедшие обучение в специализированных центрах. На все работы мы даем гарантию - 2 года.

Подробное описание Скрыть описание

Для предприятий крупного, среднего и малого бизнеса, муниципальных и бюджетных учреждений, столкнувшихся с проблемой недостаточного регулирования тепловой энергии в помещениях. Если в помещении либо холодно, либо жарко, и добиться оптимального температурного режима не удается, наша Компания поможет решить эту проблему!

Системы погодного регулирования - Система-А

Каждый из нас не раз замечал, что в периоды потепления батареи в здании еще долго остаются такими же горячими, как в холода. К сожалению, централизованная система отопления в нашей стране характеризуется инерционностью: коррекция температуры теплоносителя на источнике теплоты производится с заметным отставанием. Более того, централизованная система всегда ориентирована на среднего потребителя, в результате чего в зданиях, расположенных ближе к источнику теплоты, всегда наблюдаются завышенные параметры теплоносителя. Стремясь обеспечить себе комфортные условия для проживания и работы, мы открываем форточки, и 

тепло, за которое мы платим, уходит на улицу. А следовательно, здесь и кроется источник экономии энергоресурсов.

Фактическим стандартом любой системы отопления здания «на западе» сегодня является обязательное присутствие в ней автоматической системы регулирования тепловой нагрузки с коррекцией по погодным условиям. Аппаратная реализация подобной системы может быть различна. Вот несколько вариантов :

1.Теплосчетчик, установлен на вводе тепла в здания и производит учет фактического потребления тепла. Система автоматики энергосбережения состоит из вычислительного контроллера (РТ-2010 Белорусского производства) , получающего информацию от датчиков температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, датчиков температуры окружающего воздуха на улице. На основании получаемой от датчиков информации и выбранных настроек контроллер (РТ-2010 Белорусского производства) производит регулирование расхода теплоносителя на здание, управляя клапаном запорно-регулирующим (КЗР Белорусского производства) на обратном трубопроводе и циркуляционным насосом системы отопления. Запорно Регулирующий Клапан (КЗР), установленный в перемычке между подающим и обратным трубопроводом обеспечивает работу системы отопления в случае отключения циркуляционного насоса.

Регулятор температуры (РТ-2010 Белорусского производства) является центральным звеном системы и производит регулирование расхода теплоносителя с целью поддержания температуры в обратном трубопроводе по графику в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Сигналы о температурах в контрольном помещении и подающем трубопроводе теплоносителя являются корректирующими.

2.Возможен и другой вариант регулирования, когда контроллер (РТ-2010 Белорусского производства) будет поддерживать заданную по графику температуру в контрольном помещении. Это особенно актуально для организаций, в которых нет необходимости поддерживать комфортный режим отопления ночью или в выходные дни. Система обладает также функциями ограничения величины поддерживаемой температуры по верхнему либо нижнему пределу и защиты от замерзания.

Немаловажным элементом в системе погодного регулирования является циркуляционный насос. Его наличие необходимо по следующим причинам: во-первых, он в несколько раз увеличивает скорость циркуляции теплоносителя по внутреннему контуру системы отопления, чем повышается комфортность в помещениях здания. А во-вторых, он необходим потому, что регулирование тепловой нагрузки производится путем снижения расхода теплоносителя.

В случае однотрубной разводки системы отопления в здании это автоматически увеличит перекос температур в помещениях: из-за снижения скорости протекания теплоносителя практически все тепло станет отдаваться в первых по его ходу радиаторах, что значительно ухудшит ситуацию с распределением тепла в здании и снизит эффективность регулирования.

Системы погодного регулирования теплоснабжения позволяют:

  • корректировать температуру теплоносителя в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха;
  • корректировать температуру теплоносителя в обратном трубопроводе в зависимости от температуры теплоносителя в подающем трубопроводе;
  • ограничивать подачу тепловой энергии в зависимости от режима эксплуатации здания в различное время суток и дни недели;
  • поддерживать заданную t в системе ГВС;
  • поддерживать гидравлический режим системы отопления;
  • обеспечивать защиту от размораживания системы отопления;
  • обеспечивать интенсивный прогрев помещений перед началом рабочего дня.

Применение Клапана Запорно-Регулирующего в паре с Контроллером РТ-2010 для автоматизации теплопотребления позволяет получить до 40% экономии тепловой энергии при одновременном создании комфортных условий внутри помещений за счет:

  • подачи в здание необходимого количества тепловой энергии;
  • снижения подачи тепловой энергии в здание в выбранные периоды;
  • снижения температуры воздуха в отдельных помещениях в выбранные периоды;
  • использования естественных притоков тепла от людей, освещения, солнечной энергии и работающих электрических приборов;
  • поддержания температуры воды в системе ГВС на заданном уровне и отключения воды в ночные часы.

Срок окупаемости установленного оборудования может составить от 5 месяцев до 2 лет. Перспективность внедрения подобного оборудования трудно переоценить. Сегодня не существует более эффективного решения проблемы энергосбережения на объектах конечного потребителя тепла, которое было бы способно при столь относительно малых затратах дать столь высокий экономический эффект. Задумайтесь: а не слишком ли дорого сегодня Вам обходится отопление?

Автоматика погодного регулирования со смесительным клапаном.

Погодозависимая автоматика со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом. В данной статье мы продолжаем разбор возможных вариантов схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) или рамке управления многоэтажных жилых домов. На этот раз перед нами схема погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.


Принцип действия погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.

В данной схеме, регулирование температуры в системе отопления происходит за счет изменения (ограничения) расхода теплоносителя через трехходовой клапан и одновременно забора (подмеса) возвращаемой из системы отопления жилого дома сетевой воды при помощи сетевого или как его еще называют циркуляционного насоса и подачи уже разбавленной воды снова в систему отопления квартир. Главных элементов в данной схеме уже три – трехходовой клапан, насос и контроллер – компьютер. Именно контроллер постоянно, через определенные интервалы времени опрашивает датчики температуры теплоносителя, наружного воздуха и воздуха внутри квартир жилого дома (если они имеются), обрабатывает принятую информацию и в соответствии с введенной в него программой (в данном случае температурным графиком) формирует сигнал, дающий команду механизму трехходового клапана на открытие или закрытие.

Данное влияние контроллера корректирует величину открытия или закрытия проходного сечения клапана регулировки. Если в данной системе погодозависимого регулирования отсутствует датчик воздуха внутри квартир, то погодное регулирование осуществляется в соответствии с температурным графиком.

Погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.

И, наконец, последняя разновидность автоматики для поддержания температуры в квартирах жилых домов в зависимости от температуры на улице это погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.


Разберем принцип действия данной автоматики поддержания температуры в квартире, а вернее сказать во всем многоквартирном жилом доме.

Здесь регулирование температуры в отопительной системе происходит за счет изменения пропускной способности клапана и также как и в предыдущей схеме подмеса возвращаемой (обратной) сетевой воды из жилого дома при помощи циркуляционного насоса, установленного теперь уже на обратном трубопроводе отопительной системы. Принципиально, где будет установлен сетевой или циркуляционный насос, вообще то неважно, просто для двухходового клапана такая схема все-таки предпочтительнее из-за его конструктивных особенностей.

В процессе регулирования контроллер также периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя в отопительной системе дома, датчики воздуха в помещении (если они установлены) и датчик наружного воздуха. После обработки полученной информации контроллер формирует выходной управляющий сигнал, на открытие или закрытие исполнительного механизма двухходового клапана, при этом соответственно изменяется величина открытия или закрытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования также является поддержание температуры в помещении квартир по температурному графику.

Недостаток у схем регулирования с клапанами один – пропадание электроэнергии, подробнее о достоинствах и недостатках погодозависимых автоматик смотрите в статье о погодном регулировании с регулирующим элеватором.
Преимуществом схем погодного регулирования с клапанами перед регулирующим элеватором обычно называют глубину регулирования, хотя по нашему мнению такое преимущество спорное и может легко превратиться в недостаток, если например в ИТП имеется узел учета тепловой энергии, и его пределы измерения хуже пределов работы автоматики погодного регулирования. После установки автоматики погодного регулирования без согласования с энергоснабжающей организацией, такой УУТЭ на законных основаниях может быть признан некоммерческим, а значит, вместо экономии вы опять получите начисление оплаты за тепло по нормативу.


Схемы погодозависимого регулирования с клапанами следует применять в тех ИТП жилых домов, где элеваторы технологически применить невозможно, а это:
  • недостаточное давление на вводе в ИТП, менее 0,07 мПа
  • завышенное сопротивление внутренней системы отопления дома, более 5 м.вод.ст.
  • установка на отопительных приборах и стояках автоматической регулирующей арматуры, например фирмы «Danfoss»
  • использование независимой системы отопления через теплообменники.

Хочется также предостеречь жильцов, особо радеющих за экономию, схемы погодозависимой автоматики со смесительными клапанами нельзя использовать без насоса или с выключенным насосом. В режиме работы с выключенным насосом резко уменьшается прокачка теплоносителя через отопительные приборы, разница в температурах между температурами в отопительных приборах разных квартир порою достигает 45 градусов, вместо рекомендованных для экономичного режима работы погодозависимой автоматики двенадцати. И главное из-за отсутствия смешения в морозы температура в отопительных приборах первых по ходу квартир может достигнуть 115 и более градусов, что неминуемо, приведет к выходу из строя современных полипропиленовых труб, а также ожогам при случайных прикосновениях к отопительным приборам – это как минимум. При этом жильцы последних по ходу теплоносителя квартир будут сидеть в холоде.

Вот такая экономия, а по приборам будет все ОК. И главное если откажет обратный клапан на перемычке между прямым и обратным трубопроводом не только ваш дом, но и весь район может остаться без тепла. Теплоноситель не пойдет в квартиры, а вернется назад в котельную.

Мы разобрали возможные варианты схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в рамке управления многоэтажных жилых домов. В любом случае решение о выборе той или иной схемы погодозависимого регулирования температуры в квартирах жилого дома, и главное подбор оборудования следует поручить специалистам. Вам, как жильцам свое слово стоит сказать только при выборе проектирующей организации и типе оборудования – отечественное или импортное. Цена зависит именно от этого.

Все о ценах на проектные работы, приобретаемое оборудование и монтаж и наладку автоматики погодного регулирования в квартирах жилых домов на следующей странице.

Что еще почитать по теме:

АИТП по доступной цене. Прайс на автоматизацию ИТП в Санкт-Петербурге

Узел погодного регулирования является одним из основных компонентов АИТП, представляет собой комплекс приборов и устройств, предназначенных для управления параметрами теплоносителя в отопительной системе, а также в системах горячего водоснабжения и вентиляции внутри объекта с учетом температуры наружного воздуха. Применение такой системы целесообразно в том случае, если в доме имеется узел учета тепловой энергии, так как позволяет рационализировать потребление тепла и снизить расходы на оплату счетов на 35-40%.

Мы предлагаем:

Комплекс оборудования

Современные схемы узлов погодного регулирования, используемые в автоматизированных индивидуальных тепловых пунктах, включают такое оборудование:

  • Температурные датчики;
  • Циркуляционный насос;
  • Контроллер;
  • Клапан с электроприводом;
  • Фильтры;
  • Трубы, фланцы, патрубки, арматура, фитинги и пр.

Количество и состав применяемых устройств зависят от параметров теплоносителя и вида отопительной системы, определяются индивидуально для каждого конкретного объекта в результате проектирования.

Принцип работы

Процесс работы системы автоматического регулирования температуры теплоносителя можно описать следующим образом:

  • Уличный температурный датчик определяет и передает данные о температуре наружного воздуха на контроллер;
  • Датчики, расположенные на подающем и обратном трубопроводе, определяют температуру теплоносителя;
  • Контроллер на основе полученных данных управляет клапаном, изменяя скорость потока;
  • Насос обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя внутри узла, предотвращая застой стояков и попадание воздуха.

Таким образом обеспечивается наиболее комфортная температура в помещениях.

Проектирование и монтаж

Погодное регулирование системы отопления – современное энергоэффективное решение, идеально подходящее для тех, кому надоело переплачивать за отопление. Компания «Термодинамика» предоставляет полный комплекс услуг:

Наши специалисты имеют многолетний опыт в разработке и установке систем погодного регулирования, используют надежное и проверенное оборудование известных производителей, быстро и эффективно выполняют поставленные задачи независимо от уровня сложности. Оборудование поставляется в полной заводской готовности, что позволяет произвести монтаж в кратчайшие сроки. Обслуживание подразумевает периодическую проверку и оценку технического состояния системы, проведение диагностики, выявление неисправностей и проблем, выполнение ремонта. Так вы сможете быть уверены в том, что система проработает долго, стабильно и без аварий.

Причины, по которым вам стоит сотрудничать именно с нами:

  • Широкий спектр услуг;
  • Доступная стоимость автоматизации ИТП;
  • Высокий уровень профессионализма;
  • Персональный подход;
  • Гарантия качества.

Смета на погодное регулирование


Системы автоматического погодного регулирования отопления – Автоматизация ИТП

В целях реализации в г. Санкт-Петербурге Федерального закона Российской Федерации от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" и постановления Правительства Санкт-Петербурга № 405 от 28.04.2012 г. «Об утверждении перечня обязательных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в отношении общего имущества собственников помещений в многоквартирном доме» ООО «СЭТ» разработаны и запатентованы схемные решения по модернизации существующих элеваторных узлов жилых и административных зданий с дооборудованием их системой автоматического погодного регулирования (САПР) теплопотребления.

Установка данного узла исключает избыточное потребление тепла зданий («перетопы») при положительных температурах наружного воздуха. При этом улучшается равномерность прогрева всех помещений внутри здания при снижении платы за тепловую энергию до 20%-30 % за отопительный сезон.

Особенностью модернизации тепловых пунктов по технологии ООО «СЭТ» является то, что она позволяет сохранить существующее оборудование ИТП, в т.ч. элеваторный узел, что повышает надежность работы системы, делает ее энергоНЕзависимой, а также позволяет перевести тепловой пункт в автоматизированный индивидуальный тепловой пункт без лишних затрат на приобретение заводских модулей.

Кроме того, все данные по потребленному и сэкономленному теплу (в т.ч. выраженные в денежном эквиваленте) можно наблюдать в режиме реального времени на компьютере или мобильном телефоне через личный кабинет.

Стоимость работ по установке узла автоматического погодного регулирования зависит от характеристик ИТП и нужд Заказчика.

Срок выполнения работ по автоматизации ИТП «под ключ», включая разработку проектной документации, согласование в теплоснабжающей организации, строительно-монтажные и пуско-наладочные работы, сдачу объекта теплоснабжающей организации составляет до 90 календарных дней.

При выполнении работ используется оборудование Danfoss, насосы Wilo, блок автоматического управления элеваторным узлом собственного производства (сертификат соответствии RU № 0491159).

Техническое решение ООО «СЭТ» запатентовано, рассмотрено и одобрено Научно-техническим советом в сфере ЖКХ Санкт-Петербурга при Жилищном комитете Санкт-Петербурга, техническим советом АО «Теплосеть Санкт-Петербурга», техническим советом ГУП «ТЭК СПБ», а также согласовано к применению Северо-Западным Управлением Ростехнадзора.

Данная технология успешно применяется в Санкт-Петербурге, как в жилом фонде, так и в государственных бюджетных учреждениях с 2014 года, в т. ч. при проведении капитального ремонта МКД. Так, в 2017-2018 гг. году нашей компанией было модернизировано более 100 ИТП в зданиях различного назначения в Санкт-Петербурге и Москве.

В 2017 году технология ООО «СЭТ» включена Минстроем России в федеральный Банк данных наиболее эффективных технологий в ЖКХ.

25.09.2018 г. технология ООО «СЭТ» по модернизации существующих элеваторных узлов с дооборудованием их системой автоматического погодного регулирования с технологической защитой и дистанционным мониторингом включена решением Экспертного совета в федеральный Банк данных технологий умных городов (russiasmartcity.ru).

Больше информации об узлах погодного регулирования СЭТ можно найти здесь.

Техника экономии:
  • Обеспечение функции погодного регулирования теплопотребления путем автоматического снижения расхода теплоносителя от тепловой сети на отопление при стабильном расходе теплоносителя в системе отопления здания.
  • Не требует переналадки тепловых сетей за счет ограничения расхода теплоносителя до договорной величины. Ограничение расхода обеспечивается расчетным соплом элеватора.
  • Защита системы отопления здания от замерзания и завоздушивания при проведении ремонтных работ на подающем трубопроводе тепловых сетей при условии обеспечения давления в обратном трубопроводе не ниже статического напора системы отопления здания. Автоматический запуск системы отопления после окончания ремонтных работ и восстановления рабочего давления теплоносителя.
  • Стабилизация циркуляции теплоносителя в системе отопления обеспечивает равномерность прогрева всех отопительных приборов.
  • Высокая надежность работы модернизированного элеваторного узла обеспечивается тем, что полноценное функционирование системы отопления сохраняется при прекращении электроснабжения и (или) при отказе подкачивающего насоса
  • Управление модернизированным элеваторным узлом осуществляется блоком автоматического управления элеваторным узлом (БАУЭлУ: БАУЭлУ-01, БАУЭлУ-02, БАУЭлУ-03), в котором помимо функций погодного регулирования, предусмотрены дополнительные функции технологических защит, регулирование параметров ГВС и дистанционного контроля.

set-energo.ru

Автоматика погодного регулирования со смесительным клапаном.

Погодозависимая автоматика со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом. В данной статье мы продолжаем разбор возможных вариантов схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) или рамке управления многоэтажных жилых домов. На этот раз перед нами схема погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.


Принцип действия погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.

В данной схеме, регулирование температуры в системе отопления происходит за счет изменения (ограничения) расхода теплоносителя через трехходовой клапан и одновременно забора (подмеса) возвращаемой из системы отопления жилого дома сетевой воды при помощи сетевого или как его еще называют циркуляционного насоса и подачи уже разбавленной воды снова в систему отопления квартир. Главных элементов в данной схеме уже три – трехходовой клапан, насос и контроллер – компьютер. Именно контроллер постоянно, через определенные интервалы времени опрашивает датчики температуры теплоносителя, наружного воздуха и воздуха внутри квартир жилого дома (если они имеются), обрабатывает принятую информацию и в соответствии с введенной в него программой (в данном случае температурным графиком) формирует сигнал, дающий команду механизму трехходового клапана на открытие или закрытие.

Данное влияние контроллера корректирует величину открытия или закрытия проходного сечения клапана регулировки. Если в данной системе погодозависимого регулирования отсутствует датчик воздуха внутри квартир, то погодное регулирование осуществляется в соответствии с температурным графиком.

Погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.

И, наконец, последняя разновидность автоматики для поддержания температуры в квартирах жилых домов в зависимости от температуры на улице это погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.


Разберем принцип действия данной автоматики поддержания температуры в квартире, а вернее сказать во всем многоквартирном жилом доме.

Здесь регулирование температуры в отопительной системе происходит за счет изменения пропускной способности клапана и также как и в предыдущей схеме подмеса возвращаемой (обратной) сетевой воды из жилого дома при помощи циркуляционного насоса, установленного теперь уже на обратном трубопроводе отопительной системы. Принципиально, где будет установлен сетевой или циркуляционный насос, вообще то неважно, просто для двухходового клапана такая схема все-таки предпочтительнее из-за его конструктивных особенностей.

В процессе регулирования контроллер также периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя в отопительной системе дома, датчики воздуха в помещении (если они установлены) и датчик наружного воздуха. После обработки полученной информации контроллер формирует выходной управляющий сигнал, на открытие или закрытие исполнительного механизма двухходового клапана, при этом соответственно изменяется величина открытия или закрытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования также является поддержание температуры в помещении квартир по температурному графику.

Недостаток у схем регулирования с клапанами один – пропадание электроэнергии, подробнее о достоинствах и недостатках погодозависимых автоматик смотрите в статье о погодном регулировании с регулирующим элеватором.
Преимуществом схем погодного регулирования с клапанами перед регулирующим элеватором обычно называют глубину регулирования, хотя по нашему мнению такое преимущество спорное и может легко превратиться в недостаток, если например в ИТП имеется узел учета тепловой энергии, и его пределы измерения хуже пределов работы автоматики погодного регулирования. После установки автоматики погодного регулирования без согласования с энергоснабжающей организацией, такой УУТЭ на законных основаниях может быть признан некоммерческим, а значит, вместо экономии вы опять получите начисление оплаты за тепло по нормативу.


Схемы погодозависимого регулирования с клапанами следует применять в тех ИТП жилых домов, где элеваторы технологически применить невозможно, а это:
  • недостаточное давление на вводе в ИТП, менее 0,07 мПа
  • завышенное сопротивление внутренней системы отопления дома, более 5 м.вод.ст.
  • установка на отопительных приборах и стояках автоматической регулирующей арматуры, например фирмы «Danfoss»
  • использование независимой системы отопления через теплообменники.

Хочется также предостеречь жильцов, особо радеющих за экономию, схемы погодозависимой автоматики со смесительными клапанами нельзя использовать без насоса или с выключенным насосом. В режиме работы с выключенным насосом резко уменьшается прокачка теплоносителя через отопительные приборы, разница в температурах между температурами в отопительных приборах разных квартир порою достигает 45 градусов, вместо рекомендованных для экономичного режима работы погодозависимой автоматики двенадцати. И главное из-за отсутствия смешения в морозы температура в отопительных приборах первых по ходу квартир может достигнуть 115 и более градусов, что неминуемо, приведет к выходу из строя современных полипропиленовых труб, а также ожогам при случайных прикосновениях к отопительным приборам – это как минимум. При этом жильцы последних по ходу теплоносителя квартир будут сидеть в холоде.

Вот такая экономия, а по приборам будет все ОК. И главное если откажет обратный клапан на перемычке между прямым и обратным трубопроводом не только ваш дом, но и весь район может остаться без тепла. Теплоноситель не пойдет в квартиры, а вернется назад в котельную.

Мы разобрали возможные варианты схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в рамке управления многоэтажных жилых домов. В любом случае решение о выборе той или иной схемы погодозависимого регулирования температуры в квартирах жилого дома, и главное подбор оборудования следует поручить специалистам. Вам, как жильцам свое слово стоит сказать только при выборе проектирующей организации и типе оборудования – отечественное или импортное. Цена зависит именно от этого.

Все о ценах на проектные работы, приобретаемое оборудование и монтаж и наладку автоматики погодного регулирования в квартирах жилых домов на следующей странице.

Что еще почитать по теме:

kip-mtr.ru

Автоматизация элеваторного узла теплового пункта

Автоматизированный узел управления ИТП

Автоматизированный узел управления (АУУ) – это комплекс устройств, предназначенных для автоматического погодозависимого регулирования параметров теплоносителя (температура, давление), поступающего в систему отопления здания. Регулирование параметров производится согласно температурному графику в соответствии с температурой наружного воздуха.
Автоматизированные узлы погодного регулирования позволяют изменять количество поступающего теплоносителя в зависимости от температуры воды в обратном и подающем трубопроводах и тем самым избежать «перетопов» в домах и сэкономить тепловую энергию.
C применением АУУ обеспечивается расчетный перепад давления между подающим и обратным трубопроводами систем отопления. АУУ передают информацию на верхний уровень для оперативного реагирования на аварийные ситуации. Шкаф управления поставляется запрограммированным и содержит предустановленные алгоритмы управления. Достаточно установить шкаф, произвести подключения, выполнить адаптацию ПЧВ под насос и автонастройку ПИД-регулятора.

Система погодного регулирования отопления реализуется по двум схемам:
  • Схема №1 применяется, когда давление в теплосети выше давления в системе отопления здания. Это наблюдается в домах, стоящих в начале теплосети. В таких системах регулирование температуры происходит с помощью насоса подмеса, а регулировка давления в системе отопления – с помощью регулирующего клапана. Данная схема является наиболее распространенной.
  • Схема №2 применяется, когда давление в теплосети низкое и его не хватает для нормального функционирования системы отопления зданий. Это наблюдается в крайних домах, стоящих в конце теплосети. Тогда регулирование температуры происходит с помощью клапана, а регулировка давления в системе отопления – с помощью насоса.
Схема №1 Схема №2

Система погодного регулирования, построенная на комплекте оборудования ОВЕН, позволяет при превышении температуры на отопление относительно графика включать подмешивающий насос. Постепенно наращивая обороты с помощью частотного преобразователя (ПЧВ), производится подмес обратного теплоносителя. Снижается температура перед элеватором, и температура в контуре отопления приводится в соответствие отопительному графику. Одновременно осуществляется управление регулирующим клапаном, который изменяет расход теплоносителя из теплосети.

Опыт внедрения системы погодного регулирования клиентом ОВЕН

Система погодного регулирования отопления была установлена в 2018 году в ИТП жилого девятиэтажного четырехподъездного дома по адресу: г. Москва, ул. Клинская, д. 5. По договору теплоснабжения с МОЭК нагрузка на отопление данного здания составляет 0,39 Гкал/час. В качестве эффективности работы АУУ сравнивалось потребление тепла в марте и в декабре 2018 г. со схожими среднемесячными температурами.

Среднемесячная температура, °С Расход тепла, Гкал Перетоп, Гкал Экономия тепла, %
март 2018 -6,74 220 74 34
декабрь 2018 -6,22 146

Таким образом, после установки и запуска системы погодного регулирования расход тепла уменьшился на 74 Гкал, т.е. на 34%. При этом наибольшая экономия будет в теплые месяцы сезона отопления и может достигать 70%.

Примеры диспетчеризации системы погодного регулирования в облачном сервисе OwenCloud Рис.1. График-1 Рис.2. График-2 Графики изменения параметров АУУ

На рис. 1 и рис. 2 показаны графики изменения основных параметров системы. С помощью этого экрана удобно отслеживать работу АУУ и подстраивать коэффициенты ПИД-регулирования, удаленно менять их, наблюдать за реакцией системы отопления и изменением параметров теплоносителя.

promo.owen.ru

Продукция ОАО Завод Этон РФ

       Узел погодного регулирования – это комплекс оборудования позволяющего управлять температурой теплоносителя в системе отопления в зависимости от температуры окружающей среды.


Для чего необходимо устанавливать УПР

       В первую очередь к установке энерго-эффективного оборудования подталкивают тарифы за тепло и сильные перегревы помещений внутри здания, особенно осенью и весной, когда приходится распахивать окна и выпускать тепло на улицу, а за это тепло придется платить!
       Второй фактор побуждающий к установке УПР - желание проживать в комфортных условиях с постоянной комфортной температурой в квартире.


Что вы получаете после установки оборудования:

       - Экономию на оплате отопления до 40%.
       - Вы будете жить в комфортных условиях и вам больше не придется спать в душной комнате.
       - Ваше ТСЖ, ДУК и т.п. больше не будут платить штрафы за перегретый теплоноситель в обратном трубопроводе, а эти штрафы ложатся на плечи жителей!
       - Температура в квартирах на всех этажах жилого дома будет стабильная и одинаковая, как на первом, так и на последнем этаже.


Состав узла погодного регулирования:


Видео обзор принципа работы регулирующего гидроэлеватора РГ:


Сюжет Нижегородского телеканала ННТВ о погодном регулировании на базе оборудования Этон:


Интервью с руководителями управляющих компаний установивших УПР в своем хозяйстве:


www.etonrf.ru

Блочный узел погодного регулирования отопления

Система (узел) погодного регулирования, по-другому «погодник» - мощное средство снизить расходы на отопление не только Управляющей компании, но и каждого жильца дома!

 

     Погодник - специальное оборудование, которое устанавливается в подвале дома. Это «умный» прибор, который, в зависимости от температуры воздуха на улице регулирует подачу в дом тепла. На улице потеплело – подача тепла снижается. Произошло похолодание  - подача тепла увеличивается. 

 

     Теплоснабжающая организация практически никогда не соблюдает температурный график, поэтому завышение температуры наблюдаются повсеместно. Зачастую при уличной температуре в минус 5 градусов  теплоснабжающая организация дает температуру, которую должна давать при температуре минус 15 градусов – и т.д. 

     Обычная для многих ситуация - в отопительный сезон люди открывают окна – им жарко, батареи очень горячие. Открывая окна, они выпускают тепло, но платить-то за него все равно придется. Либо другая ситуация  - южная сторона дома страдает от жары, а северная – от холода. 

     Погодник – оборудование, созданное для решения этих проблем. Он не позволит дому потребить ненужное ему тепло, а значит, плата за него не отразится в счетах Управляющей компании и квитанциях жителей.

За счет чего происходит снижение теплопотребление в коммерческих (нежилых) помещениях:

 

Описание работы:

Регулирование температуры теплоносителя в системе отопления  осуществляется в соответствии с температурным графиком, выбранном в контроллере при помощи регулирующего клапана с электроприводом (К1), изменяющего расход воды для смешения.

Клапан управляется регулятором  теплопотребления по сигналам датчиков температуры, установленных на подающем и обратном трубопроводах системы отопления, и датчика температуры наружного воздуха.

Циркуляционный насос (М1) обеспечивает работу контура системы отопления.

Система позволяет своевременно изменять расход теплоносителя в соответствии с температурными показателями датчиков.

 

Рис. 1. Принцип работы блочного теплового пункта с функцией погодного регулирования

 

Преимущества автоматики погодного(ночного) регулирования отопления:

 

Статистика расхода тепловых ресурсов на обслуживаемых объектах за отопительный период показывает, что теплопотребление за данный период  на объектах с установленным БТПА  меньше на 20-25%, чем  на объектах с узлами учета без погодного регулирования.

Дополнительный плюс автоматики погодного регулирования состоит в возможности снижение влияния большой инерционности перенастройки температурных режимов на источнике, и, как следствие, переплата за тепло при перепадах температуры наружного воздуха.

Также применяется программа ночных снижений температуры теплоносителя, что особенно актуально в период межсезонья. Это дает дополнительный небольшой процент экономии затрат на тепло и дополнительный комфорт за счет снижения «перетопов».

Погодное регулирование отопления способно снизить издержки связанные с этим фактом (инерционность изменения температуры теплоносителя при перепадах температур).

      Ориентировочный срок окупаемости на системы погодного регулирования отопления по России составляет 4-5 лет для жилых зданий и 2-3 года (учитывая стоимость собственного узла учета тепла и теплоносителя) для нежилых помещений (офис, административные здания, муниципалитет).

www.mce.center

Смесительные узлы автоматического погодного регулирования (СУАПР)

Номер СУАПР

(соостветствует

номеру элеватора)

Расход воды

из сети, т/час

 

Тепловая нагрузка,

Гкал/час

 

Цена за штуку,

рубли

1

0,5-1

0,04-0,08

180 000

2

1-2

0,08-0,16

185 000

3

2-3

0,16-0,24

242 000

4

3-5

0,24-0,4

252 000

5

5-10

0,4-0,8

271 000

6

10-15

0,8-1,2

288 000

7

15-25

1,2-2

312 000

teplotron.pro

Обслуживание узлов погодного регулирования и обслуживание коммерческих узлов учета тепловой энергии

Размещение завершено

Участники и результаты

Начальная цена контракта

776 482,20 ₽

 Контактные данные

Контактное лицо

ФИО

Егорова С. А.

Телефон

78352368004

Факс

78352399115

Эл. почта

Заказчик

Акционерное общество «Чувашская Энергосбытовая Компания»

ИНН-КПП

2128700232-213001001

ОГРН

1052128000033

ОКАТО

97401368000

Почтовый адрес

428020, Чувашская Республика, Чебоксары, Федора Гладкова, дом 13А

Местонахождение

428020, - ЧУВАШСКАЯ РЕСПУБЛИКА -, Г. ЧЕБОКСАРЫ, УЛ ФЕДОРА ГЛАДКОВА, 13, А

Телефон

+7 (8352) 399196

Факс

399111

Эл. почта

Порядок размещения

223-ФЗ, Запрос предложений в электронной форме, участниками которого могут быть только субъекты малого и среднего предпринимательства

Перейти на ЕЭТП 


Окончание подачи заявок

25.12.2019 

Подведение итогов
21.01.2020 Подробнее

ЕЭТП

Дополнительная информация
Место рассмотрения первых частей заявок

ЕЭТП

Дата рассмотрения первых частей заявок

10.01.2020

Порядок рассмотрения первых частей заявок

В соответствии с документацией о закупке

Место рассмотрения вторых частей заявок

ЕЭТП

Дата рассмотрения вторых частей заявок

20.01.2020

Порядок рассмотрения вторых частей заявок

В соответствии с документацией о закупке

Документы 
Предоставление документации

11.12.2019 25.12.2019

https://msp.roseltorg.ru

Порядок предоставления

В соответствии с документацией

 Показать все документы (6)

×

Все документы

Заказчик

Акционерное общество «Чувашская Энергосбытовая Компания»

ИНН 2128700232 КПП 213001001


Место поставки
Перечень многоквартирных домов для проведения работ по техническому обслуживанию узлов с автоматическим регулированием по погодным условиям и техническому обслуживанию коммерческих узлов учета тепловой энергии - в Приложении №1 к Техническим

требованиям

 Показать полностью  скрыть

Объекты закупки

ОКПД2 ОКВЭД2 Кол-во

43.21.10

Работы электромонтажные

43.21

Производство электромонтажных работ


1 Условная единица

Условия участия

Преимущества

Участниками закупки могут быть только субъекты малого и среднего предпринимательства

Участники и результаты 21.01.2020

Запрос предложений в электронной форме признан несостоявшимся:

На участие в закупке была подана только одна заявка

Участник Цена,  ₽ Первые части заявок Вторые части заявок

№ ░░░░░░

░░░ ░░░░░░  ░░░░░  ░░░░░

Протоколы

Протокол рассмотрения первых частей заявок запроса предложений в электронной форме от 10.01.2020 11:08 (по часовому поясу заказчика)

Протокол рассмотрения вторых частей заявок запроса предложений в электронной форме от 20.01.2020 12:56 (по часовому поясу заказчика)

Итоговый протокол запроса предложений в электронной форме от 21.01.2020 11:56 (по часовому поясу заказчика)

Договоры

Договор с поставщиком Сумма,  ₽

№ 52128700232200000040000 от 31.01.2020

    ░░░ ░░░░░░

    Похожие закупки

    zakupki.kontur.ru

    Работы по обслуживанию системы погодного регулирования, приборов учета тепла и водопотребления на 2014 год

    Размещение завершено

    Участники и результаты

    "Нижнекамский кожно-венерологический диспансер" - филиал государственного автономного учреждения здравоохранения "Республиканский клинический кожно-венерологический диспансер"

    1655032566-165102001

    Время поставки

    с 01.01.2014г. по 31.12.2014г.

    Место поставки

    423578, Респ Татарстан (Татарстан), р-н Нижнекамский, г Нижнекамск, ул Студенческая, д. 31А

    Начальная цена и обеспечение по заказчику
    Начальная цена контракта
    Обеспечение заявки
    Объем для заказчика

    1 комплект

    Первая часть заявки. Качество, технические характеристики товара, работ, услуг.

    Работы по обслуживанию системы погодного регулирования, приборов учета тепла и водопотребления на 2014 год

    Требования к качеству и техническим характеристикам
    1. согласно тех.задания
    Участник Цена,  ₽ Первые части заявок Вторые части заявок

    ░░░ ░░░░░░░░░░░

    ░░░░░  ░░░░░

    zakupki.kontur.ru


    Контроль погоды - мечта или кошмар?

    Лесные пожары охватили тысячи акров леса и на несколько недель затемнили небо над Орегоном и Вашингтоном. Засуха уничтожила посевы в Монтане и Дакоте. Ураганы принесли проливные дожди и наводнения во Флориду и Пуэрто-Рико. Были потеряны дома, предприятия и жизни.

    Эти события - всего лишь образец разрушения, которое может вызвать плохой поворот погоды. И они произошли всего за один месяц в этом году - сентябрь - только в Соединенных Штатах.

    Explainer: Погода и прогноз погоды

    Неудивительно, что люди давно стремились управлять погодой. Правильное количество солнца и дождя приносит здоровые урожаи, безопасность и процветание. Слишком много или слишком мало - голод и смерть.

    Учителя и родители, подпишитесь на шпаргалку

    Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Новости науки для студентов в учебной среде

    В художественной литературе люди могут изменять погоду.Например, Шторм Людей Икс использует свой контроль над атмосферой для создания торнадо, метелей, молний и других явлений. Ведьма по имени Джадис приносит нескончаемую зиму в страну Нарнии в году «Лев, колдунья и платяной шкаф» . А новый фильм « Geostorm » представляет собой современную интерпретацию с набором спутников, контролирующих погоду, которые сдерживают разрушительные силы планеты.

    В действительности все это невозможно. Никто не может сдержать ураган стрельбой (несмотря на слухи об обратном).Никто не может приручить смерч жидким азотом (хотя кто-то получил патент на эту концепцию). Все-таки люди - это меняющие погоду.

    Какое-то изменение погоды стало возможным с 1940-х годов. Теперь мы можем заставить некоторые облака сбрасывать дополнительную влагу по запросу. Люди также начали непреднамеренно изменять погоду - посредством действий, которые меняют климат Земли. Есть даже дебаты по поводу того, следует ли разрабатывать программы для отмены таких изменений с помощью геоинженерии.

    Однако большой вопрос заключается в том, является ли изменение погоды на Земле хорошей идеей.

    Засев облаков

    Сейчас январь, примерно в 80 км к северу от Бойсе, штат Айдахо. Два самолета взлетают и летят в облака. На земле находятся мобильные радиолокационные станции, которые в течение нескольких недель будут засыпаны снегом. Ученые-атмосферники контролируют все это оборудование, ожидая начала эксперимента. Они являются частью проекта под названием SNOWIE. Это сокращение от засеянных и естественных орографических зимних облаков - эксперимент в Айдахо.(Орография относится к чему-то, что связано с горами.) Ученые здесь изучают засев облаков , метод, направленный на увеличение количества дождя или снега, выпадающего с неба.

    Грузовик с мобильным радаром утонул в снегу во время исследования засева облаков. Карен Косиба, Центр исследований суровой погоды

    Засев облаков начался в 1946 году. Именно тогда химик Винсент Шефер экспериментировал с облаком в своей лаборатории.

    Он хотел охладить облако, поэтому он положил в камеру сухой лед - замороженный углекислый газ.Мгновенно камера наполнилась кристаллами льда. «Сухой лед, падая на облако, приводил к появлению субмикроскопических кусочков льда в облаке», - сообщал Science News в январе 1947 года. Это «превратилось в снег и упало на землю».

    Более поздние исследования заменили сухой лед крошечными частицами йодида серебра .

    Чтобы превратить это в облако, ученые сначала смешивают соединение с легковоспламеняющимся материалом. Затем этот материал сгорает, отправляя дым, наполненный частицами йодида серебра, вверх в облако.

    Эти частицы становятся ядрами , которые могут позволить каплям дождя с жидкой водой замерзнуть и превратиться в кристаллы льда. Высоко в облаке водяной пар будет конденсироваться вокруг этих новообразованных кристаллов льда, заставляя их расти. Когда кристаллы становятся достаточно большими, они падают на землю. Это похоже на то, что естественно происходит в облаке, которое в дальнейшем будет производить осадки. Пыль, дым или соль могут стать ядрами, которые естественным образом позволяют каплям жидкости в облаке замерзнуть.

    Как только было обнаружено засевание облаков, ученые начали дико размышлять о том, что может быть на горизонте.Конец граду. Заполненные резервуары с питьевой водой. Предотвращение смертельных ледяных бурь. Изменение пути смерчей.

    «Даже один из ученых, который ... получил Нобелевскую премию [1932 года], сказал, что за 10 лет мы можем изменить течение урагана», - вспоминает Рулоф Брунтьес. Он ученый-атмосферник в Национальном центре атмосферных исследований (NCAR) в Боулдере, штат Колорадо. Фактически, он отмечает: «Последующие исследования показали, что все гораздо сложнее». Посев облаков может работать, но не для каждого облака в любом месте.

    Чтобы засеять облако, материал сжигается, чтобы высвободить йодид серебра. Этот самолет дооснастили устройством, похожим на ракету. Он может сжечь посевной материал. Кристиан Янски / Wikimedia Commons (CC-BY-SA 2.5)

    В 1950-х и 1960-х годах Соединенные Штаты и другие правительства вложили значительные средства в исследования по изменению погоды. Они видели потенциал не только для помощи своему народу, но и для помощи военным. Контроль погоды может быть потенциальным оружием. Это также могло позволить армиям гарантировать, что у них будет погода, необходимая для конкретной операции.

    Однако то, что хорошо сработало в лаборатории, не сработало в небе. Не все попытки засеять облака заканчивались дождем или снегом. И даже в тех случаях, когда это произошло, невозможно было сказать, вызвал ли посев те осадки, или дождь или снег выпали бы сами по себе. «Существует много естественной изменчивости», - объясняет Джеффри Френч. Он ученый-атмосферник из Университета Вайоминга в Ларами.

    Со временем деньги на исследования облаков истощились.Больше усилий было направлено на улучшение прогнозов погоды. Однако погодные изменения никуда не делись. По данным Всемирной метеорологической организации, более 50 стран в настоящее время имеют программы посева облаков. Китай, например, запустил сотни ракет, чтобы засеять облака в 2008 году. Его цель состояла в том, чтобы обеспечить чистое небо для церемонии открытия летних Олимпийских игр в Пекине. Есть также десятки частных компаний по модификации погоды. И многие другие компании платят за раздачу облаков.

    То, чего они достигают сегодня, гораздо тоньше, чем те грандиозные видения, которые когда-то предлагались.«При определенных условиях [засев облаков], вероятно, может быть весьма эффективным», - говорит Френч. По его оценкам, во время шторма может быть на 15 процентов больше осадков. Но какие именно условия до сих пор полностью неизвестны.

    Снежная зима

    Вот где на помощь приходит SNOWIE. Электроэнергетическая компания Idaho Power в течение многих лет выполняла программу создания облаков. Он хотел больше зимнего снега в горном снежном покрове близлежащей местности. Когда этот снежный покров весной и летом тает, он питает реки и озера.Он также управляет плотинами гидроэлектростанций Айдахо Пауэр. Без достаточного количества воды компания не сможет обеспечить своих потребителей энергией. Посев облака имеет смысл для этой компании. Но для того, чтобы эти усилия действительно окупились, нужны более точные данные.

    В отличие от многих других областей науки, в атмосферных науках сложно проводить контролируемые эксперименты, отмечает Френч. «Мы застряли в лаборатории неба и экспериментах, которые никогда не повторяются на 100 процентов, потому что каждый раз, когда вы выходите и проводите измерения, все меняется.Поэтому мы ищем ситуации, в которых мы можем попытаться провести несколько контролируемых экспериментов. И посев облаков, оказывается, одна из таких областей ».

    Проект SNOWIE использовал этот и еще один самолет для изучения засева облаков изнутри облаков. French

    В своем эксперименте ученые SNOWIE засевали часть облака с одного самолета. Затем они использовали бы второй самолет для измерения внутри этого облака - как там, где оно было засеяно, так и там, где его не было. Часть без посева была контрольной (без изменений) условием для эксперимента.

    Исследователи собрали самые разные данные. К ним относятся диапазон размеров частиц облаков и температуры облаков, которые могут достигать –10 ° по Цельсию (14 ° по Фаренгейту). Они сделали снимки облачных кристаллов с высоким разрешением. Это покажет им кое-что о том, как росли кристаллы. Радар на самолете и на земле предоставил данные о более широкой структуре облаков. Это может сказать им, где выпали осадки, глубину облака и высоту верхней границы облака.

    «Все эти вещи важны, если посмотреть на процессы, происходящие в облаке», - объясняет Френч. «Когда вы думаете о раздаче облаков, мы на самом деле пытаемся изменить только один или два процесса».

    Оценка всех этих данных командой еще впереди. Результаты помогут в будущем засеве облаков в Айдахо. Они также помогут ученым понять природные свойства облаков и то, что в них происходит. «Если мы не сможем их понять, - говорит Френч, - у нас нет никакой надежды понять последствия самого засева облака.”

    Изменение погоды в мире

    Между тем, человеческая деятельность начала изменять погоду - причем не так уж и незаметно. Из-за изменения климата, говорит Брюнтьес из NCAR, «мы уже меняем погоду».

    Объяснитель: Что такое компьютерная модель?

    Кевин Петти - метеоролог и главный научный сотрудник компании Vaisala в Луисвилле, штат Колорадо. Эта компания предоставляет наблюдения и программное обеспечение, связанные с погодой, правительствам и другим группам, чтобы помочь в принятии решений.Он отмечает, что погода и климат - разные звери, но они взаимосвязаны. «Погода - это то, что происходит в течение очень короткого периода времени, тогда как климат - это то, что происходит в среднем в течение более длительного периода».

    Один из лучших способов подытожить это Петти: Климат - это то, что вы ожидаете; погода то, что вы получите . Климат региона может диктовать, что в летний день в среднем солнечный день и температура 30 ° C (86 ° F). Но в любой конкретный летний день погода может быть 35 ° C (95 ° F) с грозами.

    Explainer: Глобальное потепление и парниковый эффект

    Климат и погодные условия на планете меняются, потому что деятельность человека увеличила количество углекислого газа и других парниковых газов в атмосфере. Эти газы действуют как большое одеяло, покрывающее Землю. Они помогают удерживать тепло. Без этих газов Земля была бы гигантским ледяным шаром. Но по мере увеличения количества этих газов создается впечатление, что одеяло становится все толще и толще, удерживая больше тепла.

    Сейчас планета держит больше тепла, чем за тысячи лет.Это дополнительное тепло дает больше энергии для процессов, определяющих погоду на планете. И эти эффекты очень разнообразны.

    История продолжается под изображением.

    2016 год был самым жарким годом за всю историю наблюдений. На этой карте синие области были холоднее, чем их долгосрочная средняя температура; красноватые были теплее.NOAA

    Средние температуры на планете повышаются, отмечает Дэвид Титли. Он ученый-атмосферник в Государственном университете Пенсильвании в Юниверсити-парке.Он возглавлял целевую группу по изменению климата, когда был контр-адмиралом в ВМС США. То, что в 1960-е считалось жарким днем, обычно на несколько градусов холоднее, чем сейчас. Точно так же сегодняшние зимние дни уже не такие холодные, как раньше. Неудивительно, что Земля регулярно устанавливает рекорды средней температуры, причем 2016, 2015 и 2014 годы были самыми жаркими за всю историю наблюдений.

    И это только начало.

    Национальная гвардия должна была помочь спасти людей в районах, затопленных ураганом Харви.Военное ведомство Техаса / Flickr (CC-BY-ND 2.0)

    «В теплом воздухе содержится больше водяного пара», - отмечает Титли. «Когда идет дождь, он может быть более сильным». Это увеличивает вероятность наводнений. Более теплый воздух также вызывает испарение большего количества воды из почвы. «Так вы сможете быстрее справиться с засушливыми условиями», - объясняет он. «Засуха порождает засуху». Как только начинается засуха, она может продолжаться сама по себе, делая отсутствие осадков более продолжительным.

    Ученые все еще изучают, как изменение климата может повлиять на другие экстремальные погодные условия, такие как ураганы и торнадо.И вполне вероятно, что есть какой-то эффект, например, усиление ураганов. Сильные дожди и особенно сильные ветры во время недавней волны ураганов, обрушившихся на Соединенные Штаты в 2017 году - Харви, Ирма и Мария, - вероятно, отчасти были вызваны изменением климата.

    Эти изменения погодных условий колеблются по всей планете. Они вызывают проблемы от незначительных до крайних. «Вы по-прежнему сможете кататься на лыжах в Скалистых горах», - говорит Титли, но в таких местах, как Вашингтон, округ Колумбия.C., снежное Рождество станет еще менее вероятным, чем сейчас.

    Худшие последствия будут ощущаться и уже ощущались повсюду в мире. Сирия - это государство на Ближнем Востоке, где гражданская война бушует годами. Частично этот конфликт был вызван сильной засухой. Титли отмечает, что уже обеспеченные люди, вероятно, не так сильно пострадают от изменения климата. «Если вы один из других… миллиардов людей в мире, это может быть опасно для жизни».

    История продолжается под изображением.

    Из-за засухи в Калифорнии снежный покров в Скалистых горах в 2015 году (справа) был намного меньше, чем годом ранее (слева). В результате людям стало доступно меньше воды.NOAA Satellites / Flickr (CC-BY-NC 2.0)
    Является ли управление климатом хорошей идеей?

    По словам Титли, не существует «волшебной пули» для устранения ущерба, нанесенного изменением климата. «Лучший способ уменьшить воздействие изменения климата - это адаптироваться к последствиям изменения климата… и перейти на источники энергии, не связанные с углеродом, чтобы остановить выброс парниковых газов в атмосферу.(Неуглеродные источники? Он имеет в виду такие источники энергии, как гидроэлектроэнергия, солнечная и ветровая энергия и, возможно, ядерная энергия.) Но ученые также предложили два метода климатического вмешательства или геоинженерию.

    Одна из идей - каким-то образом высосать из атмосферы избыток углекислого газа (CO 2 ). Это будет нелегко. Да, с газом возникают проблемы, но на самом деле его не так много, в процентном отношении. На каждый миллион молекул воздуха приходится около 400 молекул CO 2 .«Представьте, что вы входите в игровой домик с миллионом белых шаров и 400 красных», - говорит Титли. Найти эти 400 красных шаров будет сложно. В глобальном масштабе существует множество молекул CO 2 . Найти и выборочно удалить их было бы очень дорого. И тогда их нужно было бы где-то хранить - навсегда.

    Другой тип вмешательства - затемнение солнца. Или, скорее, он отражал бы в космос часть солнечного света, прежде чем достигнет земли. «Если мы уберем солнце… тогда в нас будет меньше тепла, и поэтому мы не согреемся», - объясняет Титли.«Мы думаем, что это можно сделать».

    Крошечные частицы, называемые аэрозолями , должны быть закачаны высоко в атмосферу (выше, чем там, где летают реактивные самолеты). Там они отражали часть солнечной энергии, не давая ей достичь земли.

    Это похоже на то, что происходит естественным образом после огромного вулканического взрыва, выбрасывающего частицы высоко в воздух. Эти эффекты длятся всего несколько лет. Затем частицы выпадают. Таким образом, если бы посев аэрозолей проводился специально, эти аэрозоли пришлось бы непрерывно закачивать в атмосферу.

    Это потребует много денег и безостановочной работы. Это также не остановит одного большого аспекта изменения климата: закисления океана. (Когда углекислый газ растворяется в воде, это делает воду более кислой. Это было бы правдой независимо от того, был ли заблокирован солнечный свет.)

    Explainer: закисление океана

    И световая фильтрация может изменить количество осадков непредсказуемым сегодня образом. «Итак, вы можете охладить планету», - говорит Титли. Но, добавляет он, «вы также можете остановить все дожди, идущие в Индию и Южный Китай, где от двух [миллиардов] до трех миллиардов человек зависят от этих дождей для выращивания основных продовольственных культур.”

    Эти непредвиденные последствия объясняют, почему какое-либо изменение климата может быть плохой идеей. Петти категорически предостерегает от любых преднамеренных манипуляций с погодой или климатом. «Если вы сделаете это в одной части мира», - спрашивает он, - что может произойти в другом месте?

    «Основные свойства планеты определяют погоду на Земле», - отмечает Брюнтьес. К ним относятся постоянный поток энергии от Солнца, вращение Земли и выброс водяного пара из океанов.«Если мы изменим их, возможно, мы больше не будем жить», - беспокоится он. Он не думает, что засев облаков вызовет проблемы. Но Петти и некоторые другие не так уверены. Они с подозрением относятся даже к такой мелочи.

    В фильме Geostorm кто-то взламывает систему управления погодой. Спутники, которые обеспечивали безопасность планеты, теперь превратились в оружие, вызывающее цунами, торнадо и смертоносные ливни. Все это фальшивка, но это урок из реальной жизни.Как гласит слоган фильма: «Некоторые вещи никогда не должны были контролироваться». И это, вероятно, включает в себя погоду на Земле.

    Кевин Петти рассказывает о своей карьере в области атмосферных исследований.
    UNAVCO, Inc.

    Управление гибридной системой накопления солнечной / электрической тепловой энергии

    Аннотация

    Представлен контроллер для работы гибридной системы накопления тепловой энергии (HTESS). Система хранения накапливает солнечную энергию в солнечные дни и высвобождает ее позже ночью или в пасмурные дни, и одновременно она накапливает электрическую энергию в непиковые периоды и высвобождает ее позже в пиковые периоды.Контроль над системой основан на стратегии упреждения и стратегии регулирования. Упреждающая стратегия основана на нечеткой логике и контроллере с прямой связью (FLFFC), который может одновременно обрабатывать хранение и извлечение как электроэнергии, так и солнечной энергии. Он учитывает прогнозы погоды для солнечной радиации и температуры наружного воздуха, а также оптимизирует периоды отсутствия и пиковой нагрузки для электрического отопления. Стратегия регулирования зависит от ПИД-регулятора, который регулирует поток воздуха от электрического вентилятора, чтобы поддерживать температуру в помещении на заданном уровне.Численное моделирование проводилось в зимний период от одного до трех месяцев, чтобы проверить реакцию контроллера. Результаты показывают, что предлагаемая система управления намного превосходит традиционные системы управления. Он остается устойчивым и надежным даже в тех случаях, когда прогнозы погоды имеют низкую надежность и точность (5-дневные прогнозы погоды с надежностью 50%, точность температуры −10 K и точность солнечного излучения −50%). Производительность HTESS, а также тепловой комфорт в помещении поддерживаются в любых ситуациях и в любое время.Кроме того, потребление электроэнергии на обогрев помещений сведено к минимуму, и 95% этой электроэнергии потребляется в непиковые часы.

    Ключевые слова

    Управление с нечеткой логикой

    Управление с прогнозированием

    Прогнозы погоды

    Накопление тепловой энергии

    Солнечная энергия

    Электроэнергия

    Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

    Полный текст

    Copyright © 2008 Elsevier Masson. Все права защищены.

    Рекомендуемые статьи

    Цитирование статей

    Повышение квалификации - Энергия в океане и атмосфере: Национальная океаническая служба NOAA Education

    Океан и атмосфера связаны.Они работают вместе, чтобы переносить тепло и пресную воду по всему миру. Циркуляция, вызванная ветром и океанским течением, перемещает теплую воду к полюсам, а более холодную - к экватору. Океан может хранить гораздо больше тепла, чем поверхность суши на Земле. Большая часть тепловой энергии на поверхности Земли хранится в океане. Таким образом, поглощение и движение энергии на Земле связано с системой океан-атмосфера.


    Эль-Ниньо / Ла-Нинья

    Ссылки для учителей | Ссылки для студентов

    Для Ла-Нинья характерны необычно низкие температуры океана в экваториальной части Тихого океана по сравнению с Эль-Ниньо, для которого характерны необычно высокие температуры океана в том же регионе.Последствия Эль-Ниньо или Ла-Нинья требуют от ученых делать краткосрочные прогнозы климата. Чтобы предоставить необходимые данные, NOAA использует сеть буев, которые измеряют температуру, течения и ветер в экваториальном диапазоне. Эти буи ежедневно передают данные, которые доступны исследователям и прогнозистам всего мира в режиме реального времени. Студенты могут получить доступ к этим данным для проведения исследований.


    Энергия в атмосфере

    Ссылки для учителей | Ссылки для студентов

    Разница температур в атмосфере является результатом того, как солнечная энергия поглощается при движении через атмосферу.Передача тепловой энергии в атмосфере, гидросфере, на поверхности и внутри Земли происходит в результате излучения, конвекции и теплопроводности. Океанские течения играют важную роль в передаче этого тепла к полюсам. Основные течения, такие как Гольфстрим, текущий на север, переносят огромное количество тепла к полюсам и способствуют развитию многих типов погодных явлений. Ресурсы включают в себя семь заданий, которые помогут студентам лучше понять эти концепции.


    Передача энергии из океана в атмосферу

    Ссылки для учителей | Ссылки для студентов

    Тепло движется предсказуемым образом, перетекая от более теплых предметов к более холодным, пока оба не достигнут одинаковой температуры. Поскольку вода в океане удерживает большое количество тепла, океан оказывает большое влияние на климат. Когда воздух в контакте с океаном имеет температуру, отличную от температуры поверхности моря, происходит теплопередача за счет теплопроводности. Океан также поглощает и накапливает энергию солнца, а когда выпадают осадки, он выделяет тепловую энергию в атмосферу.Ресурсы в этом разделе включают интерактивные онлайн-викторины.


    Энергетический баланс Земля-атмосфера

    Энергетический баланс Земля-атмосфера - это баланс между поступающей энергией от Солнца и исходящей энергией от Земли. Энергия, выделяемая Солнцем, излучается в виде коротковолнового света и ультрафиолетовой энергии. Когда он достигает Земли, часть отражается обратно в космос облаками, часть поглощается атмосферой, а часть поглощается поверхностью Земли.

    Обучающий урок: консервы

    Однако, поскольку Земля намного холоднее Солнца, ее энергия излучения намного слабее (длинноволновая) инфракрасной энергии.Мы можем косвенно увидеть, как эта энергия излучается в атмосферу в виде тепла, поднимающегося с горячей дороги, создавая мерцание в жаркие солнечные дни.

    Энергетический баланс Земля-атмосфера достигается за счет того, что энергия, полученная от Солнца , уравновешивает энергию, потерянную Землей обратно в космос. Таким образом, Земля поддерживает стабильную среднюю температуру и, следовательно, стабильный климат. Если взять за основу 100 единиц солнечной энергии, то энергетический баланс будет следующим:

    В верхней части атмосферы - входящая энергия Солнца уравновешивается исходящей энергией Земли.
    Входящая энергия Исходящая энергия
    Шт. Источник Шт. Источник
    +100 Коротковолновое излучение Солнца. -23 Коротковолновое излучение, отраженное облаками обратно в космос.
    -7 Коротковолновое излучение, отраженное земной поверхностью в космос.
    -49 Длинноволновое излучение атмосферы в космос.
    -9 Длинноволновое излучение облаков в космос.
    -12 Длинноволновое излучение от поверхности земли в космос.
    +100 Всего входящих -100 Всего исходящих
    Сама атмосфера - Энергия, поступающая в атмосферу, уравновешивается исходящей энергией из атмосферы.
    Входящая энергия Исходящая энергия
    Шт. Источник Шт. Источник
    +19 Поглощенное коротковолновое излучение газами в атмосфере. -9 Длинноволновое излучение, излучаемое облаками в космос.
    +4 Коротковолновое излучение, поглощенное облаками. -49 Длинноволновое излучение, испускаемое в космос газами в атмосфере.
    +104 Поглощенное длинноволновое излучение от поверхности земли. -98 Длинноволновое излучение, испускаемое на поверхность земли газами в атмосфере.
    +5 От конвективных течений (поднимающийся воздух нагревает атмосферу).
    +24 Конденсация / осаждение водяного пара (тепло выделяется в атмосферу в процессе).
    +156 Всего входящих -156 Всего исходящих
    На поверхности земли - поглощенная энергия уравновешивается высвобожденной энергией.
    Входящая энергия Исходящая энергия
    Шт. Источник Шт. Источник
    +47 Поглощенное коротковолновое излучение солнца. -116 Длинноволновое излучение, испускаемое поверхностью.
    +98 Поглощенное длинноволновое излучение газов в атмосфере. -5 Отвод тепла конвекцией (поднимающийся теплый воздух).
    –24 Тепло, необходимое для процессов испарения и сублимации, и поэтому удаляется с поверхности.
    +145 Всего входящих -145 Всего исходящих

    Поглощение инфракрасного излучения, пытающегося уйти с Земли обратно в космос, особенно важно для глобального энергетического баланса. Поглощение энергии атмосферой хранит больше энергии у своей поверхности, чем если бы атмосферы не было.

    Средняя температура поверхности Луны, у которой нет атмосферы, составляет 0 ° F (-18 ° C).Напротив, средняя температура поверхности Земли составляет 59 ° F (15 ° C). Этот эффект нагрева называется парниковым эффектом.

    Потепление теплицы усиливается ночью, когда небо затянуто облаками. Тепловая энергия Земли может улавливаться облаками, что приводит к более высоким температурам по сравнению с ночами с чистым небом. Воздуху не дают охладиться так сильно при пасмурной погоде. Под частично облачным небом часть тепла может уйти, а часть остается в ловушке. Ясное небо позволяет максимально охладиться.

    методов теплопередачи | Физика

    Цель обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Обсудите различные методы теплопередачи.

    Не менее интересны, чем эффекты теплопередачи в системе, методы, с помощью которых это происходит. Всякий раз, когда есть разница температур, происходит передача тепла. Теплоотдача может происходить быстро, например, через кастрюлю, или медленно, например, через стенки ящика для льда для пикника.Мы можем контролировать скорость теплопередачи, выбирая материалы (например, толстую шерстяную одежду на зиму), контролируя движение воздуха (например, используя уплотнители вокруг дверей) или выбирая цвет (например, белая крыша для отражения лета). Солнечный свет). Так много процессов связано с теплопередачей, поэтому трудно представить себе ситуацию, когда теплопередача не происходит. Однако каждый процесс, связанный с передачей тепла, осуществляется всего тремя способами:

    1. Проводимость - это передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте.(Материя неподвижна в макроскопическом масштабе - мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности.
    2. Конвекция - это передача тепла за счет макроскопического движения жидкости. Этот тип переноса имеет место, например, в топке с принудительной подачей воздуха и в погодных системах.
    3. Передача тепла посредством излучения происходит, когда излучаются или поглощаются микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет или другая форма электромагнитного излучения.Очевидный пример - потепление Земли Солнцем. Менее очевидный пример - тепловое излучение человеческого тела.

    Рис. 1. В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

    Мы рассмотрим эти методы более подробно в трех следующих модулях. Каждый метод имеет уникальные и интересные характеристики, но все три имеют одну общую черту: они передают тепло исключительно из-за разницы температур. Рис. 1.

    Проверьте свое понимание

    Назовите пример из повседневной жизни (отличный от текста) для каждого механизма теплопередачи.

    Решение
    • Электропроводность: тепло передается вашим рукам, когда вы держите чашку горячего кофе.
    • Конвекция: теплопередача, когда бариста «пропаривает» холодное молоко, чтобы сделать горячее какао .
    • Излучение: разогрев чашки холодного кофе в микроволновой печи.

    Сводка раздела

    • Тепло передается тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

    Концептуальные вопросы

    1. Каковы основные способы передачи тепла от горячего ядра Земли к ее поверхности? С поверхности Земли в космос?
    2. Когда наши тела становятся слишком теплыми, они реагируют потоотделением и усилением кровообращения к поверхности, чтобы передать тепловую энергию от ядра.Как это повлияет на человека, находящегося в горячей ванне с температурой 40 ° C?
    3. На рис. 2 показан в разрезе термос (также известный как сосуд Дьюара), который представляет собой устройство, специально разработанное для замедления всех форм теплопередачи. Объясните функции различных частей, таких как вакуум, серебрение стен, тонкостенная длинная стеклянная горловина, резиновая опора, воздушный слой и стопор.

      Рис. 2. Конструкция термоса предназначена для подавления всех способов теплопередачи.

    4. Конструкция термоса разработана таким образом, чтобы препятствовать передаче тепла всеми способами.
    5. На рисунке показан вид термоса в разрезе с обозначенными различными частями.

    Глоссарий

    теплопроводность: передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте

    конвекция: передача тепла за счет макроскопического движения жидкости

    излучение: теплопередача, возникающая при испускании или поглощении микроволн, инфракрасного излучения, видимого света или другого электромагнитного излучения

    ISCCP: Cloud Climatology

    О ISCCP

    Облачная климатология

    Чтобы предсказать климат на несколько десятилетий вперед, нам необходимо понять многие аспекты климатической системы, одним из которых является роль облаков в определении чувствительности климата к изменениям.Облака влияют на климат, но изменения климата, в свою очередь, влияют на облака. Эта взаимосвязь создает сложную систему обратной связи климата, в которой облака модулируют радиационный и водный баланс Земли.

    • Облака охлаждают поверхность Земли, отражая падающий солнечный свет.
    • Облака нагревают поверхность Земли, поглощая тепло, исходящее от поверхности, и повторно излучают его обратно к поверхности.
    • Облака нагревают или охлаждают атмосферу Земли, поглощая тепло, исходящее от поверхности, и излучая его в космос.
    • Облака нагревают и сушат атмосферу Земли и поставляют воду на поверхность, образуя осадки.
    • Сами облака создаются движением атмосферы, вызванным нагреванием или охлаждением радиации и осадков.

    Если климат изменится, облака также изменится, изменив все эффекты, перечисленные выше. Важна сумма всех этих отдельных эффектов, чистое радиационное охлаждение или нагревание всех облаков на Земле.Например, если климат Земли станет теплее из-за парникового эффекта, погодные условия и связанные с ними облака изменятся; но неизвестно, уменьшат ли результирующие изменения облаков потепление (отрицательная обратная связь) или усилит потепление (положительная обратная связь). Более того, неизвестно, повлекут ли эти изменения облачности увеличение или уменьшение количества осадков и запасов воды в определенных регионах. Улучшение нашего понимания роли облаков в климате имеет решающее значение для понимания последствий глобального потепления.

    Атмосферные ученые многое узнали за последние десятилетия о том, как облака образуются и движутся в атмосферной циркуляции Земли. Теперь исследователи понимают, что традиционные компьютерные модели глобального климата используют довольно простое представление об облаках и их влиянии отчасти потому, что отсутствуют подробные глобальные описания облаков, а отчасти потому, что в прошлом основное внимание уделялось краткосрочному региональному прогнозированию погоды. а не на долгосрочном прогнозе глобального климата.Чтобы решить сегодняшние проблемы, нам необходимо накапливать и анализировать больше и более точных данных, чтобы улучшить наше понимание облачных процессов и повысить точность наших моделей погоды и климата.

    В настоящее время в Институте космических исследований имени Годдарда НАСА (GISS) под руководством доктора Уильяма Б. Россоу ведутся серьезные усилия по сбору более точной информации об облаках и их радиационном воздействии. С 1983 года Международный проект по спутниковой климатологии облаков (ISCCP) в рамках Всемирная программа исследований климата (ВПИК) собирает данные наблюдений с метеорологических спутников для создания глобального многолетнего набора данных.GISS выступает в качестве Глобального центра обработки для ISCCP в сотрудничестве с учреждениями в нескольких других странах. Наборы данных содержат некоторые ключевые переменные, которые определяют взаимодействие облаков и радиации.

    В настоящее время имеется ряд глобальных наборов облачных данных и наборов данных, доступных в результате специальных полевых экспериментов. Тщательное изучение всех этих данных займет много лет и, конечно же, приведет к новым экспериментам; но исследования уже предоставили свежий взгляд на то, как облака могут изменяться в зависимости от климата, и предоставили нам некоторые статистические данные о глобальном распределении и характере облаков.

    Сбор данных и разработка моделей ведутся в GISS параллельно с целью выработки все более точного понимания того, насколько чувствителен климат к внешним силам и как эти изменения выглядят в региональном масштабе. Если мы сможем достаточно хорошо понять эти процессы, мы сможем предсказать климат ближайшего будущего с достаточной точностью, чтобы быть полезными для общественного планирования.

    Климатология облаков: роль облаков в климате

    Облака всегда были признаками грядущей погоды.Рассеянные белые скопления кучевых облаков плавание по синему полю обещает сухой летний полдень. Массивная тьма грозы предвещают ветер и дождь, разрушающие урожай. Одеяло светло-серого цвета сигнализирует о наступлении умеренной зимней ночи. Высокий слой прозрачных огоньков сигналов изменение погоды завтра или послезавтра. Сегодня метеорологи сканируют движущиеся облака на спутниковых снимках для ежедневного прогноза погоды с гораздо большей точностью, чем когда-либо прежде. Особое внимание серьезным погодные явления, такие как торнадо со спутниковыми и радиолокационными сетями, значительно увеличено время предупреждения, спасая жизни.

    Таким образом, парадоксально, что когда дело доходит до прогноза климата на несколько десятилетий вперед, облака в основном заслоняют наше зрение. Их самая важная роль в климате состоит в том, чтобы изменять основной радиационный баланс Земли и производить осадки. Закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, поглощаемая Землей от Солнца, уравновешивала энергию, излучаемую Землей обратно в космос. Облака отражают падающий солнечный свет и препятствуют тепловому излучению от поверхности, тем самым влияя на обе стороны уравнения глобального баланса энергии.Облака также производят осадки из водяного пара, выделяя при этом тепло в атмосферу (испарение водяного пара с поверхности охлаждает ее, так что эти два процесса служат для передачи тепла с поверхности в атмосферу). Таким образом, любые изменения в облаках изменят баланс радиационной энергии и водообмен, определяющий климат. Проблема в том, что облака порождаются климатом, в частности атмосферными движениями (ветрами), которые вызываются радиационным и скрытым нагревом под влиянием облаков.Эта связная петля отношений называется петлей обратной связи. Способы, которыми облака реагируют на изменения климата, настолько сложны, что трудно определить их чистое влияние на энергетический и водный баланс и определить, насколько может измениться климат.

    Почему так важно разобраться во взаимодействии облаков и климата? Баланс между поглощенным солнечным излучением и испускаемым тепловым излучением определяет температуру Земли. Например, когда тепловое излучение от поверхности замедляется, что вызвано увеличением содержания парниковых газов, баланс может поддерживаться только при повышении температуры.Смена облаков может изменить это соотношение, увеличивая или уменьшая величину результирующего повышения температуры. Кроме того, при изменении облаков изменятся и осадки, что повлияет на снабжение пресной водой земли, на которой мы живем и выращиваем пищу. В настоящий момент мы не знаем, насколько важны радиационные эффекты облаков или облачные осадки, и не можем точно предсказать возможные изменения климата.

    Облачная климатология: система климатических обратных связей с участием облаков

    Чтобы проиллюстрировать сложные связи, в которые вовлечены облака, на рисунке ниже климатическая система представлена ​​в виде трехслойной атмосферы. и однослойный океан, протянувшийся от экватора (пальма) до полюса (снежинка).Облака возникают в двух нижних слоях атмосферы, которые представляют собой тропосферу, простирающуюся от поверхности до высоты около 12 км. Самый верхний слой атмосферы простирается от 12 до 100 км и составляет состоит из стратосферы (содержащей озоновый слой), мезосферы и термосферы. Потоки излучения и воды равны обозначены разными типами стрелок: солнечный свет (красные прямые стрелки), земное (тепловое) излучение (прямые стрелки с синими полосками), переносимое тепло атмосферными и океаническими циркуляциями (клетчатые стрелки), испарением воды с поверхности океана (суши) (зеленые волнистые стрелки) и возвращением в океан. поверхность в виде осадков (ломаные синие волнистые стрелки), водяного пара, переносимого атмосферной циркуляцией (зеленые волнистые стрелки), и пресная вода, переносимая океанической циркуляцией (фиолетовые волнистые стрелки).

    Основной путь обмена энергией в климатической системе Земли начинается с солнечного нагрева поверхности океана (и суши), сконцентрированного по направлению к экватору, и продолжается переносом этого тепла в атмосферу за счет охлаждения поверхности океана (и суши) за счет испарения нагрев воды и атмосферы осадками и завершается охлаждением атмосферы излучением инфракрасного излучения в космос. Поскольку нагревание океана и атмосферы на Земле неоднородно, циркуляция возникает как в переносе тепла, так и в воде: в частности, тепло переносится как океаном, так и атмосферой от экватора к полюсам.Таким образом, концентрация солнечного тепла около экватора не полностью уравновешивается тепловым излучением, и от Земли около полюсов уходит больше теплового излучения, чем приходит от Солнца. Существование этих переносов энергии и воды атмосферой и океаном означает, что обмен энергией и водой другими способами не уравновешивается на местном уровне.

    Атмосферная циркуляция также создает облака, которые модулируют как усиление солнечной радиации, так и потери инфракрасной радиации, и являются локусом образования осадков, устанавливая набор замысловато связанных обратных связей при любом принудительном изменении климата.Важным следствием этих эффектов облаков является то, что шкала времени для изменения обмена энергией и водой, устанавливаемая атмосферой посредством модуляции облаков, имеет шкалу времени, которая сильно отличается от шкалы времени, на которой может реагировать океан. Таким образом, обмены энергией и водой также не могут быть сбалансированы в течение более коротких периодов времени, что приводит к невынужденным изменениям климата. Хранение воды на суше и во льду также способствует этим колебаниям. Изучение климатической системы для понимания ее поведения и ее чувствительности к навязанным возмущениям обязательно влечет за собой рассмотрение всех этих обменов энергией и водой, которые составляют основные быстрые обратные связи.Более того, эти процессы создают невынужденную изменчивость климата, которую также необходимо понимать, чтобы отделить их от изменений климата, которые могут быть вызваны деятельностью человека. Ни один из этих обменов энергией и водой нельзя понять без учета воздействия на них облаков, поэтому для диагностики этих обменов и их пространственно-временных изменений требуются количественные данные об облаках, дополненные данными об осадках, водяном паре и потоках излучения.

    Климатология облаков: чистое влияние на энергетический и водный баланс

    Суть трудности понимания того, как облака влияют на изменение климата, заключается в том, что облака одновременно охлаждают и нагревают планету, даже если их собственные свойства определяются охлаждением и нагреванием (текущая ссылка).Эффект охлаждения буквально виден: мельчайшие частицы воды или льда в облаках отражают от 30 до 60 процентов падающего на них солнечного света, придавая им яркий белый вид. (Глубокие водоемы, такие как озера и океаны, поглощают больше солнечного света, чем рассеивают, и поэтому кажутся очень темными. Если бы вся облачная вода в атмосфере была помещена на поверхность, глубина слоя была бы в среднем всего 0,05 мм. Если бы весь водяной пар в атмосфере был уменьшен до жидкого слоя воды на поверхности, глубина была бы в среднем около 2 см.) Безоблачная Земля поглотила бы почти на 20 процентов больше тепла от Солнца, чем нынешняя Земля. Чтобы достичь радиационного баланса, Земля должна быть теплее примерно на 12 ° C (22 ° F). Таким образом, облака могут охладить поверхность, отражая солнечный свет обратно в космос, так же, как они охлаждают летний день на пляже.

    Охлаждающий эффект облаков частично компенсируется эффектом заслонки: более прохладные облака уменьшают количество тепла, которое излучается в космос, поглощая тепло, исходящее от поверхности, и повторно излучая его обратно вниз.Этот процесс улавливает тепло, как одеяло, и снижает скорость охлаждения поверхности за счет излучения. Эффект покрывания нагревает поверхность Земли примерно на 7 ° C (13 ° F). Таким образом, облака могут нагревать поверхность, препятствуя радиационным потерям тепла, так же, как они согревают зимнюю ночь.

    Чистое влияние облаков на климат сегодня заключается в охлаждении поверхности примерно на 5 ° C (9 ° F). Можно подсчитать, что более высокая температура поверхности будет результатом накопления парниковых газов в атмосфере и последующего замедления теплового излучения от поверхности, если больше ничего не изменится.Но что происходит с радиационным балансом, если в результате климатической реакции изменяются сами облака?

    Если эффект радиационного охлаждения облаков усиливается больше, чем эффект нагрева, облака уменьшают величину возможного потепления. Тот же результат может быть получен, если оба эффекта уменьшатся, но охлаждение уменьшается меньше, чем нагрев. С другой стороны, если охлаждение увеличивается меньше (или уменьшается больше), чем нагрев, изменения облачности увеличивают величину возможного потепления.Также возможно, что два эффекта будут идти в противоположных направлениях, что приведет к результатам, аналогичным уже упомянутым, но гораздо более сильным. В любом случае важна разница между охлаждающим и нагревательным эффектами облаков. Для более подробного и технического обсуждения см.

    • Россоу, У. Б., и А. А. Lacis, 1990: Глобальные сезонные изменения облачности по спутниковым измерениям яркости. Часть II: Свойства облаков и радиационные эффекты. J. Climate, 3, 1204–1253.
    • Rossow, W.B., and Y.-C. Zhang, 1995: Расчет потоков излучения на поверхности и в верхней части атмосферы на основе физических величин на основе наборов данных ISCCP, 2. Подтверждение и первые результаты. J. Geophys. Res., 100, 1167-1197.

    и ссылки в нем.

    Облака также являются частью другого важного внутреннего процесса теплообмена, связанного с фазовыми изменениями воды. Большая часть «свободной» воды Земли находится в океанах (еще больше воды содержится в каменистой коре Земли), что эквивалентно слою, покрывающему всю поверхность примерно в 2 раза.Глубина 5 км. Еще 50 м воды в настоящее время хранятся в основных ледниковых щитах Гренландии и Антарктиды. В атмосфере всего около 2,5 см воды, а в облаках всего 0,05 мм. Когда вода испаряется с поверхности океана и суши, она охлаждает поверхность, потому что для превращения жидкой / твердой воды в пар требуется энергия. Атмосферная циркуляция переносит водяной пар с места на место. Когда атмосферные движения включают в себя восходящие движения, воздух охлаждается и облака образуются за счет конденсации водяного пара обратно в жидкую / твердую форму.Если облака не производят осадков, то энергия, выделяемая при конденсации облачной воды, улавливается водяным паром, когда облачная вода испаряется. Однако, если облака производят дождь / снег, энергия, выделяемая при конденсации, нагревает атмосферу. Из-за атмосферного переноса водяного пара осадки не уравновешивают испарение локально, поэтому перенос водяного пара эквивалентен переносу энергии. Средняя интенсивность испарения и осадков означает, что вся вода в атмосфере заменяется примерно раз в 10 дней.Существует также чистый перенос около 10% всего водяного пара, испарившегося из океанов на сушу, большая часть которого затем возвращается в океаны реками. Таким образом, круговорот воды связывает две части радиационного баланса: поверхность нагревается солнечным светом и охлаждается за счет испарения воды, но атмосфера нагревается за счет осадков и охлаждается за счет излучения Земли в космос. Этот водный цикл еще более важен для нас, потому что небольшое количество воды, содержащейся в озерах и реках или удерживаемой в подземных водах, является нашим единственным источником пресной воды для питья, сельского хозяйства и многих других промышленных и рекреационных целей.

    Климатология облаков: парниковый эффект и изменение климата

    В течение следующих полувека или около того накопление переносимых по воздуху загрязнителей - особенно диоксид углерода (CO2), метан (Ch5), оксиды азота (NOx) и хлорфторуглероды (ХФУ) - весьма вероятно, вызовут заметные изменения климата (заметные изменения, возможно, уже произошли, но по этому поводу ведутся споры). Поскольку эти так называемые парниковые газы задерживают поток теплового излучения с поверхности в космос, вся Земля нагревается.Это называется парниковым эффектом. Это потепление частично снижается за счет других загрязнителей, которые образуют крошечные аэрозольные частицы, отражающие часть солнечного света обратно в космос. Глобальное потепление, в свою очередь, приведет к множеству других изменений во всей климатической системе Земли: изменениям в переносе тепла и воды, ветру и океанским течениям, структуре осадков и облакам. Учитывая такой огромный потенциал для корректировки основных климатические элементы и возможные последствия для человеческого общества, более глубокое понимание радиационного и водного баланса и их зависимости от облачных процессов - одна из нескольких важнейших целей текущих исследований.

    Угроза климатических изменений заключается прежде всего не в самих изменениях, а в их быстроте. Геологическая летопись изобилует климатическими изменениями, схожими по величине с теми, которые рассматриваются сейчас, но прошлые изменения были достаточно медленными, чтобы позволить большинству видов адаптироваться. Что беспрецедентно в нынешнем тепличном потеплении, так это то, что значительные изменения могут произойти всего за несколько поколений, что приведет к человеческим и экономическим потрясениям. Например, поскольку большинство людей живут довольно близко к океанам, быстрое повышение уровня моря, вызванное таянием ледников, может вынудить большинство людей переместиться вглубь суши.Если сильные штормы, такие как ураганы, станут более частыми, они будут мешать воздушной и водной транспортировке товаров от рынка к потребителю. Изменение средней температуры и ее сезонные колебания могут изменить модели использования энергии и спроса. Изменение количества осадков или снегопадов может изменить наши водные ресурсы и может повлиять на успех сельского хозяйства. На возможные политические и экономические последствия таких сбоев указывает глобальная озабоченность по поводу поддержания бесперебойных поставок нефти с Ближнего Востока или предотвращения катастрофических наводнений и засух, которые недавно сказались на снабжении продовольствием в некоторых частях Африки и Азии.

    Тем не менее, несмотря на необходимость точного прогнозирования климатических изменений, текущее понимание того, как работает климат, недостаточно детализировано для климатологов, чтобы точно предсказать, когда, где и в какой степени произойдут изменения, только для того, чтобы сказать, что будут определенное количество потепления и другие вещи, вероятно, изменятся. Глобальный климат - настолько сложная система, что никто не знает, как даже небольшое повышение температуры изменит другие аспекты климата или как такие изменения повлияют на скорость потепления.Более того, изменения любых из этих климатических особенностей могут также повлиять на распределение и свойства облаков, но понимание облаков настолько рудиментарно, что никто не знает, будут ли климатические обратные связи, связанные с облаками, ослаблять или усиливать тенденцию к потеплению. Возможность того, что облака могут ускорить глобальное потепление, придает особую актуальность древней проблеме понимания климатической важности облаков.

    Последствия глобального потепления

    Облачная климатология: как облака образуются и перемещаются

    Облако образуется при охлаждении водяного пара из атмосферы вертикальным воздухом. движения (или в полярных регионах за счет потери тепла излучением), конденсация на микроскопических частицах в воздухе - пыли, морской соли, осколках органических вещества или химические аэрозольные частицы, чаще всего состоящие из серной кислоты и других сульфатных соединений.Между испарением воды с поверхности и при ее конденсации в облако водяной пар уносится вместе с ветрами из более теплых влажных регионов в более прохладные и сухие. Так как Атмосфера, за исключением облаков, почти прозрачна для солнечного излучения, поверхность поглощает 70 процентов всего солнечного тепла, поглощаемого системой Земля-атмосфера, делая воздух у поверхности теплее, чем на больших высотах. Поскольку солнечный свет падает на планету непосредственно у экватора, тропики теплее полярных регионов.

    Оба температурных градиента - колебания температуры от низких к большим высотам и от низких к высоким широтам - усиливаются воздействием водяного пара на радиационный нагрев и охлаждение, а также превращениями воды из жидкости или твердого тела в пар и обратно. Это происходит потому, что водяной пар почти прозрачен на длинах волн солнечного света (от 200 до 3000 нм, нм = нанометр, одна миллиардная часть метра), поэтому он позволяет практически всему солнечному свету достигать поверхности.Однако водяной пар почти непрозрачен на длинах волн, на которых нагретая солнечным светом поверхность излучает поглощенную энергию (тепловое излучение с длинами волн от 3000 до 100000 нм). Поглощение большей части уходящего теплового излучения водяным паром создает большую часть естественного парникового эффекта Земли - эффект, который в настоящее время усиливается из-за загрязнения человеком. Без водяного пара в атмосфере поверхность Земли была бы в среднем примерно на 31 ° C (55 ° F) холоднее, чем сейчас, а разница температур между большими и малыми высотами, а также между полюсами и экватором была бы меньше.

    Поскольку холодный воздух более плотный, чем теплый, разница температур вызывает атмосферные движения, которые устраняют разницу в плотности. Ветры обычно перемещают более теплый и влажный воздух вверх и к полюсу от поверхности тропиков и перемещают более холодный и сухой воздух вниз и к экватору с больших высот и широт. Хотя часть воды переносится в более высокие широты на верхних уровнях, ветры вблизи экватора фактически переносят водяной пар к экватору, концентрируя его в узкой зоне сильных дождей.Контрасты в нагревании вместе с ветрами также вызывают океанические течения, которые помогают еще больше уменьшить разницу температур между экватором и полюсами.

    Часть воды, испарившейся с поверхности (в основном из океанов), конденсируется в облака и в конечном итоге выпадает в виде дождя или снега. Эти преобразования не только перераспределяют воду, но и играют важную роль в глобальном переносе тепла. Когда поверхностная вода испаряется, тепло, необходимое для превращения жидкой воды в пар, поглощается поверхностью и уносится вместе с паром в воздух.Когда водяной пар конденсируется в облако и падает в виде дождя, он выделяет это тепло, известное как скрытое тепло, в воздух.

    Процессы, управляющие преобразованием водяного пара в облака и частицы осадков, называются микрофизическими процессами облаков. Взаимодействие этих процессов определяет свойства облаков, которые, в свою очередь, определяют влияние облаков на обмен радиационной энергией, будет ли облако производить осадки, сколько и какой тип осадков оно будет производить, и как долго облако прослужит. .

    При температурах выше точки замерзания (0 ° C) слабые вертикальные движения воздуха (медленное охлаждение), связанные с турбулентностью у поверхности или с крупномасштабными циркуляциями, приводят только к образованию довольно мелких облачных капель (радиусом около 5-10 мкм, 1 микрон = 1 миллионный метр) на очень больших площадях. Для типичных концентраций небольших аэрозолей, на которых образуются капли (от примерно 50-200 см -3 над океаном до примерно 500-2000 см -3 над сушей), общее количество пара, преобразованного в капли, невелико, эквивалентно примерно до слоя воды примерно 0.01-0,03 мм глубиной. Такие облака, начиная от рассеянных кучевых облаков в хорошую погоду и заканчивая обширными слоями слоисто-кучевых облаков, не производят осадков и существуют только до тех пор, пока продолжается восходящее движение (обычно около 10-20 минут для кучевых облаков, но дни для слоисто-кучевых облаков), поскольку такие маленькие капли падают очень медленно около 3 мм с -1 ) и испаряются в течение нескольких минут после выхода из облачной среды. Более сильное вертикальное движение воздуха (быстрое охлаждение, как в штормовую погоду) приводит к образованию несколько более многочисленных и гораздо более крупных капель с радиусом около 15-30 мкм.Эти более крупные капли падают быстрее (всего около 10 см с -1 ) и сталкиваются. Сталкивающиеся капли сливаются в еще более крупные и более быстро падающие капли, поэтому в процессе столкновения быстро образуются очень большие капли, более 300 мкм. Такие облака, от слоистых и высокослоистых до нимбослоистых, производят изморось или небольшой дождь. Когда вертикальные движения еще сильнее, как это происходит, когда тепловыделение от конденсирующейся воды вызывает очень быстрый подъем больших частиц воздуха, образуя кучево-дождевые облака, облако распространяется в верхнюю тропосферу, где сталкивающиеся капли замерзают.Смешивание капель льда и жидкости не только приводит к более быстрому росту паров, но и к более эффективному слипанию сталкивающихся частиц (см. Обсуждение ниже), что приводит к росту очень крупных частиц размером более 1 мм (1000 мкм), падают настолько быстро (более 100 мс -1 ), что могут достичь поверхности, не испаряясь. Эти падающие большие капли известны как ливень; интенсивность дождя может варьироваться от очень малых величин 0,01 мм ч -1 до очень сильных ливней 50 мм ч -1 .

    Ситуация при более низких температурах аналогична описанной выше, но есть некоторые важные различия, которые возникают из-за специфических свойств воды и из-за разницы между столкновениями жидких и твердых частиц. Из-за сильного взаимодействия молекул воды требуется некоторая дополнительная энергия, чтобы инициировать рост очень маленьких частиц воды из пара. Для роста жидких капель в облаках у поверхности присутствие содержащих воду аэрозольных частиц значительно снижает количество необходимой энергии, требуя лишь небольшого превышения давления пара над насыщенным количеством ( i.е. , относительная влажность должна достигать значений только около 100,1% для образования капель). Однако на больших высотах не только доступно намного меньше аэрозолей, но и они не помогают инициировать рост кристаллов льда почти так же хорошо, как они могут способствовать росту капель, поэтому ледяные облака не начинают формироваться до тех пор, пока давление пара не превысит насыщение на гораздо большее количество (относительная влажность по отношению ко льду обычно должна достигать значений до 101%). Фактически, многие ледяные облака вместо этого начинаются с образования капель жидкости при температурах значительно ниже нуля (вплоть до -30 ° C), а затем их замораживания.Особенностью воды является то, что при температурах ниже точки замерзания давление насыщенного пара над жидкими каплями намного выше, чем над кристаллами льда при той же температуре. Как только эти холодные капли начинают расти, они быстро замерзают, подвергая их воздействию гораздо более высокого давления пара. Следствием этого является то, что кристаллы льда растут намного быстрее до больших размеров в диапазоне от 20 до 100 мкм, и они продолжают расти ниже облака, достигая размеров в несколько сотен микрон, потому что относительная влажность все еще> 100% по сравнению с лед ниже начального основания облака.Эти крупные частицы также сталкиваются при падении, но кристаллам льда сложнее слипаться; тем не менее, при температурах, близких к замерзанию, встречаются капли жидкости, которые помогают склеивать кристаллы. Поэтому, когда движение воздуха сильнее, могут образовываться замороженные частицы гораздо большего размера. Например, при резких вертикальных движениях сильной грозы частицы могут многократно падать и подниматься, образуя большие камни града, которые, как известно, достигают размеров> 10 см (10 5 мкм).

    Образование, эволюция и движение облаков определяется взаимодействием этих микрофизических процессов облаков с атмосферными движениями и излучением; эту комбинацию можно рассматривать как своего рода динамику облака. Когда воздух движется мимо частиц в облаке, возникает сила трения, так что даже в очень маленьких облаках количество частиц достаточно, чтобы заставить воздух двигаться вокруг облака, а не сквозь него. Таким образом, более мелкие облака перемещаются по ветру.Однако, поскольку облака формируются движением воздуха, их фактическая эволюция намного сложнее и может включать как волновые, так и массовые движения. Различия в природе и поведении динамики облаков в разных метеорологических ситуациях приводят к появлению разных типов облаков. В настоящее время исследователи изучают поведение этих различных типов облаков, чтобы понять роль каждого из них в погоде и климате.

    Климатология облаков: компьютерные модели климата

    Поскольку существует так много возможностей для изменений, климатологи должны знать, как будут реагировать облака над всей Землей.Для определения такой реакции необходимы компьютерные модели глобального климата, которые могут исследовать меняющиеся условия. Климатические модели - это наборы математических уравнений, которые описывают свойства атмосферы Земли в дискретных местах и ​​в определенные моменты времени, а также способы их изменения. Задача климатических моделей состоит в том, чтобы учесть наиболее важные физические процессы, включая микрофизику облаков и динамику облаков, а также их сложные взаимодействия с достаточной точностью, чтобы обеспечить прогнозы климата на десятки лет в будущем.Когда современные модели получают информацию о нынешнем состоянии Земли - размере, форме и топографии континентов; состав атмосферы; количество солнечного света, падающего на земной шар - они создают искусственный климат, математически напоминающий реальный: их температура и ветер имеют точность примерно 5%, а их облака и осадки - только примерно 25-35%. Такие модели могут также точно прогнозировать температуру и ветер погоды на много дней вперед, если им предоставлена ​​информация о текущих условиях.

    К сожалению, такая погрешность слишком велика для надежного прогноза климатических изменений, таких как глобальное потепление в результате увеличения содержания парниковых газов в атмосфере. Ожидается, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфере (CO 2 ), которое произойдет в следующие 50-100 лет, изменит радиационный баланс на поверхности всего примерно на 2 процента. Тем не менее, согласно текущим климатическим моделям, такое небольшое изменение может повысить глобальную среднюю температуру поверхности на 2–5 ° C (4–9 ° F) с потенциально драматическими последствиями.Если изменение на 2% так важно, то для того, чтобы модель климата была полезной, точность должна составлять примерно 0,25%. Таким образом, сегодняшние модели должны быть улучшены примерно в сто раз по точности, а это очень сложная задача. Чтобы лучше понять облака, радиацию и осадки, а также многие другие климатические процессы, нам нужны более точные наблюдения.

    Климатология облаков: простые ранние виды облаков

    Самые ранние попытки предсказать, как изменения облачного покрова повлияют на потепление парниковых газов пришло к выводу, что они не будут иметь чистого эффекта: облака не ускорит и не замедлит изменение климата.Этот вывод был основан на убеждении, что любые изменения, которые улучшают охлаждение облаков, Земля также сделает их более эффективными в удержании тепла вблизи поверхность. Например, если облачность увеличится (столько же думал, что это будет, если предположить, что более высокие температуры будут ускорять испарение), количество солнечного света, достигающего поверхности Земли, будет уменьшаются, но тогда тепловое излучение, захваченное облаком, может увеличиваются на ту же сумму.

    Но даже в таком простом сценарии есть проблемы.Поскольку уменьшение солнечный нагрев повлияет на температуру поверхности, тогда как изменение излучение теплового излучения повлияет на температуру воздуха при более высоких высоты, дополнительная облачность уменьшит температурные контрасты между поверхностью и большими высотами, на которых дуют ветры. Любой уменьшение ветра может, в свою очередь, препятствовать образованию облаков. В ранние исследования не учитывали эту возможность.

    Другая идея состоит в том, что при более высоких температурах атмосферы может образовываться более плотный облака поскольку большая скорость испарения при более высоких температурах приведет к образованию большего количества воды пар, доступный в атмосфере для конденсации облаков.Потому что плотнее облака отражают больше солнечного света, будет усиленный охлаждающий эффект. Это уменьшит величину тепличного потепления. С другой стороны, более плотные облака также могут привести к увеличению осадки (осадки и снегопады), возможно, из-за грозовых облаков, вершины которых особенно высоки и холодны. Такие облака, которые особенно хороши поглотители теплового излучения могут более чем компенсировать их склонность блокировать солнечный свет. В этом случае потепление усилится.Однако наблюдения показали, что более высокие температуры, похоже, создают вместо этого менее плотные, низкоуровневые облака. Доказательства, которые у нас есть до сих пор, предполагают что этот эффект возникает из-за того, что при повышении температуры воздух около поверхность становится суше, в результате чего основание облаков поднимается и уменьшается толщина облачного слоя. В более ранних исследованиях такая возможность не рассматривалась.

    Такие дискуссии "а что, если" могут продолжаться бесконечно. Все изменения упомянутые выше физически разумны, и есть еще много чего считается.Вопрос в том, сколько и какие на самом деле потребуется место, когда климат изменится, и насколько они будут большими? В целом вероятно, все эти и многие другие изменения произойдут вместе, но мы не знаем, что за сетевой эффект было бы.

    Еще одна сложность заключается в том, что облака бывают разных форм в зависимости от погодных условий, которые их создают. Низкие плотные листы слоисто-кучевые облака, нависающие над океаном, больше охлаждают, чем нагревают. Они создают эффективную защиту от падающего солнечного света, и, поскольку они низкие - и, следовательно, теплые - они излучают вверх почти столько же тепла радиация, как и поверхность.Напротив, тонкие, тонкие перистые облака, которые парят на высоте 6000 метров (20000 футов) и выше, мало отражают солнечный свет, но они настолько холодные, что поглощают большую часть теплового излучения, которое приходит их путь. Следовательно, они больше нагревают, чем охлаждают. Чистый охлаждающий эффект облаков - это сумма большого количества таких специфических эффектов, многие из которых отменяют друг друга.

    Атмосферным ученым уже почти два десятилетия известно, что комплекс влияние облаков на радиацию и водообмен представляет собой серьезную проблему для понимание климатических изменений.В 1974 г. международная конференция исследователи в Стокгольме подчеркнули необходимость лучшего понимания облака как одно из двух самых больших препятствий на пути дальнейшего прогресса в области климата исследовать. Второй - недостаточное знание океанских течений. Недавний Сравнение прогнозов, сделанных различными компьютерными моделями климата, показывает, что проблема никуда не делась. Например, в некоторых моделях облака уменьшают чистый парниковый эффект, а в других - усиливают его.

    Климатология облаков: как облака могут измениться с глобальным потеплением

    Хотя между климатическими условиями и радиационными свойствами определенных видов облаков могут существовать простые отношения, прогнозирование того, как глобальное распределение различных видов облаков изменится с глобальным потеплением, осложняется их взаимодействием с региональными ветровыми системами.Рассмотрим роль облаков в сезонном изменении климата. В средних широтах зима приводит к значительному снижению солнечного нагрева, однако соответствующее падение температуры воздуха у поверхности на 70-80 процентов меньше, чем то, что могло бы означать снижение солнечного нагрева. Более густые и густые зимние облака с чуть более высокими вершинами лучше удерживают тепло.

    В тропиках, несмотря на значительно большую облачность в сезон дождей, наблюдается лишь небольшое сезонное изменение температуры поверхности.Частично это изменение невелико, потому что влияние тропических облаков на тепловую и солнечную радиацию почти компенсирует друг друга, но еще более важным является контролирующее влияние переноса тепла атмосферными ветрами.

    Поиск дополнительных данных об облаках и климате продолжается параллельно с уточнением климатических моделей. Это медленный процесс: каждая новая информация должна быть включена повсюду. При определенных результатах, возможно, придется переформулировать сами модели.Но результатом должно стать более точное понимание того, насколько чувствительны облака к изменениям внешних сил и какое влияние эти изменения окажут на глобальное потепление. Следует надеяться, что работа по построению модели и сбору данных приведет к пониманию климатических изменений до того, как это изменение произойдет.

    Климатология облаков: глобальное распределение и характер облаков

    новые глобальные наборы данных показывают, что облака обычно покрывают почти две трети планеты, около 10 процентов больше, чем предполагалось.Океаны значительно облачнее, чем континенты. Чуть более 70 процентов неба над океанами облачно, но чуть менее 60% общей площади обычно покрыто облака. Почти пятая часть континентальной поверхности покрыта большими площадями. ясного неба, тогда как менее 10 процентов поверхности океана составляет. Облака в среднем примерно на 27 ° C (48 ° F) холоднее, чем на поверхности, и они отражают более чем в два раза больше солнечного света, чем поверхность. Но далеко более интересным, чем такие средние значения, является то, насколько широко свойства облаков может варьироваться в зависимости от местоположения, со временем суток, с изменением погоды, и с сезоном).

    Облака над океаном, например, в чем-то отличаются от облаков. над землей. Вершины океанских облаков обычно немного больше, чем на километр (3300 футов) ниже, чем вершины облаков над сушей, но океанские облака отражают в среднем примерно на 3% больше солнечного света, чем облака над сушей. Над океанами на низких широтах облака чаще встречаются утром, чем днем, а утренние облака лучше всего отражают дневной свет. Днем над сушей больше облаков с более высокой отражательной способностью.Хотя облака над океанами и сушей содержат в среднем примерно одинаковое количество воды, облака над океанами низкого уровня состоят из меньшего количества, но более крупных капель, чем облака над сушей.

    Свойства облаков также меняются в зависимости от расстояния от экватора. Самыми облачными регионами являются тропики и умеренно-умеренные штормовые зоны; в субтропиках и полярных регионах облачность на 10-20% меньше. Вершины тропических облаков значительно выше, в среднем на 1-2 км выше, чем вершины облаков в средних широтах, и более чем на два километра выше, чем облака над субтропиками и северным полюсом (облака в среднем намного выше над южным полюсом, потому что поверхность ледяного покрова намного выше по высоте).В некоторых местах в тропиках (западная часть Тихого океана, бассейн реки Амазонки и бассейн реки Конго) вершины облаков простираются до 15 километров (50 000 футов), а иногда и выше. Облака в высоких широтах отражают почти вдвое больше, чем большинство облаков в более низких широтах.

    Любая попытка объяснить такие вариации должна учитывать типы облаков, общие для данного региона, что зависит от местной метеорологии. Рассмотрим грозовые тучи. В тропиках часто образуются исключительно большие грозовые течения, простирающиеся от поверхности до высоты от двенадцати до пятнадцати километров (около 40 000–50 000 футов).Подобные грозовые облака возникают в районах с низким давлением над умеренными зонами, но их вершины достигают высоты только от семи до десяти километров (около 23 000 - 33 000 футов). В других местах грозы практически отсутствуют. Чтобы лучше понять облака, ученые изучают подробное поведение многих различных типов облаков, определенных наземными наблюдателями за погодой, и типов облаков, определенных метеорологическими спутниками.

    Метеорологи уже давно связывают большую облачность, более высокие вершины облаков и более плотные, более отражающие облака с регионами более сильных штормов.И тропики, и районы с низким давлением в средних широтах являются регионами с суровой погодой. Частота и сила штормов также связаны с такими климатическими факторами, как средняя скорость и направление ветра, температура, влажность, солнечный свет и топография. Сравнивая спутниковые наблюдения изменений облачности с метеорологическими данными, можно установить корреляцию между этими условиями и охлаждающими и нагревающими свойствами облаков.

    Облачная микрофизика

    Дополнительная литература


    ISCCP

    Солнечная энергия и круговорот воды

    Часть A: Солнечная энергия и круговорот воды

    Упрощенный гидрологический или водный цикл.Кликните по изображению для увеличения. Источник: NWS JetStream

    Чтобы начать исследование энергетического баланса Земли, вы начнете с глубокого изучения знакомого процесса, известного как круговорот воды. Водоснабжение Земли рециркулируется в непрерывном процессе, известном как вода, или гидрологический гидрологический цикл: процесс испарения, вертикальный и горизонтальный перенос пара, конденсация, осадки и поток воды с континентов в океаны., Цикл. В этом круговороте молекулы воды непрерывно перемещаются из одного места в другое.Круговорот воды важен для погоды и климата и, в конечном итоге, для всей жизни на Земле.

    Круговорот воды обусловлен в первую очередь солнечной энергией. Эта солнечная энергия запускает цикл, испаряя воду из океанов, озер, рек и даже из почвы. Другая вода перемещается от растений в атмосферу в процессе испарения. Когда жидкая вода испаряется или просвечивает, она образует водяной пар и облака, где капли воды в конечном итоге набирают достаточно массы, чтобы упасть на Землю в виде осадков.Затем осадки превращаются в сточные воды или грунтовые воды и в течение различных периодов времени возвращаются в поверхностные водоемы. Круговорот воды - это, по сути, замкнутая система, а это означает, что объем воды, который сегодня находится в гидросфере, равен тому количеству воды, которое всегда присутствовало в системе Земли.

    Начните эту лабораторию с просмотра следующей короткой анимации НАСА, демонстрирующей путь одной молекулы воды в круговороте воды. Наблюдая за анимацией, составьте список и отслеживайте все места, куда перемещается молекула.Примечание. В анимации НАСА изображение водоемов, таких как подземные водоносные горизонты и водоносные горизонты: подземные водоемы, которые образуются в пространствах и трещинах между камнями, песком или гравием, по которым вода движется относительно легко чтобы показать пути молекулы.

    Для просмотра этого видео включите JavaScript и рассмотрите возможность обновления до веб-браузера, который поддерживает видео HTML5

    Предоставлено НАСА / Центр космических полетов Годдарда. Источник: НАСА.

    Щелкните «Анимация водяного цикла», чтобы просмотреть анимацию в новом окне.


    Как обсуждалось ранее, круговорот воды не только перераспределяет воду вокруг Земли, но также поглощает и перераспределяет солнечную энергию между местами. Скрытое нагревание Скрытое нагревание: энергия, необходимая для перехода вещества в более высокое состояние (твердое вещество в жидкость или жидкость в газ). Та же самая энергия высвобождается из вещества, когда изменение состояния меняется на противоположное (газ превращается в жидкость или жидкость в твердое тело). атмосферы Земли происходит, когда энергия, в первую очередь от Солнца, заставляет жидкую воду переходить в другую фазу.Когда это происходит, жидкая вода поглощает энергию, заставляя ее испаряться и образовывать водяной пар. Процесс испарения поглощает огромное количество поступающей солнечной энергии. В процессе скрытого нагрева энергия передается в атмосферу, когда водяной пар конденсируется во время образования облаков. Например, подумайте о том, как лужа после ливня сохраняет тротуар прохладным, пока он полностью не высохнет на солнце. Поступающее солнечное излучение используется для запуска процесса испарения.Когда вода уходит, тротуар начинает поглощать солнечное излучение и нагреваться. Если вы коснетесь тротуара босыми ногами, вы почувствуете это явное тепло явное тепло: избыточная энергия излучения, которая прошла с поверхности Земли в атмосферу в результате процессов адвекции, проводимости и конвекции.

    Второй механизм перераспределения тепловой энергии - это процесс конвекции конвекции: передачи тепловой энергии путем перемещения нагретого материала из одного места в другое., которая является движущей силой погоды. Вместе эти два процесса составляют значительную часть радиационного баланса Земли. Всего энергия покидает поверхность Земли посредством трех процессов: испарения и конденсации (или скрытого нагрева и охлаждения), конвекции и испускания теплового инфракрасного излучения. Из этих трех процессов 25 процентов энергии, покидающей поверхность Земли, происходит за счет испарения и конденсации. Еще пять процентов уходит с поверхности за счет конвекции.Выполняя следующую лабораторную работу, ищите признаки этих двух важных процессов теплопередачи.

    Обзор:

    В этой лаборатории вы построите физическую модель гидрологического или водного цикла.

    Материалы, необходимые для этой лаборатории:

    • Прозрачный стеклянный или пластиковый аквариум или коробка для обуви
    • Крышка для аквариума или коробки из-под обуви, может быть кусок картона или полиэтиленовой пленки
    • Резиновые ленты для удержания полиэтиленовой пленки на месте, если она используется.Совет: свяжите вместе несколько более коротких резинок, чтобы получилась одна большая.
    • Мешок с застежкой-молнией на галлон или кварту, наполненный песком, гравием или землей
    • Горячая вода
    • Синий пищевой краситель (по желанию)
    • Крышка кувшина или маленькая чаша
    • Лед
    • Маленькая изолированная чашка или сумка на молнии для льда
    • Источник света: яркий солнечный свет или лампа (40-60Вт). При использовании лампы лучше всего подойдет настольная или накладная лампа.
    Инструкции по лабораторной деятельности
    1. Происхождение: Бетси Янгман, нет
      Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

      Установите оборудование, как показано на рисунке справа или ниже.На изображении ниже установка была изменена и теперь включает небольшую крышку от банки для улавливания осадков. Обратите внимание, что пластиковая «крышка» контейнера свободно размещается на коробке и удерживается на месте с помощью резиновых лент. Изолированная чашка заменена сумкой на молнии.

      Происхождение: Бетси Янгман, нет
      Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.


    2. Вырежьте отверстие достаточно большого размера, чтобы поместить изолированную чашку в «крышку» вашего аквариума или в прозрачную пластиковую коробку для обуви. Или, если вы используете полиэтиленовую пленку, вы можете просто положить лед в пакет и положить его прямо на крышку пластиковой пленки.
    3. Добавьте воды, чтобы заполнить емкость водой на глубину 2-5 см.Необязательно: добавьте несколько капель пищевого красителя, чтобы вода была лучше видна.
    4. Поместите мешок с песком или гравием на одном конце аквариума. Песок / гравий должен быть выше уровня воды.
    5. Добавьте небольшую крышку от банки или миску на «участок земли» поверх песка и подо льдом.
    6. Наполните чашку или пакет с застежкой-молнией льдом и поместите его в отверстие в крышке (если используется картон) или поверх полиэтиленовой пленки.
    7. Поместите лампу с фокусировкой, например настольную, так, чтобы она нагревала воду на другом конце аквариума или ящика.Если крышка коробки прозрачная, направьте свет через крышку; в противном случае направьте его на воду через стенку аквариума.
    8. Включите лампу или поместите устройство на солнце и наблюдайте за круговоротом воды.


    После завершения этой лабораторной работы ответьте на вопросы Discussion и Stop and Think ниже.

    Обсудить

    После того, как вы создали модель водного цикла, критикуйте ее эффективность и достоверность.Какие части круговорота воды были четко продемонстрированы в этой лаборатории, а какие - недостаточно хорошо? Как вы могли бы задокументировать свою демонстрацию и поделиться ею с другими студентами? Нарисуйте эскиз своей модели круговорота воды и добавьте слова для описания процессов, происходящих в модели.


    Остановись и подумай

    1. Свяжите каждую часть вашей модели со схемой круговорота воды в правом верхнем углу этой страницы. Например, лампа изображала солнце. Какие еще процессы в системе Земли были продемонстрированы в этой лаборатории?
    2. Что было источником энергии для круговорота воды?
    3. Как круговорот воды «переносит» энергию?
    4. Как вы думаете, что произойдет, если вы добавите вторую или даже третью лампу?
    5. Опишите, что, по вашему мнению, произойдет, если вы оставите круговорот воды в обувной коробке в темноте на несколько часов.
    Дополнительный добавочный номер

    Дополнительную справочную информацию о круговороте воды и погоде можно найти по следующим ссылкам:

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *