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环境热污染控制,环境热污染控制,第5章 环境热污染控制,5.1 热环境 5.2 温室效应5.3 热岛效应5.4 环境热污染防治,第5章 环境热污染控制5.1 热环境,5.1 热环境,5.1.1 人类生存热环境的热量来源 5.1.2 地表接受太阳辐射能量的影响因素 5.1.3 地球环境换热方程5.1.4 人体与热环境之间的热平衡关系 5.1.5 热环境变化过程中人体的自身调节方式 5.1.6 高温环境对人体的危害 5.1.7 高温热环境的防护5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标,5.1 热环境5.1.1 人类生存热环境的热量来源,5.1 热环境,所谓热环境就是指提供给人类生产、生活及生命活动的良好的生存空间的温度环境。太阳能量辐射创造了人类生存空间的大的热环境，而各种能源提供的能量则对人类生存的小的热环境作进一步的调整，使之更适宜于人类的生存。同时人类的各种活动也在不断改变着人类生存的热环境。 适宜于人类生产，生活及生命活动的温度范围相对而言是较窄的。,5.1 热环境 所谓热环境就是指提供给人类生产、生,5.1.1 人类生存热环境的热量来源,1、太阳辐射： 太阳表面的有效温度为5497，其辐射通量又称太阳常数，是指在地球大气圈外层空间，垂直于太阳光线束的单位面积上单位时间内接受的太阳辐射能量的大小，其值大约为1.95cal/(cm2min) (1cal=4.18J)。,5.1.1 人类生存热环境的热量来源1、太阳辐射：,5.1.1 人类生存热环境的热量来源,图5-1 太阳辐射通量分配状况图,5.1.1 人类生存热环境的热量来源图5-1 太阳辐射通量,5.1.1 人类生存热环境的热量来源,2、人为热量来源：(1)各种大功率的电器机械装置在运转过程中，以副作用的形式向环境中释放的热能。(2)放热的化学反应过程，如化学反应和核反应等。(3)密集人群释放的辐射能量，一个成年人对外辐射的能量相当于一个146W的发热器所散发的能量。,5.1.1 人类生存热环境的热量来源2、人为热量来源：,5.1.2 地表接受太阳辐射能量的影响因素,地壳外的大气层是影响地球接受能量的一个重要方面。主要取决于大气组成，即大气中臭氧、水蒸气和二氧化碳的含量的多少。大气中的其他气体分子，尘埃和云，对大气辐射起反射和散射作用。地表的形态类型是影响地表接受太阳辐射能量的另一重要因素。,5.1.2 地表接受太阳辐射能量的影响因素 地壳外的大气层是,5.1.3 地球环境换热方程,太阳向地表和大气辐射热能，地表和大气之间不停地以辐射、对流、传导方式进行热交换。地表和大气间不停地进行着这两种能量交换，地表热环境的状况取决于这两者交换结果。,5.1.3 地球环境换热方程 太阳向地表和大气辐射,5.1.4 人体与热环境之间的热平衡关系,人是恒温动物，人体与环境之间的热交换一般有两种方式：（1）对外做功（W，如人体运动过程及各种器官有机协调过程的能量消耗）；（2）转化为体内热（H），并不断传递到体表，最终以热辐射或热传导、热对流的方式释放到环境中。机体在体温调节机制的调控下，使产热过程和散热过程处于平衡，即体热平衡，维持正常的体温。,5.1.4 人体与热环境之间的热平衡关系 人是恒温动物，人体,5.1.5 热环境变化过程中人体的自身调节方式,人体所能适应的最适温度范围（2529）称为中性区。在中性区人体的各种生理机能能够得到较好地发挥，从而可以达到较高的工作效率。中性区的中点称为人为中性点。为了适应热环境的温度变化，人体在偏离中性区的热环境中会对自身进行调节。,5.1.5 热环境变化过程中人体的自身调节方式 人体所能适应,5.1.6 高温环境对人体的危害,环境温度超过29时，会对人体的以下身体机能产生影响：人体的热平衡体温和皮肤温度水盐代谢消化系统、循环系统、神经系统 中暑其他：加重肾脏负担、降低免疫力等,5.1.6 高温环境对人体的危害 环境温度超过2,5.1.7 高温热环境的防护,为防止高温热环境对人提的局部灼伤，一般采用由隔热耐火材料制成的防护手套、头盔和鞋袜等防护物。对于全身性高温环境，其防护措施为采用全身性降温的防护服。研究表明，头部和脊柱的高温冷却防护对于提高人体的高温耐力具有重要的价值和意义。其次，全身冷水浴和大量饮水，也可以对抗高温起到很好的作用。,5.1.7 高温热环境的防护为防止高温热环境对人提的局部灼伤,5.1.7 高温热环境的防护,另外，有意识经常性的在高温环境中锻炼，人体就会产生“高温习服”现象，从而更加耐受高温环境。高温习服的上限温度为49。最好的办法是：高温环境中的工作逐渐由机械（如机器人）完成。在必须有人类参与的高温环境中，采用环境调节装置调节环境温度，以便适宜于人类的生命活动。,5.1.7 高温热环境的防护另外，有意识经常性的在高温环境中,5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标,环境温度的测量方法 干球温度法。将温度计的水银球不加任何处理，直接放置到环境中进行测量，得到的温度为大气的温度，又称气温。湿球温度法。将水银温度计的水银球用湿纱布包裹起来，然后放置到环境中进行测量。由此法测得的温度是湿度饱和情况下的大气温度。,5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标环境温度的测量方法,5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标,干球温度和湿球温度的差值，反映了测量环境的湿度状况。黑球温度法。将温度计的水银球放入一直径15厘米外涂黑的空心铜球中心进行测定。此法的测量结果可以反映出环境热辐射的状况。在表示环境温度时，必须注明测定时采用的测量方法。,5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标干球温度和湿球温度,5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标,生理热环境指标 环境温度对人体产生的生理效应，除与环境温度的高低有关外，还与环境湿度、风速（空气流动速度）等因素有关。在环境生理学上常采用温度湿度风速的综合指标来表示环境温度，并称之为生理热环境指标。 常用生理热环境指标主要有有效温度(ET)、干-湿-黑球温度、操作温度(OT)三种。,5.1.8 温度的测量方法和生理热环境指标生理热环境指标,适宜于人类生产，生活及生命活动的温度范围相对而言是较窄的。3 城市热岛效应的影响（3）加快水生生物的生化反应速度（4）破坏鱼类生存环境4 人体与热环境之间的热平衡关系2 城市热岛效应的成因（1）植树造林，增加森林覆盖面积气候带北移，引发生态问题（1）植树造林，增加森林覆盖面积由此法测得的温度是湿度饱和情况下的大气温度。（1）降低水体溶解氧且加重水体污染究其原因，主要有以下五个方面：5-3 地球大气层热量辐射平衡图常用生理热环境指标主要有有效温度(ET)、干-湿-黑球温度、操作温度(OT)三种。第5章 环境热污染控制6 高温环境对人体的危害,5.2 温室效应,5.2.1 温室效应的定义 5.2.2 温室效应的原理5.2.3 温室效应的加剧5.2.4 温室效应的理论5.2.5 全球变暖,适宜于人类生产，生活及生命活动的温度范围相对而言是较窄的。5,5.2.1 温室效应的定义,温室效应（ Greenhouse Effect）是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。通常把CO2、CH4、N2O、SO2、O3、CFCs等称为温室气体。,5.2.1 温室效应的定义 温室效应（ Greenhouse,5.2.1 温室效应的定义,图5-2 温室效应示意图,5.2.1 温室效应的定义 图5-2 温室效应示意图,5.2.2 温室效应的原理,图5-3 地球大气层热量辐射平衡图,5.2.2 温室效应的原理图,5.2.3 温室效应的加剧,自欧洲工业革命以来，大气中二氧化碳的浓度持续攀升，其中由于化石类矿物燃料的燃烧排放的CO2占最大的比例，这是“温室效应”加剧的主要原因。 N2O 、CH4、氟氯碳化物（CFC-12）浓度的快速增长也是“温室效应”加剧的原因，并且CH4还可能成为“温室效应” 的主因。 “温室效应”的延后性可达百年之久。,5.2.3 温室效应的加剧自欧洲工业革命以来，大气中二氧化碳,5.2.4 温室效应的理论,辐射对流平衡理论大气湍流对全球变暖的抑制作用是不能忽略的，这也是自然系统进行自我调整的一种形式。 冰雪反馈理论这是大自然的正反馈，加剧温室效应。 反射理论该理论认为：大气中CO2含量增加，不但不会使地表增温反而会引起其温度下降。,5.2.4 温室效应的理论辐射对流平衡理论,5.2.5 全球变暖,图5-5 近代南北半球及全球平均温度的变化,5.2.5 全球变暖图5-5 近代南北半球及全球平均温度的变,5.2.5 全球变暖,由于大气层温室效应加剧，已导致了严重的全球变暖的发生，这已是一个不争的事实。其后果非常严重：冰川消退 海平面升高 气候带北移，引发生态问题 加重区域性自然灾害 危害地球生命系统,5.2.5 全球变暖 由于大气层温室效应加剧，已导,5.3 热岛效应,5.3.1 城市热岛效应现象5.3.2 城市热岛效应的成因5.3.3 城市热岛效应的影响5.3.4 城市热岛效应的防治,5.3 热岛效应5.3.1 城市热岛效应现象,环境温度对人体产生的生理效应，除与环境温度的高低有关外，还与环境湿度、风速（空气流动速度）等因素有关。(2)放热的化学反应过程，如化学反应和核反应等。气候带北移，引发生态问题（3）石油泄露改变了海洋水面的受热性质向自然水体排放的温热水导致其升温，当温度升高到影响水生生物的生态结构时，就会发生水质恶化，影响人类生产、生活的使用，即为水体热污染。（2）破坏降雨量的均衡分布机体在体温调节机制的调控下，使产热过程和散热过程处于平衡，即体热平衡，维持正常的体温。（2）大气中颗粒物对气候影响自欧洲工业革命以来，大气中二氧化碳的浓度持续攀升，其中由于化石类矿物燃料的燃烧排放的CO2占最大的比例，这是“温室效应”加剧的主要原因。太阳向地表和大气辐射热能，地表和大气之间不停地以辐射、对流、传导方式进行热交换。3、直接向环境释放热量图5-7 城市热岛效应模式和尘盖（2）废热水的综合利用(2)放热的化学反应过程，如化学反应和核反应等。8 温度的测量方法和生理热环境指标（1）植树造林，增加森林覆盖面积（2）飞速发展的城市建设减少了自然下垫面,5.3.1 城市热岛效应现象,如果我们同时测定一个城市距地一定高度位置处的温度数据，然后绘制在城市地图上，就可以得到一个城市近地面等温线图。从图上可以看出，在建筑物最为密集的市中心区，闭合等温线温度最高，然后逐渐向外降低，郊区温度最低，这就像突出海面的岛屿，高温的城市处于低温郊区的包围之中，这种现象被形象地称为“城市热岛效应”（Urban Heat Island Effect）。,环境温度对人体产生的生理效应，除与环境温度的高低有关外，还与,5.3.2 城市热岛效应的成因,随着城市建设的高度发展，热岛效应也变得越来越明显。究其原因，主要有以下五个方面：城市下垫面特性的影响人工热源的影响日益加剧的城市大气污染的影响高耸入云的建筑物造成近地表风速小且通风不良 可供蒸发、降温的水分少,5.3.2 城市热岛效应的成因随着城市建设的高度发展，热岛效,5.3.3 城市热岛效应的影响,城市热岛效应的存在，使得城区冬季缩短，霜雪减少，有时甚至出现城外降雪城内雨的现象，从而可以降低城区冬季采暖能耗。夏季，城市热岛效应加剧区高温天气，降低工人工作效率，且易造成中暑甚至死亡。 城市热岛效应会给城市带来暴雨、飓风、云雾等异常的天气现象，即“雨岛效应”、“雾岛效应”。,5.3.3 城市热岛效应的影响城市热岛效应的存在，使得城区冬,5.3.3 城市热岛效应的影响,热岛效应会加剧城市能耗，增大其用水量，从而消耗更多的能源，造成更多的废热排放到环境中去，进一步加剧城市热岛效应，导致恶性循环。形成城市风，加剧城市大气污染。,5.3.3 城市热岛效应的影响热岛效应会加剧城市能耗，增大其,5.3.3 城市热岛效应的影响,图5-7 城市热岛效应模式和尘盖,5.3.3 城市热岛效应的影响图5-7 城市热岛效应模式和尘,5.3.4 城市热岛效应的防治,城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是加剧城市热岛效应的主要原因，因此在城市中通过各种途径增加自然下垫面的比例是缓解城市热岛效应的有效途径之一。其中城市绿地是城市中的主要自然因素，因此大力发展城市绿化，是减轻热岛影响的关键措施。规模大于3hm2且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，基本上消除了城市热岛效应。,5.3.4 城市热岛效应的防治城市中人工构筑物的增加、自然下,5.4 环境热污染防治,5.4.1 热污染的成因5.4.2 水体热污染5.4.3 大气热污染,5.4 环境热污染防治5.4.1 热污染的成因,5.4 环境热污染防治,随着科技水平的提高和社会生产力的不断发展，工农业生产和人们生活都需要大量的能源消耗（包括化石燃料和核燃料），这不仅会直接或者间接释放出大量热，而且还会产生二氧化碳、水蒸气、热水等一些污染物，它们会使局部环境或全球环境增温，并形成对人类和生态系统的直接或间接、及时或潜在的危害。这种日益现代化的工农业生产和人类生活中排放出的废热所造成的环境污染，即为热污染。,5.4 环境热污染防治 随着科技水平的提高和社会生,5.4.1 热污染的成因,1、改变了大气的组成（1）大气中CO2含量不断增加（2）大气中微细颗粒物大量增加 （3）对流层中水蒸气大量增加 （4）臭氧层的破坏,5.4.1 热污染的成因1、改变了大气的组成,5.4.1 热污染的成因,2、改变地表形态 （1）农牧业大发展造成自然植被的严重破坏 （2）飞速发展的城市建设减少了自然下垫面 （3）石油泄露改变了海洋水面的受热性质3、直接向环境释放热量,5.4.1 热污染的成因2、改变地表形态,5.4.2 水体热污染,向自然水体排放的温热水导致其升温，当温度升高到影响水生生物的生态结构时，就会发生水质恶化，影响人类生产、生活的使用，即为水体热污染。1、水体热污染的热量来源 工业冷却水是水体热污染的主要热源，其中以电力工业为主，我国发电行业的冷却水用量也占到总冷却水用量的80%左右。,5.4.2 水体热污染 向自然水体排放的温热水导致,5.4.2 水体热污染,2、水体热污染的危害（1）降低水体溶解氧且加重水体污染（2）导致藻类生物的群落更替（3）加快水生生物的生化反应速度（4）破坏鱼类生存环境（5）危害人类健康,5.4.2 水体热污染2、水体热污染的危害,5.4.2 水体热污染,3、水体热污染的温升控制标准 水体温升是指标的高低，需要综合考虑环保和经济合理两方面的因素。地表水环境质量标准 （GB3838-2002）规定，人为造成环境水温变化应限制在周平均最大升温小于等于1。,5.4.2 水体热污染3、水体热污染的温升控制标准,5.4.2 水体热污染,4、水体热污染的防治（1）设计和改进冷却系统，减少废温、热水的排放冷却塔实质是将水体热污染转化成大气热污染（2）废热水的综合利用包括：温水养殖、在冬季用温热水灌溉、利用温热水冬季供暖和夏季作为吸收型空调设备的能源等。,5.4.2 水体热污染4、水体热污染的防治,5.4.3 大气热污染,随着能源消耗的加剧，越来越多的副产物CO2、水蒸气和颗粒物质被排放到大气中。水蒸气吸收从地面辐射的紫外线，悬浮在空气中的微粒物吸收从太阳辐射来的能量，加之人类活动向大气中释放的能量，使得大气温度不断升高，即为大气热污染。,5.4.3 大气热污染 随着能源消耗的加剧，越来越,5.4.3 大气热污染,1、大气热污染引起局部天气变化（1）减少太阳到达地球表面的辐射能量，降低大气可见度（2）破坏降雨量的均衡分布（3）加剧城市的热岛效应2、大气热污染引起全球气候变化（1）加剧CO2的温室效应（2）大气中颗粒物对气候影响,5.4.3 大气热污染1、大气热污染引起局部天气变化,5.4.3 大气热污染,3、大气热污染的防治（1）植树造林，增加森林覆盖面积（2）提高燃料燃烧的完全性，提高能源的利用效率，降低废热排放量（3）发展清洁型和可再生性替代能源，减少化石性能源的使用量（4）保护臭氧层，共同采取“补天”行动,5.4.3 大气热污染3、大气热污染的防治,感谢观看,感谢观看,