Rekuperacja (z ) – odzyskiwanie energii w celu jej ponownego wykorzystania. W technice termin ten odnosi się najczęściej do odzyskiwania energii termicznej z gazów wylotowych i spalin (rekuperacja ciepła) lub odzyskiwania energii elektrycznej podczas hamowania pojazdów (rekuperacja energii elektrycznej).
Rekuperacja ciepła Rekuperacja ciepła polega na odzyskiwaniu energii termicznej z gazów odpadkowych w celu jej dalszego wykorzystania. Proces ten prowadzony jest w urządzeniach nazywanych rekuperatorami, będącymi rodzajem wymienników ciepła lub nagrzewnic.
Przemysł W przemyśle, na przykład w piecach martenowskich, rekuperator ma postać komory z ukształtowanymi kanałami, w których gorące spaliny oddają ciepło gazowi opałowemu. W klasycznej konstrukcji spaliny nagrzewają ścianki kanału, po czym następuje przełączenie obiegu. Przez nagrzany kanał przepływa powietrze wlotowe, pobierając zgromadzone ciepło, podczas gdy spaliny trafiają do drugiego kanału. Cykliczne powtarzanie tego procesu pozwala na osiągnięcie wyższej temperatury w komorze roboczej.
Stosowanie systemów odzysku ciepła (np. komór strumieniowych przed piecami) pozwala na oszczędność paliwa rzędu 12–14%. W hutnictwie umożliwia to również zwiększenie udziału tańszych paliw o niższej wartości opałowej, takich jak gaz wielkopiecowy.
Nieszczelności w rekuperatorach i regeneratorach, wynikające z gwałtownych zmian temperatury, mogą prowadzić do pęknięć oraz przepaleń elementów konstrukcyjnych. W przypadku podgrzewania paliwa takie nieszczelności grożą eksplozją w przewodzie spalinowym. Rekuperatory są podatne na osadzanie się zanieczyszczeń, co zwiększa opór przenikania ciepła i może powodować zjawisko wybijania spalin z pieca. Odzysk ciepła odpadowego przyczynia się do realizacji zasady zrównoważonego rozwoju i jest uznawany za jedną z najlepszych dostępnych technik (BAT – Best Available Technologies).
Budownictwo W układach wentylacji mechanicznej i klimatyzacji budynków (w tym jednorodzinnych) rekuperację stosuje się w celu zmniejszenia zużycia energii oraz dobowej stabilizacji temperatury wnętrz. W Polsce warunki techniczne dotyczące energooszczędności nowych budynków, obowiązujące od 2021 roku, w praktyce wymuszają zastosowanie wentylacji mechanicznej z rekuperacją, ponieważ standardowa wentylacja grawitacyjna nie pozwala na spełnienie wymaganych norm prawnych. Systemy te są powszechnie stosowane również w obiektach użyteczności publicznej.
Zasada działania systemów domowych opiera się na odbieraniu energii od wywiewanego, ciepłego powietrza (lub wody z odpływów kanalizacyjnych) i przekazywaniu jej do układu ogrzewającego czynniki świeże. Podstawowym urządzeniem w instalacjach wentylacyjnych jest rekuperator w formie wymiennika krzyżowego, będący najpopularniejszym typem wymiennika na rynku. W rozbudowanych systemach klimatyzacyjnych energię odzyskuje się poprzez wymienniki ciepła w postaci paneli sufitowych. Standardowa instalacja rekuperacji w domu jednorodzinnym składa się z jednostki centralnej z wymiennikiem i sterownikiem, filtrów, czerpni oraz wyrzutni powietrza, a także sieci przewodów wentylacyjnych zakończonych anemostatami. Niekiedy stosuje się dodatkowe układy buforujące energię cieplną. Wśród rekuperatorów powszechnie stosowane są płytowe wymienniki przeponowe, w których energia cieplna przekazywana jest między strugą powietrza zewnętrznego a powracającego z pomieszczenia, co przygotowuje powietrze do nawiewu.
Stosowanie rekuperacji stanowi element budownictwa zeroenergetycznego, którego celem jest osiągnięcie niezależności energetycznej poprzez wykorzystanie odnawialnych źródeł energii i minimalizację strat ciepła. Z badań wynika, że w Polsce częściej wybieranymi rozwiązaniami proekologicznymi są fotowoltaika oraz energooszczędny sprzęt AGD. Inwestorzy decydujący się na wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła argumentują ten wybór opłacalnością ekonomiczną, poprawą jakości życia oraz ochroną zdrowia.
Działanie systemu rekuperacji zapewnia stałą wentylację oraz filtrację powietrza w pomieszczeniach. Proces ten pozwala na utrzymanie niskiego stężenia dwutlenku węgla, wilgoci oraz zanieczyszczeń, zachowując skład powietrza wewnętrznego zbliżony do zewnętrznego. System operuje w trybie zautomatyzowanym i działa niezależnie od warunków atmosferycznych.
Efektywność i eksploatacja Rekuperacja ogranicza zapotrzebowanie energetyczne budynku. Prawidłowo zaprojektowana i zamontowana instalacja może obniżyć nakłady energii przeznaczanej na ogrzewanie o 30–50%, w zależności od charakterystyki obiektu i wydajności urządzeń. System ten nie pełni funkcji samodzielnego ogrzewania ani klimatyzacji (w polskiej strefie klimatycznej nie zastępuje konwencjonalnego ogrzewania). Instalację można jednak rozbudować o uzupełniające moduły grzewcze i chłodzące (np. gruntowy wymiennik ciepła), co umożliwia dodatkową regulację temperatury powietrza nawiewanego.
Do głównych zalet systemów rekuperacyjnych należą: prostota konstrukcji, stabilność działania oraz brak konieczności dostarczania dodatkowej energii spoza układu. Należy jednak uwzględnić ograniczenia techniczne, takie jak ryzyko szronienia wymiennika (występujące przy temperaturze poniżej -5 °C), znaczne gabaryty centrali (szczególnie w przypadku wymienników krzyżowych) oraz potencjalną nieszczelność wynikającą z długotrwałej eksploatacji.
Obok rekuperacji, w systemach odzysku energii stosuje się również regenerację (wykorzystującą masę akumulującą ciepło) oraz pompy ciepła, które realizują lewobieżny obieg termodynamiczny. Wybór konkretnego systemu uzależniony jest od bilansu zysków ciepła, wymaganych parametrów powietrza oraz kryteriów ekonomicznych inwestora.
Rekuperacja energii elektrycznej Rekuperacja energii elektrycznej to proces odzyskiwania energii w pojazdach z napędem elektrycznym lub hybrydowym. Odbywa się to poprzez wykorzystanie silnika elektrycznego w roli prądnicy. Podczas hamowania energia kinetyczna pojazdu jest przekształcana w energię elektryczną. Wytworzona w ten sposób energia może być oddawana bezpośrednio do sieci trakcyjnej (w przypadku lokomotyw, tramwajów i trolejbusów) lub magazynowana w akumulatorach (w samochodach i autobusach hybrydowych, takich jak np. Solaris Urbino 18 Hybrid).
Systemy rekuperacji w pojazdach nie ograniczają się do procesu hamowania. W silnikach spalinowych istnieją dwa źródła energii odpadowej: energia cieplna (z układu chłodzenia i spalin) oraz energia kinetyczna strumienia spalin. Energia kinetyczna spalin może być przetwarzana na energię elektryczną za pomocą układów typu Electrical Turbo-Compounding, gdzie turbina napędza generator prądu, lub systemu TIGERS, który pozwala na redukcję zużycia paliwa o 5–10%.
Kolejnym rozwiązaniem technologicznym jest wykorzystanie generatorów termoelektrycznych (TEG), które dzięki zjawisku Seebecka zamieniają różnicę temperatur między spalinami a otoczeniem bezpośrednio na prąd elektryczny. W warunkach jazdy autostradowej system ten może pokryć do 30% zapotrzebowania pojazdu na energię elektryczną. Inną badaną technologią jest konwersja termofotowoltaiczna (TPV), polegająca na bezpośredniej zamianie energii cieplnej promieniowania na elektryczną przy użyciu fotodiod półprzewodnikowych.
Zobacz też regeneracja ciepła
Przypisy
Kategoria:Instalacje sanitarne Kategoria:Technika cieplna Kategoria:Pojazdy elektryczne