"Тепловой шум" городских зданий

Секреты повседневного использования астрономических инструментов, их юстировки и регулировки

"Тепловой шум" городских зданий

Сообщение Ernest » 21 апр 2010, 16:31

Как тепло выделяемое многоэтажными зданиями влияет на наблюдения в черте города?

Городские жилые здания, как правило, много теплее окружающего ночного воздуха. Это является движущей силой более или менее сильных тепловых токов воздуха вокруг самих зданий и над ними. Тепловые (конвекционные) токи теплых воздушных масс вихреобразно (турбулентно) перемешиваются с холодным воздухом, и когда этот хаотически слоеный пирог появляется между телескопом и объектом наблюдения это вызывает искажения изображения, которые строит этот телескоп. Это вызвано тем, что показатель преломления воздуха сильно зависит от его температуры. По сути перед объективом возникает своего рода мутная среда, вроде матового стекла, только не статическая, а динамичная.

Искажения оптического изображения тем сильнее, чем:
  • длиннее ход лучей участвующих в построении изображения в возмущенной турбулентной атмосфере
  • больше разность температур слоев воздуха
  • сильнее турбуленция (перемешивание этих слоев)
  • больше апертура телескопа
  • больше увеличение
Например, звезда изображается уже не в виде картины Эри (круг внутри тусклых дифракционных колечек) или прописанного оптике данного телескопа статической аберрационной картины (ФРТ), а в виде пляшущей медузы или кляксы. Малоконтрастные детали на дисках планет исчезают (замываются), а края их диска трепещут как край флага в ветреную погоду. Таким образом, наблюдения в условиях сильного теплового загрязнения приводит к эффектам сродни аберрационным - теряется разрешение телескопа.

Рассмотрим причины и источники "теплового загрязнения" в городе
  • тепло отопительных приборов (оно нагревает не только помещения внутри зданий, но и стены зданий, выходит с теплым воздухом наружу через форточки, стекло окон, вентиляционные отверстия на крышах), этот источник присутствует всегда, но особенно он силен в холодное время года - в так называемый "отопительный сезон"
  • аккумулированное зданиями и проч. сооружениями (вроде парковок, дорожного полотна) за день тепло полученное от окружающего воздуха и от солнца, ночью эти предметы начинают остывать частично отдавая свое тепло окружающему воздуху, особенно этот источник силен в ночи после ясных солнечных дней и понятное дело с западной стороны вертикальных сооружений (которые дольше всего освещаются заходящим солнцем)
  • технологические и промышленные источники тепла (котельные, теплотрассы, трубы заводов и фабрик, дороги...)

Теперь немного о том, как минимизировать вред от "теплового загрязнения"
Главное это помнить, что трасса наблюдения (прямая по которой попадают лучи от объекта в ваш телескоп) должна проходить как можно дальше от источников тепла и тепловых шлейфов (они не видны, но принимая во внимание направление ветра и тепловые источники можно предположить их положение). То есть при наблюдении в городе располагать площадку наблюдения надо по возможности с наветренной стороны от источников тепла (массивы жилых здании, промышленные зоны, дорожные трассы) или, по крайней мере, так, чтобы той наблюдать в направлении противоположном от местных источников тепла и их тепловых шлейфов.

Наблюдения из жилых зданий
Для того, чтобы понять как влияют тепловые токи на наблюдателя расположившегося на балконе балконе жилого строения, рассмотрим такую схемку направления конвекционных токов вокруг отдельно стоящего здания в безветренную погоду.
termo-1.JPG

Красным обозначены массы турбулентного теплого воздуха, который поднимается вдоль стен теплого здания, подпитывается теплом исходящим из приоткрытых форточек (окон, дверей балконов), вентиляционных коробов на крыше здания. Максимальное влияние тепловой столб оказывает для наблюдателя расположившегося на крыше. В какую сторону не смотри - везде трассе наблюдения придется протыкать мощную тепловую шубу. Наблюдателю на балконе верхнего этажа также не позавидуешь - он отделен от более-менее спокойного ночного воздуха тепловым потоком, который аккумулирует все потери тепла начиная с первого этажа. Наблюдатель первого этажа испытывает сильное влияние приземных тепловых токов воздуха. Оптимальная позиция для наблюдений - незастекленный балкон (лоджия) в средней части здания (3-4 этаж) с юго-восточной стороны (стена была в тени во второй половине дня).
Рассмотрим влияние ветра. Примерно так будут выглядеть тепловые токи деформированные ветром (вид сбоку):
termo-2.JPG

Немного утончается турбулентный слой с наветренной стороны и его сильно раздувает с подветренной. Оптимальная точка (красный прямоугольник) для расположения наблюдателя в таком отдельно стоящем здании - балкон наветренной стороны, повыше.
Нетрудно оценить влияние косого ветра (вид на здание сверху):
termo-3.JPG

Оптимальное положение наблюдателя смещается к наветренному углу как можно на более высокую точку здания.

Планируя наблюдения из здания, следует иметь ввиду не только влияние тепла самого здания, но и окружающих его предметов. При самом удачном расположении балкона, если здание находится в ветровой тени от других жилых или промышленных строений - наблюдения будут испорчены. Незакрытая балконная дверь также будет мощным источником тепловых токов...

Наблюдения из комнат через форточку, открыты или закрытые окна

Совершенно недопустимы - мы таким образом наблюдаем из центра теплового выхлопа, изображение при сколь-нибудь интересном увеличении будет безнадежно испорчено.

Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9805
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Вернуться в Эксплуатация

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1