Rekuperator ali Regenerator – kovinski ali iz umetne mase?

Rekuperator ali Regenerator

Rekuperacija / regeneracija na splošno za klimatske in prezračevalne naprave – rekuperator / regenerator

Zaradi  obremenitev okolja in omejenosti z energetskimi viri  je učinkovita raba energije v klimatskih in prezračevalnih napravah, danes zakonska obveza. V ta namen v naprave vgrajujemo rekuperator ali regenerator, ki sta elementa za vračanje toplotne energije (grelne in hladilne).

Rekuperator in regenerator se razlikujeta po načinu prenosa toplote in tipu toplote, ki jo prenašata.

 

Rekuperator:

  • omogoča neposreden prenos toplote med dvema zračnima tokovoma
  • oba zračna tokova sta med seboj ločena z vmesno steno
  • prenos toplote skozi vmesno steno je neprekinjen
  • omogoča prenos senzibilne toplote

Regenerator:

  • omogoča posreden prenos toplote med dvema zračnima tokovoma preko akumulacijske mase
  • omogoča prenos senzibilne in latentne toplote
  • prenos toplote je cikličen

Senzibilna toplota je tista, ki jo občutimo (temperatura), medtem ko je nosilec latentne toplote zračna vlaga.

 

Rekuperator ≠ Prezračevalna naprava

Rekuperator = element prezračevalne naprave

 

Standardni predstavnik ploščnega rekuperatorja je križni rekuperator, ki ga danes zaradi višjih učinkov vraščanja toplote nadomešča protitočni rekuperator.

 

Standardni predstavnik regeneratorja je rotacijski regenerator, vedno bolj pa se uporablja tudi stabilni regenerator. Rotacijski regenerator deluje tako, da se vrti, medtem, ko je stabilni regenerator, kot že ime samo pove stabilen.

 

Regenerator je energetsko učinkovitejši, saj dosega učinke vračanja toplote tudi preko 90%. Njegov namen v klimatskih in prezračevalnih napravah je akumulacija toplote. To pomeni, da mora akumulacijska masa – regenerator iz enega zračnega toka energijo hitro akumulirati in jo v naslednjem ciklu predati na drugi zračni tok. Za čim boljšo akumulacijo toplote  sta pomembna material in velikost površine akumulacijske mase.

Parameter, ki opisuje material je specifična toplotna kapaciteta oziroma specifična toplota – c (kJ/kg.K). Boljša kot je specifična toplota in večja kot je površina, boljša je akumulacijska sposobnost ter s tem boljši izkoristek regeneratorja.

Do nedavnega se je kot material uporabljal aluminij in njegove zlitine, saj ima med kovinami dokaj visoko specifično toploto. Pri zagotavljanju čim večje površine pa se pojavljala omejitev zaradi mase regeneratorja. Ta omejitev je prisotna predvsem pri rotacijskih regeneratorjih, pri katerih je potrebno to maso vrteti. Stabilni regeneratorji teh omejitev nimajo, zato je lahko površina ter masa regeneratorja večja.

Menerga v svojih napravah družine Resolair uporablja stabilni regenerator in dosega izkoristke vračanja toplote do 92,5%. Material regeneratorja je aluminijeva zlitina.

 

Regenerator – novi material akumulacijske mase 

Z razvojem novih tehnologij je pred leti Menerga pristopila k iskanju možnosti optimiranja regeneratorja, s ciljem:

  • izboljšati izkoristek,
  • zmanjšati maso regeneratorja,
  • zmanjšati dimenzijo regeneratorja.

Prednost tega je, da lahko zmanjšamo velikost klimatske oz. prezračevalne naprave.

Izziv razvoja je bil najti material regeneratorja, saj je imela sprememba površin predvidljive rezultate. Tako se je primerjalo kar nekaj materialov, katerih specifična toplota je razvidna iz spodnje tabele

 

Tabela specifičnih toplot (“c”) za različne snovi

Material Specifična toplota “c” v (KJ/kg K)
Zlato 0,13
Železo 0,45
Aluminij 0,90
Opeka 0,92
Beton 1,00
Zrak 1,00
Stiropor 1,20
Polipropilen 1,70
Voda 4,19

Zaradi svojih kvalitet je zbran material polipropilen, ki je v vseh družinah klimatskih in prezračevalnih naprav Menerga uporabljen kot material rekuperatorja. Delo z njim je tehnološko zahtevno in predstavlja del “know how-a” podjetja Menerga.

 

Primerjava dveh materialov: Polipropilen (PP) in Aluminij (Al)

Material specifična toplota “c” materiala v (kJ/kg K) gostota v (g/cm3)
Aluminij (Alu) 0,9 2,7
Polipropilen (PP) 1,7 (+90%) 0,9 (-67%)

 

Iz zgornje tabele je razvidno, da je

Specifična toplota večja za:
50%
Gostota manjša za:
50%

 

1. Primerjava akumulirane toplote med aluminijem (Alu) in polipropilenom (PP): 

Q = m * c * ΔT

 

Rezultat pomeni, da pri 47% zmanjšanju mase akumulacijski paket iz polipropilena prevzame enako količino toplote kot akumulacijski paket iz aluminija.

Zmanjšanje mase – dimenzij je možno!

 

2.Primerjava površin akumulacijske mase iz Aluminija (Alu) in polipropilena (PP):

Q = α * A * ΔT     –   prenos toplote s konvekcijo z upoštevanjem konstrukcije akumulacijske mase

 

3.Slikovni prikaz regeneratorja iz polipropilena in iz aluminija

 

4.Primerjava akumulacijske mase iz Aluminija (Alu) in polipropilena (PP):

Izdelana je bila akumulacijska masa iz polipropilenskih plošč ustrezne debeline in valovitosti za velikost klimatske naprave s pretokom zraka 5.000 m3/h.

Pri primerjavi polipropilenske akumulacijske mase z aluminijevo akumulacijsko maso iz rednega proizvodnega programa Menerga je prišlo do zanimivih zaključkov:

Material akumulacijske mase masa (kg) delovna površina (m2)
Aluminij (Alu) 42 ca. 107
Polipropilen (PP) 22 (-48%) ca. 204 (+90%)

Iz zgornje tabele je razvidno, da je

Masa regeneratorja manjša za:
48%
Delovna površina regeneratorja večja za:
90%

 

5.Meritve učinkovitosti različnih akumulacijskih mas

Med seboj smo primerjali:

  • 4 pakete polipropilenske akumulacijske mase s 4 paketi iz aluminijeve akumulacijske mase,
  • 2 paketa polipropilenske akumulacijske mase s 4 paketi iz aluminijeve akumulacijske mase.

 

A.Kontoliral se je izkoristek vračanja toplote

  •  Rezultati meritev za 4 x Alu napram 4 x PP (pri nazivni količini zraka 5.000 m3/h):

Toplotna moč (tZUZ = – 0,4°C; tODZ = 23,7°C)

4 paketi iz aluminijeve akumulacijske mase  35,9 kW
4 paketi polipropilenske akumulacijske mase 37,93 kW

 

  • Rezultati meritev za 4 x Alu napram 2 x PP (pri nazivni količini zraka 5.000 m3/h):

Toplotna moč (tZUZ = 9,5°C; tODZ = 21,5°C)

4 paketi iz aluminijeve akumulacijske mase  12,55 kW
2 paketa polipropilenske akumulacijske mase 12,97 kW

 

 

B.Tlačni padec skozi regenerator

  • Rezultati meritev za 4 x Alu napram 4 x PP (pri nazivni količini zraka 5.000 m3/h):

Tlačni padec

4 paketi iz aluminijeve akumulacijske mase  125 Pa
4 paketi polipropilenske akumulacijske mase 190 Pa (+52%)

 

  • Rezultati meritev za 4 x Alu napram 2 x PP (pri nazivni količini zraka 5.000 m3/h):

Tlačni padec

4 paketi iz aluminijeve akumulacijske mase  125 Pa
2 paketa polipropilenske akumulacijske mase 95 Pa (-24%)

 

Manjši tlačni padec pomeni manjšo rabo električne energije za pogon ventilatorja, kar posledično pomeni manjši stroški obratovanja.

 

6. Primerjava polipropilenskega regeneratorja s 4 paketi oziroma s 2 paketoma polipropilenske akumulacijske mase s standardnim Aluminijevim regeneratorjem s 4 x paketi aluminijeve akumulacijske mase

Dva paketa PP akumulacijske mase Štirje paketi PP akumulacijske mase
Masa 74% nižja 48% nižja
Delovna površina 5% manjša 90% večja
Tlačni padec pri nazivni količini zraka 24% manjši 52% višji
Toplotna moč 3% večja 5,7% večja
Ostalo možnost skrajšanja klima naprave za 480 mm /

 

Kaj pa ekologija?

Ob vseh tehničnih parametrih se je z ozirom na odgovornost do okolja in ekološko ozaveščenost podjetja Menerga preveril ekološki aspekt tega razvojnega koraka.

Ugotovljeno je, da je za proizvodnjo 1kg Al potrebno 210 MJ energije, medtem ko je za proizvodnjo 1kg PP potrebno 60÷80 MJ

210 MJ/kgAl 60 – 80 MJ/kgPP

Ekvivalent CO2 izpusta v okolje:

16 kgCO2/kgAl 4,5 – 6 kgCO2/kgPP

To pomeni, da so 3 – 4 krat nižje emisije CO2 pri proizvodnji polipropilena kot pri proizvodnji aluminija.

 

Primerjava PP regeneratorja s standardnim Al regeneratorjem s 4 x Al paketi iz vidika ekologije:

2 paketa PP akumulacijske mase 4 paketi PP akumulacijske mase
Ekologija 13 – 14 x nižja emisija CO2 pri proizvodnji 6 – 7 x nižja emisija CO2 pri proizvodnji

 

Če povzamemo…

Z razvojnim korakom se je povečala energetska učinkovitost klima in prezračevalnih naprav Menerga hkrati pa se je povečal trajnostni vidik izgradnje klimatskih in prezračevalnih naprav kakor tudi stavb v celoti.

Menerga je uvedla regenerator iz polipropilena v standardni proizvodni program in v celoti opustila regenerator iz aluminija.

Na ta način je med drugim dosegla racionalizacijo stroškov kakor tudi konkurenčno prednost pred ostalimi proizvajalci klima in prezračevalnih naprav.

 

Zadnji članki