Войти
Термические окислители могут использовать регенеративный процесс для отработанного тепла промышленных систем. 
Воздух кондиционеры используют электричество, которое в итоге превращается в тепло Отработанное тепло - это тепло, производимое машиной или другим процессом, в котором используется энергия, как побочный продукт выполнения работы. Все такие процессы выделяют некоторое количество отходящего тепла, что является фундаментальным результатом законов термодинамики. Отработанное тепло имеет более низкую полезность (или, в терминологии термодинамики, более низкую эксергию или более высокую энтропию ), чем исходный источник энергии. Источники отработанного тепла включают в себя все виды деятельности человека, природные системы и все организмы, например, лампы накаливания нагреваются, холодильник нагревает воздух в помещении, здание становится горячим. в часы пик двигатель внутреннего сгорания выделяет высокотемпературные выхлопные газы, а электронные компоненты при работе нагреваются.
Вместо того, чтобы «растрачиваться» из-за выброса в окружающую среду, иногда отработанное тепло (или холод) может быть использовано другим процессом (например, с использованием горячей охлаждающей жидкости двигателя для обогрева автомобиля) или частью тепла. которые в противном случае были бы потрачены впустую, могут быть повторно использованы в том же процессе, если в систему добавлено тепло подпитки (как в случае вентиляции с рекуперацией тепла в здании).
Накопление тепловой энергии, которое включает технологии как для краткосрочного, так и для долгосрочного удержания тепла или холода, может создавать или улучшать использование отходящего тепла (или холода). Одним из примеров является отработанное тепло от оборудования для кондиционирования воздуха, которое хранится в буферном баке для обогрева в ночное время. Другой пример - сезонное накопление тепловой энергии (STES) на литейном заводе в Швеции. Тепло накапливается в скальной породе, окружающей группу скважин, оборудованных теплообменником, и используется для обогрева помещений на соседнем заводе по мере необходимости, даже спустя месяцы. Примером использования STES для утилизации естественного отходящего тепла является Drake Landing Solar Community в Альберте, Канада, который, используя группу скважин в коренных породах для межсезонного накопления тепла, получил 97 процентов круглогодичного тепла от солнечных коллекторов на крышах гаражей. Еще одно применение STES - хранение зимнего холода под землей для летнего кондиционирования воздуха.
В биологическом масштабе все организмы отвергают отработанное тепло как часть своих метаболических процессов и погибнут, если температура окружающей среды слишком высок, чтобы позволить это.
Некоторые считают, что антропогенное отходящее тепло способствует возникновению эффекта городского острова тепла. Самыми крупными точечными источниками отработанного тепла являются машины (например, электрические генераторы или промышленные процессы, такие как производство стали или стекла), а также потери тепла через ограждающие конструкции зданий. Сжигание транспортного топлива является основным источником отходящего тепла.
Машины , преобразующие энергию, содержащуюся в топливах, в механическую работу или электрическую энергию, производят тепло как побочный продукт.
В большинстве энергетических приложений энергия требуется в нескольких формах. Эти формы энергии обычно включают некоторую комбинацию: отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, механической энергии и электроэнергии. Часто эти дополнительные формы энергии вырабатываются тепловой машиной, работающей от источника высокотемпературного тепла. Согласно второму закону термодинамики тепловая машина никогда не может иметь идеального КПД, поэтому тепловая машина всегда будет производить избыток низкотемпературного тепла. Это обычно называют отходящим теплом, или «вторичным теплом», или «низкопотенциальным теплом». Это тепло используется в большинстве систем отопления, однако иногда нецелесообразно передавать тепловую энергию на большие расстояния, в отличие от электроэнергии или топлива. Наибольшая доля общего количества отработанного тепла приходится на электростанции и двигатели транспортных средств. Самыми крупными источниками являются электростанции и промышленные предприятия, такие как нефтеперерабатывающие заводы и сталелитейные заводы.
электрический КПД из тепловых электростанций определяется как соотношение между входящей и выходной энергией. Обычно она составляет всего 33%, если не учитывать полезность тепловой мощности для отопления здания. На изображениях показаны градирни, которые позволяют электростанциям поддерживать низкую часть разницы температур, которая необходима для преобразования разницы температур в другие формы энергии. Выброшенное или «ненужное» тепло, которое теряется в окружающую среду, вместо этого может быть использовано с пользой.
Угольная электростанция, преобразующая химическую энергию в электричество на 36% -48%, а оставшиеся 52% -64% в отходящее тепло Промышленные процессы, такие как нефтепереработка, производство стали или производство стекла являются основными источниками сбросного тепла.
Несмотря на небольшую мощность, утилизация отходящего тепла от микрочипов и других электронных компонентов представляет собой серьезную техническую задачу. Это требует использования вентиляторов, радиаторов и т. Д. Для отвода тепла.
Например, центры обработки данных используют электронные компоненты, потребляющие электроэнергию, для вычислений, хранения и работы в сети. Французский CNRS объясняет, что центр обработки данных подобен сопротивлению, и большая часть потребляемой энергии преобразуется в тепло и требует систем охлаждения.
Животные, включая людей, выделяют тепло в результате метаболизма. В теплых условиях это тепло превышает уровень, необходимый для гомеостаза у теплокровных животных, и утилизируется различными методами терморегуляции, такими как потоотделение. и тяжело дышит. Fiala et al. смоделированная терморегуляция человека.
Градирни испаряющая вода на электростанции Рэтклифф-он-Соар, Великобритания.Низкотемпературное тепло содержит очень мало работоспособность (Exergy ), поэтому тепло квалифицируется как отходящее тепло и сбрасывается в окружающую среду. Экономически наиболее удобным является отказ от такого тепла в воду из моря, озера или реки. При отсутствии достаточного количества охлаждающей воды установка должна быть оборудована градирней для отвода отработанного тепла в атмосферу. В некоторых случаях можно использовать отходящее тепло, например, для отопления домов с помощью когенерации. Однако, замедляя выделение отходящего тепла, эти системы всегда влекут за собой снижение эффективности для основного потребителя тепловой энергии.
Потери побочного тепла сокращаются, если используется система когенерации, также известная как система комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Ограничения на использование побочного тепла возникают в первую очередь из-за технических проблем с точки зрения затрат / эффективности при эффективном использовании небольших перепадов температур для выработки других форм энергии. Области применения отходящего тепла включают плавательный бассейн отопление и бумажные фабрики. В некоторых случаях охлаждение также может быть произведено с использованием абсорбционных холодильников, например, в этом случае это называется тригенерацией или CCHP (комбинированное охлаждение, тепло и мощность).
Существует множество различных подходов к передаче тепловой энергии в электричество, и соответствующие технологии существуют уже несколько десятилетий. органический цикл Ренкина, предлагаемый такими компаниями, как Ormat, является очень известным подходом, при котором в качестве рабочей среды вместо воды используется органическое вещество. Преимущество этого процесса заключается в том, что этот процесс может отклонять тепло при более низких температурах для производства электроэнергии, чем при обычном пароводяном цикле. Примером использования парового цикла Ренкина является Циклонный двигатель для отработанного тепла. Другой установленный подход заключается в использовании термоэлектрического устройства, где изменение температуры в полупроводниковом материале создает напряжение за счет явления, известного как эффект Зеебека. Связанный подход заключается в использовании термогальванических ячеек, где разница температур вызывает электрический ток в электрохимической ячейке.
Можно использовать отработанное тепло в центральное отопление. В зависимости от температуры отходящего тепла и системы централизованного теплоснабжения необходимо использовать тепловой насос для достижения достаточной температуры. Простой и дешевый способ использования отработанного тепла в системах холодного централизованного теплоснабжения, поскольку они работают при температуре окружающей среды и, следовательно, можно использовать даже низкоуровневое отработанное тепло без теплового насоса на стороне производителя.
Отработанное тепло может быть использовано для нагрева поступающих жидкостей и предметов перед их сильным нагревом. Например, исходящая вода может отдавать свое отработанное тепло поступающей воде в теплообменнике перед отоплением в домах или электростанциях.
Антропогенное тепло Антропогенное тепло вырабатывается людьми и человеческой деятельностью. Американское метеорологическое общество определяет его как «тепло, выделяемое в атмосферу в результате деятельности человека, часто связанное с сжиганием топлива. Источники включают промышленные предприятия, отопление и охлаждение помещений, метаболизм человека и выхлопные газы транспортных средств. В городах этот источник обычно вносит 15–50 Вт / м в местный тепловой баланс и несколько сотен Вт / м в центре крупных городов с холодным климатом и в промышленных районах ».
Оценки антропогенного воздействия Выработка тепла может быть произведена путем суммирования всей энергии, используемой для отопления и охлаждения, работы бытовых приборов, транспорта и промышленных процессов, плюс энергия, непосредственно выделяемая человеческим метаболизмом.
Антропогенная жара оказывает незначительное влияние на температуру в сельской местности и становится более значимой в городских густонаселенных районах. Это один из участников городских тепловых островов. Другие антропогенные эффекты (например, изменение альбедо или потеря испарительного охлаждения), которые могут способствовать возникновению городских тепловых островов, не считаются антропогенной жарой в соответствии с этим определением.
Антропогенное тепло вносит гораздо меньший вклад в глобальное потепление, чем парниковые газы. В 2005 году, хотя поток антропогенного отходящего тепла был значительно выше в некоторых городских районах (и может быть высоким в регионах). Например, поток отработанного тепла составлял +0,39 и +0,68 Вт / м для континентальной части США и Западной Европы, соответственно) в глобальном масштабе на него приходился только 1% потока энергии, создаваемого антропогенными парниковыми газами. Глобальное воздействие отводимого тепла составило 0,028 Вт / м3 в 2005 году. Прогнозируется, что эта статистика будет расти по мере того, как городские районы станут более распространенными.
Хотя было показано, что отработанное тепло оказывает влияние на региональный климат, климатическое воздействие от отходящего тепла обычно не рассчитывается в современных моделях глобального климата. Эксперименты с равновесным климатом показывают статистически значимое потепление поверхности в континентальном масштабе (0,4–0,9 ° C), вызванное одним сценарием 2100 AHF, но не текущими оценками или оценками 2040 года. Простые оценки в глобальном масштабе с различными темпами роста антропогенного тепла, которые были актуализированы недавно, показывают заметный вклад в глобальное потепление в следующие столетия. Например, 2% годовых. темпы роста сбросного тепла привели к увеличению на 3 градуса как нижний предел для 2300 года. Между тем, это было подтверждено более точными модельными расчетами.
Одно исследование показало, что если антропогенные выбросы тепла будут продолжать расти на при текущих темпах, они станут источником такого же сильного потепления, как выбросы парниковых газов в 21 веке.
