NahoruCo je odpadní teplo?
Odpadním teplem se rozumí teplo, které vzniká jako nežádoucí
průvodní jev, a proto musí být odvedeno. Jedná se např.:
-
teplo, vznikající v technologických procesech,
-
teplo obsažené ve vzduchu, odváděném z větracích a
klimatizačních zařízení,
-
teplo odváděné ve spalinách topných zařízení,
-
teplo brzdových ústrojí vozidel a strojů aj.
NahoruMožnosti využívání odpadního tepla
Takto vzniklého tepla se zbavujeme buď tak, že je bez užitku
odvedeme do okolního prostředí (teplo nevyužíváme), nebo se je snažíme dále
využít. Druhý způsob je samozřejmě správný a cílem našeho snažení by mělo být
využití každého zdroje s maximální hospodárností (vždyť jsme to teplo již
zaplatili). Zvláště v poslední době je snaha o maximálním využití energie
obsažené v palivech zřejmá. Svědčí o tom snaha o zvyšování tepelné účinnosti ve
všech odvětvích. Tato snaha se projevuje zejména v úsporách paliv (např.
využíváním latentního tepla ze spalin v kondenzačních kotlích, používáním
přeplňování spalovacích motorů, výroba tepla spojená s výrobou elektřiny
aj.).
Další z možností využití odpadního tepla je přímá přeměna tepelné
energie v elektrickou. Zařízením pro takovou přeměnu jsou tzv. termočlánky.
Využívá se k tomu vlastností termoelektrických polovodičových prvků, u kterých
teplo vytváří elektrické napětí. Tuto technologii, užívanou přes 40 let v
provozu např. kosmických sond, která se díky velikým pokrokům ve vývoji dostala
z původní několika procentní účinnosti na v současné době již využitelnou
účinnost, hodlá využít automobilka BMW. Uvažuje o využití tepelné energie
výfukových plynů k nabíjení akumulátorů. Tímto způsobem by bylo možno ušetřit
až 5 % paliva. Stejně tak lze využívat teplo, vznikající při brzdění
vozidel.
Snaha o dosažení co možná nejvyšší účinnosti přispívá nejen v
oblasti ekonomické, která se projeví ihned ve snížení nákladů, ale rovněž v
oblasti ekologické. Ta sice není na první pohled patrná, ale nemělo by nám být
lhostejné, v jakém prostředí žijeme. To je také jedním z důvodů, proč se v
posledních létech dynamicky rozvíjí oblast hospodárného využívání tepla. Cena
tepla totiž není pouze to, co zaplatíme za otop a přípravu teplé vody, ale také
v tzv. skryté formě energie, kterou denně nakupujeme ve výrobcích a
službách.
NahoruRekuperace
Proces, při kterém se získává zpět teplo, které by bylo bez užitku
odvedeno do ovzduší, se nazývá rekuperace. V řadě průmyslových odvětví musí být
odvedeno veliké množství tepla, které vzniká jako odpad v chladících strojích
mrazíren, sportovních zařízení nebo v provozech, jejichž výrobky se tepelně
opracovávají. Jedná se o potravinářský průmysl (chlazení a mrazení potravin,
vaření nebo pečení aj.), chladící stroje vzduchotechnických zařízení, větrání
horkých provozů a další.
NahoruRekuperátory
Takové teplo se získává pomocí rekuperátorů. Rekuperátor je zařízení
ke zpětnému získávání tepla. V rekuperačním výměníku předá odváděná (teplejší)
tekutina svoji energii přiváděné (chladnější) tekutině, kterou tím předehřívá.
K dohřevu předehřáté tekutiny pak samozřejmě postačí snížené množství energie a
potažmo i paliva.
Rekuperátory by neměly chybět nikde, kde dochází ke vzniku tepla a
které lze využít. V dnešní době je již technicky řešitelná převážná většina
situací, při nichž odpadní teplo vzniká. Za všechny např. rekuperace energie
brzdění ve F1.
Veliká škoda, že dávno v minulém století, kdy se zahajovala výstavba
JE v Dukovanech, nebyla dotažena myšlenka využití chladící vody. Původní záměr,
přivést teplo do Brna, narazil tehdy na veliké investiční náklady, ale myslím,
že obcím v okolí JE (nejen v Dukovanech) by toto řešení velmi prospělo.
NahoruÚčinnost rekuperace
Účinnost rekuperace se vyjadřuje v % a teoreticky se může pohybovat
mezi 0–100 %. Pominemeli hodnotu 0 %, což je stav bez rekuperace, a hodnotu
100 %, která je nedosažitelná, pohybuje se praktická účinnost mezi 30–60 %.
Špičková zařízení dosahují hodnot kolem 80 %. Čím je účinnost rekuperace vyšší,
tím efektivnější je využití tepelné energie paliva. Rekuperátory se obdobně
využívají také při chlazení. Úspora nákladů může dosahovat 30–50 % a to
pochopitelně není zanedbatelné. Také návratnost investice je poměrně krátká a
navíc se vzrůstajícími cenami energií se zkracuje.
Nejjednodušším, ale také nejlevnějším způsobem využití odpadního
tepla jsou zařízení, sloužící k předehřevu vody. Z technického hlediska je pak
jednodušší využití odpadního tepla u centrálního zdroje. Z toho důvodu by měla
být koncepce využití odpadního tepla řešena již při rozhodování o budoucím
uspořádání a typu zařízení.
Efektivní je také rekuperace tepla z odváděného, znehodnoceného
vzduchu větracích a klimatizačních systémů.
Odpadní teplo lze výhodně využít i k ohřevu vody pro vytápění.
Schéma rekuperátoru tepla pro ohřev teplé vody je na následujícím
obrázku.
Obr. č. 1: Schéma rekuperátoru tepla
Obr. č. 2: Rekuperační výměník vzduch-vzduch
NahoruTeplo při kondenzaci spalin
K nezanedbatelným zdrojům patří také teplo, obsažené ve formě vodní
páry, obsažené ve spalinách zdrojů tepla pro vytápění. V naší zemi se v
převážné většině k vytápění užívá zemní plyn. Teplo, odváděné bez užitku do
ovzduší (tzv. latentní teplo), lze nyní využívat díky technickým prostředkům,
které umožňují snížení teploty spalin pod hranici rosného bodu (cca 57 0 C, jak je zřejmé z následujícího grafu) jejich kondenzací.
Energetický zisk se tak zvýší o cca 11 %.
Obr. č. 3: Rosný bod vodní páry
Spálením 1 m3 zemního plynu vznikne více než 1,5 litru
vody, jak je zřejmé ze vzorce chemické reakce při spalování zemního plynu:
CH4 + 2 O2 → 2 H2 O +
CO2 + teplo
Tato voda je kyselá a z toho důvodu musí být před vypuštěním do
kanalizace…
