Regeneracija/Rekuperacija za klima in prezračevalne naprave

Učinkovita raba energije v klima in prezračevalnih napravah je zaradi precejšnih obremenitev okolja in omejenosti energetskih virov danes stalnica in zakonska obveza. V ta namen se v naprave vgrajuje element za vračanje toplote (toplota pomeni tako grelno kot hladilno energijo) in sicer ti. regenerator oziroma rekuperator.

Regenerator in rekuperator se razlikujeta tako po načinu prenosa toplote kakor tudi po tipu toplote, ki jo prenašata.

Regenerator:

• omogoča indirektni prenos toplote med dvema zračnima tokovoma preko posredne akumulacijske snovi, ki je lahko trdna, tekoča ali plinasta (osredotočili se bomo na trdno – akumulacijska masa)
• omogoča prenos senzibilne in latentne toplote

 

Podrobneje o regeneratorju

Standardni predstavnik regeneratorja je rotacijski regenerator, vedno več pa se uporablja tudi stabilni regenerator.

Bistvo regeneratorja v klima in prezračevalnih napravah je akumulacija toplote. Pomeni, da mora akumulacijska masa – regenerator iz enega zračnega toka hitro akumulirati energijo in jo v naslednjem ciklu hitro predati na drugi zračni tok. Za čim boljšo akumulacijo toplote pa sta pomembna material in velikost površine akumulacijske mase. Material opisuje 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.

Za material regeneratorja se uporablja aluminij in njegove zlitine, Menerga pa uporablja polipropilen – opisano v blogu Rekuperator ali regenerator- kovinski ali iz umetne mase.

Pri zagotavljanju čim večje površine se pojavi omejitev zaradi mase regeneratorja. Še posebej je to prisotno pri rotacijskih regeneratorjih, kjer je to maso potrebno vrteti. Zato se je izkazala uporabna prednost stabilnih regeneratorjev, kjer teh omejitev ni in je lahko površina ter s tem masa regeneratorja neprimerno večja.

 

Regeneracija

Regeneracija je proces vračanja energije iz ene zračne mase preko vmesnega akumulatorja – regeneratorja na drugo zračno maso. Ponavadi je pri klima in prezračevalnih napravah govora o vračanju energije iz odtočnega zraka, ki je biološko oziroma tehnološko izrabljen, a energetsko bogat, na sveži zunanji zrak, ki tega izrabljenega zamenjuje.

Zračna tokova svežega in odtočnega zraka izmenično potujeta skozi isto regeneracijsko maso. Tako se posredno preko regeneracijske mase prenaša (vrača) senzibilna toplota iz odtočnega zraka na svež zunanji zrak. Prav tako se iz odtočnega zraka izloči tudi latentna toplota (vlaga) katere del se prenese na sveži zunanji zrak s procesom navlaževanja (kot prirastek latentne toplote vtočnega zraka), ostanek pa v obliki senzibilne toplote. Pri regeneraciji se torej vrača senzibilna in latentna toplota odtočnega zraka. S procesom regeneracije se sveži zunanji zrak ogreje in hkrati navlaži, kar je posebej pomembno v zimskih mesecih, ko je zunanji zrak suh, saj ima nizko absolutno vlago.

Prikaz dveh osnovnih principov regeneracije:

• rotirajoča akumulacijska masa – rotacijski regenerator,
• stabilna akumulacijska masa – stabilni regenerator.

 

Regeneracija z rotacijskim regeneratorjem

Pri rotacijski regeneraciji se skozi počasi rotirajočo akumulacijsko maso (5-15 o/min) istočasno pretakata v različnih smereh curka odtočnega in svežega zunanjega zraka. Akumulator se sestoji iz valovite pločevine (satovja), na katero je dodatno lahko nanešen higroskopičen nanos. Stopnja vračanja toplotne energije znaša v povprečju 75%.

 

Značilnosti:

• nujen pogon za vrtenje
• lekaže (nekontrolirano uhajanje zračnih tokov mimo akumulacijske mase) do 25%
• obrabljajoči se deli (ležaji, jermen,…)

 

Regeneracija s stabilnim regeneratorjem

Akumulacijska masa je stabilna (se ne vrti). Akumulacijska masa je zgrajena iz dveh blokov, ki sta med seboj fizično ločena. Skozi njiju se izmenično pretakata odtočni in zunanji sveži zrak. Za zamenjavo smeri zračnih tokov (v posamezni akumulacijski blok) se nahaja pred in za akumulacijskim blokom sistem loput. Na eni strani so lopute motorno gnane, na drugi strani pa so nadtlačne (dinamične).

Konstrukcija stabilnega regeneratorja, kot tudi material iz katerega je narejen, omogoča temperaturni učinek v povprečju 90% v celotnem temperaturnem področju. Pozimi se vrača visok odstotek vlage v povprečju 75%, tako da je potrebna le minimalna navlažitev vtočnega zraka.

 

Izkoristek regeneracije

Graf prikazuje stanje vtočnega zraka glede na različne stopnje izkoristkov regeneracije za stanje zunanjega zraka -10°C in stanje odtočnega zraka 22°C ob istem razmerju zračnih tokov zunanjega in odtočnega zraka.

 

• Izkoristek 90%: temperatura vtočnega zraka 18,8°C.
• Izkoristek 75%: temperatura vtočnega zraka 14,0°C.

Razlika skoraj 5°C predstavlja velik prihranek/porabo energije v obratovanju in življenjski dobi klima in prezračevalne naprave.

Če se na izkoristke pogleda iz druge strani, je jasno da je pri 90% izkoritku potrebno samo 10% da se doseže 100%, pri 75% izkoristku pa 25%. Pomeni, da je razlika vložene energije med enim in drugim 2,5x.

Prvi vtis, da je med izkoristkoma 90% in 75% samo 15% razlike, je nepravilen in zavajajoč, kar se najbolje pokaže pri investiciji in obratovalnih stroških.

 

Pomembne razlike

• natočna površina je pri enaki širini naprave večja v prid stabilnega regeneratorja za 21,5% večja površina pa pomeni večji izkoriste

• zaradi stabilne akumulacijske mase je možna večja globina akumulacijske mase. Pri istem tlačnem padcu skozi akumulacijsko maso (150 Pa), je globina akumulacijske mase pri rotacijskem regeneratorju 200÷250 mm pri stabilnem regeneratorju pa 900 mm. Večja akumulacijska masa pomeni večji izkoristek.

 

Regenerator in Resolair naprave

Menerga v svojem proizvodnem programu koristi izključno stabilne regeneratorje v klima in prezračevalnih napravah družine Resolair.

Visoki izkoristki vračanja toplote v napravah Resolair pri prezračevanju prostorov omogočajo dobavo naprave brez vgrajenega grelnika.

Zaradi snovnega prenosa (vlaga) se naprave ne priporočajo za prezračevanje in klimatizacijo objektov, kjer je odtočni zrak močno onesnažen, kot so primer kuhinje, sanitarije, WC, različni tehnološki prostori, pralnice, …

Uporaba se priporoča v bivalnih prostorih kot so učilnice, vrtci, športne dvorane, prireditvene dvorane, kongresni prostori, gledališča, knjižnice, galerije, muzeji, in podobno.