Vznik tepla z elektrické energie Určeno pro studenty komb. formy FMMI předmětu 452702 / 04 Elektrotechnika Zpracoval: Jan Dudek únor 2007 Teplo a energie Množství energie pro ohřev tělesa: W = m c ( ϑ2 ϑ1) [J; Ws] c měrné teplo např. voda υ = 20 C c= 4,182 KJ. kg -1. K -1 δw c = m δυ 1 1 [ kj kg K ] 1 Vztah mezi energií v J a Wh, vztah mezi elektrickým výkonem a přijatým teplem u elektrotepelných zařízení 1
Způsoby vedení tepla : prouděním (konvencí) vedením (kondukcí) sáláním (radiací) Elektrický ohřev Elektrický ohřev Výhody: + nízké pořizovací náklady + relativně bezpečný provoz Nevýhody: - vysoké náklady na provoz (cena za odebranou energii) + snadná a levná údržba + možnost jednoduše a účinně regulovat + malé rozměry + čistý a bezhlučný provoz Zdroje tepla Elektrický odpor: - topné články tantal, Fechral,chromnikl - topné kabely - topné fólie - elektrody ve vodivé kapalině (nutný střídavý proud) - materiál svaru (bodové svařování) 2
Zdroje tepla Elektrický oblouk Obloukové svařování Obloukové pece Vypínání indukčních zátěží a zkratů v elektrizačních soustavách Zdroje tepla Indukční ohřev Používané v průmyslu zejména pro úpravu kovů (indukční ohřev) Rysy: Frekvence 50 Hz pro Fe jádro, 500-2000 Hz pro pece bez Fe jádra Podstata funkce Indukční pec je transformátor, jehož sekundární vinutí je jeden závit a je nakrátko (sekundární závit reprezentuje vsázka). Velké sekundární proudy tekoucí vsázkou vyvolají její ohřev. 3
Zdroje tepla Dielektrický ohřev: Používané v průmyslu při zpracování plastů a dřeva. Zahrnuje jak ohřev na radiových frekvencích tak mikrovlnný ohřev. Působí rovnoměrně do hloubky materiálu V praxi se kombinuje s konvenčním ohřevem Vsázka je dielektrikum kondenzátoru, který představují elektrody pro ohřev Infrazářiče a sálavé panely Infrazářiče Tělesa vyzařují na určité vlnové délce (7,5-10 μm tzn. ekvivalentní teplota 17-114 C) záření je podobné záření absolutně černého tělesa záření ohřívá stěny a člověka (99% pohltivost u člověka) Sálavé panely Typicky kolem 5 μm (ekv. teplota 306 C) Výhody: Oproti konvenčnímu ohřevu menší příkon, menší rozměry 4
Vlnové délky záření Pozn: Elektromagnetické vlny mají kvantum nazývaným foton, častěji se výraz foton používá pro viditelnou oblast spektra, avšak z technického hlediska je rozdíl mezi rádiovou vlnou a světelným paprskem jen ve vlnové délce Zdroje tepla Elektronový ohřev emitujeme z nažhavené katody volné elektrony použití svařování v průmyslu negativní jev u rentgenky (nutno chladit anodu) 5
Zdroje tepla Laserový ohřev Ohřev pomocí svazku fotonů monofrekvenčního záření (LASER) Využití: Vojenství, lékařství, technika Praktická realizace elektrických ohřevů Metody ohřevu vody zásobníkové velkoobjemové (bojler) (malý příkon, provoz v nízkém tarifu, ztráty) maloobjemové průtokové průtokové (bez zásobníku) Ohřev je buď elektrodový nebo odporový 6
Praktická realizace elektrických ohřevů Způsoby elektrické vytápění akumulační (velká a těžká kamna, ztráty, provoz v nízkém tarifu) přímotopy (vysoká účinnost, malé rozměry) poloakumulační (kombinace výše uvedených) kogenerační jednotky Kogenerační jednotky (efektivní kombinovaná výroba tepla a elektrické energie) Více k tématu na odkazu: http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=652 7
Kogenerační jednotka (srovnání energetických bilancí) Oddělená výroba tepla a el. energie Kombinovaná výroba tepla a el. energie PALIVO 100 % ELEKTRICKÁ ENERGIE PALIVO 100 % PALIVO 59 % TEPELNÁ ENERGIE Ztráty 13% Ztráty 72% Elektrická energie sazby Od 1.1.2007 se cena elektrické energie pro domácnosti počítá ze třech složek měsíční paušální plat za příkon podle jmenovitého proudu jističe cenu za odebranou silovou energii (elektrickou energii) cenu za dopravu (transport) elektrické energie Samotná elektrická energie se účtuje dle dvou tarifů (při vhodném programu a tzv. dvousazbovém elektroměru) vysoký tarif (dražší), období odběrových špiček typicky přes den denní proud nízký tarif (levnější), období odběrových minim, typicky v noci noční proud 8
Elektrická energie - sazby 9