2. 2. 2009, Ostrava

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Doc. Ing. Stanislav Kocman, PhPh.D..D.

Stýskala, 2002

11. ELEKTRICK11. ELEKTRICKÉÉ TEPLOTEPLO

Osnova pOsnova pOsnova pOsnova pOsnova pOsnova pOsnova pOsnova přřednednednednednednednednášášášášášášášáškykykykykykykyky

• Úvod, výhody, zdroje

• Elektrické odporové a obloukovépece

• Indukční a dielektrický ohřev

• Elektrický ohřev v domácnostech

ÚÚÚÚÚÚÚÚvodvodvodvodvodvodvodvod

Šíření tepla:• proud ěním (konvekcí)• vedením (kondukcí)• zářením (sáláním, radiací)

Elektrický oh řev:• tepelná energie se získá z energie

elektrické

Výhody elektrického oh řevu:• poměrně vysoká ú činnost• malá investi ční náro čnost (oproti plynu, naft ě)• malé náklady na údržbu (robustnost topných

systém ů)• malé rozm ěry a tím i nároky na prostor• ekologické hledisko (špína, prach ...)• dobrá regulovatelnost (p řepínáním, pulzním

spínáním, řízením nap ětí)• bezpečnost provozu (nep řítomnost plynu, ohn ě)

Nevýhody elektrického oh řevu:• poměrně vysoká cena elektrické energie

Zdroje elektrickZdroje elektrick éého teplaho tepla

• Elektrický odpor• Elektrický oblouk• Elektromagnetická indukce• Elektromagnetické zá ření

ElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickéééééééé odporovodporovodporovodporovodporovodporovodporovodporovéééééééé pecepecepecepecepecepecepecepece

• S přímým oh řevem: teplo vzniká p římo v předmětu (vsázce)

• S nepřímým oh řevem: teplo vzniká v topných článcích odkud se ší ří do vsázky

tIRQ ⋅⋅= 2

El. odpor. pece s pEl. odpor. pece s p řříímým ohmým oh řřevemevem

• Podmínky:– ohřívané těleso z vodivého materiálu– ohřívané těleso musí mít velkou rezistivitu– přívodní vodi če musí mít co nejmenší odpor– zdroj musí být schopen dodat velký proud

El. odpor. pece s nepEl. odpor. pece s nep řříímým ohmým oh řřevemevem

• Podmínky:– ohřívané těleso z nevodivého materiálu– Požadavky na topné články (rezistory):

• velká rezistivita• malý teplotní sou činitel odporu• stálost rozm ěrů• vysoký bod tavení• odolnost proti oxidaci• dobrá zpracovatelnost

• Použití odporových pecí:– sušení vinutí elektrických stroj ů a celých elektrických

stroj ů (asi do teploty 250 oC)– tepelnému zpracování kov ů, např. žíhání, kalení,

popoušt ění (asi do teploty 1050 oC)– tavení kov ů s nižším bodem tání– smaltování– sterilizace ve zdravotnictví

ElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickElektrickéééééééé obloukovobloukovobloukovobloukovobloukovobloukovobloukovobloukovéééééééé pecepecepecepecepecepecepecepece

• Stejnosm ěrné• Střídavé

– S přímým oh řevem (a, b): pro tavení železných kov ů– S nepřímým oh řevem (c): pro tavení neželezných kov ů

• Požadavky na elektrody:– Dobrá elektrická vodivost– Vysoká mechanická pevnost– Vysoká oxida ční teplota– Malý obsah popela a síry

• Používané typy elektrod:– Uhlíkové– Grafitové– Násypné

Další využití elektrického oblouku:• Obloukové sva řování• Obloukové lampy

IndukIndukIndukIndukIndukIndukIndukIndukččnnnnnnnníííííííí ohohohohohohohohřřevevevevevevevev

• Pro oh řev kovových p ředmětů nebo vsázky• Výroba vysoce kvalitních ocelí• Pro povrchovou úpravu (kalení) p ředmětů• Princip oh řevu:

– Indukovanými proudy do vsázky tvo řící závit nakrátko transformátoru (a)

– Vířivými proudy pop ř. i hysterézními ztrátami indukovanými do kovového p ředmětu (b,c)

• Hloubka oh řevu je nep římo úm ěrná kmito čtu napájecího proudu

PPřřííklady indukklady induk ččnníího ohho oh řřevuevu

Dielektrický ohDielektrický ohDielektrický ohDielektrický ohDielektrický ohDielektrický ohDielektrický ohDielektrický ohřřevevevevevevevev• Pro oh řev nekovových p ředmětů nebo látek• Pro sušení materiál ů• Pro sterilizaci a pasterizaci potravin• Princip oh řevu

– Rychlým p řepolarizováním částic látky v nívznikají dielektrické ztráty

• Velikost oh řevu závisí na intenzit ě el. pole, kmito čtu, parametrech oh řívané látky

Elektrický ohElektrický ohElektrický ohElektrický ohElektrický ohElektrický ohElektrický ohElektrický ohřřev v ev v ev v ev v ev v ev v ev v ev v domdomdomdomdomdomdomdomáááááááácnostechcnostechcnostechcnostechcnostechcnostechcnostechcnostech

Ohřev užitkové vody• Druhy oh řívačů

– velkoobjemové akumula ční (bojlery)• výhody: relativn ě malý p říkon • nevýhody: nízká ú činnost (ztráty 1 W/1 l vody)

– maloobjemové pr ůtokové (st řední pr ůtok)– průtokové (bez zásobníku)

PPřřííklad ohklad oh řřevu topnými tevu topnými t ěělesylesy

PPřřííklad ohklad oh řřevu solevu sol áárnrn íím m kolektoremkolektorem

Elektrické vytáp ění prostor ů• Náhrada za:

– ztráty vzniklé prostupem tepla: cca 80 %%%% (zdmi 25 %%%%, okny 20 %%%%, stropem 20 %%%% , podlahou 15 %%%%)

– ztráty v ětráním: cca 20 %%%% (netěsností spár oken a dveří, cílené v ětrání za ú čelem odvodu vlhkosti).

• Druhy elektrického vytáp ění:– Přímé vytáp ění– Nepřímé vytáp ění

• Přímé vytáp ění:– Přímotopné (holé odporové vodi če)– Radiátory (pln ěné vodou nebo olejem)– Topné pláš ťové vodi če (do podlah atd.)– Teplomety (s parabolickým reflektorem)– Topné ventilátory (s topným rezistorem)

• Nepřímé vytáp ění:– Akumulace tepla v keramickém jádru či vod ě

(v nočních hodinách)– Výdej tepla samovoln ě či ventilátorem

(v denních hodinách)

DalDalšíší vyuvyu žžitit íí elektrotepelných elektrotepelných spotspot řřebiebičůčů v domv dom áácnostechcnostech

• Odporový oh řev:– žehličky, elektrické sporáky, rychlovarné

konvice, fény

• Dielektrický oh řev:– mikrovlnné trouby

• Infračervený oh řev:– infrazá řiče

Konec pKonec pKonec pKonec pKonec pKonec pKonec pKonec přřednednednednednednednednášášášášášášášáškykykykykykykyky