Atık ısı

Atık ısı işleyen makineler ve enerji kullanan işlemler sonucu zorunlu yan ürün olarak üretilir, örneğin buzdolabı havası ısıtır ve yanmalı motorlar çevreye ısı yayar. Birçok sistemin, yan ürünü olarak ısı çıkarma ihtiyacı, termodinamik kanunlarının temelidir. Atık ısı orijinal enerji kaynağından daha düşük faydaya(termodinamik sözlüğünde düşük ekserji veya yüksek entropi) sahiptir. Her türlü insan aktivitesi, doğal sistemler ve bütün organizmalar atık ısı kaynağıdır. Gereksiz soğuk(ısı pompasında olduğu gibi) çıkışı da atık ısı biçimidir. 

Çevreye salınarak atık olması yerine, bazen atık ısı başka bir işlemde ya da eğer eksik ısı sisteme eklenirse atık olacak ısını bir kısmı aynı işlem için kullanılabilir. (Isı kazanımı havalandırmalarında olduğu gibi)

Termal enerji depoları kısa ve uzun dönemli ısı muhafaza edebilen teknolojiye sahip olduğu için atık ısının kullanımını arttırır. Örneğin; klimalar atık ısıyı gaz tankında gece ısıtmada kullanmak için depolar. Başka bir örnek; İsveç’te bir dökümhanedeki sezonluk termal enerji deposunda ısı bir dizi sondaj delikleri olan ısı eşanjörü tarafından çevrelenmiş olan ana karada depolanır böylece ısı yankındaki bir fabrika tarafından aylar sonra bile ortam ısıtmak için kullanılabilir. MTED kullanımının örneği, doğal atık ısının Kanada, Alberta’daki Drake Landing güneş topluluğunda, mevsimlerarası ısı deposu için ana karada bir dizi sondaj deliği kullanılır ve bu sayede yıllık enerji ihtiyacının yüzde 97’sini garaj çatısındaki düzlemsel güneş kollektörü tarafından karşılanılır. MTED’nin diğer kullanımı da kış soğuğunu yeraltında depolayıp, yazın klima olarak kullanmaktır.

Bütün organizmalar metabolikişlemleri sonucunda ısı yayar ve eğer çevrenin sıcaklığı buna izin verecek kadar yüksekse canlı ölür. 

İnsan kaynaklı atık ısı kentsel ısı adası etkisinin gelişmesine yardımcı olur. En büyük atık ısı, makinelerden(örneğin, elektrik jeneratörleri ve endüstriyel işlemler örneğin, çelik ve cam üretimi)  ve bina yüzeylerindeki ısı kaybından kaynaklanır. Atık ısıya ana katkıyı taşıt yakıtlarının yakılması sağlar.

Enerjini Dönüşümü
Fosil yakıt kullanarak enerjiyi işe ya da elektrik enerjisine dönüştüren makineler yan ürün olarak ısı üretir.

Kaynakça
Enerji uygulamalarının çoğunda, enerjinin çeşitli biçimleri kullanılır. Bu enerji biçimleri HVAC, mekanik enerji ve elektrik gücünün karışımını içerir. Yüksek sıcaklıktaki ısı kaynağının üstünde çalışan ısı motoru, sık sık bu ek enerji biçimlerini üretir. Isı motoru termodinamiğin ikinci yasasına göre hiçbir zaman mükemmel verimle çalışamaz, öyle ki ısı motoru üretim fazlası olarak düşük sıcaklıkta ısı üretir. Bu genelde atık ısı ya da “ikincil ısı” ya da “düşük derecede ısı” olarak anılır. Bu ısı, genel ısıtma uygulamaları için kullanışlıdır ama bazen ısı enerjisinin taşınımı, elektrik ve fosil enerjinin aksine kullanılabilir değildir. Toplamda en büyük atık enerji elektrik santrallerinden ve araç motorlarından kaynaklanır. Tekil olarak en büyük enerji kaynakları elektrik santralleri ve petrol rafinerisi ve çelik fabrikası gibi endüstriyel fabrikalarıdır.

Elektrik üretimi
Termik santralin elektrik verimi giren ve çıkan enerjinin oranıyla belirlenir. Elektrik verimi genelde %30 civarındadır. Görsellerde de götürdüğü üzere soğutma kuleleri, elektrik santrallerine enerjinin diğer biçimlere dönüşümü için gerekli olan düşük sıcaklık farkının oluşmasına izin verir. Atık ısı çevrede kayıp olmak yerine faydalı bir şekilde kullanılabilir.

Endüstriyel işlemler
Petrol rafinerisi, cam ve çelik üretim fabrikaları gibi endüstriyel işlemler atık ısının temel kaynağıdır.

Elektronik
Enerjinin küçük bir kısmı olmasına rağmen, elektronik parçalardan ve mikroçiplerden kaynaklanan atık ısıyı ortadan kaldırmak mühendisliğin önemli uğraşlarından biridir. Bu ısıyı ortadan kaldırmak için soğutucu kullanımı gereklidir.

Biyolojik
İnsanlar dâhil bütün hayvanlar metabolizmalarının sonucu olarak ısı üretir. Sıcak durumlarda bu ısı sıcak kanlı hayvanlar için geçerli olan homeostaz seviyesinin aşılmasında sebep olur ve canlı bu ısıyı terlemeve nefesalıp-verme gibi ısıldüzenleme yöntemleriyle ortadan kaldırır.

İmha
Düşük sıcaklıktaki ısı çok az iş yapma potansiyeline sahiptir (ekserji),yani ısı atık ve çevre tarafından kabul edilmediği sürece niteliklidir. Ekonomik olarak en uygunu göl,deniz veya nehir sularıyla yadsımaktır. Eğer yeterli soğutma suyu yoksa, santralin atık ısıyı doğaya yadsıtması için soğutma kulesine ihtiyacı vardır. Bazı durumlarda kojenerasyonla evler atık ısıyla ısıtılabilir. Ne kadar atık ısının salınımı yavaşlatılsa da, bu sistemler ısının birinci kullanıcısı için verimin düşmesine sebep olur.

Kullanımları

Kojenerasyon ve trijenerasyon
Yan ürün olan atık ısı kojenerasyon sisteminin kullanılmasıyla azaltılır. Yan ürün olan ısının kullanımındaki kısıtlamalar birincil olarak maliyet/verim sorunlarının mühendisliğindeki enerji dönüşümünün düşük sıcaklık farklarından etkili olarak yararlanılmasındandır. Havuz ısıtma ve kâğıt fabrikaları atık ısı kullanımının uygulamalarındandır. Emilimli soğutucuların soğutma yaptığı durumlar trijenerasyon olarak adlandırılır.

Ön-ısıtma
Atık ısı gelen sıvı ve cismi çok ısınmadan ısıtmaya zorlanabilir. Örneğin çıkan su ısı eşanjöründe evi veya santrali ısıtmadan önce gelen suya atık ısı verebilir.

Atık ısının elektriklenmesi
Termal enerjiyi elektriğe dönüştürmek için birçok yaklaşım ve teknoloji on yıllardadır var. Organik rankine çevrimi sayesinde organik cisim su yerine kullanılabilir. Bu işlemin avantajı elektrik üretmek için normal su buharı çeviriminde daha düşük ısı kullanmasıdır. Tufan atık ısı motoru buharlı rankine çevriminin bir örneğidir. Seebeck etkisi olarak da bilinen yarı iletken üzerindeki sıcaklık farkının voltaj üretmesi olgusu termoelektrik kullanılarak yapılan yaklaşımlardan biridir.

Sera 
Atık ısı (yanma sonucu oluşan karbondioksitle)soğuk iklimlerde seraları ısıtmak için kullanılabilir.

İnsan kaynaklı ısı
İnsan kaynaklı ısı, insan ve insan aktivitesi sonucu ortaya çıkar. Amerikan meteoroloji topluluğuna göre “Atmosfere atılan ısı insan aktivitesinin sonucu ve genelde fosil yakıt yakılmasından kaynaklanır. Kaynaklar endüstriyel fabrikalar, ısıtma, soğutma, insan metabolizması ve taşıt egzozudur. Şehirlerde bu kaynak yerel ısı dengesini 15-50 W/m2 kadar arttırır hatta soğuk iklimlerdeki büyük şehirlerde ve endüstriyel bölgelerde yüzlerce W/m2 arttırır."

İnsan kaynaklı ısının hesaplanması ısıtma ve soğutmadaki enerji, çalışan tertibatlar, ulaşım, endüstriyel işlemler ve insan metabolizmasının yaydığı ısı toplamıyla yapılır.

Çevresel etki
İnsan kaynaklı ısı kırsal bölgelerde az, yoğun kentsel bölgelerde ise daha fazladır. Bu kentsel ısı adası oluşumuna katkı sağlar. Tanım olarak kentsel ısı adasına yol açan diğer insani etkiler(yansıtabilirlikteki değişim ya da buharlaştırmalı soğutmadaki kayıp) insan kaynaklı ısı sayılmaz.

İnsan kaynaklı ısı küresel ısınmaya sera gazından daha az etki eder. 2005’te kentsel bölgelerde insan kaynaklı ısı akışı önemli derecede yüksek olsa da küresel olarak enerji akışının sadece %1’i insan kaynaklı sera gazında kaynaklanır. 2005’te atık ısının küresel sera etkisine katkısı 0.028 W/m2’dir. Bu istatistikler kentsel bölgeler artarken öngörülmüştür.

Atık ısının bölgesel iklime etkisi gösterilmiş olmasına rağmen, atık ısının sera etkisine katkısı küresel iklim simülasyonlarının son modelinde hesaba katılmamıştır. Denge iklimi deneyleri istatistik olarak kıtasal ölçüde yüzey ısınmasının etkisini(0,4-0,9 °C) 2010 AHF senaryosunda sunmuştur lakin günümüzde ya da 2040’da geçerli değildir. Son dönemlerde gerçekleştirilmiş insan kaynaklı ısıdaki farklı büyüme oranlarıyla basit küresel hesaplamalar bize ilerleyen yüzyıllardaki küresel ısınmaya etkisin göstermiştir. Örneğin, atık ısıdaki %2’lık büyüme artışı 2300 yılında sıcaklığı en az 3 derece arttıracaktır. Bu öngörü daha kapsamlı hesaplamalar sonucunda da onaylanmıştır.

Ayrıca bakınız
 Bölgesel ısıtma sistemi

Kaynakça

Enerji dönüşümü
Isı transferi
Termodinamik
Atık