dnes je 30.6.2022

Input:

Odpadní teplo

30.4.2009, Zdroj: Verlag Dashöfer

12.9.6
Odpadní teplo

Co 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.

Možnosti 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.

Rekuperace

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.

Rekuperátory

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.

Účinnost 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

Teplo 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

Nahrávám...
Nahrávám...