폐열

Waste heat
열산화제는 산업 시스템의 폐열에 대해 재생 프로세스를 사용할 수 있습니다.
에어컨 유닛은 냉각수를 사용하여 주거 내부에서 열을 추출하여 폐기물로 주거 외부로 전달합니다.냉각수와 열을 주고받는 장치에 전력을 공급하기 위해 전기를 사용할 때 추가 열을 방출합니다.

폐열은 기계 또는 에너지를 사용하는 다른 공정에서 작업 부산물로 생성되는 열입니다.이러한 모든 과정은 열역학 법칙의 근본적인 결과로 약간의 폐열을 방출합니다.폐열은 원래 에너지원보다 낮은 효용(또는 열역학 용어로는 낮은 엑서지 또는 높은 엔트로피)을 가집니다.폐열의 원천에는 모든 종류의 인간 활동, 자연 시스템 및 모든 유기체, 예를 들어 백열전구가 뜨거워지고, 냉장고가 실내 공기를 따뜻하게 하고, 건물이 피크 시간대에 뜨거워지고, 내연기관이 고온의 배기가스를 발생시키며, 작동 시 전자 부품이 따뜻해집니다.

외부 환경으로 방출하여 "흡입"되는 대신 다른 프로세스(예: 뜨거운 엔진 냉각수를 사용하여 차량을 가열하는 등)에서 폐열(또는 냉간)을 사용하거나, 그렇지 않으면 낭비되는 열의 일부를 시스템에 보충 열이 추가되면 동일한 프로세스에서 재사용할 수 있습니다(버 내의 열 회수 환기).실행 중)

열 에너지 스토리지는 열 또는 냉기의 단기 및 장기 보존 기술을 포함하며, 폐열(또는 냉기)의 효용을 생성 또는 개선할 수 있습니다.예를 들어, 야간 난방을 지원하기 위해 완충 탱크에 저장된 에어컨 기계에서 나오는 폐열을 들 수 있습니다.또 다른 하나는 스웨덴의 한 주조 공장에 있는 계절 열 에너지 저장 장치(STES)입니다.열은 열교환기가 장착된 보어홀 클러스터를 둘러싼 암반에 저장되며, 몇 개월 [1]후에도 필요에 따라 인접한 공장에서 공간 난방에 사용됩니다.STES를 사용하여 자연 폐열을 사용하는 예로는 캐나다 앨버타의 Drake Landing Solar Community가 있습니다. 이 공동체는 계절 간 열을 저장하기 위해 암반 안에 있는 시추공 클러스터를 사용하여 차고 [2][3]지붕에 있는 태양열 집열기에서 연간 열의 97%를 얻습니다.또 다른 STES 애플리케이션은 여름 에어컨을 [4]위해 겨울 추위를 지하에 저장하는 것입니다.

생물학적 규모로 볼 때, 모든 유기체는 대사 과정의 일부로 폐열을 거부하며, 주변 온도가 너무 높아 이를 허용하지 않으면 죽을 것입니다.

일부에서는 인공 폐열이 도시 열섬 효과에 기여한다고 생각한다.폐열의 가장 큰 발생원은 기계(전기 발전기 또는 철강 또는 유리 생산과 같은 산업 공정)와 건물 외피를 통한 열 손실에서 비롯됩니다.수송용 연료의 연소는 폐열의 주요 원인이다.

에너지 변환

다음 항목도 참조하십시오.열역학 제2법칙

연료에 포함된 에너지를 기계적 작업 또는 전기 에너지로 변환하는 기계는 부산물로 열을 발생시킵니다.

원천

대부분의 에너지 애플리케이션에서 에너지는 여러 가지 형태로 필요합니다.이러한 에너지 형태에는 일반적으로 난방, 환기 및 에어컨, 기계적 에너지 및 전력의 조합이 포함됩니다.종종 이러한 추가 형태의 에너지는 고온의 열원에서 작동하는 열 엔진에 의해 생산됩니다.열 엔진은 열역학 제2법칙에 따르면 절대 완벽한 효율을 가질 수 없기 때문에 열 엔진은 항상 저온의 잉여 열을 생성합니다.이를 일반적으로 폐열 또는 "2차 열" 또는 "저급 열"이라고 합니다.이 열은 대부분의 난방 용도에 유용하지만, 전기나 연료 에너지와 달리 열에너지를 장거리까지 운반하는 것이 실용적이지 않을 수 있습니다.총 폐열의 가장 큰 비율은 발전소 및 차량 [citation needed]엔진에서 발생합니다.가장 큰 단일 공급원은 발전소와 정유소,[citation needed] 제철소 같은 산업 공장이다.

발전

화력 발전소의 전기 효율은 입력 에너지와 출력 에너지 사이의 비율로 정의됩니다.건물 [5]열에 대한 열 출력의 유용성을 무시할 경우 일반적으로 33%에 불과합니다.이 이미지는 발전소가 열 차이를 다른 형태의 에너지로 변환하는 데 필수적인 온도 차이를 낮게 유지할 수 있도록 하는 냉각 타워를 보여줍니다.폐기되거나 환경에 손실되는 "폐기" 열을 대신 활용할 수 있습니다.

석탄 화력 발전소.화학 에너지를 36%-48%의 전기로 변환하고 나머지 52%-64%는 폐열로 변환합니다.

산업 공정

석유 정제, 제강 또는 유리 제조와 같은 산업 공정은 [6]폐열의 주요 원천입니다.

일렉트로닉스

전력 측면에서는 적지만 마이크로칩 및 기타 전자 부품에서 나오는 폐열을 처리하는 것은 상당한 엔지니어링 과제를 나타냅니다.이를 위해서는 팬, 히트싱크 등을 사용하여 열을 처리해야 합니다.

예를 들어, 데이터 센터에서는 컴퓨팅, 스토리지 및 네트워킹에 전력을 소비하는 전자 컴포넌트를 사용합니다.프랑스 CNRS에 따르면 데이터 센터는 저항기와 같아서 소비되는 에너지의 대부분이 열로 변환되어 냉각 [7]시스템이 필요합니다.

생물학적

인간을 포함한 동물들은 신진대사의 결과로 열을 만든다.따뜻한 환경에서는 온혈동물의 항상성에 필요한 수준을 초과하여 발한이나 헐떡임 등 다양한 체온조절법에 의해 폐기된다.Fiala 외 연구진은 인간의 체온 조절을 [8]모델링했다.

영국 래트클리프온사르 발전소의 냉각탑이 물을 증발시키고 있습니다.

처리.

저온열에는 작업용량(Exergy)이 매우 적기 때문에 열은 폐열로 인정되어 환경으로 배출됩니다.경제적으로 가장 편리한 것은 이러한 열을 바다, 호수 또는 강에서 물로 방출하는 것입니다.충분한 냉각수를 사용할 수 없는 경우, 발전소에는 폐열을 대기 중으로 배출할 수 있는 냉각탑 또는 공기 냉각기를 장착할 수 있습니다.지역 난방 시스템과 같은 경우에 폐열을 사용할 수 있습니다.

사용하다

전기로의 전환

열에너지를 전기로 전환하는 방법은 여러 가지가 있으며, 이를 위한 기술은 수십 년 전부터 존재해 왔습니다.

확립된 접근방식은 열전 [9]소자를 사용하는 것으로, 반도체 재료 전체의 온도 변화는 시벡 효과로 알려진 현상을 통해 전압을 생성한다.

관련된 접근법은 온도 차이가 전기화학 [10]셀에 전류를 발생시키는 열가전지를 사용하는 것입니다.

Ormat와 같은 회사가 제공하는 유기 랭킨 사이클은 매우 알려진 접근법이며, 물 대신 유기 물질을 작업 매체로 사용합니다.이 공정은 일반 수증기 [11]사이클보다 낮은 온도에서 전기를 생산하기 위해 열을 제거할 수 있다는 장점이 있습니다.증기 랭킨 사이클의 사용 예는 사이클론 폐열 엔진입니다.

열병합과 트리거링

CHP(Combined Heat and Power) 시스템이라고도 하는 열병합 시스템을 사용하면 부산물 열의 낭비가 줄어듭니다.부산물 열 사용에 대한 제한은 주로 작은 온도 차이를 효과적으로 활용하여 다른 형태의 에너지를 생성하기 위한 엔지니어링 비용/효율성 문제에서 발생합니다.폐열을 이용하는 용도에는 수영장 난방 및 제지 공장이 포함됩니다.경우에 따라서는 흡수식 냉장고를 사용하여 냉각을 생성할 수도 있습니다. 예를 들어, 이 경우 냉각, 열 및 전력의 결합을 트리거레이션 또는 CCHP(comby CCHP라고 합니다.combined cooling, heat and power)라고 합니다.


지역난방

폐열은 지역난방에 사용될 수 있다.폐열 및 지역 난방 시스템의 온도에 따라 충분한 온도에 도달하려면 열 펌프를 사용해야 합니다.냉간 지역 난방 시스템에서 폐열을 쉽고 저렴하게 사용할 수 있습니다. 폐열은 주변 온도에서 작동하므로 생산자 [12]측에서 열 펌프를 필요로 하지 않고도 낮은 등급의 폐열을 사용할 수 있습니다.

예열 중

폐열은 유입되는 유체 및 물체를 고도로 가열하기 전에 강제로 가열할 수 있습니다.예를 들어, 배출수는 가정이나 발전소에서 가열하기 전에 열교환기의 유입수에 폐열을 제공할 수 있습니다.

인공열

인공열

인공열은 인간과 인간의 활동에 의해 발생하는 열이다.미국기상학회는 이를 "인간 활동의 결과로 대기에 방출되는 열로 정의하며, 종종 연료의 연소를 수반한다.공급원에는 산업 플랜트, 공간 난방 및 냉방, 사람의 대사 및 자동차 배기가스가 포함됩니다.도시에서는 일반적으로 이 소스가 국지적인 열 균형에 15~50 W/m의2 영향을 미치며, 추운 기후와 산업 [13]지역의 대도시 중심에는 수백 W2/m의 영향을 미칩니다."


환경에 미치는 영향

인위적 열은 시골 온도에 미치는 영향이 작으며, 밀집된 도시 [14]지역에서 더욱 중요해진다.그것은 도시 열섬의 한 원인이다.도시 열섬에 기여할 수 있는 기타 인간이 초래한 영향(알베도 변경 또는 증발 냉각 상실 등)은 이 정의에 의해 인공 열로 간주되지 않는다.

인위적인 열은 온실 [15]가스보다 지구 온난화의 원인이 훨씬 적다.2005년 전 세계적으로 인공 폐열 플럭스는 인공 온실 가스에 의해 생성된 에너지 플럭스의 1%에 불과했다.열 플럭스는 균일하게 분포되어 있지 않고, 일부 지역은 다른 지역보다 높고, 일부 도시 지역은 상당히 높다.예를 들어 2005년 폐열로 인한 전지구적 강제력은 0.028 W/m이었지만2 미국 대륙과 서유럽의 경우 각각 [16]+0.39와 +0.68 W/m이었다2.

폐열이 지역 [17]기후에 영향을 미치는 것으로 나타났지만, 폐열에 의한 기후 강제력은 일반적으로 최첨단 지구 기후 시뮬레이션에서 계산되지 않습니다.평형 기후 실험은 2100 AHF 시나리오 하나에서 생성된 통계적으로 유의한 대륙 규모 표면 온난화(0.4–0.9°C)를 보여주지만, 현재 또는 2040 [16]추정치에서는 그렇지 않다.최근 실현된[19] 인공 열[18] 증가율이 다른 단순한 지구 규모 추정치는 다음 세기 지구 온난화에 현저한 기여를 보여준다.예를 들어 폐열 증가율이 2%인 경우 2300년의 하한으로 3도 증가했습니다.한편, 이것은 보다 정교한 모델 [20]계산으로 확인되었습니다.

한 연구는 현재와 같은 비율로 인공 열 방출이 계속 증가한다면 21세기에는 [21]GHG 배출만큼 강력한 온난화의 원천이 될 것이라는 것을 보여주었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  2. ^ Wong, Bill(2011년 6월 28일), "Drake Landing Solar Community" 2016-03-04년, IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011 Conference, 토론토에서 보관, 2013년 4월 21일 페이지 1~30회 회수
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