12173 SNC03583

ujemne G - ciepło dopływa z głębi gruntu, ujemne P - ciepło dopływa z atmosfery a powierzchni czynnej, ujemne l.E oznacza, że na powierzchni czynnej zachodzi kondc_n. snejn pary wodnej, której towarzyszy uwolnienie ciepła utajonego.

.Stmmienie G i /’ pntcnoszi) tzw. ciepło odczuwalne, natomiast strumień l.E zawita ciepło utajone w parze wodnej - pochodzi ono z parowania i może „ujawniać się" podczią kondensacji pary wodnej (/, - ciepło parowania, E - masa pary wodnej, zoli, leż rOztlz, 5)

Jeśli temperatura powierzchni czynnej jest wy/s/a od temperatury Icżrjcych pod nią waiMw gruntu, powstaje strumień ciepła przenoszonego w glt)li wskutek przowoclnłclwa cieplnego molekularnego. Kozcliodzenic się ciepła jest bezpośrednio uzależnione od właściwości cieplnych gruntu. Wyróżnia się trzy podstawowe charaktciystyki cieplne substancji przewodzących ciepło:

1.    Pojemność cieplna (z^-,.) - to Ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostki objętości

danej substancji o I stopień:    ■ pr, gdzie p - gęstość, c - ciepło właściwe). Jednostką

pojemności cieplnej jest J/(m’ ■ dog).

2.    Przewodnictwo cieplne (X.) określa ilość ciepła Q przenikającego w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do strumienia cieplnego pod wply. went jednostkowej różnicy temperatury (gradientu temperatury)

i1    ,d T

| “^-Adz

gdzie: z - czas, T - temperatura, z - odległość (głębokość).

Jak widzimy, przewodnictwo wyraża się współczynnikiem, który określa zależność między szybkością rozchodzenia się ciepła a gradientem temperatury - tempem jej zmian wraz z głębokością. Jednostką przewodnictwa jest W/(m ■ deg).

3. Przewodnictwo temperaturowe a jest stosunkiem przewodnictwa cieplnego do pojemności cieplnej a = X / c„. Jednostką jest m²/s. Wielkość przewodnictwa temperaturowego określa, jak wielkie jest tempo zmian temperatury w danej substancji przy określonym gradiencie temperatury.

Wartości charakterystyk cieplnych c,, i X niektórych substancji podaje tabela 4.2.

Tab- 4-Z. Pojemność dopina (r.l i przewodnictwo cieplne (?.) niektórych materiałów budnjąądi pcońeractaac czynne («g Wbitej i m_ 1992)

MlKml	--	Pnewoductwo
' i>nta • tonriw		057
Oiwfi kVf	l»	ŁJ4
ftWtTK »twwtfci	aomz	0025
	021	008
	1%	2J»
Sudd fMMk	t.«	030
WgąMąiWt	<a>	OLS0
tort	ass	<xo*
HmtŚL	2.18	4.61

Ilość ciepła przenikającego przez jednostkę powierzchni w gruncie (strumień G) jest proporcjonalna do gradientu temperatury, przewodnictwa cieplnego gruntu i czasu

G

¹ A ,;•/ dz

Przyrost temperatury wywołany tą ilością ciepła można określić ze wzoru kalorymetrycznego; zastępując w nim ciepło właściwe i masę iloczynem c, V, otrzymamy

G m c_vVtkT

gdzie Kjesl objętością słupa gruntu od powierzchni czynnej do pewnej głębokości z, na której przyrost temperatury maleje do zera, Jest to l/w. głębokość przenikania Ustalono, że głębokość la równa się pierwiastkowi kwadratowemu z przewodnictwa temperaturowego, Stąd dlii słupa gruntu o jednostkowej podstawie i wysokości równej głębokości przenikania mamy

_ G Af ■ nw c,&

Wzór ten określa zmianę temperatury w gruncie o określonej pojemności cieplnej i przewodnictwie, powstającą wskutek dopływu ciepła G. Zauważmy, że zmiany te -przyrosty i spadki temperatury - są odwrotnie proporcjonalne do pojemności cieplnej i przewodnictwa cieplnego (ściślej: pierwiastka współczynnika przewodzenia ciepła). Wahania temperatury zmniejszają się znacząco w podłożu atmosfery, zbudowanym z substancji o dużej pojemności cieplnej i dużym przewodnictwie. Połączenie tych dwóch cech powoduje bardzo istotne tłumienie wahań temperatury, szczególnie w środowisku wodnym. Woda odznacza się dużą pojemnością cieplną (tab. 4.2), natomiast jej zdolność przewodzenia ciepła zależy od wymiany masy - mieszania się wody. W zbiornikach wodnych, gdzie woda faluje oraz ulega konwekcji pod wpływem różnic gęstości (zależnej od temperatury, a w morzach także od zasolenia), rzeczywiste współczynniki przewodnictwa cieplnego są kilkakrotnie wyższe niż w wodzie nieruchomej (0,57, tab.

4.2) . Ten efekt ma dużo większe znaczenie dla warunków termicznych od samej pojemności cieplnej wody (c_v). Dlatego S. Petterssen (1966) nazywa pojemność cieplną wody pojemnością kondukcyjną - wynikającą z przewodnictwa.

W wodzie nie tylko maleją wahania temperatury, ale i rośnie głębokość przenikania. Porcje ciepła, jakie otrzymuje powierzchnia akwenu, rozchodzą się w warstwie wody o znacznej miąższości. Skutkiem tej właściwości zbiorników wodnych jest „przechwytywanie” przez nie większości ciepła absorbowanego przez powierzchnię czynną. W związku z tym strumień ciepła przewodzonego w głąb wody jest wielokrotnie większy od strumienia, przewodzonego do atmosfery P. Dystrybucja ciepła z powierzchni czynnej przez strumienie G i P zmienia się wyraźnie w zależności od budowy podłoża atmosfery. Podłoże wodne wyróżnia się na tle pozostałych rodzajów podłoża atmosfery (tab.

4.3) . Relacje strumieni P i G mają decydujące znaczenie dla kształtowania się warunków termicznych w powietrzu nad powierzchnią czynną.

Wahania temperatury powierzchni czynnej zależą przede wszystkim od salda bilansu radiacyjnego - różnicy między pochłoniętym promieniowaniem słonecznym i promieniowaniem efektywnym. Występują dwa podstawowe cykle zmian salda promienio-wani» - rtnhnwv i mcznv. W fazie dodatniego bilansu promieniowania - od rana do