Кіріспе
Жұмыс істеудің қосалқы өнімі ретінде энергияны пайдаланатын машинадан шығарылатын жылу Қалдық жылу - бұл жұмыс істеудің қосалқы өнімі ретінде энергияны пайдаланатын машинадан немесе басқа да процестерден шығарылатын жылу. Мұндай процестердің барлығы термодинамика заңдарының негізгі нәтижесі ретінде кейбір ысырапшыл жылуды шығарады. Қалдық жылудың бастапқы энергия көзінен төмен пайдалылығы (немесе термодинамика лексикасында төмен эксергия немесе жоғары энтропия) бар. Қалдық жылу көздері адам қызметінің барлық түрлерін, табиғи жүйелерді және барлық организмдерді қамтиды, мысалы, қыздырғыш шамдар ыстық болады, тоңазытқыш бөлмедегі ауаны жылытады, ғимарат шыжық кезінде ыстық болады, ішкі жанғыш қозғалтқыш жоғары температуралы қалдық газдарды шығарады және жұмыс істегенде электрондық компоненттер ыстық болады. Қоршаған ортаға шығару арқылы "құтылу" орнына, кейде ысырып тасталған жылуды (немесе суықты) басқа процесс (мысалы, көлік құралын жылыту үшін ыстық қозғалтқыш салқындатқышын пайдалану) пайдалана алады немесе егер жылуды жүйеге қосса, ысырап болатын жылудың бір бөлігі сол процесте қайта пайдаланылуы мүмкін (құрылыстағы жылуды қалпына келтіру желдеткіші сияқты). Жылу энергиясын сақтау, оның ішінде жылу мен суықты қысқа және ұзақ мерзімде сақтау технологиялары, ысырапшыл жылудың (немесе суықтың) пайдалылығын құруға немесе жақсартуға мүмкіндік береді. Мысалы, ауа-райына баптау машиналарының қалдық жылуын буферлік резервуарда сақтап, түнгі жылытуды қамтамасыз етеді. Тағы бір жоба - Швециядағы құю цехында жылу энергиясын сақтау. Жылу алмастырғыш қондырғылары бар бұрғылау шұңқырлары тобын қоршап тұрған тау жынысында сақталады және қажет болған жағдайда, тіпті бірнеше айдан кейін көршілес зауытта кеңістікті жылыту үшін қолданылады. Табиғи қалдық жылуды пайдалану үшін STES пайдаланудың мысалы - Альбертадағы (Канада) Дрейк Лэндинг күн энергиясы қоғамдастығы. Ол топырақтағы бұрғылауларды маусымдық жылуды сақтау үшін пайдалана отырып, жыл бойы жылудың 97 пайызын гараждардың шатырларында орналасқан күн жылу коллекторларынан алады. STES-тің тағы бір түрі - қысқы суықты жер астына сақтап, жазғы ауа-райына арналған. Биологиялық масштабта барлық организмдер қалдық жылуды метаболистік процестердің бір бөлігі ретінде қабылдамайды және егер қоршаған орта температурасы бұған жол бермейтін болса, өледі. Адамның қорынды жылу қалалық жылу арал эффектіне ықпал етеді. Ауаны баптаудан шыққан қалдық жылуды ғимаратты пассивті салқындату дизайны және буландыру арқылы салқындату және күндізгі пассивті радиациялық салқындату сияқты нөлдік энергия әдістерін қолдану арқылы азайтуға болады, соңғысы қалдық жылуды тікелей сыртқы кеңістікке инфрақызыл терезе арқылы жібереді.
Waste heat is heat that is produced by a machine, or other process that uses energy, as a byproduct of doing work. All such processes give off some waste heat as a fundamental result of the laws of thermodynamics. Waste heat has lower utility (or in thermodynamics lexicon a lower exergy or higher entropy) than the original energy source. Sources of waste heat include all manner of human activities, natural systems, and all organisms, for example, incandescent light bulbs get hot, a refrigerator warms the room air, a building gets hot during peak hours, an internal combustion engine generates high temperature exhaust gases, and electronic components get warm when in operation. Instead of being "wasted" by release into the ambient environment, sometimes waste heat (or cold) can be used by another process (such as using hot engine coolant to heat a vehicle), or a portion of heat that would otherwise be wasted can be reused in the same process if make up heat is added to the system (as with heat recovery ventilation in a building). Thermal energy storage, which includes technologies both for short and long term retention of heat or cold, can create or improve the utility of waste heat (or cold). One example is waste heat from air conditioning machinery stored in a buffer tank to aid in night time heating. Another is seasonal thermal energy storage (STES) at a foundry in Sweden. The heat is stored in the bedrock surrounding a cluster of heat exchanger equipped boreholes, and is used for space heating in an adjacent factory as needed, even months later. An example of using STES to use natural waste heat is the Drake Landing Solar Community in Alberta, Canada, which, by using a cluster of boreholes in bedrock for interseasonal heat storage, obtains 97 percent of its year round heat from solar thermal collectors on the garage roofs. Another STES application is storing winter cold underground, for summer air conditioning. On a biological scale, all organisms reject waste heat as part of their metabolic processes, and will die if the ambient temperature is too high to allow this. Anthropogenic waste heat can contribute to the urban heat island effect. Waste heat from air conditioning can be reduced through the use of passive cooling building design and zero energy methods like evaporative cooling and passive daytime radiative cooling, the latter of which sends waste heat directly to outer space through the infrared window.
Электр энергиясын өндіру
Жылу электр станцияларының электр тиімділігі кіріс пен шығыс энергиясының арақатынасы ретінде анықталады. Бұл жылу шығарудың ғимараттың жылу беруіне пайдалылығын ескермегенде, әдетте 33% ғана. Суреттерде жылу айырмашылығын энергияның басқа түрлеріне айналдыру үшін қажетті температура айырмашылығының төмен жағын ұстауға мүмкіндік беретін салқындату мұнаралары көрсетілген. Қоршаған ортаға жоғалған ысырап етілетін жылу пайдаға пайдаланылуы мүмкін.
Өнеркәсіптік процестер
Мұнай өңдеу, болат немесе шыны жасау сияқты өнеркәсіптік процестер қалдық жылудың негізгі көздері болып табылады.
Электроника
Қуат жағынан аз болса да, микрочиптер мен басқа да электрондық компоненттерден қалдық жылуды жою маңызды инженерлік қиындықты тудырады. Бұл үшін желдеткіштерді, жылу бөлгіштерін және т.б. қолдану қажет. жылуды шығару үшін. Мәселен, деректер орталықтары есептеу, сақтау және желілік қызмет үшін электр энергиясын тұтынатын электрондық компоненттерді пайдаланады. Француз CNRS дерекқор орталығы резисторға ұқсас екенін түсіндіреді және тұтынатын энергияның көп бөлігі жылуға айналады және салқындату жүйелерін қажет етеді.
Биологиялық
Адамдар, барлық жануарлар сияқты, зат алмасу нәтижесінде жылу өндіреді. Жылы жағдайда бұл жылу жылы қанды жануарларда гомеостаз үшін қажетті деңгейден асады және терморегуляция әдістерімен, мысалы терлеу және тыныштандыру арқылы жойылады. Fiala және басқалар. адам терморегуляциясының үлгісі.
Тарату
Төмен температурадағы жылу жұмыс істеу қабілеті өте аз (Энергия), сондықтан жылу қалдық жылу ретінде саналады және қоршаған ортаға шығарылады. Экономикалық жағынан ең қолайлысы - мұндай жылуды теңізден, көлден немесе өзеннен суға жіберу. Егер салқындату үшін жеткілікті су болмаса, зауытты салқындату мұнарасымен немесе ауа салқындатқышымен жабдықтауға болады, ол қалдық жылуды атмосфераға шығарады. Кейбір жағдайларда қалдық жылуды пайдалану мүмкін, мысалы, аудандық жылу жүйелерінде.
Электр энергиясына ауыстыру
Жылу энергиясын электр энергиясына ауыстырудың көптеген тәсілдері бар, ал оны жүзеге асырудың технологиялары бірнеше онжылдықтар бойы қолданыста болды. Белгілі бір тәсіл - термоэлектр құрылғысын қолдану, онда жартылай өткізгіш материалдағы температураның өзгеруі Seebeck эффекті деп аталатын құбылыс арқылы кернеуді тудырады. Осыған ұқсас тәсіл - термогальваникалық элементтерді пайдалану, онда температура айырмашылығы электрохимиялық элементте электр тоғын тудырады. Ормамат сияқты компаниялар ұсынатын органикалық Ранкин циклы өте танымал тәсіл, онда судың орнына органикалық затты жұмыс ортасы ретінде пайдаланады. Бұл процестің артықшылығы - электр энергиясын өндіру үшін қалыпты су буының циклінен төмен температурада жылуды қабылдамау. Булы Ранкин циклын пайдаланудың мысалы циклондық қалдықты жылу қозғалтқышы болып табылады.
Когенерация және тригенерация
Қосалқы өнімнің жылу шығыны жылу-электр энергиясын біріктіру жүйесі (ЖЭО) деп те аталатын жылу-электр энергиясын біріктіру жүйесін қолданғанда азаяды. Өнімнің жылуын пайдаланудың шектеулері, ең алдымен, энергияның басқа түрлерін өндіру үшін температураның кішігірім айырмашылығын тиімді пайдаланудың инженерлік шығын / тиімділік проблемаларынан туындайды. Қалдық жылуды пайдаланатын қосымшаларға бассейндерді жылыту және қағаз фабрикалары кіреді. Кейбір жағдайларда салқындатуды, мысалы, сіңіру тоңазытқыштарын пайдалану арқылы жасауға болады, бұл жағдайда оны тригенерация немесе CCHP (жалғастырылған салқындату, жылу және қуат) деп атайды.
Қашықтықтан жылу беру
Қалдық жылуды жылумен жабдықтау үшін пайдалануға болады. Қалдық жылудың температурасына және жылу беру жүйесіне байланысты жылу сорғысын қолдану керек, жеткілікті температураға жету үшін. Ауа температурасы төмен жылуды пайдаланудың қарапайым және арзан тәсілі, себебі олар қоршаған орта температурасында жұмыс істейді, сондықтан төменгі сапалы жылуды өндіруші жағында жылу сорғысы қажетсіз пайдалануға болады.
Алдын ала қыздыру
Қалдық жылу қатты қызудан бұрын келіп түсетін сұйықтықтар мен заттарды қыздыруға мәжбүр болуы мүмкін. Мысалы, шығып жатқан су үйлерді немесе электр станцияларын жылытудан бұрын жылу алмастырғыштағы кіріп жатқан суға қалдық жылу беруі мүмкін.
Адамгершілік жылу
Антропогендік жылу - адамдар мен олардың іс-әрекеттерімен пайда болған жылу. Америка метеорологиялық қоғамы оны "адамның іс-әрекеті нәтижесінде атмосфераға бөлінетін жылу, көбінесе отынның жануын қамтиды. Бұл заттардың көздері өнеркәсіп орындары, үйлерді жылыту мен салқындату, адамның зат алмасуы және көлік құралдарының түтіндері. Қалаларда бұл көз әдетте жергілікті жылу балансына 1550 Вт/м2 және суық климаттағы ірі қалалар мен өнеркәсіптік аймақтарда бірнеше жүз Вт/м2 құрайды". 2020 жылы жалпы антропогендік жылдық энергияның шығарылуы 168 000 тераватт-сағат болды; Жердің бетінің ауданы 5,1 × 10 м болғандықтан, бұл әлемдік орташа антропогендік жылудың шығарылу жылдамдығы 0,04 Вт / м құрайды.
Қоршаған ортаға әсері
Антропогендік жылу ауылдық жерлердегі температураға аз әсер етеді, ал тығыз орналасқан қалаларда маңызды болады. Қалалық жылу аралдарының бірі. Қалалық жылу аралдарына ықпал етуі мүмкін басқа адаммен байланысты әсерлер (албедоның өзгеруі немесе буландыру арқылы салқындатудың жоғалуы сияқты) осы анықтама бойынша антропогендік жылу болып саналмайды. Адамның қосқан үлесі парниктік газдарға қарағанда әлдеқайда аз. 2005 жылы адам қорыннан шығатын жылу ағыны адам қорыннан шығатын парниктік газдар өндірген энергия ағынының 1%-ын ғана құрады. Жылу ағыны біркелкі бөлінбейді, кейбір өңірлер басқаларға қарағанда жоғары және кейбір қалалық аймақтарда айтарлықтай жоғары. Мысалы, 2005 жылы қалдық жылудан болатын жаһандық мәжбүрлеу 0,028 Вт/м2 болды, бірақ Америка Құрама Штаттары мен Батыс Еуропа үшін тиісінше +0,39 және +0,68 Вт/м2 болды. Қалдық жылудың аймақтық климатқа әсері бар екені дәлелденгенмен, қалдық жылудан болатын климаттық мәжбүрлеу әдетте әлемдік климатты симуляциялаудың соңғы кезеңінде есептелмейді. Тепе-теңдік климаттық эксперименттерде 2100 AHF сценарийінің нәтижесінде пайда болған континенттік масштабтағы жер бетінің статистикалық маңызды жылынуы (0,40,9 °C) көрсетіледі, бірақ қазіргі немесе 2040 жылғы бағалаулар бойынша емес. Бұл жайттар ғасырлар бойы жердің жылынуына әсер ететінін көрсетеді. Мысалы, қалдық жылудың жылына 2% өсуі 2300 жылға төменгі шек ретінде 3 градусқа дейін өседі. Бұл ретте, бұл модельдік есептеулердің нақтылауымен расталды. 2008 жылы шыққан ғылыми мақалада егер адам қорыннан шығатын жылудың көлемі қазіргі деңгейінде өсе берсе, 21 ғасырда оның жылынуға әсер ететін себебі парник газдарымен тең болады деп көрсетілген.