廃熱（はいねつ、英: Waste heat）とは、熱力学的な仕事の副産物で、機械などでエネルギーを使用する過程で生成される余分な熱のことである。このような過程はすべて、熱力学の諸法則（英語版）の基本的な結果として、いくらかの廃熱を発生させる。
概略

廃熱は、元のエネルギー源よりも有用性が低くなる（熱力学の用語で言えば、「エクセルギーが低くなる」、あるいは「エントロピーが高くなる」）。この発生源には、あらゆる種類の人間活動、自然活動、すべての生物が含まれる。たとえば、白熱電球が熱くなる、冷蔵庫が室内の空気を暖める、混雑した建物の中が暑くなる、エンジンの生成する高温の排気ガス、電子部品が動作中に熱を持つ、などがある。

環境に放出する、つまり文字通り熱を廃棄する代わりに、廃熱（または冷廃熱）を別の目的で使用したり（たとえば、高温になったエンジン冷却水を使用して車内を暖房する）、必要な熱の一部を取り戻す（たとえば建物の熱交換型換気システム（英語版））といった形で再利用することもある。

熱または冷気を短期的あるいは長期的に貯蔵（蓄熱）することで、廃熱（または冷廃熱）を有効活用したり無駄を減らすことができる。一例として、夜間の暖房を補助するためにバッファータンクに空調設備の廃熱を蓄えるものがある。スウェーデンの工場では季節間蓄熱（英語版）（STES）によって、熱交換器を備えた掘削穴のある岩盤に何ヶ月も後まで蓄えられ、必要に応じて隣接する工場の暖房に使用される[1]。STESを使用して自然廃熱を使用する例とは、カナダのアルバータ州の実験都市ドレイク・ランディング・ソーラーコミュニティ（英語版）（DLSC）がある。これは、季節間蓄熱に必要な熱の97％をガレージの屋根の上に設置された太陽集熱器（英語版）から得ている[2] [3]。他のSTESの運用法としては、夏場の空調（冷房）に備えて、冬の低温を地下に貯蔵しておくというものがある[4]。

生物学的観点では、すべての生物は代謝過程の一部として廃熱を生み出す。周囲温度が高すぎて、この熱を排出できない場合は、死に至ることになる。

人為的な廃熱は、都市部のヒートアイランド現象の原因とも考えられている。単体での廃熱の最大の発生源は、機械（鉄鋼・ガラスなどの製造業や発電機など）と建物の外装からの放射熱である。また、自動車などの輸送用機器による燃料の燃焼も、廃熱の大きな原因である。
エネルギー変換「熱力学第二法則」も参照

エネルギー源（燃料）に含まれるエネルギーを機械的仕事または電気エネルギーに変換する機械は、副産物として熱を生成する。
廃熱源

エネルギーを利用する観点からは、必要に応じてエネルギーを様々な形態へ転換することになる。たとえば、暖房、換気、空調、力学的エネルギー、電気エネルギー（電力）などである。多くの場合、これらのエネルギーは、高温熱源で動作する熱機関によって生成される。熱力学第二法則によれば、熱機関は決して損失のない完全な変換は行えない。したがって、熱機関は常に余剰の低温熱を生成する。これは一般に、廃熱または「二次熱 secondary heat」または「低品位熱 low-grade heat」と呼ばれる。この廃熱は、ほとんど場合は少なくとも暖房用途には使えるが、電気や燃料とは異なり、通常、遠距離への輸送は実用的ではない。
発電

火力発電の発電効率は、入力エネルギー（燃料の燃焼熱）と出力エネルギー（電力）の比率として定義される。二次利用される熱を考えない場合、この効率は通常はわずか33％に過ぎない[5] [6]。

画像の中央下部で白い湯気を出しているのは冷却塔であり、廃熱を放出することで、発電所が稼働し続けられるようにしている。石炭火力発電所は、石炭の持つ化学エネルギーを36％-48％の電力に変換し、残りの52％-64％は廃熱となる
工業

石油精製、製鋼、ガラス製造などの工業は、大きな廃熱源である[7]。
エレクトロニクス

単体での消費電力そのものは小さいが、マイクロチップやその他の電子部品の廃熱の処理は、工学上の重要な課題となっている。熱を効果的に排出するために冷却ファンやヒートシンクなどを使用する必要がある。

さらに、たとえば、データセンターは、コンピューターや記憶装置やネットワーク機器といった電力を消費する機器を大量に使用する。フランスのCNRS（国立科学技術センター）は、データセンターとは抵抗器のようなものであり、消費する電力のほとんどは熱に変換されるので、冷却システムが必要であると説明している[8]。
生物学的廃熱

人間を含む動物は、代謝の結果として熱を発生する。周囲が暖かい状態では、この熱は恒温動物の恒常性に必要なレベルを超えるため、発汗やパンティング（あえぎ呼吸）などのさまざまな体温調節法によって廃棄される。フィアラらによって人間の体温調節はモデル化されている[9]。
廃棄

低温の熱には、仕事をする能力（エクセルギー）がほとんどないため、その熱は廃熱として、環境に排出される。経済的に最も有利なのは、海、湖、または川の水を冷却水として使うことである。十分な冷却水が利用できない場合は、プラントに冷却塔または空気冷却器を設備して、廃熱を大気に放出する。場合によっては、たとえば地域熱供給の形で廃熱を利用することができる。