Все о водяном теплом поле: Устройство водяного теплого пола | opolax.ru

9 фактов о теплых полах, которые вам нужно знать

Под водяным, теплым полом понимается особенная конструкция, размещенная под напольным покрытием и обеспечивающая полу качественный прогрев в любое время года. Такая конструкция представляет собой замкнутую трубу, размещенную под напольным покрытием.

Принципиальная конструкция водяного пола

Теплый водяной пол является сложной конструкцией, состоящей из:

Труб
Насоса (для циркуляции воды)
Нескольких фитингов
Коллектора (распределительного узла)
Запирающей арматуры
Воздухоотводчика
Различных соединительных и закрепительных элементов

Единственной задачей водяного пола является нагрев напольного покрытия и обогрев помещения. Осуществляется это за счет равномерного распределения тепла в пространстве между чистовым полом и стяжкой. Такая система воздействия дает прогреться не только полу, но и всему помещению. Особенностью такой системы прогрева является то, что прогрев осуществляется путем теплоотдачи по всей площади помещения, с обеспечением естественной циркуляции воздуха снизу (от пола) к верху (потолку). Такая система отопления не расходует кислород в комнате и как следствие, нет связанных с этим проблем со здоровьем у находящихся там людей.

 

1. Идеальный конвективный поток (максимальная температура у поверхности пола).            

Главной, положительной особенностью теплого пола является отсутствие потерь излучаемого тепла. Все вырабатываемое тепло остается в помещении, распределяясь по всему его пространству, не создавая дискомфорт для человека, в отличие от радиаторного отопления, тепло которого концентрируется под потолком и в зоне радиатора.

На сегодняшний день такое средство отопления называют наиболее выгодным для жилых помещений, благодаря его экологической чистоте, наибольшей совместимости по безопасности жизни и здоровья человека, полное соответствие действующим СНиПам.

 

Теплый пол – это своего рода большой радиатор (просто расположенный горизонтально). Но температура теплого пола намного ниже, чем у обычных радиаторов. Так что ходить по такому полу приятно.

 

        Созданная напольная система отопления отличается высоким коэффициентом тепловой отдачи. Поэтому все близлежащие предметы будут получать достаточное количество тепла. За счет этого организовывается не только вертикальное отопление, но и горизонтальное. Когда теплый пол выбран основным методом отопления, то в доме полностью исключается возможность появления неотапливаемых зон.

При использовании системы отопления и обогрева теплый пол создается оптимальный температурный режим: на уровне пола — +24 градуса С, в районе тела +20 градусов С, в области головы +16 градусов С. Именно такое распределение температуры ощущается человеком как комфортное

Для человека комфортная обстановка в комнате тогда, когда его голова чувствует легкую прохладу, а ноги легкое тепло.

 

2. Экономичность

 По сравнению с радиаторным отоплением от 20-30% до 60%. При подогреве до невысоких (30-50⁰С) температур воды с помощью газа в автономных системах, особенно при больших отапливаемых площадях, водяной пол выигрывает даже у электрического по затратам на эксплуатацию (до 5-7 раз экономичнее).

При использовании основного отопления напольного, ярко заметна экономия энергоресурсов. Так, например, стабильная температура теплоносителя в радиаторе достигает до 22 °С. Что касается теплого пола, то максим это 20 °С. Перепад в два градуса позволяет экономить энергию до 12                                      

3.Эстетичность

Скрытый монтаж (отсутствие видимых приборов отопления)

 Встроенная система решает проблему сокрытия или маскировки неэстетичных радиаторов, открывает широкие горизонты для реализации дизайнерских идей по перепланировке и обустройству интерьера.

Теплые полы позволяют планировать дизайн квартиры по желанию владельца, не оставляя пространства для различных дополнительных отопительных устройств. Кроме того, Вам не придется устилать пол коврами, часто не гармонирующими с дизайном интерьера, поскольку при необходимости теплый пол может быть единственным источником обогрева или же средством комфортного отопления в сочетании с радиатором. При этом дизайн Вашей квартиры останется именно таким, как Вы захотите!

4. Исключает проникновение сырости от грунта на первых этажах

     Проблема сырости на первом этаже актуальна для многих. Причина ее появления – повышенная влажность. От этого неприятного фактора разбухают деревянные предметы интерьера, портятся продукты питания, отсыревают бумаги. Ремонт в доме приходится делать чаще. 

Самый неприятный момент, связанный с сыростью – это то, что она провоцирует развитие грибка. Сырость оказывает отрицательное действие и на состояние людей, проживающих в квартире. Она усугубляет проблему жирности кожи и волос, вызывает аллергию, отрицательно влияет на функционирование органов дыхания.

Установка теплого водяного пола устраняет эту проблему.


5. Низкотемпературный режим работы ( идеально под конденсатные котлы)

Постоянно растущая стоимость энергоносителей подтолкнула ученых и инженеров к созданию нового типа теплогенераторов – конденсационного котла. При установке в низкотемпературную систему отопления конденсатник может показать КПД свыше 100%
 

Плюсы конденсационного котла

Перечень достоинств конденсационного котла внушителен, что в конечном итоге и объясняет растущую популярность этого вида отопительного оборудования:

Экономия топлива по сравнению с обычным конвекционным котлом может достигать 35%.

Сокращение вредных выбросов при переходе от традиционных газовых моделей к конденсационным оценивается в среднем в 70%.

Низкая температура отходящих газов дает возможность устанавливать пластиковые дымоходы, которые значительно дешевле, чем классические стальные.

Низкий уровень шума повышает уровень комфорта проживающих в доме людей.
 

 

6 . Создан  как система комфорта, но возможно использовать как систему отопления.  

Теплый пол — универсальность

Теплый пол может быть основной и единственной системой отопления, либо может служить дополнением к уже имеющейся традиционной системе отопления — так называемый комфортный подогрев пола.

Система теплый пол может быть установлена как во вновь строящемся доме, при устройстве нового бетонного пола, так и в ремонтируемом помещении.

 

Если у вас есть большой загородный дом, или частный дом, в котором вы проживаете, и вы хотите установить себе подогрев пола, то вам необходимо использовать систему отопления водяную. Так, как обычно, в загородном доме большинство людей используют водяную систему обогрева, то есть возможность не подключать другое отопление, ведь именно такая система лучше всего подходит для большого дома

Один из мифов -полов без радиаторов не хватит. 

 

Этот миф имеет под собой реальные корни. Раньше ещё лет 15-20 назад об утеплении дома мало кто думал, типичным материалом стен был кирпич, ну или в лучшем случае кармазинный блок. Окна были простыми, кровля утеплена 5 см стекловаты. А полы… полы порой вообще не утеплялись или засыпались 10-30 см керамзита. Теплопотери таких домов как правило лежали в диапазоне 120-180 Вт/м2 (для холодной пятидневки в центральном регионе).

 

Когда пошла мода на полы, их было очень много смонтировано без учёта потерь здания. И все попытки прогреть ими дом в морозы кончались неудачей. Приходилось включать батареи.

Сейчас же, средний, повторюсь, средний дом имеет потери в районе 50-70Вт/м2 для холодной пятидневки

Тут может поступить справедливое замечание а как же СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» п 6.4.8 где максимальная температура пола ограничена 26 гр или 72Вт/м2 при 20 гр С откуда 100Вт/м2 ? Смысл в том, что потребность в максимальном обогреве для холодной пятидневки возникает нечасто, а точнее приблизительно раз в 12 лет. А более короткие падения температуры дом гасит за счёт собственной инерции. Поэтому 1-2 дня в год, когда полы будут превышать рекомендации ВОЗ и СП на 1-3 гр вполне допустимы.

 

7. Теплый пол — здоровье

          — Отсутствие конвективных потоков воздуха, как при отоплении радиаторами. Что это даёт? Пыль не циркулирует по комнате —  это прежде всего почувствуют люди с проблемами дыхательных путей.

 —  При использовании системы теплый пол сохраняется естественная влажность воздуха.

— Отсутствие сквозняков

 

8. Есть возможность автоматизации (регулировка по температуры пола или по температуре.помещения) 

Современные терморегуляторы для теплых полов способны поддерживать температуру в соответствии с вашим образом жизни: повышать ее к моменту Вашего пробуждения, понижать после того, как Вы уйдете на работу, и снова повышать к моменту Вашего возвращения.

9. Хороший запас тепла (при отключение электроэнергии может долго поддерживать температуру в помещении)                 

 

 

 

 

 

Теплый водяной пол: конструкция, преимущества и недостатки

Обогревать помещение можно посредством системы «теплый пол», которая может использоваться как дополнительный или основной источник обогрева. При таком отоплении трубы монтируются под напольное покрытие, а в качестве теплоносителя часто используется горячая вода. Именно о теплом водяном поле поговорим в статье, разберем конструкцию, преимущества и недостатки системы, проанализируем используемое оборудование.

Особенности конструкции

Систему можно разделить на две основные части. Первая ― контур, состоящий из труб, который монтируется под напольное покрытие из плитки, керамогранита, мрамора, гранита. Такие материалы имеют хорошую теплопередачу и не портятся при длительном воздействии тепла. Использование дерева, утепленного линолеума и ковров не желательно, они плохо проводят тепло и не так эффективно нагревают помещение. Кроме того, дерево со временем рассыхается и теряет в качестве, а ковролин из синтетики при нагреве может выделять вредные вещества.

Вторая часть теплого пола ― блок управления. Он устанавливается поверх напольного покрытия, часто в специальную нишу и предоставляет свободный доступ к своим элементам. Управление системой осуществляется механически, посредством ручного переключения параметров нагрева. Принцип работы: когда жарко, температура прикручивается, когда холодно ― добавляется. Более популярно использование автоматики, это сложная и недешевая система, но она удобней: при помощи датчиков температура в помещении регулируется без участия человека.

Преимущества водяных полов

Теплый водяной пол имеет ряд преимуществ, можно выделить:

  • Равномерный обогрев.
  • Экономичность.
  • Качество воздуха.

При использовании водяного пола тепло не скапливается в каком-то определенном месте, а равномерно распределяется по всей площади помещения до высоты среднего человеческого роста (1,7―1,8 м), выше температура начинает снижаться. Это выгодно отличает систему от радиаторных обогревателей, при эксплуатации которых рядом слишком жарко, а при некотором отдалении температура начинает быстро падать.

Вода в системе нагревается не выше 50⁰C. Это позволяет экономить на энергии от 50 до 500%, самое существенное энергосбережение происходит при нагреве воды газом. Например, чтобы нагреть комнату до 25⁰C, необходимо нагреть радиатор до 60⁰C, в то время как температуру воды в теплом полу достаточно довести до 40⁰C, экономия составляет 50%.

При обогреве помещения водяным полом не сушится воздух, в квартире поддерживается оптимальная влажность. Кроме того, из-за слабой конвекции пыль из нижних слоев не поднимается вверх, что также положительно влияет на качество воздуха. Еще из плюсов отмечаем скрытость конструкции, весь контур спрятан от человеческих глаз и нулевую вероятность ожога, что часто случается при использовании, например, радиаторного отопления.

Недостатки

Несмотря на массу преимуществ, недостатки у теплого водяного пола также есть. В первую очередь ― сложный монтаж. Если это многоквартирный дом, то сначала необходимо взять разрешение у соответствующих служб на подключение, что не всегда удается, так как дополнительно увеличивается нагрузка на систему водоснабжения всего дома, в связи с чем в трубах уменьшается давление.

Еще недостаток ― возможность протечки и затопление других квартир. Именно поэтому к монтажу таких систем необходимо относиться максимально внимательно, при их установке используются дополнительные приспособления, которые снижают появление проблем.

Третий отрицательный фактор ― нежелательное использование дерева, утепленного линолеума и ковров, которые снижают эффективность распространения тепла.

В каких помещениях можно использовать

Как мы уже сказали, при установке водяного пола в многоквартирных домах могут возникнуть проблемы с давлением в системе и получением разрешения, но есть и другие требования к помещениям:

  • Высота. Водяной пол «крадет» от 10 до 20 см пространства, поэтому желательно, чтобы дверные проемы были выше 2,1м, а потолки больше 2,7м.
  • Надежность фундамента и несущих конструкций. При организации системы повышается вес напольных перекрытий от использования контура и теплоносителя ― это надо учитывать.
  • Перепады основания. Перепады выше 5 мм могут привести к повышению гидравлического давления и появлению воздуха в системе.
  • Отсутствие теплопотерь. Эффективность любого обогревателя повышается при снижении теплопотерь, поэтому в помещении должны быть установлены качественные окна и двери, проведена дополнительная теплоизоляция стен.

Состав системы

В конструкцию водяного теплого пола входят:

  • Насос.
  • Котел.
  • Коллектор.
  • Трубы.

Рассмотрим подробней каждый элемент.

Насос

Необходим для принудительного прокачивания теплоносителя по контуру, длина которого иногда составляет более 100м при диаметре всего 2 сантиметра. Используется насос центробежного типа, при его выборе учитывается напор и производительность.

Для нагрева квартиры или частного дома обычно хватает мощности насоса в 40―150Вт, оборудование с такими показателями относится к маломощному классу, работает практически бесшумно, что важно для жилого помещения. Если система используется в качестве основного источника обогрева для отопления большого 2―3 этажного дома, то устанавливают несколько маломощных насосов. Величина напора обычно не превышает показателя в 0,6 атм.

Котел

Если система подключена к центральному горячему водоснабжению, то котел не нужен, в других случаях его установка необходима, он отвечает за нагрев теплоносителя. Котлы могут работать на газе, электричестве, твердом и жидком топливе. Особенно популярно газовое и электрическое оборудование.

Первое экономично, но более опасно при эксплуатации, также его КПД снижается при понижении температуры нагрева. Электрические котлы дороже в плане эксплуатации, но легче в монтаже. Производятся трех видов ― с ТЭНом, а также электродными и индукционными (самые экономичные).

Коллектор

Соединение контуров с насосом и с источником тепла выполняется при помощи коллекторов. Они выполняют несколько функций:

  • Распределяют теплоноситель по контурам.
  • Собирают остывшую воду.
  • Имеют клапана, через которые спускается воздух.
  • Наличие запорного клапана позволяет протестировать систему.
  • Через расходомер выравнивается давление в разных контурах.

Коллекторы отличаются по количеству выходов, оптимальное число для квартир и частных домов ― от 3 до 12 штук, учитывайте, что при прочих равных условиях увеличение их числа повышает цену. В автоматических системах коллекторы оснащены сервоприводами. Лучше, когда устройства делают из нержавеющей стали ― это надежный и долговечный материал, она отличается прочностью и не ржавеет.

Трубы

Самый популярный материал труб для водяного теплого пола ― сшитый полиэтилен. Он имеет ряд преимуществ:

  • Высокую термостойкость.
  • Антикоррозийность.
  • Повышенную пластичность, способность восстанавливать форму.
  • Стойкость к образованию внутренних наслоений.
  • Минимальный вес.
  • Удобный монтаж с множественными изгибами.
  • Экологичность.

При выборе необходимо покупать трубы определенной маркировки, которые подходят для монтажа: PE-Xa, PE-RT, BetaPEX. Они служат более 50 лет, выдерживают множественные циклы заморозки/разморозки, не усаживаются. Диаметр труб чаще всего колеблется от 16 до 25 мм.

Кроме основных элементов системы «теплый пол» выбирают дополнительные комплектующие, улучшающие работу системы. К ним относятся всевозможные фиксаторы, евроконусы, краны, накидные гайки, клапана, коллекторные тройники и т.д.

Теплый водяной пол ― оптимальный источник обогрева, который отличается сложным монтажом, но высокой эффективностью и может использоваться в качестве основного источника отопления квартиры или дома.

Управление теплым полом | Danfoss

Теплый пол создает непревзойденный комфорт в помещении и позволяет дополнительно сэкономить до 10% энергии на отопление. В загородных домах распространены водяные теплые полы, тепловая энергия для которых берется от того же источника тепла, которым отапливается весь дом. Такая энергия получается значительно дешевле электрической, и эксплуатационные затраты на водяные теплые полы существенно ниже, чем на распространенные в городских квартирах электрические теплые полы. Рассмотрим, какое оборудование необходимо для комфортной работы водяного теплого пола.

В зависимости от напольного покрытия, максимальный комфорт достигается при температуре поверхности 23-26 С. Слишком высокая температура пола вредна для здоровья, поэтому в своде правил по отоплению установлена максимальная средняя температура поверхности пола в жилых помещениях 26 С. Чтобы достичь такой температуры на поверхности, в трубопроводы теплого пола нужно подавать теплоноситель с температурой 35-40 С. Проходя по трубопроводам теплого пола, теплоноситель остывает. Температура воды на выходе из змеевика теплого пола должна быть на 5-10 С ниже температуры на входе, иначе перепад температур будет ощущаться ногами, что некомфортно.

Котел нагревает воду до 60-80 С чтобы обеспечить подготовку горячей воды и прогреть радиаторы. Температура на входе и выходе из котла отличается, как правило, на 20 С. Чтобы обеспечить необходимую температуру для водяного теплого пола, применяют узлы смешения. Узел смешивает остывшую воду на выходе из теплого пола с горячей водой от котла и подает воду с температурой 35-40 С в контур теплого пола. Насос узла смешения обеспечивает циркуляцию воды в контуре теплого пола и небольшую разницу температур на входе и выходе из петли теплого пола, не более 10 С. Термостатический элемент с чувствительным элементом в подающем патрубке обеспечивает постоянную температуру в контуре теплого пола. Значение температуры можно отрегулировать в пределах 20…50 С в зависимости от толщины стяжки и типа напольного покрытия.

Теплый пол состоит из нескольких контуров. Как правило, один контур отапливает до 15 м2. Для достижения комфорта необходимо распределить теплоноситель по контурам теплого пола в соответствии с нагрузкой, т.е. длиной каждого контура. Для этого используют специальные распределительные коллекторы с преднастройкой. Преднастройка представляет собой прецизионный клапан со шкалой настройки. Каждому промаркированному положению соответствует определенное проходное сечение клапана. Положение каждого клапана определяют по таблице в зависимости от длины петли контура. Корректность настройки можно проверить с помощью расходомеров, установленных в каждом контуре.

С помощью узла смешения и коллекторов с расходомерами достигается подача необходимого количества теплоносителя в каждое помещение, пропорционально площади помещений. Но требуемая мощность отопления не постоянна. Она меняется в зависимости от времени суток и того, насколько ярко светит солнце, какую температуру воздуха в помещении установил пользователь. Наконец, если в комнате несколько дней никого не будет, владелец может без потери комфорта снизить температуру теплого пола или вовсе выключить напольное отопление.

Для регулировки температуры теплого пола в каждом помещении независимо служат комнатные термостаты с датчиком температуры теплого пола. Комнатный термостат измеряет температуру теплого пола и включает/отключает подачу теплоносителя в контур теплого пола данного помещения. Для включения/отключения подачи теплоносителя служат термоэлектроприводы, устанавливаемые на коллектор теплого пола. Если помещение большое и в одном помещении уложено несколько контуров теплого пола, сигнал от одного комнатного термостата подается одновременно на несколько термоэлектрических приводов — по числу контуров.

Простые комнатные термостаты позволяют автоматически поддерживать заданную температуру теплого пола. Более функциональные модели позволяют автоматически изменять температуру теплого пола, например, прогреть пол ко времени прихода с работы. Проводные модели подключаются с помощью обычного электрического кабеля, для удобного подключения служит распределительная коробка. Беспроводные модели работают совместно с приемником беспроводного сигнала и не требуют проводов для подключения.

Для небольших, не более 10м2, помещений вместо комнатного термостата можно использовать термомеханический регулятор температуры теплого пола. Такой регулятор поддерживает заданную температуру теплоносителя на выходе из теплого пола и, таким образом, управляет температурой самого теплого пола. Термомеханический регулятор не требует электроэнергии и поэтому особенно часто применяется в помещениях с повышенной влажностью — ванных комнатах.

Легко и быстро выбрать оборудование для теплого пола вашего дома можно с помощью бесплатного конфигуратора систем отопления коттеджей. Наглядные изображения и подробное описание позволят даже неспециалисту выбрать оптимальное решение.

Перейти в конфигуратор

Отзывы о теплом поле

Для получения консультации по выбору теплого пола и расчета стоимости позвоните по номеру 8 812 907-03-77

Практически каждого, кто намерен купить данную систему, интересуют отзывы, поскольку они дают представление о её реальных преимуществах и недостатках. Отзывы расскажут вам, какие плюсы пола с подогревом открыли для себя покупатели, с какими трудностями пришлось столкнуться при монтаже той или иной его разновидности и как правильно их установить.

Стоит отметить, что большинство купивших теплый пол сходятся во мнении, что покупка системы оправдана, если вы испытываете дискомфорт от холодных полов или если есть необходимость в подсушивании влажных помещений.

Рассмотрим отзывы о теплом поле на форумах, а также его разновидности: водяной, электрический и инфракрасный/пленочный.


Водяной теплый пол отзывы

Сторонники данной системы обогрева отмечают следующие плюсы водяных систем: отсутствие дополнительных расходов на электроэнергию и безопасность. Не будучи знакомыми с конструкцией и технологией производства современных электрических кабелей, многие ошибочно считают, что водяные теплые полы безопаснее электрических.

Однако при этом нельзя не отметить ощутимые минусы водяных моделей. И главный из них – сложности при установке в городских квартирах. Для этого вам понадобится получить специальное разрешение сопутствующих инстанций, что практически невозможно, ведь на практике обустройство водяных полов может оставить без горячей воды соседей выше или ниже этажами (в зависимости от тока воды по трубе стояка).

Водяной теплый пол и пленочный теплый пол

Теплый пол электрический отзывы

Безопасность электрических полов на основе греющего кабеля можно продемонстрировать на примере теплого пола Energy. Защиту кабеля обеспечивают:

  • фторполимерная изоляция греющих жил, исключающая возможность перегрева,
  • армирующая оплётка из медных оцинкованных проводов, усиливающая механическую прочность кабеля,
  • сплошной экран из фольги типа AIPET, на 100% блокирующий электромагнитное излучение,
  • внешняя изоляция кабеля — жесткий фторсодержащий ПВХ, устойчивый к повреждениям.

Все это гарантирует полную герметичность изделия, которая проверяется его включением при погружении в воду (класс защиты IP 67). Следовательно, при покупке кабельного пола можно быть спокойным и уверенным в его безопасности.

Скорректировать и существенно снизить расходы на электроэнергию также не составляет большого труда. Вместе с электрическим полом приобретается и терморегулятор, с помощью которого устанавливается желаемая температура. Купив программируемый терморегулятор, вы сможете задавать время работы подогрева и температурные режимы, что позволяет использовать его только тогда, когда это действительно необходимо.

Нагревательный кабель Energy Cable

Отрицательные отзывы об электрическом теплом поле встречаются довольно редко и связаны, как правильно, со случаями брака, неправильным монтажом греющего кабеля или же неправильным подбором системы из-за низкой квалификации продавца.

Именно поэтому подбор и монтаж комплекта лучше доверить профессионалам. Ведь без знания некоторых нюансов можно не учесть важные моменты, из-за чего система не будет работать достаточно эффективно.

Установка теплого пола своими руками также возможна при достаточном уровне знаний и следовании всем инструкциям.

Если верить отзывам, покупатели предпочитают укладывать электрообогрев полов не в тех помещениях, где они находятся постоянно, а там, где необходимы дополнительный подогрев поверхности и снижение уровня влажности: ванные комнаты, туалеты, кухни, коридоры, где он не только прогревает поверхность, но и решает проблему сырости.


Инфракрасный теплый пол отзывы

Инфракрасные полы бывают пленочными и стрежневыми. Стержневой теплый пол состоит из карбоновых нагревательных стрежней, которые при подключении к электричеству выделяют тепло длинноволнового инфракрасного диапазона.

Инфракрасные системы предпочитают покупатели, считающие кабельные полы ненадежными, неэкономичными и сложными в установке. На деле же их монтаж ничуть не менее сложен, и обойтись без помощи профессионалов здесь подчас трудно. Кроме того, главный минус инфракрасных теплых полов – высокая цена при достаточно иллюзорных преимуществах.


Отзывы о пленочных системах

Отзывы о пленочном теплом поле чаще негативные.

При всей простоте монтажа, его легко повредить при укладке или в процессе эксплуатации – например, поставив на него мебель или пройдясь обувью на каблуках. Вследствие этого он может начать греть неравномерно.

Более того, из-за отсутствия заземления повреждение пленки чревато ударом током.

Данная система часто укладывается под паркет, ламинат и линолеум. Однако максимальная мощность подогрева, рекомендуемая производителями указанных напольных покрытий, составляет не более 100 Вт/кв.м. Минимальная мощность — 140 Вт/кв.м, из-за чего при его использовании с данными видами покрытия могут происходить их рассыхание и деформация.

Именно о таких минусах часто приходится читать в отзывах о пленочном теплом поле под ламинат и линолеум.

Водяной теплый пол

Водяной теплый пол – само название уже является практически полным описанием всей системы. Обогрев происходит за счёт горячей воды, которая каким-то образом находится под напольным покрытием.

Перед тем как расписать все приятные достоинства системы водяных теплых полов имеет смысл сразу сказать о критически важном недостатке, возможно, вам дальше и не понадобится читать.

Водяные полы предназначены для частных домов (офисов, промышленных помещений и прочих…). Установка системы в квартире практически невозможна. Подключение системы теплого пола к центральному отоплению – практически во всех случаях незаконно. Но даже если вы ухитритесь договориться с управляющей компанией, то получится, что: теплый пол будет работать только в отопительный сезон, установка потребует необоснованных трат, потребуется установка дополнительного дорогого оборудования для понижения температуры воды. Температура воды 90 градусов в радиаторе это хорошо и тепло, а такая же температура под напольным покрытием убьёт качественно и быстро любой пол. Пожалуй, только кафель и керамогранит выдержат, и то, при условии, что был использован клей рассчитанный на подобный экстрим. Есть ещё некоторые неприятности, но перечисленного, достаточно, чтобы забыть о водяном теплом поле в квартире. Давайте исходить из того, что есть свой дом, оснащённый собственным источником тепла, например своим собственным газовым котлом, в этом случае, всё будет хорошо.

Водяной пол устроен почти просто, имеется ввиду сам пол: металлопластиковые трубы (или из специального полиэтилена) уложены на теплоизолирующий материал (минвата, пенополистирол и тому подобные), который дополнительно усилен армирующей сеткой и всё это вместе залито цементной стяжкой. Толщина конструкции зависит от этажа: на первом этаже или в подвале не лишним будет и 25-30 см, начиная со второго и дальше – достаточно будет всего нескольких сантиметров.

Толщина труб должна быть не менее 2 см. О расположении труб тоже надо подумать заранее:

  • Укладка труб параллельно – то есть получается что-то вроде «змейки» так будет удобно для не очень большого помещения, у окна или другой холодной стены будет «начало» — там и будет самая теплая труба.
  • Укладка труб двойной спиралью – трубы от нагревателя и к нагревателю идут рядом, так уложить трубы намного сложнее, зато во всём большом помещении тепло будет распространяться равномерно.
  • Иногда имеет смысл совместить эти два способа укладки – около холодной стены трубы укладываются параллельно, а дальше распространяются по комнате спиралью.

Вот это и есть самая простая часть работы. Самое сложное и дорогостоящее это всё остальное оборудование, подающее в трубы горячую воду: сам газовый котел, коллектор, гидронасосы, теплообменники, фильтры, смесители, краны, манометры и термометры… И всё это имеет свою конфигурацию для каждого дома. Чтобы смонтировать подобную систему, надо быть очень хорошим профессионалом, имеет смысл обратиться в фирму, которая давно занимается установкой подобных систем и имеет хорошую репутацию.

Система водяных теплых полов обладает потрясающей энергоэффективностью и позволяет отказаться от традиционных приборов отопления. Если высота потолков выше трех метров это будет ещё сильнее заметно. И напоследок, ещё важные замечания:

Если, скажем, соберётесь зимой в отпуск надолго, в доме должно быть тепло. Ни в коем случае нельзя допускать заморозки труб, хоть в самом слабом режиме, но вода должна циркулировать, в противном случае ремонт системы станет очень сложным занятием.

Сложно точно сказать, какой вид теплого пола будет более экономичен (и за какой период времени?). В каждом доме есть свои особенности, но приблизительно «средняя температура по больнице» можно сказать, что если площадь обогреваемого пола меньше 40 метров – расходы, связанные с водяным теплым полом себя буду оправдывать очень долго, и больше смысла использовать что-то из электрических систем. В любом случае, так как система планируется надолго, то и к расчетам надо подойти предельно серьезно.

Теплый водяной пол своими руками

                Теплый пол — отличное решение, как с точки зрения комфорта для потребителя, так и с точки зрения экономии тепловой энергии. Теплые полы бывают разных видов: электрические проводные, пленочные, инфракрасные и т.д. Мы же подробно остановимся на водяных теплых полах —  т.к. считаем что человеческое жилище и так пронизывает достаточное количество электромагнитных полей.

Принцип водяного теплого пола прост: на черновой пол укладывают утеплитель, к утеплителю крепят трубу. Труба может быть из полиэтилена с алюминиевым слоем, чистый полиэтилен PE-RT или PE-X или меди. Мы рекомендуем однослойную трубу PEX или PERT. На стыках будущей стяжки и стен укладывают демпферную ленту  Поверх трубы заливают стяжку из бетона с добавлением пластификатора. На стяжку укладывают плитку. Можно и ламинат — но это покрытие будет менее эффективно отдавать тепло.

Теплый пол готов. Как правило, в трубу подают теплоноситель температурой не более 50°С, чтобы избежать температурных расширений стяжки и, как следствие. трещин на поверхности бетонного или плиточного пола.

      Какое же инженерное оборудование используется для устройства теплого пола? Рассмотрим несколько вариантов.

Вариант 1:
 — помещение имеет небольшую площадь, это ванная комната, туалет или прихожая. Если помещение с теплым полом одно — то устанавливать узел подмеса достаточно дорого. Как выход — можно использовать комплект для напольного отопления Herz Floor Fix. 

 

  Внешний вид комплекта для теплого пола Herz Floor Fix

     

Схема 1. Теплый пол в маленьком помещении

Вид клапана для теплого пола

 

                    Как видно из схемы 1, трубы контура теплого пола подключаются к выводам коллектора, используемого для радиаторного отопления. Предварительно, еще на этапе укладки труб в теплый пол, посреди контура делается разрыв, и концы труб подключаются к комплекту  Herz Floor Fix. В комплект входит следующее оборудование: термостатический клапан со встроенным термостатом, два отсечных вентиля, ящичек для скрытого монтажа с крышкой.
В нижней части клапана есть маховичок, управляющий термостатом. С его помощью задается максимально температура воды в контуре теплого пола. Если в контур попадет более горячая вода — термостат перекроет клапан. В верхней части клапана находится термостатическая букса. На нее одевается дистанционная термостатическая головка, например 1933005. Термостатическая головка следит за температурой в помещении: если в помещении жарко — головка закроет клапан и циркуляции в контуре не будет. 

            Если отапливать теплыми полами планируется целый этаж, или даже целый коттедж, для этого случая придется использовать либо группу быстрого монтажа в котельной, либо смесительную группу для коллектора на этаже, либо соорудить его из специальных комплектов, чтобы отделить высокотемпературный контур радиаторов (от 70 до 90°С), от низкотемпературного контура теплых полов (40-50°С). 

Вариант 3 готовый узел: 

          Оптимальные по соотношению цена/качества узлы выпускает компания Watts Industries. В линейке есть узлы для небольших помещений и для помещений побольше. В комплекте уже есть насос, термореле, смесительный клапан и присоединение к коллектору.  

Регулирующий модуль для теплых полов малой мощности до 5 кВт

 

Схема. Теплый пол схема с готовым модулем

Группа автономной циркуляции для теплого пола до 15 кВт

Вариант 4 комплект клапан+ термоголовка: 

        Соорудить дешевый вариант узла подмеса поможет схема на готовых комплектах. Можно подобрать готовый комплект для известной площади теплых полов: до 100 м2 , до 200 м2 или до 300 м2.

Комплект подмеса для теплого пола до 100м2

Схема 2. Теплый пол небольшой площади 

Комплект подмеса для теплого пола до 200м2

 

Схема 3. Теплый пол на несколько помещений

Коллектор для теплого пола

 

На схеме 2 показан теплый пол состоящий из одного, но большого контура. Циркуляцию теплоносителя в контуре обеспечивает насос. На подаче в теплый пол установлен термостатический клапан, управляемый через привод электронным регулятором температуры 1779015  или 1779123 .
Принцип работы теплого пола описанный этой схемой: трехходовой клапан Calis стоит на пересечении обратной линии и байпаса. Термоголовка, установленная на клапане выносным датчиком измеряет температуру подачи, если температура подачи выше горячее заданного значения термоголовки (например 45°С) то клапан перекрывает обратку, и циркуляция идет по малому кругу — по трубам теплого пола. Чтобы теплый пол не перегревал помещение, контроллер 1779123 управляющий  термостатическим клапаном TS-E 772303  через привод следит за температурой в помещении, и если жарко — перекрывает подачу в контур теплого пола или выключает циркуляционный насос малого круга. 
Принцип работы теплого пола на схеме 3 тот же что и на схеме 2, трехходовой клапан разделительного типа Calis отделяет высокотемпературный контур от контура теплого пола. Каждая ветка теплого пола присоединена к коллектору с расходомерами на обратной линии. Расходомеры позволяют задать каждой ветке необходимый расход теплоносителя. На подаче коллектора установлены термостатические буксы, ими через термоприводы Herz 771111  могут управлять комнатный термостат 1779015  или программируемый контроллер 1779123 . Один контроллер может управлять одним помещением имеющим до 8 веток. 

Вариант 5 трехходовой смесительный термостатический клапан: 

3-х ходовой смесительный клапан ESBE VTA 372 до 150 м2


3-х ходовой смесительный клапан ESBE VTA 572 до 250 м2

 

Схема. Теплый пол с трехходовым смесительным клапаном на подаче


Вариант 6:
— если речь идет о многоквартирном жилом доме со своей котельной и большим количеством помещений с теплым полом, то можно разбить дом на зоны, и в каждой зоне использовать предыдущие схемы, а можно организовать достаточно крупный узел смешения для  всех контуров теплого пола. Тут нам понадобятся клапана ESBE VRG131 + контроллеры этого же производителя .

Клапан трехходовой ротационный ESBE VRG 131

Схема 4. Узел смешения с постоянной температурой подачи


     


Привод-контроллер ESBE CRA111


Привод-контроллер ESBE CRC111


Схема 5. Узел смешения с температурой подачи зависящей от наружной температуры


                   
На схеме 4  показан ввод от источника тепла, это либо котельная, либо теплообменник, либо ИТП или ЦТП. Связка трехходовой клапан Esbe VRG131 + привод-контроллер Esbe CRA111 позволяет ограничить температуру теплоносителя попадающего в теплый пол, в диапазоне от 5 до 95 градусов Цельсия. Далее смешанная вода поступает в коллектор теплого пола. На схеме 5 показан тот же смесительный узел на клапане Esbe VRG131 , но уже с приводом — контроллером погодозависимым — т.е при изменении температуры за окном будет меняться и температура пола, что повысит комфорт. Вариант 7: 
Этот вариант является компактным видом варианта 2: вместо обычных коллекторов и узла смешения, использована станция управления теплым полом Herz Compact Floor.   

Станция управления теплым полом Herz Compact Floor

Схема 6. Станция управления теплым полом Herz Compact Floor 
          В станции управления теплым полом  Herz Compact Floor уже встроен узел смешения — достаточно подключить ко входам станции (DN25) подачу и обратку от высокотемпературного источника тепла и указать желаемую температуру в контуре теплого пола от 20 до 50°С на термоголовке с удаленным датчиком. Входящий в комплект станции насос будет прокачивать по контурам теплого пола теплоноситель желаемой температуры.                 В комплекте станции имеется перепускной клапан для сброса давления из подачи в обратку, если все контуры теплого пола вдруг окажутся закрыты. Также имеется возможность отдельной промывки системы через четырехходовые шаровые краны. Для управления температурой в помещениях с теплым полом требуется подключить к станции контроллеры отопления  1779015 , 779501 или 1779123, их число равно числу помещений.

 

Что еще может понадобится? — Возьмите готовый комплект из оборудования

   


Водяной теплый пол: монтаж, оборудование, расчет цены

    Заняться устройством водяного теплого пола самостоятельно или нанять специалистов? Решать вам. Главное – понимать, что от грамотного проектирования, качества подобранного оборудования и монтажа зависит бесперебойность и срок службы напольного отопления.  

Мы готовы подключиться к процессу на любом ЭТАПЕ:
— от БЕСПЛАТНЫХ консультаций, разработки проекта и поставки комплектующих
— до монтажа водяного теплого пола в квартире/частном доме.  

Выгодные условия «Экотех» работают на вас

    К вашим услугам 20-летний опыт компании и наши обязательства:

  • Гарантия на купленное у нас оборудование – до 5 лет
  • Обслуживание системы напольного отопления – 2 года в ПОДАРОК
  • Независимые рекомендации по выбору комплектующих – без привязки к брендам
  • Честный расчет цены без утаивания дальнейших возможных расходов

    Обсудить детали и заказать водяной пол можно по тел.: 8 800 700 1008.

Или заполните форму запроса, чтобы узнать предварительную стоимость.

    Хотите узнать больше о напольном водяном отоплении (типах, преимуществах, нюансах монтажа)? Интересует можно ли СЭКОНОМИТЬ на устройстве системы, и какой комплект оборудования закупать обязательно? ОБО ВСЕМ ПО ПОРЯДКУ…

Четыре фактора «ЗА» водяные полы

– Комфортный микроклимат

  • После укладки водяного пола домочадцам не пригодятся тапочки – на теплой поверхности уютно даже босым малышам.
  • В комнатах можно отрегулировать собственную температуру, комфортную для отдельных членов семьи и для каждой комнаты в отдельности.
  • При высоких потолках/в просторном помещении пол с подогревом станет в зимний сезон комфортнее.
  • Гораздо меньше перемещение пыли, так как отсутствуют конвективные потоки воздуха присущие радиаторной системе отопления.  

— Безусловная безопасность

  1. Травмы/ожоги исключены – отсутствуют открытые высокотемпературные поверхности.
  2. Случайное повреждение системных элементов невозможно – к ним нет прямого доступа.
  3. Риск протечек ниже, чем у радиаторной системы – соединений в 2-3 раза меньше.

– Дизайнерская свобода

С установкой водяного теплого пола можно смело демонтировать радиаторы, которые не вписываются в концепцию дизайна. Он справится с задачей полноценного отопления самостоятельно.

— Экономичная система обогрева

  • Водяные полы отдают тепло РАВНОМЕРНО по всей площади, в то время как высокотемпературные радиаторы чрезмерно перегревают внешние стены, потолок/крышу и окна.
  • КПД котельной высокое за счет более низкой температуры воды-теплоносителя, возможность эффективно использовать тепловой насос, конденсационный котел и пр. технологии.
  • Из-за принципиально иного теплораспределения тепла средняя температура воздуха в помещении ниже на 1-2 градуса 
Более развернуто на ЧАСТЫЕ ВОПРОСЫ о напольном отоплении отвечают мастера «Экотех»…

Какой водяной пол выбрать?

        Мы дадим краткое описание трех систем, чтобы вы поняли – какая из них подойдет вам а более подробное описание систем на соответствующих страницах:

  1. БЕТОННАЯ. Если в вашем доме/квартире можно сделать стяжку, такой тип теплого пола – целесообразный вариант. Вода в полиэтиленовых трубах, залитых стяжкой, будет нагревать бетон, отапливая все помещение. Узнайте больше о теплом поле на бетонном основании.
  2. ЛЕГКАЯ. Применяется, когда толщина полового перекрытия не позволяет заливать бетонную стяжку (а также на 2-3 этажах деревянных/каркасных строений). Так-же актуален легкий водяной теплый пол без стяжки и в случаях, если запуск планируется сразу после укладки.
  3. СНЕГОТАЯНИЕ И АНТИОБЛЕДЕНЕНИЕ. Устанавливается снаружи здания на крыльце, кровле, участке с целью сэкономить трудозатраты на уборку снега и наледи. Читайте, как работает система снеготаяния, в чем ее плюсы.



Не трубами едиными… Или какое оборудование необходимо закупить

Для монтажа напольного отопления НЕ ДОСТАТОЧНО только труб водяного пола, креплений и коллектора. В стоимость полноценной системы входят и другие элементы: 

  • Покомнатная автоматика – термостаты для каждой комнаты, которые будут отвечать за комфортный температурный режим в отдельных помещениях. К примеру, в кухне как правило много дополнительных источников тепла, потому мощность отопления можно снизить. А в угловых комнатах тепловые потери существенно больше чем в помещениях в центре – на термостаты отыграют эту разницу. В санузлах, где есть душевая кабина или ванна, теплый пол нужен круглый год, даже когда система отопления не работает, поэтому там монтируются термостаты с датчиками в пол. 
  • Смесительный узел – подготавливающий теплоноситель нужной температуры. Пояснение: из отопительного котла вода выходит порядка 80, для теплого пола корректна величина в 45-55 – смесительный узел доводит теплоноситель до заданных норм. Мы советуем смонтировать его на коллектор самого пола – это даст экономию. 

ВАЖНО: 
Полный комплект пола с подогревом включает несколько десятков позиций (зависит от типа системы).

Позвоните специалистам, чтобы узнать ваш список: 8-800-700-1008

Не пытайтесь сэкономить на покупке дешевых материалов!

Срок службы водяного теплого пола фактически безграничен, если качество оборудования и монтажа не подведет:

  • Экономия на трубах обернется протечками и порчей полового покрытия.
  • Экономия на профессиональной укладке влечет проблемы в эксплуатации.

Теплый пол с «Экотех» – это подбор комплектующих под ваш бюджет.

  • Поставляем проверенные материалы с большим запасом надежности.
  • Выполняем монтаж с гарантией и бесплатным 2-летним обслуживанием.
  • Поставляем оборудование и проектируем для всех регионов России.

Грамотное проектирование = действительно теплый пол

  1.     Рассчитывать на исправную и долговечную работу водяного напольного отопления можно только при наличии проекта. Он должен разрабатываться под ваш конкретный случай и ВКЛЮЧАТЬ:
  2.     Теплотехнический расчет – важная часть проектирования, от которой зависит климат в разных комнатах. К примеру, в гостиной три наружные стены, два уровня освещения и остекление в пол, а в детской одно небольшое окно и одна стена, выходящая на улицу – теплопотери, конечно, будут разниться. Все это обязательно учитывается. 
  3.     Схему монтажа трубы – где подробно указываются диаметры, длины контуров, расстояние шага кладки. (Важно: длина и мощности контуров должны быть примерно равнозначными между собой).
  4.     Гидравлическую балансировку контуров – актуально, если делаете устройство пола в нескольких помещениях с разными тепловыми потерями, площадью и желаемой температурой. Рассчитывается гидравлика и сколько теплоносителя будет поступать в тот или иной контур. На каждый коллектор чертится балансировочная таблица.
  5.     Паспорт – тех. задание на котельную. В формате таблицы прописываются характеристики отопительной системы: нагрузка, рабочие точки насосов, температуры — те данные, которые помогут подобрать оборудование.
Если проект инженерной отопительной системы составлен грамотно, то МОНТАЖ водяного теплого пола под ламинат, плитку, др. покрытие может провести любой специалист на месте.


Закажите в «Экотех» только комплект оборудования или монтаж «под ключ»:

Резюмируем советы от мастеров с 20-летним опытом 

Главным достоинством водяного пола с подогревом является долголетие. Система «вживляется» в конструкцию здания и способна дарить тепло так же долго, как и сам дом…

Но прослужит ли она 5-10 или 50 лет, зависит только от вас:

  • Не пытайтесь купить составляющие водяного теплого пола по списку соседа, который недавно обзавелся аналогичной системой. Его дом отличается от вашего, а проекты создаются индивидуально. 
  • Не заказывайте материалы по дешевке (это касается в первую очередь труб). Качество оборудование для водяного пола – это как прочность фундамента дома: желание сэкономить чревато крахом!
  • Доверяйте проектирование опытным инженерам и сверяйте, чтобы основные аспекты (мы описали их выше) там были проработаны.
  • Выбирайте подрядчика, который дает гарантии на свои услуги и оборудование. Уточняйте, что включено в озвученную стоимость водяного пола (возможно, что вам посчитали только главные элементы, а за термостаты, смесительный узел и пр. придется доплачивать в процессе).

***

Закажите нужный комплект оборудования, на который мы дадим гарантию до 5 лет.

Поручите нам разработку проекта водяного напольного отопления или монтаж «под ключ».

Получите консультацию у специалиста «Экотех»: 8-800-700-1008

Доставляем оборудование по России.

Температура и вода | Геологическая служба США

•  Школа наук о воде ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА  •  Темы свойств воды  •

Геологическая служба США (USGS) уже более века измеряет, сколько воды течет в реках, определяет уровень грунтовых вод и собирает пробы воды для описания качества этих вод. Были сделаны миллионы измерений и анализов, на которые повлияла температура воды.

 

Значение температуры воды

Температура оказывает большое влияние на биологическую активность и рост.Температура определяет виды организмов, которые могут жить в реках и озерах. Рыбы, насекомые, зоопланктон, фитопланктон и другие водные виды имеют предпочтительный температурный диапазон. По мере того, как температура становится слишком выше или ниже этого предпочтительного диапазона, количество особей этого вида уменьшается, пока, наконец, не останется ни одной.

Температура также важна из-за ее влияния на химический состав воды. Скорость химических реакций обычно увеличивается при более высокой температуре. Вода, особенно подземная вода , при более высоких температурах может растворять больше минералов из окружающей породы и поэтому будет иметь более высокую электропроводность .Все наоборот, если рассматривать газ, например кислород, растворенный в воде. Подумайте о том, насколько холодная газировка «пузырится» по сравнению с теплой. Холодная газировка может удерживать больше пузырьков углекислого газа, растворенных в жидкости, чем теплая, что делает газировку более шипучей, когда вы ее пьете.

Теплая вода ручья может повлиять на водную жизнь в ручье. Теплая вода содержит меньше растворенного кислорода , чем холодная вода, и может не содержать достаточного количества растворенного кислорода для выживания различных видов водных организмов.Некоторые соединения также более токсичны для водных организмов при более высоких температурах.

 

Водонепроницаемые поверхности способствуют нагреву ручьев

Горячая парковка может привести к попаданию нагретых стоков в реки.

Возможно, вы не думаете, что температура воды считается важным показателем качества воды. В конце концов, температура — это не химическое вещество, и у нее нет видимых физических свойств. Но если вы спросите рыбу, важна ли температура воды, в которой она живет, она закричит «да» (если бы могла говорить)! В естественной среде температура не слишком важна для водной жизни, поскольку животные и растения в воде эволюционировали, чтобы наилучшим образом выжить в этой среде.Когда температура водоема изменяется либо в результате естественного события, либо в результате антропогенного события, рыбы покрываются потом и начинают беспокоиться.

На этом снимке типичная автостоянка после сильного летнего ливня. Автостоянки и дороги, являющиеся примерами непроницаемых поверхностей , где вода стекает в местные ручьи, а не впитывается в землю , как в естественной среде, действуют как «быстрые полосы» для дождя, который попадает в ручьи.Дождь, падающий на стоянку, которая весь день грелась на солнце летом, нагревает до перегретого , а затем стекает в ручьи. Эта нагретая вода может быть шоком для водной жизни в ручье и, таким образом, может нанести вред качеству воды в ручье.

Наряду с теплом стоки с парковок могут содержать загрязняющие вещества, такие как вытекшее моторное масло, углеводороды из выхлопных газов, остатки удобрений и обычный мусор. Некоторые общины экспериментируют с использованием водопроницаемого покрытия на автостоянках и водных садах, а также поглощающих растений рядом с участком, чтобы посмотреть, сократит ли это вредные стоки с участков в ручьи.На правом боковом изображении парковочные поверхности наклонены так, что они стекают в естественную зону, которая позволяет стокам впитываться в землю. Также в этом районе выращивают влаголюбивые растения. Эти участки должны улавливать значительный объем стока, и к тому времени, когда часть стока достигает ручья, температура воды должна быть ближе к нормальной температуре ручья.

 

Сезонные изменения озер и водохранилищ

Температура также важна для озер и водохранилищ .Это связано с концентрацией растворенного кислорода в воде, что очень важно для всей водной жизни. Во многих озерах наблюдается «переворот» слоев воды при смене времен года. Летом верхняя часть озера становится теплее нижних слоев. Вы, наверное, замечали это, купаясь летом в озере: плечи как будто в теплой ванне, а ноги мерзнут. Так как теплая вода менее плотная чем более холодная вода, она остается на поверхности озера.Но зимой некоторые поверхности озера могут быть очень холодными. Когда это происходит, поверхностная вода становится более плотной, чем более глубокая, с более постоянной круглогодичной температурой (которая теперь теплее, чем на поверхности), и озеро «переворачивается», когда более холодная поверхностная вода опускается на дно озера.

Сезонные температурные характеристики в Айс-Лейк, Миннесота.

Изменение температуры в озерах в зависимости от сезона зависит от того, где они расположены. В теплом климате поверхность может никогда не стать настолько холодной, чтобы озеро «повернулось».» Но в климате с холодной зимой действительно происходит температурная стратификация и повороты. Эта диаграмма является иллюстрацией температурных профилей для озера в Миннесоте, США (где зимой становится очень холодно). Вы можете видеть, что в мае поверхность начинает нагреваться (зеленый цвет), но потепление идет только на глубину около 5 м. Несмотря на то, что поверхность продолжает нагреваться все лето, менее плотная вода все еще остается на вершине озера. Даже летом нижняя половина озера до сих пор остается почти таким же холодным, как и зимой.Летом более теплая вода с меньшей плотностью остается поверх более холодной воды; перемешивания воды не происходит. Обратите внимание, что в октябре, по мере того, как ночью температура начинает устойчиво опускаться до точки замерзания, поверхностная вода охлаждается, становится немного холоднее по температуре и немного более плотной, чем вода на дне озера, и, таким образом, тонет, вызывая смешивание. Озеро «повернулось». После октября температура во всем вертикальном столбе воды примерно одинакова, пока лед не растает и солнце не сможет снова прогреть вершину озера.

 

Плотина Кугар на реке Маккензи, Орегон

Авторы и права: Боб Хеймс, Инженерный корпус армии США

Температурные эффекты эксплуатации плотины

Я уверен, что рыба жила в реке Маккензи в штате Орегон на протяжении многих тысяч лет — задолго до того, как там поселилось много людей, и определенно до того, как была построена плотина Кугуар. На протяжении тысячелетий рыба приспосабливалась к жизни и размножению в реке с определенными характеристиками окружающей среды, которые не изменялись бы быстро. Но после строительства плотины Кугуар одна вещь, которая действительно изменилась для рыб, — это режимы температуры воды под плотиной в определенное время года.Река Маккензи поддерживает самую большую оставшуюся дикую популяцию чавычи в верховьях бассейна реки Уилламетт, а река Саут-Форк Маккензи обеспечивает хорошие места для нереста. Было обнаружено, что изменение температурного режима ниже по течению от плотины Кугуар создало проблемы в отношении сроков миграции, нереста и вылупления икры рыбы. (Источник: Кейсси, Д., 2006 г., Термический режим рек — обзор: Биология пресноводных ресурсов, т. 51, стр. 1389-1406)

Это пагубное экологическое последствие было осознано в середине 2000-х годов, и для восстановления пригодности этого участка для нереста лосося U.Инженерный корпус армии Южной Кореи добавил узел раздвижных ворот к водозаборной конструкции плотины Кугар. В последнее время режимы температуры воды под плотиной стали более похожими на естественные, в результате чего появилось много улыбающегося лосося. На приведенной ниже диаграмме показаны различия в температурных режимах для участков выше и ниже плотины до того, как были внесены какие-либо коррективы для исправления ситуации.

 

Водохранилища могут изменить естественный температурный режим реки

На этой диаграмме сравниваются годовые температурные режимы для участков мониторинга на реке Саут-Форк-Маккензи выше и ниже по течению от плотины Кугуар.Цель состоит в том, чтобы показать, как из-за определенных аспектов строительства плотины сезонные температурные режимы под плотиной сильно изменились после того, как плотина была введена в эксплуатацию. Изменившиеся температурные режимы оказали неблагоприятное воздействие на популяции рыб ниже плотины.

Светло-серая линия показывает для участка вверх по течению закономерность, как и следовало ожидать, — температура повышается поздней весной и повышается летом, а осень приносит более низкие температуры. Он показывает нормальную кривую нормального типа, которая точно соответствует сезонным моделям температуры воздуха.Рыба, живущая в этом участке реки, будет адаптирована к этим нормальным температурным режимам.

Плотина Кугуар регулирует поток и сильно влияет на температуру реки Саут-Форк-Маккензи ниже по течению от плотины. Летом водохранилище Кугуар становится термически стратифицированным, с более теплой и менее плотной водой у поверхности и более холодной и плотной водой на дне. Теплая и солнечная летняя погода в Западном Орегоне дополнительно нагревает поверхность водоема, стабилизируя его стратификацию в течение всего лета.Поскольку плотина была построена так, что ее основная точка сброса находилась на относительно небольшой высоте, исторически плотина выпускала относительно холодную воду со дна водохранилища в середине лета. Поскольку водохранилище было спущено осенью, чтобы освободить место для хранения воды для защиты от наводнений, тепло, улавливаемое в верхнем слое водохранилища летом, выбрасывалось вниз по течению. В результате сезонный температурный режим (более темная линия на графике) ниже по течению от плотины Кугар до 2001 г. сильно отличался от графика выше по течению от водохранилища Кугар.

 

Аэрофотоснимок электростанции Бивер-Вэлли в Пенсильвании, на котором видно испарение с больших градирен.

Электростанции должны охлаждать использованную воду

Определенные отрасли должны быть очень обеспокоены температурой воды. Лучшим примером этого является теплоэлектроэнергетика , которая производит большую часть электроэнергии, потребляемой нацией. Одним из основных направлений использования воды в энергетике является охлаждение энергетического оборудования. Вода, используемая для этой цели, охлаждает оборудование, но в то же время горячее оборудование нагревает охлаждающую воду.Слишком горячая вода не может быть сброшена обратно в окружающую среду — рыба ниже по течению от электростанции, выпускающей горячую воду, будет протестовать. Итак, используемая вода должна быть предварительно охлаждена. Один из способов сделать это — построить очень большие градирни и распылять воду внутри башен. Происходит испарение и вода охлаждается. Поэтому крупные энергетические объекты часто располагаются вблизи рек.

 

Хотите проверить качество местной воды?

Наборы для тестирования воды

доступны в рамках World Water Monitoring Challenge (WWMC), международной образовательной и информационно-просветительской программы, направленной на повышение осведомленности общественности и ее участие в защите водных ресурсов во всем мире. Учителя и любители водных наук: Вы хотите иметь возможность проводить базовые тесты качества воды в местных водах? WWMC предлагает недорогие тестовые наборы, чтобы вы могли проводить свои собственные тесты для температуры , pH , мутности и растворенного кислорода .

Температура воды – Системы измерения окружающей среды

Что такое температура воды?

Температура воды — это физическое свойство, выражающее, насколько горячей или холодной является вода.Поскольку горячее и холодное являются произвольными терминами, температуру можно далее определить как измерение средней тепловой энергии вещества 5 . Тепловая энергия – это кинетическая энергия атомов и молекул, поэтому температура, в свою очередь, измеряет среднюю кинетическую энергию атомов и молекул 5 . Эта энергия может передаваться между веществами в виде потока тепла. Теплопередача, будь то воздух, солнечный свет, другой источник воды или тепловое загрязнение, может изменить температуру воды.

Температура воды играет важную роль в качестве водной жизни и среды обитания. Тепловой поток и колебания температуры определяют, какие виды будут жить и процветать в водоеме.

Температура воды была определена Дж. Р. Бреттом как «главный абиотический фактор» из-за ее воздействия на водные организмы 15 . Что это означает для озер, рек и океанов?

Почему важна температура воды

Температура воды влияет почти на все остальные параметры качества воды.

Температура является важным фактором, который следует учитывать при оценке качества воды. Помимо собственных эффектов, температура влияет на ряд других параметров и может изменять физические и химические свойства воды. В связи с этим температура воды должна учитываться при определении 7 :

– Скорость метаболизма и продукция фотосинтеза
– Токсичность соединений
– Концентрации растворенного кислорода и других растворенных газов
– Проводимость и соленость
– Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)
– рН
– Плотность воды

Температура воды и водная жизнь

Скорость метаболизма водных организмов увеличивается по мере повышения температуры воды.

Сама по себе температура воды может влиять на скорость метаболизма и биологическую активность водных организмов 14 . Как таковой он влияет на выбор мест обитания разнообразных водных организмов 8 . Некоторые организмы, особенно водные растения, процветают при более высоких температурах, в то время как некоторые рыбы, такие как форель или лосось, предпочитают более холодные потоки 8 .

Исследования показали прямую зависимость между скоростью метаболизма и температурой воды. Это происходит потому, что многие клеточные ферменты более активны при более высоких температурах 18 .Для большинства рыб повышение температуры воды на 10°C приблизительно удвоит скорость физиологических функций 16 . Некоторые виды могут справиться с этим увеличением скорости метаболизма лучше, чем другие. Повышение метаболической функции можно заметить по частоте дыхания и реакции пищеварения у большинства видов. Увеличение частоты дыхания при более высоких температурах приводит к повышенному потреблению кислорода, что может быть вредным, если частота дыхания остается повышенной в течение длительного периода времени. Кроме того, температура выше 35°C может начать денатурировать или разрушать ферменты, снижая метаболическую функцию 18 .

Колебания температуры также могут влиять на выбор поведения водных организмов, например, переход в более теплую или более холодную воду после кормления, реакции хищник-жертва и режимы отдыха или миграции 16 . Некоторые виды акул и скатов даже во время беременности ищут более теплые воды 16 .

Температура влияет на скорость фотосинтеза различных водорослей.

На растения также влияет температура воды. В то время как некоторые водные растения переносят более прохладную воду, большинство предпочитает более теплые температуры 17 .Тропические растения, в частности, будут демонстрировать ограниченный рост и период покоя при температуре воды ниже 21°C 17 . В то время как покой подходит для выживания в холодную зиму, для процветания большинства растений требуются более высокие температуры.

Температура также может подавлять дыхание растений и фотосинтез 14 . В общем, фотосинтез водорослей будет увеличиваться с повышением температуры, хотя разные виды будут иметь разные пиковые температуры для оптимальной фотосинтетической активности 14 .Выше и ниже этой температуры фотосинтез будет снижен.

Токсичность соединений и температура воды

Температура воды может играть роль в переходе между аммонием и аммиаком в воде.

Помимо воздействия на водные организмы, высокие температуры воды могут повышать растворимость и, следовательно, токсичность некоторых соединений 1 . Эти элементы включают тяжелые металлы, такие как кадмий, цинк и свинец, а также такие соединения, как аммиак 19,20 .Температура воды может не только повышать растворимость токсичных соединений, но и влиять на предел толерантности организма 19 . Смертность от цинка значительно выше при температуре выше 25°C, чем при температуре ниже 20°C 19 . Это происходит потому, что проницаемость тканей, скорость метаболизма и потребление кислорода увеличиваются с повышением температуры воды 19 . В одном исследовании на лабеобата 24-часовая 50% летальная концентрация (LC50) при 15°C составляла 540 мг/л, а при 30°C LC50 снижалась до 210 мг/л 19 .

Концентрация растворенного кислорода зависит от температуры. Чем теплее вода, тем меньше кислорода она может удерживать.

Аммиак известен своей токсичностью при высоких уровнях pH, но температура также может влиять на концентрацию критерия острого и хронического состояния 21 . При низких температурах и нейтральном pH следующее уравнение остается сдвинутым влево, что дает нетоксичный ион аммония:

Nh4 + h3O <=> Nh5+ + OH-

Однако при повышении температуры на каждые 10 °C соотношение неионизированного аммиака в аммиачные пары 21 .В 2013 году EPA определило, что критерий максимальной концентрации для пресноводных видов составляет 17 мг/л общего аммиачного азота (включая как Nh4, так и Nh5+) из-за его потенциального скачка токсичности при более высоких значениях pH и температуры 21 .

Растворенный кислород и температура воды

Растворимость кислорода и других газов будет уменьшаться при повышении температуры 9 . Это означает, что более холодные озера и ручьи могут содержать больше растворенного кислорода, чем более теплые воды. Если вода слишком теплая, в ней не будет достаточно кислорода для выживания водных организмов.

Проводимость и температура воды

Температура воды может влиять на проводимость двумя способами. Поскольку проводимость измеряется электрическим потенциалом ионов в растворе, на нее влияют концентрация, заряд и подвижность этих ионов 11 .

Температура воды влияет на вязкость, которая, в свою очередь, влияет на ионную активность и проводимость.

Ионная подвижность зависит от вязкости, которая, в свою очередь, зависит от температуры 13 . Вязкость относится к способности жидкости сопротивляться течению 23 .Чем она более вязкая, тем менее текучая; патока и ртуть более вязкие, чем вода. Обратная зависимость между температурой и вязкостью означает, что повышение температуры приведет к уменьшению вязкости 14 . Уменьшение вязкости воды увеличивает подвижность ионов в воде. Таким образом, повышение температуры увеличивает проводимость 11 .

Проводимость увеличивается примерно на 2-3% при повышении температуры на 1°C, хотя в чистой воде она увеличивается примерно на 5% на каждый 1°C 11 .Именно из-за этой вариации многие профессионалы используют стандартизированное сравнение проводимости, известное как удельная проводимость, то есть с поправкой на температуру 25°C 10 .

Многие соли лучше растворяются при более высоких температурах.

Второй способ влияния температуры на электропроводность – концентрация ионов. Многие соли лучше растворяются при более высоких температурах 22 . Когда соль растворяется, она распадается на соответствующие ионы. Поскольку теплая вода может растворять несколько минералов и солей легче, чем холодная вода, концентрация ионов часто выше 9 .Повышенное содержание минералов и ионов можно заметить в природных горячих источниках, которые рекламируют свои «целебные» свойства 50 . Эти растворенные растворенные вещества часто называют общими растворенными твердыми веществами или TDS 12 . TDS относится ко всем ионным частицам в растворе размером менее 2 микрон 24 . Эти соли и минералы попадают в воду из горных пород и отложений, контактирующих с ней. По мере их растворения и увеличения концентрации ионов увеличивается и проводимость воды.

Скорость увеличения проводимости зависит от солей, присутствующих в растворе 22 .Растворимость KCl увеличится с 28 г KCl/100 г ч30 при 0°C до 56 г KCl/100 г ч30 при 100°C, в то время как растворимость NaCl увеличится только с 35,6 г до 38,9 г NaCl/100 г ч30 в том же диапазоне температур. . Кроме того, есть несколько солей, которые становятся менее растворимыми при более высоких температурах, что отрицательно влияет на проводимость 22 .

Окислительно-восстановительный потенциал и температура воды

Температура воды влияет на ОВП, но в какой степени трудно определить в полевых условиях.Окислительно-восстановительные соединения в калибровочных растворах известны количественно, поэтому можно измерить влияние температуры. Окислительно-восстановительный потенциал

, известный как ОВП, также зависит от температуры. Влияние температуры на значения ОВП зависит от химических соединений (атомов, молекул и ионов), присутствующих в растворе 25 . Графики температурной зависимости обычно доступны для калибровочных растворов, но не для полевых образцов 25 .

Отсутствие данных связано с трудностями идентификации и измерения всех окислительно-восстановительных видов, которые могут присутствовать в любом конкретном источнике воды.Поскольку эти виды трудно узнать и количественно определить в исследованиях окружающей среды, большинство электродов ОВП не будут автоматически компенсировать температуру. Тем не менее, температура все же может изменить показания, и ее следует записывать при каждом измерении, учитываемом при анализе данных 26 .

pH и температура воды

Температура воды может изменить количество присутствующих ионов, изменяя pH раствора, не делая его более кислым или щелочным.

pH рассчитывается по количеству ионов водорода в растворе.При рН 7 ионы водорода и гидроксила имеют равные концентрации, 1 x 10-7 М, что делает раствор нейтральным 27 . Однако эти концентрации справедливы только при 25°C. По мере повышения или понижения температуры концентрация ионов также будет меняться, что приводит к смещению значения pH 27 . Эта реакция объясняется принципом Ле Шателье. Любое изменение в системе, находящейся в равновесии, например добавление реагента или изменение температуры, приведет к смещению системы до тех пор, пока она снова не достигнет равновесия 28 .
Уравнение:

h30 H+ + OH-

является экзотермической реакцией 28 . Это означает, что если температура воды увеличится, уравнение сместится влево, чтобы снова достичь равновесия. Сдвиг влево уменьшает ионы в воде, увеличивая рН. Точно так же, если бы температура понизилась, уравнение сместилось бы вправо, увеличив концентрацию ионов и уменьшив pH.

pH чистой воды меняется в зависимости от температуры, оставаясь абсолютно нейтральным.Чистая вода имеет только pH 7,0 при 25 градусах Цельсия.

Однако это не означает, что изменение температуры сделает раствор более кислым или щелочным. Поскольку соотношение ионов водорода и гидроксила остается неизменным, кислотность воды не меняется с температурой 28 . Вместо этого смещается весь диапазон pH, так что нейтральная вода будет иметь значение, отличное от 7. Чистая вода останется нейтральной при 0°C (pH 7,47), 25°C. (рН 7,00) или 100°С. (рН 6,14).

Плотность и температура воды

Температура воды и плотность воды напрямую связаны.По мере повышения или понижения температуры воды плотность воды будет изменяться. Это уникальное соотношение заключается в том, что в отличие от большинства материалов плотность чистой воды уменьшается примерно на 9% при замерзании 29 . Вот почему лед расширяется и плавает на поверхности воды. Чистая вода также уникальна тем, что достигает максимальной плотности 1,00 г/мл при 4°C 29 . Вода при температурах выше и ниже этой, включая перегретую и переохлажденную воду, будет плавать на воде с температурой 4°C.

Айсберги — яркий пример того, как лед плавает на поверхности воды.Фотография предоставлена ​​Национальной океанской службой NOAA через Flickr

Температурные точки пресной воды

Вода имеет наибольшую плотность при температуре 4 градуса по Цельсию и наименьшую плотность в твердой форме в виде льда.

Точка максимальной плотности особенно важна в пресной воде. Если бы вода была наиболее плотной в точке замерзания (0 °C), то она опустилась бы на дно, замораживая водоем снизу вверх и убивая все живущие в нем организмы 29 . Наоборот, это свойство гарантирует, что дно водоема останется при температуре не менее 4°C и, таким образом, не замерзнет 30 .Таким образом, соотношение температуры и плотности создает схему конвекции воды по мере ее охлаждения. Когда температура поверхностных вод приближается к температуре максимальной плотности, они опускаются и замещаются более теплой и легкой водой 42 . Этот процесс продолжается до тех пор, пока вода не станет равномерно холодной. Любая вода холоднее этой точки будет плавать поверх более плотной воды. Эта модель конвекции позволяет смешивать воду как более теплую, так и более холодную, чем 4°C (и потенциально с различной концентрацией растворенного кислорода) 30 .Этот процесс происходит сезонно в голомиктических (перемешивающихся) озерах, когда температура воды (и, следовательно, другие параметры) достигают равновесия 14 .

Температурные точки соленой воды

Температура замерзания и максимальная плотность снижаются по мере увеличения уровня солености.

Важно отметить, что соленость влияет не только на плотность воды, но и может сдвигать максимальную плотность и температуру замерзания воды. По мере увеличения концентрации соли и максимальная плотность, и температура замерзания будут уменьшаться 14 .Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу) и имеет сдвинутую максимальную плотность -3,5°C 14 . Это более чем на 7° отличается от температуры пресной воды и ниже точки замерзания морской воды на 1,9°C 14 . Однако эта максимальная плотность никогда не достигается 39 . Вместо этого в процессе конвекции охлаждающая вода просто циркулирует до тех пор, пока вся толща поверхностных вод не достигнет точки замерзания 42 . Поскольку фазовая граница между жидкостью и твердым телом требует надлежащего давления, а также температуры, лед образуется только на поверхности 30 .

Самая низкая зарегистрированная естественная температура морской воды составила -2,6°C, зарегистрированная под антарктическим ледником 38 . Точно так же самые холодные зарегистрированные океанские течения были -2,2°C на глубине 500 м. В обоих случаях гидростатическое давление позволяло воде оставаться жидкой при таких низких температурах 38 .

Ледяное образование

Лед плавает поверх более плотной воды.

Общеизвестно, что пресная вода начинает замерзать при 0°C. Однако соленая вода имеет более низкую температуру замерзания.Вот почему соль используется зимой для размораживания дорог и тротуаров. Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу), что смещает точку замерзания до -1,9°C 14 .

Плотность чистого водяного льда при 0°C составляет 0,9168 г/мл, что почти на 9% легче, чем жидкая вода при 0°C, плотность которой составляет 0,99987 г/мл 14 . Это не кажется большой разницей, но этого достаточно, чтобы лед оставался на поверхности воды и позволял водным организмам пережить зиму.Это падение плотности происходит потому, что водородные связи в воде создают открытую гексагональную решетку, оставляя пространство между молекулами 42 .

Многолетний лед в Антарктиде свежее нового морского льда. Фото предоставлено ICESCAPE через НАСА.

Лед, образовавшийся в морской воде, даже менее плотный, чем пресноводный лед 40 . Когда соленая вода начинает замерзать, молекулы воды начинают формировать кристаллическую решетку (точно так же, как в пресной воде). Эти кристаллы включают только молекулы воды, а не ионы соли, и это образование известно как исключение рассола 43 .По мере роста структуры льда карманы с концентрированной соленой водой могут задерживаться внутри льда, но не включаются в его структуру. Захваченная вода может в конечном итоге стекать, оставляя во льду небольшой пузырь воздуха. Оставшиеся пузырьки воздуха значительно снижают плотность льда – до 0,8-0,9 г/мл 40 .

Новый морской лед может иметь соленый вкус из-за захваченного рассола, который еще не вышел. В более старых ледяных структурах, называемых многолетним льдом, не осталось рассола, и они достаточно свежи, чтобы их можно было пить после таяния 41 .

Соотношение температура/плотность также способствует расслоению.

Тепловая стратификация

Тепловое изображение стратификации Ледяного озера за 22-месячный период. Озеро смешивается каждую весну и осень, выравнивая температуру по всему озеру. Термоклин существует на разной глубине в зависимости от времени года.

Стратификация – это разделение водной толщи на пласты или слои воды с различными свойствами. Эти подразделения обычно определяются по температуре и плотности, хотя могут использоваться и другие параметры, такие как соленость и химические различия 31 .Расслоение происходит потому, что для смешивания жидкостей различной плотности 14 требуется работа (сила и перемещение). Термическая стратификация обычно носит сезонный характер, с четкими границами между слоями летом, более узкими слоями зимой и «оборотом» весной и осенью, когда температура достаточно однородна по всей толще воды 32 . С течением времени года солнечный свет, ветер, температура окружающей среды и лед (зимой) вызывают повторное расслоение озера 32 .

Говоря о слоях температуры и плотности в озере, слои обычно называют эпилимнионом, металимнионом и гиполимнионом сверху вниз 14 . Верхний слой, эпилимнион, подвергается воздействию солнечной радиации и тепловому контакту с атмосферой, поддерживая в ней тепло. Эпилимнион простирается настолько далеко, насколько позволяют солнечный свет и ветер, и обычно он глубже в озерах с большей площадью поверхности 14 .

Стратификация озера – разные слои разделены термоклинами или температурными градиентами.

Под эпилимнионом находится слой воды с быстро меняющимся температурным диапазоном, известный как металимнион 32 . Металимнион служит границей между верхним и нижним слоями воды. Температура в этих пластах может сильно различаться между его верхней и нижней глубинами 14 . Кроме того, металимнион может колебаться по толщине и глубине из-за погодных условий и сезонных изменений 14 .

Металимнион окаймлен сверху и снизу краем, называемым термоклином.Термоклин определяется как плоскость максимального снижения температуры 14 . Другими словами, когда температура воды начинает значительно падать, термоклин пройден. Эта плоскость обычно принимается за глубину, на которой температура снижается со скоростью, превышающей 1°C на метр 14 . Поскольку температура и плотность связаны, второй клин, известный как пикноклин, существует на тех же глубинах. Пикноклин разделяет толщи водной толщи плотностью 33 .

Ниже второго термоклина и пикноклина находится гиполимнион. Эти пласты обычно слишком глубоки, чтобы подвергаться влиянию ветра, солнечной радиации и атмосферного теплообмена 31 . Температура гиполимниона обычно определяется весенним оборотом. В более глубоких озерах перемешивание может быть минимальным, а гиполимнион будет сохранять плотность, близкую к максимальной, или 4°C 14 . В более мелких озерах температура гиполимниона может повышаться более чем на 10°C. Эта температура может измениться лишь минимально, если вообще изменится, при расслоении 14 .

Озера, которые полностью перемешиваются не реже одного раза в год, известны как голомиктические озера 14 . Существует шесть типов голомиктических озер, определения которых основаны на средней температуре и частоте совпадения температур 14 . Эти озера и факторы их разделения можно увидеть на этой блок-схеме:

Блок-схема классификации озер Хатчинсона и Лоффлера на основе моделей стратификации и циркуляции.

Озера, которые не смешиваются полностью, называются меромиктическими озерами 14 .Эти озера имеют нижний слой, который остается изолированным в течение всего года. Этот нижний слой известен как монимолимнион и обычно отделен от коллективных слоев над ним (миксолимнион) галоклином (клином, основанным на солености) 31 . Меромиктические условия могут возникать в голомиктическом озере, когда необычные погодные условия заставляют озеро расслаиваться до того, как оно успевает полностью смешаться 14 .

Точки давления и температуры воды

Давление напрямую не влияет на температуру воды.Вместо этого он смещает точки замерзания, кипения и максимальной плотности. Температура, при которой происходит кипение и замерзание, справедлива только на уровне моря 3 .

Давление может изменить точку кипения воды.

Как указано в некоторых рецептах, время приготовления увеличивается на больших высотах из-за изменения точки кипения воды. Это связано с влиянием атмосферного давления. При более низком давлении (большая высота) вода будет кипеть при более низкой температуре. С другой стороны, при более высоком давлении (например, в скороварке) вода будет кипеть при более высокой температуре 34 .Атмосферное давление влияет не на температуру самой воды, а только на ее способность превращаться в пар, смещая, таким образом, кипение влево или вправо.

Давление также объясняет, почему лед образуется только на поверхности воды. По мере увеличения гидростатического давления температура замерзания снижается 30 . На больших высотах (более низкое давление) происходит небольшое повышение точки замерзания, но изменение давления недостаточно, чтобы существенно повлиять на точку 30 .

Какие факторы влияют на температуру воды?

На температуру воды могут влиять многие условия окружающей среды. Эти элементы включают солнечный свет/солнечное излучение, теплопередачу из атмосферы, слияние потоков и мутность. Мелкие и поверхностные воды более подвержены влиянию этих факторов, чем глубокие воды 37 .

Солнечный свет

Солнечное излучение оказывает наибольшее влияние на температуру воды.

Самым большим источником передачи тепла температуре воды является солнечный свет 36 .Солнечный свет, или солнечное излучение, представляет собой форму тепловой энергии 45 . Затем эта энергия передается поверхности воды в виде тепла, повышая температуру воды. Этот перенос тепла происходит из-за относительно низкого альбедо воды 44 . Альбедо — это определенное качество способности поверхности отражать или поглощать солнечный свет. Низкое альбедо воды означает, что она поглощает больше энергии, чем отражает 44 . Результатом являются ежедневные колебания температуры воды в зависимости от количества солнечного света, получаемого водой.

Если водоем достаточно глубок для расслоения, солнечный свет будет передавать тепло только через фотическую зону (достигающую света). Большая часть этой энергии (более половины) поглощается в первых 2 м воды 14 . Эта энергия будет экспоненциально поглощаться до тех пор, пока свет не исчезнет. Фотическая зона различается по глубине, но в океанах может достигать 200 м 46 . Глубина фотической зоны зависит от количества твердых частиц и других светорассеивающих элементов, присутствующих в воде.Температура воды ниже фотической зоны обычно изменяется только при перемешивании воды 37 . Таким образом, более мелкие водоемы, как правило, нагреваются быстрее и достигают более высоких температур, чем более глубокие водоемы 1 .

Атмосфера

Реки могут казаться парящими зимой, когда более холодный воздух течет над более теплой водой. Фото: Энтони ДеЛоренцо через Flickr

Атмосферный теплообмен происходит на поверхности воды. Поскольку тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой температуре, этот перенос может идти в обоих направлениях 6 .Когда воздух холодный, теплая вода передает энергию воздуху и охлаждает его. Эту проводимость часто можно увидеть в виде тумана или «дымящейся» реки 14 . Если воздух горячий, холодная вода получит энергию и согреется. Степень этого переноса основана на тепловой инерции и удельной теплоемкости воды 14 . Колебания температуры воды более плавные, чем колебания температуры воздуха 14 .

Мутность

Мониторинг мутности во время дноуглубительных работ на реке Пассаик.Мутность может повысить температуру воды.

Повышенная мутность также повысит температуру воды. Мутность – это количество взвешенных веществ в воде. Эти взвешенные частицы поглощают тепло солнечного излучения более эффективно, чем вода 47 . Затем тепло передается от частиц к молекулам воды, повышая температуру окружающей воды 47 .

Слияние

Поскольку река впадает в озеро, это может влиять на температуру воды.Фото: Роберто Арайя Баркхан через Wikimedia Commons

Грунтовые воды, ручьи и реки могут изменять температуру водоема, в который они впадают. Если родник или источник подземных вод холоднее, чем река, в которую он впадает, то и река станет холоднее. Вспоминая законы теплопередачи (энергия течет от горячего к холодному), река отдает энергию более холодной воде, нагревая ее 6 . Если приток большой или достаточно быстрый, равновесная температура воды будет близка к температуре притока 1 .Потоки с ледниковым питанием будут поддерживать более прохладную температуру в сливающихся реках вблизи источника потока, чем ниже по течению 1 .

Антропогенное воздействие

Термальное загрязнение бытовыми и промышленными стоками может отрицательно сказаться на качестве воды. Фото: Вменков через Wikimedia Commons

Искусственное воздействие на температуру воды включает тепловое загрязнение, поверхностный сток, вырубку лесов и водохранилища.

Термическое загрязнение
Термическое загрязнение – это любые сбросы, которые резко изменяют температуру природного источника воды 48 .Это загрязнение обычно происходит из муниципальных или промышленных стоков 1 . Если температура сброса значительно теплее природной воды, это может негативно сказаться на качестве воды. Существует несколько серьезных последствий теплового загрязнения, в том числе снижение уровня растворенного кислорода, гибель рыбы и приток инвазивных видов 48 .

Сток с парковок и других непроницаемых поверхностей является еще одной формой теплового загрязнения. Вода, стекающая с этих поверхностей, поглощает большую часть их тепла и передает его ближайшему ручью или реке, повышая температуру 9 .

Вырубка лесов
На температуру воды могут влиять не только антропогенные добавки. Вода, затененная растительностью и другими объектами, не будет поглощать столько тепла, сколько освещенная солнцем вода 14 . При удалении деревьев или прибрежных навесов водоем может стать необычно теплым, что изменит его естественный цикл и среду обитания 48 .

Водохранилища

Плотина Маккензи изменила температурный режим воды ниже по течению, что повлияло на поведение рыб, особенно на размножение.

Водохранилища, такие как плотины, могут резко влиять на циклы температуры воды. Хотя плотина не отдает тепло воде напрямую, она может влиять на естественные закономерности повышения и понижения температуры воды 9 . Действующая плотина без узла скользящих затворов может изменить температуру воды ниже по течению от плотины, что может повлиять на поведение местных популяций рыб.

Изменение температурного режима может повлиять на миграцию, нерест и вылупление местных видов рыб 9 .Температурный режим изменится, если водохранилище расслоится, а попуск плотины будет слишком высоким или слишком низким, что приведет к выбросу в ручей необычно холодной или необычно теплой воды 9 .

Типичные температуры

Сезонные колебания температуры в США.

Температура воды может варьироваться от замерзшего льда до близкой к кипению, так что же определяет «типичную» температуру? Типичные температуры зависят от 1) типа водоема 2) глубины 3) времени года 4) широты 5) окружающей среды.В то время как конкретный водоем может иметь общую схему, которой он следует ежегодно, не существует определенной «типичной» температуры воды. Даже конкретный водоем может варьироваться в зависимости от любого из этих источников; озеро может замерзнуть за одну зиму, но может не замерзнуть на следующий год из-за теплой зимы. Оба года он следует одной и той же модели потепления и охлаждения, но не достигает одинаковых температур. Любые «необычные» температуры следует рассматривать в контексте.

Реки и ручьи подвержены более сильным и быстрым колебаниям температуры, чем озера и океаны 14 .Точно так же широкие мелкие озера будут теплее, чем их более глубокие аналоги. Из-за смещения угла солнечного излучения и эффектов атмосферного теплообмена температура воды будет меняться в зависимости от сезона 44 . Поскольку солнечная радиация более интенсивна вблизи экватора, вода в более низких широтах будет теплее, чем вода в более высоких широтах 44 . Затененные ручьи не будут так подвержены влиянию солнечной радиации, как их незащищенные аналоги, и могут оставаться более прохладными. Водоемы, находящиеся под влиянием потока грунтовых вод или ледникового потока, также будут более прохладными 1 .

Температуры в океане также зависят от времени года, широты, глубины, океанских течений и конвекции 51 . Поверхностные воды будут больше меняться в зависимости от времени года и широты, чем более глубокие воды, и будут демонстрировать суточные (ежедневные) колебания из-за солнечной радиации и ветра 53 . Эта суточная вариация может достигать 6 градусов Цельсия 53 . Благодаря своим массивным размерам и высокой удельной теплоемкости воды океан обладает столь же большой теплоемкостью 14 . Это означает, что колебания между сезонами или из-за необычных событий окажут незначительное влияние 51 .Исследования показали, что за последнее столетие океан нагрелся примерно на 0,1 градуса Цельсия 52 . Хотя это число кажется небольшим, оно весьма значительно по сравнению с размером океана.

Температура поверхности моря в декабре 2013 года. Изображение предоставлено: Региональная система моделирования океана JPL через НАСА

Температура океана играет важную роль в атмосферных условиях по всему миру. Ураганы, циклоны, грозы и другие погодные явления могут формироваться в зависимости от температуры океана 53 .Муссоны могут возникать при большой разнице температур между сушей и морем, вызывая циклические осадки и штормы 35 . Ураганы и циклоны развиваются над теплой водой, где тепло может быстро передаваться воздуху посредством конвекции 54 . Аналогичным образом, снег с эффектом озера и другие сильные осадки могут образовываться, когда холодный воздух течет над большим, более теплым водоемом 55 . Океан также взаимодействует с атмосферой, создавая явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья.Эль-Ниньо описывает потепление Тихого океана из-за отсутствия ветра, что изменяет глубину термоклина. Это потепление, в свою очередь, влияет на погодные и температурные режимы по всему миру 35 . Ла-Нинья — это противоположное океану состояние, когда температура ниже нормы, обычно с обратным воздействием на погоду 35 . Эти события нерегулярны, происходят раз в 2-7 лет. Они могут длиться от 9 месяцев до пары лет, в зависимости от силы эпизода 35 .

На этих картах показаны изменения температуры поверхности вдоль экватора Тихого океана. В условиях Ла-Нинья полоса холодной воды смещается на запад вдоль экватора, в то время как в условиях Эль-Ниньо преобладают теплые температуры. Изображение предоставлено: Dai McClurg, проект TAO через NOAA

Уникальные условия

Бассейн Morning Glory в Йеллоустонском национальном парке является примером горячего источника. Фото: Джон Салливан

Есть несколько водоемов с уникальными уровнями температуры.Самый известный пример – горячие источники. Горячие источники, также известные как гидротермальные источники, питаются подземными водами, которые значительно теплее других потоков 50 . Эти уникальные воды нагреваются геотермальным теплом. Этот теплообмен может исходить от потоков подземных вод, которые залегают достаточно глубоко в земной коре или вступают в контакт с магмой в вулканических зонах 50 . Горячие источники остаются намного теплее, чем температура окружающей среды, а некоторые вулканические горячие источники даже достигают температуры кипения 50 .

Другими уникальными водоемами являются гелиотермные озера. Эти озера, как правило, соленые, меромиктические озера, а это означает, что при их расслоении смешивается только верхний слой воды 14 . Как обсуждалось в разделе о стратификации, слои разделены галоклином, при этом миксолимнион остается довольно свежим, а нижний монимолимнион содержит более высокую концентрацию соли 14 . Когда эта стратификация попадает в фотическую зону, происходят необычные события.Солнечный свет, достигающий монимолимниона, нагревает воду. Это тепло не может уйти, потому что повышение температуры не оказывает существенного влияния на плотность соляного нижнего слоя 14 . В результате получается тепловая ловушка в галоклине, где температура может легко достигать 50°C и выше 14 . Горячее озеро в Вашингтоне является одним из примеров гелиотермального озера, галоклин которого остается около 30°C, даже когда озеро покрыто льдом 14 .

Последствия необычных уровней

Максимально рекомендуемые уровни температуры для разных видов рыб на разных этапах жизни.

Слишком теплая вода обычно считается более опасной для водных организмов, чем холодная. Однако и то, и другое может повлиять на рост, устойчивость к болезням и выживаемость 8 . Слишком холодная вода влияет на биологические процессы и скорость метаболизма водных организмов 14 . С другой стороны, слишком теплая вода может вызвать чрезмерное дыхание, вызывая стресс у рыб. Теплая вода также не может содержать столько растворенного кислорода, как холодная вода, поэтому меньше кислорода доступно для поглощения организмами 14 .У каждого вида рыб есть свой диапазон комфорта. Температуры за пределами этого диапазона могут быть вредными для роста и выживания. Лосось и форель предпочитают плавать в более холодных реках, в то время как большеротый и малоротый окунь может переносить гораздо более теплую воду как для роста, так и для нереста 8 .

Важность мониторинга

Так как же определить качество воды по температуре? Агентство по охране окружающей среды и некоторые штаты, включая Аляску, Айдахо, Орегон и Вашингтон, рекомендовали максимальные сезонные и региональные температуры 49 .В других штатах числовое значение не приводится, а вместо этого указывается «отсутствие измеримых изменений по сравнению с естественными условиями» 1 . Это ставит во главу угла тщательный и долгосрочный мониторинг. Чем больше исторических данных доступно, тем больше аномальных колебаний можно обнаружить и устранить. Если температура озера, которое обычно стратифицируется из года в год при температуре около 20°C и 8°C в эпилимнионе и гиполимнионе, начинает показывать 23°C и 17°C соответственно, оно может стать эвтрофным (с высоким содержанием питательных веществ, часто гипоксическим) из-за сельскохозяйственного стока 1 .

Влияние температуры воды на ряд других параметров делает ее малозаметным, но жизненно важным фактором, определяющим качество воды.

Что такое единицы?

Наиболее распространенные температурные шкалы: Фаренгейты, Цельсия и Кельвина.

Так как температура измеряет тепловую энергию, были разработаны шкалы для определения значений температуры по отношению к другим значениям. Сегодня температура воды обычно измеряется по одной из трех шкал: Цельсия, Фаренгейта или Кельвина 2 .При использовании шкал Цельсия или Фаренгейта температура измеряется в градусах. По шкале Кельвина единицей измерения является кельвин, но это та же величина, что и градус Цельсия 2 . Из-за универсального использования температура воды обычно указывается по шкале Цельсия 1 .

Шкалы Фаренгейта и Цельсия определяются градусами замерзания и кипения воды 3 . Шкала Цельсия также называется стоградусной, потому что между двумя определенными точками (замерзание и кипение воды) есть интервал в 100 градусов 2 .Шкала Кельвина основана на теоретической точке абсолютного нуля 2 .

Температура в градусах Цельсия может быть преобразована в градусы Фаренгейта или Кельвины с помощью следующих уравнений , Inc. «Температура воды». Основы экологических измерений. 7 февраля 2014 г. Интернет. < https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/water-temperature/ >.

Дополнительная информация

Geography4Kids.com: Атмосфера: Температура II


Мы только что говорили о разнице температур над сушей и океанами. Если быть точным, то над землей может стать намного жарче и намного прохладнее. Большее изменение температуры связано с тем, сколько тепла поглощает земля (по сравнению с водой). Вода в океане постоянно движется, кружится и перемешивается.

На земле грязь просто сидит. Когда солнце попадает на грязь, оно нагревает верхний слой.В нижние слои земли уходит не так много тепла. Тепло, которое поглощает океан, быстро смешивается с нижней водой. Это смешение распространяет тепло вокруг. Ночью, когда земля быстро остывает, вода на поверхности остается более теплой, потому что вода смешивается с более теплой водой под ней. Все это смешение сохраняет температуру в этом районе более постоянной, в отличие от земли, которая переходит от горячей к холодной. Вода также поглощает больше энергии, потому что она полупрозрачна .Земля называется непрозрачной , потому что через нее не видно.

А как насчет высоты штуки? Становится холоднее, когда ты выше. Это имеет смысл, но почему? На больших высотах происходит больший приток и отдача тепла. Когда вы на высоте, давление ниже. На самом деле в воздухе меньше молекул. Поскольку молекул не так много, меньше материи, способной поглощать тепло. Этот факт означает, что температура будет меняться более резко, от жары к холоду.Меньше вещества поглощает тепло.

Облака тоже влияют на температуру. Это как носить ветровку в ветреный день. Куртка улавливает тепло, которое вы излучаете своим телом, сохраняя тепло между вами и курткой. Эта куртка похожа на облачный покров. Он отражает тепло, выделяемое землей. Куртка также отражает тепло от вас так же, как облака отражают поступающее тепло. Что нужно знать… Подобно куртке, в которую часть тепла проникает, а часть уходит, облака не отражают и сохраняют все тепло, часть его все равно проходит.

Ваше расстояние от океана также имеет значение. Южная Калифорния является хорошим примером. Рядом с пляжем намного прохладнее, чем над небольшим набором гор. Морской воздух согревает ночью и охлаждает днем. Это происходит из-за перемешивания атмосферы и местных ветров.

Последняя идея связана с большими океанскими течениями. Большое количество тепла и энергии перемещается каждый день силой ветра, воздействующего на океан. Сначала получается длинный устойчивый ветер, как у пассата .Этот ветер давит на поверхность воды, и вода начинает двигаться… Создаются течения. Океанские течения начинают вращаться, и вода циркулирует по планете. Обычно океан теплее на более низких широтах и и холоднее на более высоких широтах. Более высокие широты означают, что вы ближе к полюсам. Эта разница температур также заставляет океаны вращаться. В конце концов, более теплая вода из области около экватора движется вверх к полюсам. Когда вода движется на север или юг, она выделяет тепло и нагревает атмосферу.



Или поищите на сайтах по конкретной теме.

Воздух и вода | Понимание климата — топография поверхности океана из космоса

Физические свойства воздуха

Горячий воздух расширяется и поднимается; охлажденный воздух сжимается – уплотняется – и опускается; а способность воздуха удерживать воду зависит от его температуры. Данный объем воздуха при 20°C (68°F) может содержать в два раза больше водяного пара, чем при 10°C (50°F).Отношение того, сколько воды на самом деле содержит данная масса воздуха, по сравнению с тем количеством, которое она может удерживать, называется его относительной влажностью.

Когда воздух содержит столько водяного пара, сколько может при данной температуре (100% относительной влажности), говорят, что он насыщен. Если насыщенный воздух нагревается, он может удерживать больше воды (относительная влажность падает), поэтому теплый воздух используется для сушки предметов — он поглощает влагу. С другой стороны, охлаждающий насыщенный воздух (который, как говорят, находится в точке росы) вытесняет воду (конденсация).Вот почему потеет емкость с холодным напитком: она охлаждает воздух рядом с собой, а влага из воздуха конденсируется на внешней стороне банки.

Воздух, нагретый океанскими течениями, впитывает много влаги. Когда нагретый воздух поднимается вверх, он расширяется, что измеряется на поверхности как низкое давление воздуха. Расширяющийся воздух охлаждается, что заставляет его терять влагу в виде дождя или снега. Противоположное верно для тонущего воздуха. Такой воздух сжимает и согревает. В такой зоне высокого давления влага поглощается воздухом из окружающей среды.

На этом изображении представлено общее количество осаждаемого водяного пара за май 2009 года, наблюдаемое с помощью атмосферного инфракрасного зонда Лаборатории реактивного движения на спутнике НАСА Aqua. На этом изображении представлено общее количество осаждаемого водяного пара за май 2009 года, наблюдаемое с помощью атмосферного инфракрасного зонда (AIRS) на спутнике NASA Aqua. Он показывает общее количество водяного пара, присутствующего в атмосферном столбе над каждой точкой поверхности Земли. Если весь водяной пар в столбе выпал в виде дождя, то глубина образовавшейся лужи на поверхности в этой точке будет равна значению, указанному на карте.Пятьдесят миллиметров составляют около 2 дюймов.

Физические свойства воды

Вода — чрезвычайно эффективный теплоотвод. Солнечное тепло, поглощаемое водоемами днем ​​или летом, выделяется ночью или зимой. Участки на островах или побережьях извлекают выгоду из смягчающего воздействия океана и имеют «морской» климат (например, Сан-Франциско). В местах, удаленных от побережья, отсутствует эта температурная буферизация, и они имеют экстремальный «континентальный» климат (например, Уичито).

Подобно нагретому воздуху в воздушном шаре, нагретая вода расширяется.Солнечное тепло, поглощаемое на экваторе, заставляет воду расширяться. Такая нагретая вода поднимает нормальный уровень поверхности моря, и такую ​​измененную топографию океана можно измерить. Тепло в воде переносится в более высокие широты океанскими течениями, где оно выбрасывается в атмосферу. Вода, охлажденная более низкими температурами в высоких широтах, сжимается (таким образом, становится более плотной), опускается (понижает местную топографию) и возвращается к экватору через глобальную конвейерную ленту циркуляции океанских вод, чтобы завершить цикл.

Изменение климата: содержание тепла в океане

Растущее количество парниковых газов не позволяет теплу, излучаемому с поверхности Земли, уходить в космос так же свободно, как раньше. Большая часть избыточного атмосферного тепла возвращается в океан. В результате теплосодержание верхних слоев океана значительно увеличилось за последние несколько десятилетий.

Сезонная (3 месяца) тепловая энергия в верхних полумилях океана по сравнению со средним значением за 1955-2006 гг. Содержание тепла в Мировом океане постоянно превышает среднее значение (красные столбцы) с середины 1990-х годов.Более 90 процентов избыточного тепла, попавшего в земную систему из-за глобального потепления, вызванного деятельностью человека, было поглощено океанами. График NOAA Climate.gov, основанный на данных (0–700 м) из коллекции продуктов NCEI Ocean Heat Content.

В среднем по поверхности Земли скорость притока тепла в 1993–2020 годах составляла 0,37–0,41 Вт на квадратный метр для глубин от 0 до 700 метров (до 0,4 мили), в зависимости от анализа, проведенного исследовательской группой. При этом показатели теплопритока были равны 0.15–0,31 Вт на квадратный метр на глубине 700–2000 метров (0,4–1,2 мили). Для глубин от 2000 до 6000 метров (1,2–3,7 мили) предполагаемое увеличение составило 0,06 Вт на квадратный метр за период с июня 1992 года по июль 2011 года. (несмотря на немного разные временные периоды, как указано выше), коэффициент притока тепла океана на всю глубину колеблется от 0,58 до 0,78 Вт м -2 применительно ко всей поверхности Земли.» 

Изменение содержания тепла в верхних 2300 футов (700 метров) океана с 1993 по 2020 год. В период с 1993 по 2019 год теплосодержание увеличилось до 6 Вт на квадратный метр в некоторых частях океана (темно-оранжевый). Некоторые области потеряли тепло (синие), но в целом океан получил больше тепла, чем потерял. Изменения в областях, покрытых серой штриховкой, не были статистически значимыми. Изображение NOAA Climate.gov, основанное на данных NCEI.

Как движется тепло

Океан — крупнейший коллектор солнечной энергии на Земле.Вода не только покрывает более 70 процентов поверхности нашей планеты, но и может поглощать большое количество тепла без значительного повышения температуры. Эта потрясающая способность накапливать и выделять тепло в течение длительных периодов времени дает океану центральную роль в стабилизации климатической системы Земли. Основным источником тепла океана является солнечный свет. Кроме того, облака, водяной пар и парниковые газы излучают поглощенное ими тепло, и часть этой тепловой энергии попадает в океан. Волны, приливы и течения постоянно перемешивают океан, перемещая тепло от более теплых широт к более холодным и на более глубокие уровни.

Тепло, поглощаемое океаном, перемещается из одного места в другое, но не исчезает. Тепловая энергия в конечном итоге возвращается в остальную часть земной системы за счет таяния шельфовых ледников, испарения воды или непосредственного повторного нагрева атмосферы. Таким образом, тепловая энергия океана может нагревать планету в течение десятилетий после того, как она была поглощена. Если океан поглощает больше тепла, чем выделяет, его теплоемкость увеличивается. Знание того, сколько тепловой энергии поглощает и выделяет океан, необходимо для понимания и моделирования глобального климата.

Измерение тепла океана

Исторически сложилось так, что для измерения температуры океана корабли должны были подвешивать датчики или коллекторы проб в воду. Этот трудоемкий метод мог обеспечить температуру только для небольшой части обширного океана планеты. Чтобы получить глобальный охват, ученые обратились к спутникам, измеряющим высоту поверхности океана. Когда вода нагревается, она расширяется, поэтому оценки температуры океана можно вывести из высоты поверхности моря.

Чтобы получить более полную картину содержания тепла в океане на разных глубинах, ученые и инженеры также используют ряд приборов для измерения температуры на месте .Среди них флот из более чем 3000 роботизированных «поплавков», которые измеряют температуру океана по всему миру. Датчики, известные как поплавки Арго, дрейфуют по океану на разной глубине. Примерно каждые 10 дней, в соответствии с запрограммированными инструкциями, они поднимаются по воде, регистрируя температуру (и соленость) по мере подъема. Когда поплавок достигает поверхности, он отправляет свое местоположение и другую информацию ученым через спутник, а затем снова спускается.

Инструменты для измерения температуры океана включают приборы для измерения проводимости, температуры и глубины (известные как CTD), одноразовые батитермографы (известные как XBT) и поплавки Argo.Уплотнения даже оснащены приборами для измерения температуры в труднодоступных местах. (Фотографии предоставлены NOAA, Kara Lavender и M. Weise, California Sea Grant.)

Ученые постоянно сравнивают данные со спутников, поплавков и зондов, чтобы убедиться, что полученные ими значения имеют смысл. Они обрабатывают диапазон измерений для расчета среднего глобального теплосодержания океана каждые три месяца. Преобразование температуры в джоули (стандартная единица энергии) позволяет им сравнивать тепло в океане с теплом в других частях климатической системы Земли.

Изменение во времени

Более 90 процентов потепления, произошедшего на Земле за последние 50 лет, произошло в океане. По оценкам недавних исследований, на потепление верхних слоев океана приходится около 63 процентов общего увеличения количества накопленного тепла в климатической системе с 1971 по 2010 год, а потепление с глубины 700 метров до дна океана добавляет еще около 30 процентов.

Годовое теплосодержание океана по сравнению со средним показателем 1993 г. за период 1993–2019 гг., основанным на нескольких наборах данных: от поверхности до глубины 700 метров (2300 футов) в оттенках красного, оранжевого и желтого; от 700 до 2000 метров (6650 футов) в оттенках зеленого и синего; и ниже 6650 футов (2000 метров) в виде серого клина.График NOAA Climate.gov, адаптированный из рисунка 3.6 в State of the Climate in 2019. См. исходный рисунок для получения подробной информации об источниках данных и неопределенности.

Менее одного ватта на квадратный метр может показаться небольшим изменением, но помноженное на площадь поверхности океана (более 360 миллионов квадратных километров), это приводит к огромному глобальному энергетическому дисбалансу. Это означает, что, хотя на данный момент атмосфера полностью защищена от глобального потепления, тепло, уже накопленное в океане, в конечном итоге будет высвобождено, что приведет к дополнительному потеплению Земли в будущем.

В настоящее время потепление воды океана приводит к повышению глобального уровня моря, потому что вода расширяется при нагревании. В сочетании с водой от таяния ледников на суше повышение уровня моря угрожает природным экосистемам и человеческим строениям вблизи береговых линий по всему миру. Потепление океанских вод также способствует истончению шельфовых ледников и морского льда, что имеет дополнительные последствия для климатической системы Земли. Наконец, потепление океанских вод угрожает морским экосистемам и средствам к существованию человека.Например, теплые воды ставят под угрозу здоровье кораллов и, в свою очередь, сообщества морских обитателей, которые зависят от них в качестве убежища и пищи. В конечном счете, люди, которые зависят от морского рыболовства как источника пищи и рабочих мест, могут столкнуться с негативными последствиями потепления океана.

Дополнительное чтение

Информацию о том, как теплосодержание океана рассчитывается на основе температуры океана, можно получить в Национальном центре океанографических данных NOAA.

Скотт, Мишон. 2006. Большое тепловое ведро Земли.Земная обсерватория НАСА. По состоянию на 2 февраля 2011 г.

Линдси, Ребекка. 2008. Исправление охлаждения океана. Земная обсерватория НАСА. По состоянию на 2 февраля 2011 г.

Каталожные номера

Г. К. Джонсон, Дж. М. Лайман, Т. Бойер, Л. Ченг, Дж. Гилсон, М. Исии, Р. Э. Киллик и С. Г. Пурки. (2021). Теплосодержание океана [в «Состоянии климата в 2020 году», глава 3]. Bull. Amer. Meteor. Soc., 102 (8), S14–S17, https://doi.org/10.1175/BAMS-D- 21-0083.1.

Рейн, М., С. Р. Ринтоул, С.Аоки, Э. Кампос, Д. Чемберс, Р. А. Фили, С. Гулев, Г. К. Джонсон, С. А. Джози, А. Костианой, К. Мауритцен, Д. Реммих, Л. Д. Талли и Ф. Ван, 2013: Наблюдения: Океан. В: Изменение климата 2013: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С. К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П. М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, doi:10.1017/CBO9781107415324.010.

С. Левитус, Ж. И. Антонов, Т. П. Бойер, Р. А. Локарнини, Х. Э. Гарсия и А. В. Мишонов. 2009. «Глобальное теплосодержание океана в 1955–2008 гг. в свете недавно выявленных проблем с приборами» Письма о геофизических исследованиях , 36, L07608, doi: 10.1029/2008GL037155.

Бойер Т.П., Антонов Ж.И., Баранова О.К., Гарсия Х.Е., Джонсон Д.Р., Локарнини Р.А., Мишонов А.В., О’Брайен Т.Д., Сеидов Д., Смоляр И.В., Цвенг М.М., 2009. World Ocean Database 2009 .С. Левитус, изд., NOAA Atlas NESDIS 66, типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 216 стр., DVD.

Данные

Глобальное теплосодержание океана из Национального центра океанографических данных.

Управление океанических исследований NOAA

Океан влияет на погоду и климат, накапливая солнечную радиацию, распределяя тепло и влагу по земному шару и управляя погодными системами.

На этой иллюстрации показаны основные океанские течения по всему земному шару.Океанские течения действуют как конвейерные ленты теплой и холодной воды, направляя тепло в полярные регионы и помогая тропическим районам охлаждаться, тем самым влияя как на погоду, так и на климат. Скачать изображение (jpg, 105 КБ).

Мировой океан влияет на погоду и климат, играя важную роль в поддержании тепла на нашей планете. Большая часть солнечной радиации поглощается океаном, особенно в тропических водах вокруг экватора, где океан действует как массивная, сохраняющая тепло солнечная панель.Участки суши также поглощают часть солнечного света, а атмосфера помогает удерживать тепло, которое в противном случае быстро излучалось бы в космос после захода солнца.

Океан не просто накапливает солнечную радиацию; это также помогает распределять тепло по всему миру. Когда молекулы воды нагреваются, они свободно обмениваются с воздухом в процессе, называемом испарением. Океанская вода постоянно испаряется, повышая температуру и влажность окружающего воздуха, образуя дожди и штормы, которые затем переносятся пассатами.На самом деле почти весь дождь, выпадающий на сушу, начинается с океана. Тропики особенно дождливы, потому что поглощение тепла и, следовательно, испарение океаном в этом районе самое высокое.

За пределами экваториальных областей Земли погодные условия в основном определяются океанскими течениями. Течения — это непрерывные движения океанской воды, создаваемые в основном поверхностными ветрами, но также частично градиентами температуры и солености, вращением Земли и приливами. Основные системы течений обычно текут по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном полушарии, образуя круговые узоры, которые часто повторяют береговые линии.

Океанские течения действуют подобно конвейерной ленте, перенося теплую воду и осадки с экватора к полюсам, а холодную воду — с полюсов обратно в тропики. Таким образом, океанические течения регулируют глобальный климат, помогая противодействовать неравномерному распределению солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Без течений в океане региональные температуры были бы более экстремальными — очень жаркими на экваторе и холодными по направлению к полюсам — и гораздо меньшая часть земной суши была бы пригодной для жизни.

Мы объясняем науку, стоящую за явлениями – IISD Experimental Lakes Area

Комментарий | 16 мая 2018 г. | Пол Фафард, специалист по полевому отбору проб

Хотите узнать все о пресной воде — от того, что такое озеро, до того, чем занимается лимнолог?

Загляните в наш блог, чтобы ответить на все животрепещущих вопроса.


Вы когда-нибудь плавали и сталкивались с внезапным падением температуры воды у ваших ног, в то время как температура воды на поверхности остается комфортной?

То, что вы испытываете, — это тепловая стратификация — , когда озера «делятся» на слои разной плотности из-за разной температуры.

Когда весна переходит в лето, в большинстве канадских озер, в том числе в районе экспериментальных озер IISD, происходит как термическая стратификация, так и оборот озер . Эти явления очень важны для многих водных организмов и позволяют процветать озерным экосистемам.

Прежде чем углубляться в детали термической стратификации и круговорота озер, необходимо помнить две вещи:

  • Плотность воды зависит от ее температуры. Чем теплее вода, тем менее плотной она становится.Температура воды ближе всего к 4°C.
  • Жидкости различной плотности часто плохо смешиваются. Чем больше разница в плотности, тем труднее смешать жидкости. Подумайте о масле и уксусе в заправке для салата. Это сопротивление смешиванию также возникает в воде с разной температурой.

С весны до лета: озера начинают расслаиваться из-за разницы температур

Термическая стратификация происходит, когда вода в озере образует отдельные слои в результате нагревания солнечными лучами.Весной, когда лед тает, солнечная радиация прогревает воду на поверхности озера гораздо быстрее, чем в более глубоких водах. Фактически, солнечный свет часто проникает в озеро только на несколько метров, непосредственно нагревая только верхние несколько метров. Когда вода нагревается, она становится менее плотной и остается на поверхности, плавая слоем над более холодной и плотной водой внизу.

Оборот озера чрезвычайно важен для пресноводных озер, поскольку это событие отвечает за пополнение уровня растворенного кислорода в самых глубоких озерных водах.

Когда озеро расслаивается, обычно образуются три разных слоя.

Самый поверхностный слой — это теплый поверхностный слой, называемый эпилимнионом . Эпилимнион — это слой воды, который взаимодействует с ветром и солнечным светом, поэтому становится самым теплым и содержит больше всего растворенного кислорода. Хотя растворенный кислород не играет прямой роли в стратификации и круговороте воды в озере, он важен для всех водных организмов в озере, которым для выживания необходим кислород.

Самый глубокий слой — это холодная плотная вода на дне озера, называемая гиполимнионом .В гиполимнионе часто сохраняется температура около 4 ° C в течение года, он редко получает прямое тепло от солнца и изолирован от воздуха на поверхности озера. Гиполимнион содержит наименьшее количество растворенного кислорода и часто может стать бескислородным (ноль растворенного кислорода), в то время как озеро термически расслоено.

Средний слой — это переходная зона воды между теплым эпилимнионом и холодным гиполимнионом, называемая металимнионом . Металимнион — это место, где самые мелкие из прохладных вод гиполимниона постепенно нагреваются до тех пор, пока не смешиваются с эпилимнионом.Точка наибольшей разницы температур (и, следовательно, разницы плотности) называется термоклином и находится внутри металимниона.

Озера расслаиваются благодаря солнечному теплу и движению ветра.

В течение всего лета ветер и волны заставляют согревающую воду в эпилимнионе смешиваться все глубже и глубже, медленно включая в себя гиполимнетическую воду через металимнион. Способность озера перемешиваться за счет ветровой турбулентности определяется «устойчивостью» термической стратификации.Стратификация становится все более стабильной при нагревании от солнца. Чем больше разница в температуре (и плотности) между эпилимнионом и гиполимнионом, тем устойчивее термическая стратификация.

Когда вы в следующий раз будете плавать в пресноводном озере, произведите впечатление на всех своих друзей, погрузив пальцы ног из эпилимниона, через металимнион и в глубины гиполимниона!

В конце концов, эпилимнион прогревается до такой степени, что разница в плотности между эпилимнионом и гиполимнионом (в термоклине) настолько велика, что ветер и волны больше не могут генерировать достаточно энергии для поглощения гиполимнетической воды.

Когда лето переходит в осень, поверхностные воды остывают и опускаются, перемешивая эпилимнион вниз к гиполимниону и ослабляя термоклин; по мере того как температуры и плотности эпилимниона и гиполимниона становятся более похожими, водные потоки и ветер могут снова смешивать воду между двумя слоями.

В конце концов эпилимнион охлаждается до тех пор, пока температура всего озера не станет одинаковой (изотермической). Это позволяет происходить обороту озера.

Лето в осень и зима в весну: озера переворачиваются

Озерный оборот — это явление, при котором весь объем воды в озере перемешивается ветром.Это может произойти только тогда, когда все озеро имеет одинаковую температуру (и плотность!), что на северо-западе Онтарио (где находится IISD-ELA) обычно происходит два раза в год — один раз весной после таяния льда и один раз осенью. до образования льда.

Когда озера замерзают на зиму, в озеро не поступает новый кислород из атмосферы, а того, что в озере, должно хватить до весны, пока не сойдет лед.

Оборот озера чрезвычайно важен для пресноводных озер, поскольку это событие отвечает за пополнение уровня растворенного кислорода в самых глубоких озерных водах.Когда озера имеют одинаковую температуру и плотность, требуется относительно мало энергии ветра, чтобы смешать воду глубоко в озере. Ветер перемещает поверхностные воды с высоким содержанием кислорода на дно озера, выталкивая воду с низким содержанием кислорода со дна озера на поверхность, где она насыщается кислородом. Это имеет решающее значение для водных организмов, поскольку, как только озера замерзают на зиму, в озеро не поступает новый кислород из атмосферы, а то, что находится в озере, должно сохраняться до весны, пока не сойдет лед.

Озера переворачиваются осенью, когда вода во всем озере достигает одинаковой температуры.

Весенний оборот важен по той же причине. Как только устанавливается тепловая стратификация, гиполимнетические воды не смешиваются с поверхностью, и весь растворенный кислород, существующий в самых глубоких частях озера, — это все, что доступно до осеннего оборота озера.

Вокруг света: разные озера, разная стратификация и разный оборот

Напоминаем, что Экспериментальный озерный район IISD расположен на северо-западе Онтарио, Канада, в регионе с умеренно-континентальным климатом.Однако озера по всему миру могут иметь разные модели смешивания в зависимости от местного климата и высоты над уровнем моря.

Шесть распространенных типов озер:

  • Amictic : весь год покрыты льдом. Такая картина смешения типична для озер Антарктики.
  • Холодный мономиктический : вода никогда не нагревается выше 4°C и оборот происходит один раз летом. Озера Арктики часто бывают холодными мономиктическими.
  • Dimictic : как и во IISD-ELA, озера стратифицированы летом и зимой и смешиваются один раз весной и один раз осенью.
  • Теплый мономиктический : зимой вода охлаждается примерно до 4°C, когда может происходить оборот. Озера стратифицированы в другое время года и не покрыты льдом. Озера в тропиках или на низких высотах в северных умеренных районах могут быть теплыми мономиктовыми.
  • Олигомиктический : вода, как правило, теплая и стратифицированная, иногда охлаждающаяся для создания циркуляции через нерегулярные промежутки времени. Этот тип смешения может происходить в более низких широтах, где годовая температура невелика.
  • Polymictic : частое перемешивание в течение года. Этот тип смешивания может происходить в озерах по всему миру и зависит от таких характеристик, как глубина, размер и форма озера.

Это обобщения, основанные на схемах циркуляции, и озера могут подпадать под множество различных классификаций и систем классификации. Многие озера могут иметь периоды стратификации, в зависимости от глубины озера. Мелкие озера могут расслаиваться после оборота озера, а затем полностью перемешиваться в течение большей части года, если солнечный свет проникает на дно озера или если энергии ветра достаточно для перемещения воды через всю толщу воды.

Так что, когда вы в следующий раз будете плавать в пресноводном озере, произведите впечатление на всех своих друзей, нырнув из эпилимниона, через металимнион и в глубины гиполимниона!


Хотите узнать все о пресной воде — от того, что такое озеро, до того, чем занимается лимнолог?

Загляните в наш блог, чтобы ответить на все животрепещущих вопроса.

.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.