Detail předmětu

Energy Use

FEKT-MPA-SUEAk. rok: 2022/2023

Užití elektrické energie je uskutečňováno v bezpočtu technologických procesů a je bezprostředně spjato s její spotřebou. V předmětu jsou probírány základní typy elektrických spotřebičů, s rozdělením na elektronické spotřebiče, světelné zdroje, elektrotepelná zařízení a pohony, s orientací na jejich typickou konstrukci, vlastnosti a charakteristiky odběru z napájecí soustavy. Z oboru užití elektrické energie je předmět zaměřen na dvě základní oblasti a to na elektrotepelné ohřevy a osvětlování. V části předmětu věnované elektrotepelné technice jsou zopakovány definice tepla, tepelné bilance a sdílení tepla s aplikací v elektrotepelné technice. V dalším jsou studenti seznámeni se základními typy elektrických ohřevů a jejich využitím v průmyslu a domácnostech. Z oblasti elektrického světla je probírána fyzikální podstata světla, vlnové a kvantové vlastnosti elektromagnetického záření, elektrické zdroje světla, svítidla, fotometrické veličiny a jednotky. Dále výchozí podmínky pro návrh osvětlovacích soustav, včetně vlastního postupu návrhu, a následného provozu a údržby osvětlovacích soustav.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat jednotlivé typy zátěží z hlediska charakteristik odběru a složek odebíraného výkonu,
- uvést základní topologie síťových napájecích zdrojů a popsat jejich funkci,
- vysvětlit základní principy vzniku světla, a odvodit základní (spektro-) radiometrické a fotometrické veličiny,
- popsat konstrukci a funkci světelných zdrojů pro všeobecné osvětlování (teplotní, luminiscenční – výbojové a LED) včetně všech předřadných obvodů nezbytných pro zajištění funkce ve všech provozních stavech),
- vyhodnotit světelně technické a elektrické vlastnosti jednotlivých zdrojů světla a posoudit jejich použití pro jednotlivé aplikace,
- popsat základní funkce svítidel, jejich vlastnosti a třídění s ohledem na použití.
- diskutovat postup návrhu osvětlovacích soustav, aplikovat jednotlivé procedury návrhu, včetně postupu ověření,
- vyjmenovat základní typy elektrotepelných ohřevů a diskutovat jejich aplikovatelnost v technologických procesech,
- vysvětlit principy, prostředky, vlastnosti, provozní charakteristiky a použití odporových přímých a nepřímých ohřevů, obloukových ohřevů a indukčních a mikrovlnných ohřevů,
- popsat systém střídavé a stejnosměrné trakce, včetně jednotlivých subsystémů a jejich funkce se zaměřením na odběr elektrické energie z napájecí sítě.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni elektrotechniky a fyziky 2. ročníku a základní znalosti vlastností materiálů, výkonové elektroniky a elektrických strojů a přístrojů. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody vyučování zahrnují přednášky, numerická cvičení a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

Bodové hodnocení laboratorních cvičení, a závěrečné zkoušky podle pravidel FEKT. Laboratorní cvičení hodnocena na základě laboratorní práce a odevzdaných protokolů maximálně 20 body, minimum pro udělení zápočtu je 10 bodů. Hodnocení tvoří i domácí úkoly s max. počtem 12 bodů. Součástí hodnocení je test prověřující získané znalosti z laboratorních a numerických cvičení, s maximálně 8 body a pro udělení zápočtu je minimum 4 body. Závěrečná zkouška je písemná nebo ústní (dle vyhlášky daný rok), s maximálním počtem bodů 60, přičemž pro úspěšné složení je nezbytné dosáhnout alespoň 30 bodů.

Výsledné hodnocení předmětu je dle planých pravidel FEKT. Požadavky na zakončení předmětu mohou být dle potřeb upravovány formou vyhlášky garanta předmětu vydané před zahájením semestru.
Závěrečná zkouška je zaměřena na orientaci a znalosti v oblasti principů a způsobů spotřeby elektrické energie, charakteristik odběru spotřebičů či technologických procesů a aplikací v elektrotepelné a světelné technice. 

 

Osnovy výuky

1. Úvod do užití elektrické energie. Aplikační sféry. Užití a spotřeba elektrické energie, skupiny a skladba spotřebičů. Elektrické spotřebiče, typy zátěží.
2. Elektronické spotřebiče. Spínané napájecí zdroje.
3. Světelná technika a osvětlování. Vlastnosti a parametry světla. Světelné zdroje.
4. Svítidla. Funkce, požadavky, konstrukce, vlastnosti svítidel, třídění svítidel.
5. Návrh osvětlovacích soustav. Výchozí podklady, výpočty, provoz a údržba.
6. Elektrotepelná technika a zařízení. Základní definice tepelných veličin, přenos a šíření tepla.
7. Základní principy přeměn elektrické energie na elektrotepelnou energii. Technické aplikace jednotlivých přeměn.
8. Odporové ohřevy. Přímé a nepřímé odporové ohřevy. Odporové svařování.
9. Obloukové teplo. Obloukové pece, sváření obloukem.
10. Indukční ohřevy. Mikrovlnné ohřevy.
11. Elektrotepelná technika budov - vytápění budov.
12. Pohony a jejich aplikace. Střídané a stejnosměrné pohony s měniči.
13. Střídavá a stejnosměrná trakce.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy spotřeby elektrické energie a s aplikacemi v oblastech spotřební elektroniky, elektrotepelné techniky, světelné a osvětlovací techniky a elektrických pohonů v rozsahu potřebném pro obor silnoproudé elektrotechniky a elektroenergetiky.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Obecně je výuka nepovinná, kromě laboratorní výuky, která je povinná. Řádně omluvené odůvodněně zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit, dle možností avšak v průběhu řádného semestru.

Základní literatura

Daniel V. Schroeder. An Introduction to Thermal Physics. Addison-Wesley, 2000, ISBN-13: 978-0201380279 (EN)
Mark Stanley Rea (Editor). IESNA Lighting Handbook: Reference and Applications, 9th Edition” (2011). (EN)
Yeshvant V. Deshmukh. Industrial Heating: Principles, Techniques, Materials, Applications, and Design. ISBN-13: 978-0849334054 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-EAK magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Úvod do užití elektrické energie. Aplikační sféry. Užití a spotřeba elektrické energie, skupiny a skladba spotřebičů. Elektrické spotřebiče, typy zátěží.
Elektronické spotřebiče. Spínané napájecí zdroje.
Světelná technika a osvětlování. Vznik a použití záření. Světelné zdroje.
Svítidla. Funkce, požadavky, skladba, vlastnosti svítidel, třídění svítidel.
Návrh osvětlovacích soustav. Výchozí podklady, výpočty, provoz a údržba.
Elektrotepelná technika a zařízení. Základní definice tepelných veličin, přenos a šíření tepla.
Základní principy přeměn elektrické energie na elektrotepelnou energii. Technické aplikace jednotlivých přeměn.
Odporové ohřevy. Přímé a nepřímé odporové ohřevy, odporové svařování.
Obloukové teplo. Obloukové pece, sváření obloukem.
Indukční ohřevy.
Mikrovlnné ohřevy.
Tepelná pohoda a elektrické vytápění budov.
Pohony a jejich aplikace. Střídané a stejnosměrné pohony s měniči.
Střídavá a stejnosměrná trakce.

Cvičení odborného základu

10 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Klasifikace a charakteristiky odběru elektronických spotřebičů.
Světelně technické výpočty v osvětlovací technice.
Výpočetní postup při návrhu osvětlovací soustavy.
Výpočty sdílení tepla, základní tepelně technické výpočty
Výpočet topných systémů, návrh elektrického vytápění.

Laboratorní cvičení

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Měření parametrů odběru a účinnosti spínaného zdroje stejnosměrného napětí.
Měření zapínacích proudů elektrických spotřebičů.
Měření světelné účinnosti svítidel.
Měření měrného výkonu světelných zdrojů.
Měření intenzity osvětlení pracovní plochy.
Návrh, realizace a ověření vlastností topného elementu.
Měření účinnosti varných desek metodou OPACKI.
Měření na pohonu s asynchronním motorem/ Měření energetické bilance indukčního ohřevu.