ELEKTRICKÉ ZDROJE TEPLA

Transkript

1 INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ CZ.1.07/1.1.00/ ELEKTRICKÉ ZDROJE TEPLA MILAN KLIMEŠ TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

2 : ELEKTRICKÉ ZDROJE TEPLA

3 NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Žadatel: ZČU v Plzni Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.00/ Datum zahájení projektu: Datum ukončení projektu: Projekt je zaměřený na komplexní inovaci odborného vzdělávání na středních školách s ohledem na nové trendy ve využívání zdrojů energií v 21. století, včetně jejich dopadu na životní prostředí. Energetika jakožto odvětví, které je považováno za největšího znečišťovatele životního prostředí, prochází dramatickým rozvojem ovlivněným především její ekologizací a postupným vyčerpáváním klasických zdrojů. Zkoumají se možnosti využití nových zdrojů energií, vyvíjejí se nové způsoby zpracování surovin a odpadů, nové technologické postupy a složitá sofistikovaná zařízení. Cílem projektu je tyto nové poznatky srozumitelně zpracovat a následně využít k rozvoji znalostí, schopností a dovedností žáků v environmentálních oblastech s důrazem na udržitelný rozvoj v České republice. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České Republiky. SPŠ TACHOV 2

4 Elektrická energie přeměna energie spotřebič mění energii na: teplo užitek forma žárovka 90 % 10 % světlo zářivka 80 % 20 % světlo LED dioda 60 % 40 % světlo elektromotor 10 % 90 % pohyb (otáčivý) reproduktor 1 % 99 % pohyb->zvuk varná konvice 100 % - teplo odpor 100 % - teplo SPŠ TACHOV 3

5 Elektrické zdroje tepla: Fyzikální principy šíření tepla (fyzika): prouděním vzduchu (konvekcí) vedením (kondukcí) sáláním (radiací) Zpravidla se šíří všemi těmito způsoby současně, ale některý z nich může převládat. SPŠ TACHOV 4

6 Elektrické zdroje tepla: Fyzikální principy šíření tepla (fyzika): Proudění tepla (konvekce) Teplo se přenáší prostřednictvím pohybujících se částic plynu nebo kapalin. Pohyb částic v kapalině nebo v plynu může být: přirozený: způsoben nestejnoměrným rozdělením teploty v kapalině nebo plynu nucený: pohyb zrychlujeme čerpadlem nebo ventilátorem SPŠ TACHOV 5

7 Elektrické zdroje tepla: Fyzikální principy šíření tepla (fyzika): Proudění tepla (konvekce) SPŠ TACHOV 6

8 Elektrické zdroje tepla: Fyzikální principy šíření tepla (fyzika): Vedení tepla (kondukce) Vedení tepla se vyskytuje u pevných látek (hovoříme o tzv. prostupu). SPŠ TACHOV 7

9 Elektrické zdroje tepla: Fyzikální principy šíření tepla (fyzika): Sálání tepla (radiace)těleso,jehožteplotajevyššínež0k,vyzařujevšemisměrytepe lnépaprsky: -vlnová délka: 750nm nm (infračervené záření) -vlnová délka: nad nm (tepelné záření) SPŠ TACHOV 8

10 Elektrické zdroje tepla: Fyzikální principy šíření tepla (fyzika): Sálání tepla SPŠ TACHOV 9

11 Elektrické zdroje tepla: Elektrický ohřev: Elektrický ohřev je proces, při kterém je přiváděná tepelná energie (potřebná k ohřevu) získávána z elektrické energie SPŠ TACHOV 10

12 Elektrické zdroje tepla: Výhody elektrického ohřevu: poměrně vysoká účinnost malá investiční náročnost (oproti plynu, naftě) malé náklady na údržbu (robustnost topných systémů) malé rozměry a tím í nároky na prostor dobrá regulovatelnost (přepínáním, pulzním spínáním, řízením napětí) bezpečnost provozu (nepřítomnost plynu, ohně) SPŠ TACHOV 11

13 Elektrické zdroje tepla: Nevýhody elektrického ohřevu: poměrně vysoká cena elektrické energie oproti jiným formám energie předpoklad navyšování ceny za energii SPŠ TACHOV 12

14 Elektrické zdroje tepla - Elektrický ohřev: Druhy ohřevu: odporový ohřev obloukový ohřev indukční ohřev dielektrický ohřev infračervený ohřev SPŠ TACHOV 13

15 Elektrické zdroje tepla Odporový ohřev: Teplo vzniká v rezistoru (odporové součástce) průchodem el. proudu. Rozeznáváme odporový ohřev: topných článků (speciální odporový vodič např. tantal, slitiny chromniklu apod.) topných kabelů popřípadě vodičů (např. podlahové vytápění místnosti, ochrana potrubí proti zamrzání, apod.) topných fólií SPŠ TACHOV 14

16 Elektrické zdroje tepla Odporový ohřev: topné kabely Samoregulační topné kabely Jedná se o tzv. inteligentní kabely, které upravují svůj výkon v závislosti na okolní teplotě. Tyto kabely dodávají příslušné množství tepla přesně tam, kde je potřebné. Výdej tepla samoregulačního topného kabelu zajišťuje speciální teplotně závislý polymerový materiál, který je umístěn mezi dvěma paralelně vedenými měděnými vodiči. Pokud se teplota okolí snižuje, kabel se více zahřívá. Pokud okolní teplota stoupá, pak se tepla kabelu snižuje. Kabel tak reaguje na potřebu tepla po celé své délce bez rizika přehřátí. SPŠ TACHOV 15

17 Elektrické zdroje tepla Odporový ohřev: topné kabely SPŠ TACHOV 16

18 Elektrické zdroje tepla - Odporový ohřev: Odporové pece Využívají nepřímý ohřev (přenos tepla na ohřívaný předmět je zprostředkován např. vzduchem V odporových pecích probíhají tyto děje: -sušení (do teploty 250C) -tepelné zpracování kovů, např. žíhání, kalení, popouštění (asi do teploty105 C), -tavení kovů s nižším bodem tání, -smaltování, vypalování keramiky (až do C) SPŠ TACHOV 17

19 Elektrické zdroje tepla - Odporový ohřev: Odporové pece SPŠ TACHOV 18

20 Elektrické zdroje tepla - Obloukový ohřev: Obloukové pece Teplo vzniká v elektrickém oblouku. Oblouk napájíme střídavým nebo stejnosměrným proudem. Proud přitom prochází plyny, které jsou za normálních podmínek elektricky nevodivé. Teprve po ionizaci prostředí (např. vlivem vysoké teploty) se stanou elektricky vodivými. Teplota dosahuje hodnoty až několika tisíc kelvinů (až 5000K). Plyny při takové teplotě jsou velmi vodivénazýváme je plazma. Vysoká teplota se uplatňuje v průmyslu při obloukovém svařování a v obloukových pecích. SPŠ TACHOV 19

21 Elektrické zdroje tepla - Obloukový ohřev: Obloukové pece SPŠ TACHOV 20

22 Elektrické zdroje tepla: indukční ohřev Vložením kovového (vodivého) předmětu do střídavého magnetického pole dochází v tomto předmětu k indukování proudů, které jsou v důsledku působení magnetického pole (frekvence - skinefekt) vytlačovány na povrch. Tím zde dochází ke zhušťování proudových siločar a k vývinu Joulova tepla. Střídavý magnetický tok buzený vstupním proudem vytvoří tak velké vířivé proudy ve výstupním závitu, že se jeho kov (obsah tavícího kelímku roztaví. Tyto pece se používají k výrobě speciálních slitin, neboť ohřev je velmi čistý, tj. nezpůsobuje žádné znečištění slitiny. Používá se pro teploty až C a výkony až 1MW. SPŠ TACHOV 21

23 Elektrické zdroje tepla: Indukční pece Střídavý magnetický tok buzený vstupním proudem vytvoří tak velké vířivé proudy ve výstupním závitu, že se jeho kov (obsah tavícího kelímku roztaví. Tyto pece se používají k výrobě speciálních slitin, neboť ohřev je velmi čistý, tj. nezpůsobuje žádné znečištění slitiny. Používá se pro teploty až C a výkony až 1MW. SPŠ TACHOV 22

24 Elektrické zdroje tepla: Indukční pece SPŠ TACHOV 23

25 Elektrické zdroje tepla: Příklady Ohřev užitkové vody - druhy ohřívačů : velkoobjemové akumulační (bojlery) výhody: relativně malý příkon nevýhody: nízká účinnost (ztráty 1 W/1 l vody) průtokové (bez zásobníku) SPŠ TACHOV 24

26 Elektrické zdroje tepla: Příklady Ohřev užitkové vody - druhy ohřívačů : SPŠ TACHOV 25

27 Elektrické zdroje tepla: Příklady Ohřev užitkové vody - provedení ohřívačů: odporové (konstantní výkon) elektrodové (výkon je závislý na vodivosti - teplotě vody) výhody: nedochází k usazování vodního kamene, dobrá (maximální) účinnost a možnost řízení, malé rozměry, žádná údržba nevýhody: vodivost je způsobena přísadami, obtížné řízení SPŠ TACHOV 26

28 Elektrické zdroje tepla - srovnání tabulkové srovnání různých druhů ohřevu (uvedení 1 l vody do varu): Výrobek Čas Spotřeba Účinnost Rychlovarná konvice Wh 82 % Indukční ohřev Wh 80 % Sklokeramika - Hi-light Wh 52 % Plynový hořák Wh 40 % Litinová plotýnka Wh 47 % Mikrovlná trouba Wh 60 % Zdroj: SPŠ TACHOV 27

29 Elektrické zdroje tepla DĚKUJI ZA POZORNOST SPŠ TACHOV 28