열 오염 : 특성, 결과, 예 - 환경

열 오염 몇몇 인자 환경 온도의 바람직하지 않은 또는 해로운 변화를 야기 할 때 발생한다. 이 오염의 영향을 가장 많이받는 환경은 물이지만 공기와 토양에도 영향을 미칠 수 있습니다.

환경의 평균 온도는 자연적 원인과 인간의 행동 (인위적)에 의해 변경 될 수 있습니다. 자연적인 원인으로는 산불과 화산 폭발이 있습니다.

지구 표면 온도. 출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

인위적 원인 중에는 전기 에너지 생성, 온실 가스 생산 및 산업 공정이 있습니다. 마찬가지로 냉장 및 공조 시스템이 기여합니다.

가장 관련성이 높은 열 오염 현상은 지구 온난화이며, 이는 평균 행성 온도의 상승을 의미합니다. 이것은 이른바 온실 효과와 인간의 잔여 열의 순 기여 때문입니다.

열 오염을 가장 많이 일으키는 활동은 화석 연료를 태워서 전기를 생산하는 것입니다. 석탄이나 석유 제품을 태우면 열이 확산되고 주요 온실 가스 인 CO2가 생성됩니다.

열 오염은 생물 다양성에 부정적인 영향을 미치는 물리적, 화학적 및 생물학적 변화를 유발합니다. 고온의 가장 관련성이 높은 특성은 촉 매력이며 살아있는 유기체에서 발생하는 대사 반응을 포함합니다.

생명체는 생존하기 위해 일정한 크기의 온도 변화 조건이 필요합니다. 이러한 이유로이 진폭의 변경은 인구 감소, 이동 또는 멸종을 의미 할 수 있습니다.

반면에 열 오염은 인간의 건강에 직접적인 영향을 미치고 열 소모, 열 쇼크를 유발하고 심혈관 질환을 악화시킵니다. 또한 지구 온난화로 인해 열대성 질병이 지리적 범위를 확장합니다.

열 오염을 방지하려면 경제 발전 방식과 현대 사회의 습관을 수정해야합니다. 이것은 차례로 환경에 대한 열 영향을 줄이는 기술 구현을 의미합니다.

1970 년과 2012 년 사이에 운영 된 Santa María de Garoña 원자력 발전소 (스페인 부르고스)와 같은 열 오염의 몇 가지 예가 여기에 제시되어 있습니다.이 발전소는 냉각 시스템의 뜨거운 물을 Ebro 강으로 버리고 자연 온도를 최대 10ºC까지 올렸습니다.

열 오염의 또 다른 특징은 에어컨 장치를 사용하는 것입니다. 온도를 낮추기위한 이러한 시스템의 확산은 마드리드와 같은 도시의 온도를 최대 2ºC까지 상승시킵니다.

마지막으로, 물을 사용하여 시스템을 냉각하고 그 결과 뜨거운 물을 바다로 되 돌리는 페루의 마가린 생산 회사의 긍정적 인 사례입니다. 따라서 그들은 에너지와 물을 절약하고 환경에 대한 뜨거운 물의 기여를 줄일 수있었습니다.

형질

-열 및 열 오염

열 오염은 배치 될 때 모든 에너지가 열을 생성하기 때문에 다른 에너지의 변환에서 파생됩니다. 이것은 매체 입자의 움직임 가속으로 구성됩니다.

따라서 열은 서로 다른 온도에있는 두 시스템 간의 에너지 전달입니다.

온도

온도는 시스템의 운동 에너지, 즉 분자의 평균 이동을 측정하는 양입니다. 상기 움직임은 기체에서와 같은 병진 또는 고체에서와 같은 진동 일 수있다.

온도계로 측정되며, 그 중 다양한 유형이 있으며 가장 일반적인 것은 팽창과 전자입니다.

팽창 온도계는 특정 물질의 팽창 계수를 기반으로합니다. 이러한 물질은 가열되면 늘어나고 그 상승이 점진적으로 표시됩니다.

전자 온도계는 열 에너지를 수치 척도로 변환 된 전기 에너지로 변환하는 것을 기반으로합니다.

사용되는 가장 일반적인 척도는 Anders Celsius (ºC, 섭씨 또는 섭씨)에서 제안한 척도입니다. 여기서 0ºC는 물의 빙점에 해당하고 100ºC는 끓는점에 해당합니다.

-열역학 및 열 오염

열역학은 다른 형태의 에너지와 열의 상호 작용을 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 열역학은 네 가지 기본 원칙을 고려합니다.

-온도가 다른 두 물체는 평형에 도달 할 때까지 열을 교환합니다.

-에너지는 생성되거나 파괴되지 않고 변형 될뿐입니다.

-한 형태의 에너지는 열 손실 없이는 다른 형태로 완전히 변환 될 수 없습니다. 그리고 열 흐름은 가장 뜨거운 매체에서 가장 덜 뜨겁고 그 반대는 아닙니다.

-절대 영도에 도달하는 것은 불가능합니다.

열 오염에 적용되는 이러한 원칙은 모든 물리적 프로세스가 열 전달을 생성하고 열 오염을 생성한다는 것을 결정합니다. 또한 매체의 온도를 높이거나 낮춰서 생산할 수 있습니다.

온도의 증가 또는 감소는 중요한 매개 변수를 초과 할 때 오염되는 것으로 간주됩니다.

-생체 온도

온도는 우리가 알고있는 생명체 발생의 근본적인 측면 중 하나입니다. 대부분의 활성 수명을 허용하는 온도 변화 범위는 -18ºC ~ 50ºC입니다.

살아있는 유기체는 -200ºC와 110ºC의 온도에서 잠복 상태로 존재할 수 있지만 드문 경우입니다.

호 열성 박테리아

소위 호 열성 박테리아는 액체가있는 한 최대 100ºC의 온도에서 존재할 수 있습니다. 이 상태는 열수 통풍구 지역의 해저에서 높은 압력에서 발생합니다.

이것은 매체에서 열 오염의 정의가 상대적이며 매체의 자연적 특성에 달려 있음을 알려줍니다. 마찬가지로 주어진 지역에 서식하는 유기체의 요구 사항과 관련이 있습니다.

인간

사람의 경우 정상 체온은 36.5ºC에서 37.2ºC이며 항상성 용량 (외부 변화를 보상하기위한)이 제한됩니다. 장기간 동안 0ºC 미만의 온도와 인공 보호 장치가 없으면 사망에 이릅니다.

마찬가지로 지속적으로 50ºC 이상의 온도는 장기적으로 보상하기가 매우 어렵습니다.

-열 오염 및 환경

물에서는 열이 더 느리게 발산되기 때문에 열 오염이 더 즉각적인 영향을 미칩니다. 공기와 지상에서 열이 더 빨리 발산되기 때문에 열 오염은 덜 강력한 영향을 미칩니다.

반면에 작은 영역에서는 많은 양의 열을 발산하는 환경의 용량이 매우 제한적입니다.

열의 촉매 효과

열은 화학 반응에 촉매 효과를줍니다. 즉, 이러한 반응을 가속화합니다. 이 효과는 열 오염이 환경에 부정적인 영향을 미칠 수있는 주요 요인입니다.

따라서 몇 도의 온도 차이가 다른 방법으로는 발생하지 않는 반응을 유발할 수 있습니다.

원인

- 지구 온난화

지구는 지질 학적 역사를 통틀어 높고 낮은 평균 기온의주기를 거쳤습니다. 이 경우 행성 온도 상승의 원인은 태양과 지열 에너지와 같은 자연적 특성이었습니다.

현재 지구 온난화 과정은 인간이 수행하는 활동과 관련이 있습니다. 이 경우 주요 문제는 성층권으로의 열 발산 속도의 감소입니다.

이것은 주로 인간 활동에 의한 온실 가스 배출로 인해 발생합니다. 여기에는 산업, 차량 교통 및 화석 연료 연소가 포함됩니다.

지구 온난화는 오늘날 존재하는 가장 크고 위험한 열 오염 과정을 나타냅니다. 또한, 화석 연료의 전 세계 사용으로 인한 열 방출은 시스템에 추가 열을 추가합니다.

-화력 발전소

열전 발전소는 연료로 전기를 생산하도록 설계된 산업 단지입니다. 상기 연료는 화석 (석탄, 석유 또는 유도체) 또는 방사성 물질 (예 : 우라늄) 일 수 있습니다.

Endesa As Pontes 화력 발전소 (스페인). 출처 : ☣Banjo 제공 이미지

이 시스템은 터빈 또는 원자로의 냉각을 필요로하며이 물이 사용됩니다. 냉각 시퀀스에서는 편리한 냉수 (강 또는 바다)에서 많은 양의 물을 끌어옵니다.

그 후, 펌프는 뜨거운 배기 증기로 둘러싸인 튜브를 통해 펌프를 강제로 통과시킵니다. 열은 증기에서 냉각수로 전달되고 가열 된 물은 원천으로 되돌아가 자연 환경에 과도한 열을 가져옵니다.

-산불

산불은 오늘날 흔히 발생하는 현상으로, 많은 경우 인간에 의해 직간접 적으로 발생합니다. 큰 산림 덩어리를 태우면 주로 공기와 땅으로 엄청난 양의 열이 전달됩니다.

-에어컨 및 냉동 시스템

에어컨 장치는 실내 온도를 변화시킬뿐만 아니라 실외 공간의 불균형을 유발합니다. 예를 들어, 에어컨은 내부에서 추출하는 열보다 30 % 더 많이 외부로 발산됩니다.

국제 에너지기구 (International Energy Agency)에 따르면 전 세계적으로 약 1,6 억 개의 에어컨이 있습니다. 마찬가지로 냉장고, 냉장고, 지하실 및 밀폐 된 공간의 온도를 낮추도록 설계된 모든 장비는 열 오염을 발생시킵니다.

-산업 공정

실제로 모든 산업 전환 프로세스에는 열을 환경으로 전달하는 과정이 포함됩니다. 일부 산업은 가스 액화, 야금 및 유리 생산과 같이 특히 높은 비율로이를 수행합니다.

액화 가스

다양한 산업 및 의료용 가스의 재기 화 및 액화 산업에는 냉동 공정이 필요합니다. 이러한 프로세스는 흡열 성입니다. 즉, 주변 환경을 냉각하여 열을 흡수합니다.

이를 위해 초기 온도보다 낮은 온도에서 환경으로 되돌아가는 물을 사용합니다.

학의

용광로는 1,500ºC 이상의 온도에 도달하기 때문에 환경으로 열을 방출합니다. 반면에 재료 냉각 공정은 더 높은 온도에서 환경에 다시 들어가는 물을 사용합니다.

유리 생산

재료의 용융 및 성형 공정에서 최대 1,600ºC의 온도에 도달합니다. 이러한 의미에서이 산업에서 발생하는 열 오염은 특히 작업 환경에서 상당합니다.

-조명 시스템

백열등 또는 스포트라이트 및 형광등은 열의 형태로 환경에 에너지를 방출합니다. 도시 지역의 조명 농도가 높기 때문에 이것은 심각한 열 오염의 원인이됩니다.

-내연 기관

자동차와 같은 내연 기관은 약 2,500ºC를 생성 할 수 있습니다. 이 열은 냉각 시스템, 특히 라디에이터를 통해 환경으로 발산됩니다.

도시에서 매일 수십만 대의 차량이 순환한다는 점을 감안하면 전달되는 열의 양을 추론 할 수 있습니다.

-도심

실제로 도시는 이미 언급 된 많은 요인으로 인해 열 오염의 원인이됩니다. 그러나 도시는 열 효과가 주변의 틀 안에서 열섬을 형성하는 시스템입니다.

스페인의 열섬. 출처 : Galjundi7

알베도 효과

Albedo는 물체가 태양 복사를 반사하는 능력을 나타냅니다. 도시 구조는 존재하는 각 요소 (자동차, 주택, 산업)가 만들 수있는 칼로리 기여를 넘어 상당한 시너지 효과를 발휘합니다.

예를 들어 도심의 재료 (주로 콘크리트 및 아스팔트)는 알베도가 낮습니다. 이로 인해 매우 뜨거워지고 도시의 활동으로 인해 방출되는 열과 함께 열 오염이 증가합니다.

도시 열의 순 기여

다양한 조사에서 도시의 더운 날에 인간 활동에 의한 열 발생이 매우 높을 수 있음이 밝혀졌습니다.

예를 들어, 도쿄에서는 약 3ºC의 온도 상승에 해당하는 140W / m2의 순 열 입력이 있습니다. 스톡홀름에서 순 기여는 70W / m2로 추정되며 이는 온도가 1.5ºC 상승하는 것과 같습니다.

결과

-물의 물성 변화

열 오염의 결과로 수온이 상승하면 물리적 변화가 발생합니다. 예를 들어, 용존 산소를 줄이고 염분 농도를 증가시켜 수생 생태계에 영향을 미칩니다.

계절적 변화 (겨울 동결)의 영향을받는 수역에서 온수를 추가하면 자연 동결 속도가 바뀝니다. 이것은 차례로 그 계절에 적응 한 생물에 영향을 미칩니다.

-생물 다양성에 미치는 영향

수생 생물

열전 발전소 냉각 시스템에서 고온에 노출되면 특정 유기체에 생리적 충격이 발생합니다. 이 경우 플랑크톤, 어류 및 무척추 동물의 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크톤, 알 및 유충이 영향을받습니다.

많은 수생 생물, 특히 어류는 수온에 매우 민감합니다. 동일한 종에서 이상적인 온도 범위는 각 특정 개체군의 순응 온도에 따라 다릅니다.

이로 인해 온도 변화로 인해 전체 인구가 사라지거나 이동합니다. 따라서 화력 발전소에서 배출되는 물은 7.5-11ºC (담수)와 12-16ºC (소금 수)까지 온도를 높일 수 있습니다.

이 열 충격은 급사로 이어 지거나 인구 생존에 영향을 미치는 부작용을 유발할 수 있습니다. 다른 영향 중에서 물을 가열하면 물의 용존 산소가 감소하여 저산소 문제가 발생합니다.

부영양화

이 현상은 수생 생태계에 심각한 영향을 미치며 심지어 생명체가 사라지는 원인이됩니다. 그것은 물에 대한 영양분의 인공적인 기여의 결과로 조류, 박테리아 및 수생 식물의 증식으로 시작됩니다.

이러한 유기체의 개체수가 증가함에 따라 물에 용해 된 산소를 소비하여 물고기와 다른 종의 죽음을 초래합니다. 수온을 높이면 용존 산소를 줄이고 염분을 농축하여 조류와 박테리아의 성장을 촉진하여 부영양화에 기여합니다.

지상파 생활

공기의 경우 온도 변화는 생리적 과정과 종의 행동에 영향을 미칩니다. 많은 곤충은 특정 수준 이상의 온도에서 번식력을 감소시킵니다.

마찬가지로 식물은 개화 온도에 민감합니다. 지구 온난화로 인해 일부 종은 지리적 범위를 확장하고 다른 종은 제한적이라고 생각합니다.

- 인간의 건강

열사병

비정상적으로 높은 온도는 인체 건강에 영향을 미치며 이른바 열충격이나 열사병이 발생할 수 있습니다. 이것은 다양한 필수 기관의 마비를 유발하고 심지어 사망으로 이어질 수있는 급성 탈수로 구성됩니다.

열파는 1995 년에 약 700 명이 사망 한 시카고 (미국) 에서처럼 수백에서 수천 명의 사람들을 유발할 수 있습니다. 한편 2003 년과 2010 년 사이 유럽의 폭염으로 수천 명의 사망자가 발생했습니다.

심혈관 질환

반면에 고온은 심혈관 질환 환자의 건강에 부정적인 영향을 미칩니다. 이 상황은 고혈압의 경우 특히 심각합니다.

급격한 온도 변화

갑작스러운 온도 변화는 면역 체계를 약화시키고 신체가 호흡기 질환에 더 취약하게 만들 수 있습니다.

위생 및 작업 환경

열 오염은 야금 및 유리와 같은 일부 산업에서 직업 건강 요인입니다. 여기서 근로자는 심각한 건강 문제를 일으킬 수있는 복사열에 노출됩니다.

분명히 안전 조치가 취해졌지만 열 오염은 심각합니다. 조건에는 열 소모, 열 충격, 극심한 복사열 화상 및 출산 문제가 포함됩니다.

열대성 질병

지구 온도의 상승으로 인해 지금까지 특정 열대 지역에 국한된 질병이 활동 범위를 확대합니다.

2019 년 4 월, 제 29 차 유럽 임상 미생물학 및 전염병 회의가 암스테르담에서 열렸습니다. 이 사건에서 치쿤 구냐, 뎅기열, 레슈 마니아 증과 같은 질병이 유럽으로 퍼질 수 있다는 지적이있었습니다.

마찬가지로 진드기 매개 뇌염도 같은 현상의 영향을받을 수 있습니다.

그것을 방지하는 방법

목표는 환경에 대한 열의 순 기여를 줄이고 생성 된 열이 대기에 갇히는 것을 방지하는 것입니다.

-발전을위한보다 효율적인 에너지 원 및 기술 사용

에너지 원

열전 발전소는 대기로의 순 열 전달 측면에서 열 오염의 가장 큰 기여를합니다. 이러한 의미에서 열 오염을 줄이기 위해서는 화석 연료를 깨끗한 에너지로 대체하는 것이 필수적입니다.

태양열, 풍력 (풍력) 및 수력 (물) 에너지 생산 공정은 잔류 열 입력을 매우 낮 춥니 다. 파동 에너지 (파도) 및 지열 (지구의 열)과 같은 다른 대안에서도 마찬가지입니다.

기술

공정에 냉각 시스템이 필요한 열전 플랜트 및 산업은 폐쇄 루프 시스템을 사용할 수 있습니다. 기계적 열 확산 시스템을 통합하여 수온을 낮출 수도 있습니다.

-열병합 발전

열병합 발전은 전기 에너지와 증기 또는 온수와 같은 유용한 열 에너지를 동시에 생산하는 것으로 구성됩니다. 이를 위해 산업 공정에서 발생하는 폐열을 회수하고 활용할 수있는 기술이 개발되었습니다.

예를 들어, 유럽위원회에서 자금을 지원하는 INDUS3ES 프로젝트는 "열 변압기"를 기반으로 한 시스템을 개발하고 있습니다. 이 시스템은 저온 잔열 (70 ~ 110ºC)을 흡수하고 더 높은 온도 (120 ~ 150ºC)로 되돌릴 수 있습니다.

발전의 다른 차원

더 복잡한 시스템에는 다른 차원의 에너지 생산 또는 변환이 포함될 수 있습니다.

이 중 우리는 전기와 열을 생성하는 것 외에도 냉각 프로세스를 통합하는 3 세대가 있습니다. 또한 기계적 에너지가 추가로 발생하면 4 세대라고합니다.

일부 시스템은 전기, 열 및 기계 에너지를 생산하는 것 외에도 CO2 트랩이며,이 경우 4 세대라고합니다. 이러한 모든 시스템은 또한 CO2 배출량을 줄이는 데 기여합니다.

-온실 가스 배출 저감

지구 온난화는 지구에 가장 큰 영향을 미치는 열 오염 현상이므로 완화가 필요합니다. 이를 달성하기 위해 가장 중요한 것은 CO2를 포함한 온실 가스 배출을 줄이는 것입니다.

배출량을 줄이기 위해서는 청정 에너지를 화석 에너지 원으로 대체하는 경제 발전 패턴의 변화가 필요합니다. 실제로 이것은 온실 가스 배출과 폐열 생성을 줄입니다.

-냉각수 냉각 기간

일부 열전 발전소에서 사용하는 대안은 냉각 연못의 건설입니다. 그 기능은 냉각 시스템에서 파생 된 물을 자연 자원으로 되돌리기 전에 휴식을 취하고 냉각하는 것입니다.

열 오염의 예

브 레이튼 화력 발전소 (미국). 출처 : Wikimaster97commons

Santa María de Garoña 원자력 발전소

원자력 발전소는 방사성 물질의 분해를 통해 전기 에너지를 생산합니다. 이것은 많은 열을 발생시켜 냉각 시스템이 필요합니다.

Santa María de Garoña 원자력 발전소 (스페인)는 1970 년에 개장 한 BWR (끓는 물 원자로) 형 발전소였습니다. 냉각 시스템은 Ebro 강에서 초당 24 입방 미터의 물을 사용했습니다.

원래 프로젝트에 따르면 강으로 반환되는 폐수는 강 온도와 관련하여 3ºC를 초과하지 않습니다. 2011 년에 독립적 인 환경 회사가 확인한 그린피스 보고서에 따르면 훨씬 더 높은 온도 상승이 발견되었습니다.

유출 지역의 물은 24ºC (천연 강물 6.6 ~ 7ºC)에 도달했습니다. 그런 다음 유출 지역에서 하류로 4km 떨어진 곳에서 21ºC를 초과했습니다. 공장은 2012 년 12 월 16 일에 가동을 중단했습니다.

마드리드 (스페인)의 에어컨

도시에는 더운 계절에 주변 온도를 낮추기 위해 점점 더 많은 에어컨 시스템이 있습니다. 이 장치는 내부에서 뜨거운 공기를 추출하여 외부로 확산시키는 방식으로 작동합니다.

일반적으로 효율성이 높지 않으므로 내부에서 추출하는 것보다 외부로 더 많은 열을 확산시킵니다. 따라서 이러한 시스템은 열 오염의 관련 소스입니다.

마드리드에서는 도시에있는 에어컨 장치 세트가 주변 온도를 최대 1.5 또는 2ºC까지 올립니다.

긍정적 인 예 : 페루의 마가린 생산 공장

마가린은 식물성 기름을 수소화하여 얻은 버터를 대체합니다. 수소화에는 고온 및 고압에서 수소로 포화 식물성 기름이 필요합니다.

이 공정은 발생 된 폐열을 포착하기 위해 수성 냉각 시스템이 필요합니다. 물은 열을 흡수하고 온도를 높여 환경으로 되돌립니다.

페루의 마가린 생산 회사에서 뜨거운 물 (35ºC)의 흐름으로 인해 바다의 열 오염이 발생했습니다. 이 효과에 대응하기 위해이 회사는 폐쇄 된 냉각 회로를 기반으로 한 열병합 발전 시스템을 구현했습니다.

이 시스템을 통해 온수를 재사용하여 보일러로 들어가는 물을 예열 할 수있었습니다. 이러한 방식으로 물과 에너지가 절약되고 바다로의 온수 흐름이 감소했습니다.

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열 오염 : 특성, 결과, 예 - 환경 - 2025

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