11. ELEKTRICKÉ TEPLO Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D. 2. 2. 2009, Ostrava Stýskala, 2002
Osnova předn p ednáš ášky Úvod, výhody, zdroje Elektrické odporové a obloukové pece Indukční a dielektrický ohřev Elektrický ohřev v domácnostech
Šíření tepla: Úvod prouděním (konvekcí) vedením (kondukcí) zářením (sáláním, radiací) Elektrický ohřev: tepelná energie se získá z energie elektrické
Výhody elektrického ohřevu: poměrně vysoká účinnost malá investiční náročnost (oproti plynu, naftě) malé náklady na údržbu (robustnost topných systémů) malé rozměry a tím i nároky na prostor ekologické hledisko (špína, prach...) dobrá regulovatelnost (přepínáním, pulzním spínáním, řízením napětí) bezpečnost provozu (nepřítomnost plynu, ohně) Nevýhody elektrického ohřevu: poměrně vysoká cena elektrické energie
Zdroje elektrického tepla Elektrický odpor Elektrický oblouk Elektromagnetická indukce Elektromagnetické záření
Elektrické odporové pece Q = R I 2 t S přímým ohřevem: teplo vzniká přímo v předmětu (vsázce) S nepřímým ohřevem: teplo vzniká v topných článcích odkud se šíří do vsázky
El. odpor. pece s přímým p ohřevem Podmínky: ohřívané těleso z vodivého materiálu ohřívané těleso musí mít velkou rezistivitu přívodní vodiče musí mít co nejmenší odpor zdroj musí být schopen dodat velký proud
El. odpor. pece s nepřímým ohřevem Podmínky: ohřívané těleso z nevodivého materiálu Požadavky na topné články (rezistory): velká rezistivita malý teplotní součinitel odporu stálost rozměrů vysoký bod tavení odolnost proti oxidaci dobrá zpracovatelnost
Použití odporových pecí: sušení vinutí elektrických strojů a celých elektrických strojů (asi do teploty 250 o C) tepelnému zpracování kovů, např. žíhání, kalení, popouštění (asi do teploty 1050 o C) tavení kovů s nižším bodem tání smaltování sterilizace ve zdravotnictví
Elektrické obloukové pece Stejnosměrné Střídavé S přímým ohřevem (a, b): pro tavení železných kovů S nepřímým ohřevem (c): pro tavení neželezných kovů
Požadavky na elektrody: Dobrá elektrická vodivost Vysoká mechanická pevnost Vysoká oxidační teplota Malý obsah popela a síry Používané typy elektrod: Uhlíkové Grafitové Násypné Další využití elektrického oblouku: Obloukové svařování Obloukové lampy
Indukční ohřev Pro ohřev kovových předmětů nebo vsázky Výroba vysoce kvalitních ocelí Pro povrchovou úpravu (kalení) předmětů Princip ohřevu: Indukovanými proudy do vsázky tvořící závit nakrátko transformátoru (a) Vířivými proudy popř. i hysterézními ztrátami indukovanými do kovového předmětu (b,c) Hloubka ohřevu je nepřímo úměrná kmitočtu napájecího proudu
Příklady indukčního ohřevu
Dielektrický ohřev Pro ohřev nekovových předmětů nebo látek Pro sušení materiálů Pro sterilizaci a pasterizaci potravin Princip ohřevu Rychlým přepolarizováním částic látky v ní vznikají dielektrické ztráty Velikost ohřevu závisí na intenzitě el. pole, kmitočtu, parametrech ohřívané látky
Elektrický ohřev v domácnostech Ohřev užitkové vody Druhy ohřívačů velkoobjemové akumulační (bojlery) výhody: relativně malý příkon nevýhody: nízká účinnost (ztráty 1 W/1 l vody) maloobjemové průtokové (střední průtok) průtokové (bez zásobníku)
Příklad ohřevu topnými tělesyt
Příklad ohřevu solárn rním kolektorem
Elektrické vytápění prostorů Náhrada za: ztráty vzniklé prostupem tepla: cca 80 % (zdmi 25%, okny 20%, stropem 20%, podlahou 15%) ztráty větráním: cca 20% (netěsností spár oken a dveří, cílené větrání za účelem odvodu vlhkosti). Druhy elektrického vytápění: Přímé vytápění Nepřímé vytápění
Přímé vytápění: Přímotopné (holé odporové vodiče) Radiátory (plněné vodou nebo olejem) Topné plášťové vodiče (do podlah atd.) Teplomety (s parabolickým reflektorem) Topné ventilátory (s topným rezistorem) Nepřímé vytápění: Akumulace tepla v keramickém jádru či vodě (v nočních hodinách) Výdej tepla samovolněči ventilátorem (v denních hodinách)
Další využit ití elektrotepelných spotřebi ebičů v domácnostech Odporový ohřev: žehličky, elektrické sporáky, rychlovarné konvice, fény Dielektrický ohřev: mikrovlnné trouby Infračervený ohřev: infrazářiče
Konec předn p ednáš ášky