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 1 δW [ c= ⋅ kJ ⋅ kg −1 ⋅ K −1 ] m δυ Vztah mezi energií v J a Wh, vztah mezi elektrickým výkonem a přijatým teplem u elektrotepelných zařízení
1
Elektrický ohřev Způsoby vedení tepla : • prouděním (konvencí) • vedením (kondukcí) • sáláním (radiací) Elektrický ohřev Výhody:
Nevýhody:
+ nízké pořizovací náklady
- vysoké náklady na provoz (cena za odebranou energii)
+ relativně bezpečný provoz + 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)
100 %
PALIVO 59 %
ENERGIE
PALIVO
ELEKTRICKÁ
a el. energie
ENERGIE
Kombinovaná výroba tepla
a el. energie
TEPELNÁ
Oddělená výroba tepla
PALIVO 100 %
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
