Что такое рекуперация и принцип ее работы

Использование в автомобилестроении

Использование на легковых и грузовых автомобилях

С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде.
Наиболее распространенными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt, Honda Insight, Tesla Model S,3,X,Y

Есть отдельные случаи применения системы рекуперации в автомобиле с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива. Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от отдельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.

Система рекуперации энергии при торможении для электромобилей и электровелосипедов подвергается критике. Тормозной путь автомобиля очень мал по сравнению с проезжаемым путём и составляет от нескольких метров до несколько десятков метров (водитель обычно относительно резко тормозит у самого светофора или места назначения, или вообще подъезжает к месту назначения накатом). За такое короткое время аккумуляторы не успевают сколь-нибудь значительно зарядиться рекуперативным током, даже в городском цикле при частых торможениях. Экономия энергии за счёт рекуперации в лучшем случае составляет доли процента, и поэтому система рекуперативного торможения электромобиля неэффективна и не оправдывает усложнения конструкции. К тому же рекуперативное торможение не освобождает от необходимости обычной колодочной тормозной системы, так как на малых оборотах двигателя в режиме генератора его противо-ЭДС мала и недостаточна для полной остановки автомобиля. Также рекуперативное торможение не решает проблему стояночного тормоза (за исключением искусственного динамического удержания ротора на месте, на что расходуется значительная энергия). В современных электромобилях имеется возможность настройки педали «газа» — при её отпускании электромобиль либо продолжает двигаться по инерции накатом, либо переходит в режим рекуперативного торможения.

Однако рекуперация эффективна для электротранспорта с его частыми участками разгона-торможения, где тормозной путь большой и соизмерим с расстоянием между станциями (метро, пригородные электропоезда).

Использование в автоспорте

В на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у Формулы-1 с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что по результатам сезона-2009 оснащённые данной системой болиды не демонстрировали превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1.
После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.

По состоянию на 2012 год на систему KERS налагаются следующие ограничения: передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.

Техническим регламентом Формулы-1, утверждённым FIA на 2014 год, предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы со встроенной системой рекуперации (ERS). Применение двойной системы рекуперации (кинетической и тепловой) в сезонах 2014—2015 годов стало гораздо более актуально из-за введения жёстких регламентных ограничений на расход топлива — не более 100 кг на всю гонку (в прошлые годы 150 кг) и мгновенный расход не более 100 кг в час. Неоднократно можно было наблюдать, как во время гонки при выходе из строя системы рекуперации машина начинала быстро терять позиции.

Рекуперативное торможение используется также в гонках на выносливость. Такой системой оснащены спортпрототипы класса LMP1 заводских команд и , .

Срок службы водяного рекуператора тепла

Если теплообменник проточной воды помещен в пространство, которое омывается сточными водами, то могут возникнуть проблемы в обслуживании. Наименее требовательными являются приборы, которые сделаны по принципу труба в трубе, т.е. когда прибор не меняет геометрические формы трубы перемещения сточных вод и ее диаметр.

Срок службы рекуператоров тепла для ванны и душа ограничивается сроком службы труб, используемых в приборе. Обычно комплектующие рекуператора изготавливаются из меди или нержавеющей стали. Таким образом срок работы может составить до 20 лет!

Такое решение вполне оправдывается при наличии свободных денежных средств и опять таки Вашем индивидуально горячем желании принимать душ настолько долго, насколько позволяет здравый смысл.

Как сделать рекуператор своими руками.

Если вы все же решили попробовать свои силы в создании рекуператора для дома своими руками, то рекомендую обратить свое внимание на следующие его виды

1. Пластинчатый рекуператор своими руками.

Его главной и, пожалуй, самой сложной в изготовлении частью является пластинчатый теплообменник, основное предназначение которого — проводить потоки в разные стороны, передавая энергию от одного к другому посредством плоских пластин.

Чаще всего такой теплообменник выполняют из квадратных платин, склеенных таким образом, чтобы между ними в перпендикулярном друг другу направлении проходили воздушные потоки. В качестве материла для пластин можно использовать:

• нетолстую оцинкованную жесть,
• нетолстые медные и алюминиевые платины.

Также возможен вариант изготовления их из обычной кухонной фольги и даже паропроницаемой мембраны, применяемой в кровельных работах.

Важнейшая задача в изготовлении такого теплообменника — это расположить пластины относительно друг друга на расстоянии 3-4 мм. Большее и меньшее расстояние нежелательно, так как при уменьшении промежутков увеличивается скорость образования и выход  конденсата, при обмерзании которого эти промежутки будут закупорены, а при больших промежутках снизится качество передачи энергии от одного потока другому.

Кстати, основная проблема такого вида рекуператора — это образование того самого конденсата. Для борьбы с ним придется либо подогревать входящий воздух при помощи мощных электрических калориферов, либо при помощи автоматики продувать аппарат только теплым воздухом (из помещения для растапливания льда).

2. Трубчатый коаксиальный рекуператор своими руками.

Это более простой, нежели предыдущий вариант, но он занимает гораздо больше места, поскольку его эффективность зависит непосредственно от его длины.

Для изготовления трубчатого коаксиального рекуператора тепла своими руками вам понадобятся:

• пластиковая канализационная труба диаметром порядка 160 мм и длиной 2 м.,
• алюминиевая воздушная гофра диаметром порядка 100 мм и длиной 4 м.

Кроме этого на оба конца пластиковой трубы необходимо будет одеть разветвители-переходники на 100 мм, так труба будет иметь с обеих сторон по два выхода с двумя отверстиями.

Внутрь пластиковой трубы спирально упаковывается полностью растянутая гофра, которая с обеих сторон герметично крепиться к одному из выходов разветвителей.

В результате мы получаем конструкцию через которую направляем при помощи вентилятора теплый отработанный воздух из помещения (через канал из алюминиевой гофры), а свежий воздух с улицы получаем через саму пластиковую трубу. При этом входящий воздух получит тепло, отдаваемое через нагретые теплым воздухом стенки гофры.

Из плюсов такой конструкции можно выделить основной — меньшая подверженность образованию конденсата, к тому же последний не приводит здесь к полной остановке действия системы, как в предыдущем варианте. Однако, как я уже отмечал выше, такому рекуператору требуется значительно больше места, что в условиях квартиры может послужить причиной отказа от данного варианта. Зато в условиях частного жилого дома такая установка имеет право на жизнь и применение.

Конечно, описанные конструкции  далеки от совершенства и требуют испытания и доработок, но даже применение таких, довольно простых, рекуператоров позволит вам снизить траты на отопление помещений в зимний период, одновременно обеспечив нормально функционирующую вентиляцию.

Рекуператор своими руками видео

Рекомендую прочитать:

Дом в городе Арсеньев Приморского края

Отзывы о Септик Танк.

Выбираем люк под плитку оптимального размер

Важность колодца на дачном участке

Что такое рекуперация простым языком

Сам термин произошел от латинского слова, которое можно перевести как «обратное получение». Оно описывает процесс использования уже израсходованной энергии, или вещества для повторного применения.

Рекуперативные технологии особенно часто используются в электротехнике.

Они позволяют переводить потенциальную и кинетическую энергию в электрический заряд, который сохраняется на аккумуляторе, и может быть использован для осуществления полезной работы.Рекуператор – это устройство, которое предназначено для передачи тепловой энергии от вытяжного выбрасываемого воздуха к приточному воздуху, подаваемому в помещение. В данном случае под тепловой энергией понимается как тепловая, так и холодильная, то есть вытяжной воздух может отдавать приточному как своё тепло, так и свой холод, соответственно, нагревая или охлаждая его. Основной функцией рекуператора является получение полезной энергии от  удаляемого воздуха из помещения. Эта функция дополняется условием: потоки не должны смешиваться, то есть приточный воздух не должен хоть сколько-нибудь значительно загрязняться отработанным вытяжным воздухом.  В системах вентиляции и кондиционирования такое получение энергии актуально как зимой, так и летом. В зимнее время задачей рекуператора является осуществление «бесплатного» нагрева приточного воздуха за счёт вытяжного. Для этого холодный поток воздуха с улицы и тёплый вытяжной поток воздуха из помещения подаются в теплообменник, где вытяжной воздух нагревает приточный. Так как вытяжной воздух всё равно был бы выброшен на улицу, можно говорить о том, что данный нагрев происходит «бесплатно». Для вентиляционной установки такой нагрев позволяет существенно сэкономить на мощности электрического или водяного калорифера. Предположим, температура подаваемого в помещение воздуха зимой должна составлять +18 °С, а наружная температура составляет -26 °С. Таким образом, мощность нагревателя в системе без рекуператора следовало бы рассчитывать исходя из нагрева на 18-(26)=44°С. При использовании рекуператора приточный воздух может быть нагрет за счёт вытяжного воздуха, например, до температуры +10 °С. В этом случае мощность нагревателя следовало бы рассчитывать исходя из нагрева всего на 18-10=8 °С. Так как мощность нагревателя прямо пропорциональна разнице температур, то рекуператор позволил бы сэкономить (44-8)/44 = 82% мощности вентустановки.

По вопросам ремонта и проектирования вентиляции и систем кондиционировани можно обратиться в фирму Фесдем Климат перейдя по https://fesdem.ru/.

Эффективность рекуператора

Каждый тип рекуператоров имеет свои показатели КПД. Производители обычно указывают в характеристиках устройства рекуперационные коэффициенты по энтальпии и по показателю температуры воздуха. Энтальпией называется содержание тепла в 1 кг сухого воздуха. По ним и выполняются расчеты эффективности действия прибора.

При вычислении по показателю температуры в расчет берется очевидное тепло, которое содержит воздух. А для вычислений по энтальпии также учитывается содержание водяных паров – относительная влажность воздуха. Расчет по энтальпии дает более точные результаты.

Он производится на основе данных замеров в 3 местах: в области распределительной решетки агрегата, через которую производится втягивание в помещение свежих воздушных масс, в помещении, где действует система вентиляции, и снаружи.

Эффективность процесса по энтальпии вычисляется по формуле:

где Кh — это показатель коэффициента эффективности действия устройства по энтальпии;

Н1 — это показатель энтальпии атмосферного воздуха (кДж/кг);

Н2 — это показатель энтальпии воздуха, выводимого из внутреннего пространства помещения (кДж/кг);

Н4 — это показатель энтальпии воздуха, втягиваемого в помещение (кДж/кг).

По температурному коэффициенту эффективность вычисляется по другой формуле:

где Кt — это значение коэффициента эффективности действия устройства по температуре;

Т1 — это показатель температуры атмосферного воздуха, °С;

Т2 — это показатель температуры воздуха, выводимого из внутреннего пространства помещения, °С;

Т4 — это показатель температуры воздуха, втягиваемого в помещение, °С.

Преимущества и недостатки рекуператоров разных типов

Преимущество рекуператоров очевидно – они позволяют существенно сэкономить на нагреве приточного воздуха зимой и охлаждении приточного воздуха летом.
Среди недостатков рекуператоров выделяют следующие:

• Они создают дополнительное аэродинамическое сопротивление в сети. Действительно, как любой другой элемент в сети вентиляции, рекуператоры имеют некоторое сопротивление, которое следует учитывать при выборе вентилятора. Впрочем, это сопротивление не велико (обычно не более 100 Па), и к существенному увеличению мощности вентилятора не приводит.
• Рекуператоры повышают как стоимость вентиляционной установки, так и стоимость её обслуживания. Как и любое другое решение, направленное на повышение энергоэффективности системы, рекуператоры стоят определенных денег и требуют регулярного технического обслуживания. Однако опыт многократно доказал, что затраты на рекуперацию тепла гораздо ниже получаемой выгоды.
• Роторные, камерные и в гораздо меньшей степени пластинчатые рекуператоры имеют один недостаток, который может быть критичным на некоторых объектах – в них возможны перетечки потоков воздуха. В этом случае опасность представляет перетекание вытяжного воздуха в приточный. Такие перетечки нежелательны в системах вентиляции чистых помещений и не допустимы, например, в инфекционных отделениях больниц и операционных. Причиной служит опасность перетекания вирусов, которые попали в вытяжку из какого-либо помещения, в приточный поток воздуха с последующим распространением по всем помещениям объекта. Как результат, на таких объектах применяют рекуператоры с промежуточным теплоносителем или фреоновые рекуператоры.
• Рекуператоры увеличивают габариты вентиляционной установки. В первую очередь это касается пластинчатых рекуператоров, так как они представляют собой воздухо-воздушные теплообменники и имеют достаточно крупные размеры. Кроме того, это касается рекуператоров с промежуточным теплоносителем ввиду наличия двух отдельных теплообменников, двух линий трубопроводов и узлов обвязки возле каждого из теплообменников

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.

Использование системы рекуперации в механизме подвески

Естественно, любой разработчик всегда хочет извлечь максимальную выгоду из всего, поэтому рациональные инженеры пошли ещё дальше: они решили использовать кинетическую энергию подвески, работающей во время обычного движения. Разработкой такой системы занимаются фирмы Levant Power и ZF, так что в будущем, такими приспособлениями могут быть оснащены все серийно производимые автомобили.

Как работает рекуперативная подвеска

В состав системы входит небольшой электрический движок, четыре электрогидравлических насоса и блок управления. Аппаратура монтируется около каждого амортизатора, а при перемещении в них штока, кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую и подаваться на АКБ. Сочетание данной системы с традиционной рекуперацией, должно обеспечить эффективность приблизительно в 2 раза большую.

Заключение

Рекуперативное торможение — одно из самых полезных изобретений! Действительно, зачем пропадать энергии даром, если её можно использовать с пользой. Самую большую выгоду от рекуперации имеют электропоезда — вот там реально глобальные масштабы (с них кстати всё и началось), а самую маленькую — лёгкий индивидуальный электротранспорт: мотоциклы, скутера, велосипеды, самокаты и т. п. Также, большую роль играет местность, по которой будет двигаться транспортное средство. К примеру в городе, глупо ожидать от рекуперации больших успехов, ведь там, автомобили, итак, ползут черепашьим темпом и к интенсивному замедлению водители прибегают не часто. Зато вот на холмистой местности, действительно можно «разгуляться». В любом случае, некоторое количество затраченный энергии, вы таки будете получать обратно — иногда больше, иногда меньше. Поэтому, данная система имеет полное право на существование!

Что скрывается за понятием «рекуперации»

Простыми словами рекуперация тождественна слову «сохранение». Рекуперация тепла – процесс сохранения тепловой энергии. Это происходит за счёт того, что поток воздуха, который выходит из помещения, охлаждает или подогревает воздух входящий внутрь. Схематически процесс рекуперации можно представить в таком виде:

Вентиляция с рекуперацией тепла происходит по такому принципу, который должен разделить потоки особенностями конструкции рекуператора во избежание смешивания. Однако, например, роторные теплообменники не дают возможности полностью изолировать приточный воздух от выходящего.

Что такое воздушный рекуператор

По своей конструкции рекуператор воздух-воздух – установка для утилизации тепла выходной воздушной массы, которая позволяет максимально рационально использовать тепло или холод.

Почему стоит выбрать рекуперационную вентиляцию

Вентиляция, которая основывается на рекуперации тепла, имеет очень высокие показатели КПД. Данный показатель рассчитывается по соотношению тепла, которое производит рекуператор в действительности, к максимальному количеству тепла, которое только возможно сохранить.

Преимущества и недостатки рекуператоров разных типов

Преимущество рекуператоров очевидно – они позволяют существенно сэкономить на нагреве приточного воздуха зимой и охлаждении приточного воздуха летом.
Среди недостатков рекуператоров выделяют следующие:

• Они создают дополнительное аэродинамическое сопротивление в сети. Действительно, как любой другой элемент в сети вентиляции, рекуператоры имеют некоторое сопротивление, которое следует учитывать при выборе вентилятора. Впрочем, это сопротивление не велико (обычно не более 100 Па), и к существенному увеличению мощности вентилятора не приводит.
• Рекуператоры повышают как стоимость вентиляционной установки, так и стоимость её обслуживания. Как и любое другое решение, направленное на повышение энергоэффективности системы, рекуператоры стоят определенных денег и требуют регулярного технического обслуживания. Однако опыт многократно доказал, что затраты на рекуперацию тепла гораздо ниже получаемой выгоды.
• Роторные, камерные и в гораздо меньшей степени пластинчатые рекуператоры имеют один недостаток, который может быть критичным на некоторых объектах – в них возможны перетечки потоков воздуха. В этом случае опасность представляет перетекание вытяжного воздуха в приточный. Такие перетечки нежелательны в системах вентиляции чистых помещений и не допустимы, например, в инфекционных отделениях больниц и операционных. Причиной служит опасность перетекания вирусов, которые попали в вытяжку из какого-либо помещения, в приточный поток воздуха с последующим распространением по всем помещениям объекта. Как результат, на таких объектах применяют рекуператоры с промежуточным теплоносителем или фреоновые рекуператоры.
• Рекуператоры увеличивают габариты вентиляционной установки. В первую очередь это касается пластинчатых рекуператоров, так как они представляют собой воздухо-воздушные теплообменники и имеют достаточно крупные размеры. Кроме того, это касается рекуператоров с промежуточным теплоносителем ввиду наличия двух отдельных теплообменников, двух линий трубопроводов и узлов обвязки возле каждого из теплообменников.

Рекуператор воздуха для дома – для чего он нужен?

Вентиляционные установки, которые поддерживают движение воздуха и имеют теплообменник, помогают поддерживать комфортную температуру в доме и защищают здоровье его обитателей. Благодаря воздухообменнику в доме не будет накапливаться углекислый газ, не будет сырости и неприятных запахов.

Установка системы рекуперации облегчает жизнь людям с аллергией

Принудительная вентиляция освобождает воздух в помещении от раздражающей пыли, пыльцы и других аллергенов. Еще одна причина, по которой стоит использовать рекуператор в частном доме, – выгодная экономия расходов на отопление.

Принципы работы рекуператора

Принцип работы рекуператора зависит от его типа. Очевидно, что все перечисленные виды конструкции имеют свои особенности в работе. Отметим здесь наиболее распространенные.

Пластинчатый рекуператор

Этот вид представляет монолитную кассету из металл листов. Воздух проходит через такую кассету посредством специальных выштампованых на листах каналах или проложенных специальным промежуточным уплотнителем. Потоки в таком рекуператоре не перемешиваются. Процесс теплообмена осуществляется благодаря одновременному нагреванию пластин одним потоком и остужению – другим. Пластинчатые рекуператоры имеют ряд преимуществ, делающих их самым распространенным типом теплового барьера для дома.

Основными особенностями пластинчатого рекуператора выступают:

1. низкая цена;
2. элементарность конструкции;
3. компактность;
4. простота в обслуживании;
5. простота в чистке (в случае, если кассета разбирается)
6. доступность материалов для изготовления;
7. отсутствие механизмов.

Разборные рекуператоры способны обеспечить высочайший уровень гигиенической чистоты входящего воздуха во время эксплуатации устройства без потерь эффективности.

Наиболее распространенным видом рекуператора ввиду простоты конструкции выступает перекестно-течный. Его эффективность можно определить как «Средний тип», некоторые источники указывают, что их КПД составляет до 60%.

Роторный рекуператор

Этот вид теплоутилизатора имеет форму трубы малой длины, наполнен гофрированными стальными пластинами вдоль корпуса. Вращающийся механизм устанавливается по приливно-вытяжной оси. Ротор пропускает сперва нагретый внутренний, а после холодный входящий воздух. Пластины по очереди нагреваются и охлаждаются, сохраняя внутреннюю температуру воздуха. Такой тип рекуператора признается наиболее эффективным. Однако, особенность конструкции не позволяет сделать его компактным, специалисты признают недостатком громоздкость такого устройства.

Тепловой утилизатор с промежуточным теплоносителем

В таких рекуператорах используются жидкостные теплообменники, где циркулирует раствор этиленгликоля (эффективный теплоноситель). В таких утилизаторах приливная и вытяжная секции разделены и разведены на определенное расстояние. Эта особенность позволяет применять такие устройства для среды, входящие и выходящие потоки которых нельзя смешивать. Теплоноситель циркулирует либо естественным образом, либо посредством насоса. Для повышения эффективности такого утилизатора тепла необходима тонкая регулировка потока теплоносителя в соответствии с проектом.

Как устроен роторный рекуператор?

Данный прибор представляет по форме цилиндр и состоит из основного элемента – алюминиевого ротора, скомплектованного из ровных и гофрированных пластинок. Алюминиевый ротор закрыт корпусом, сделанным из оцинкованной стали.

Роторный рекуператор воздуха

Помимо этого, в состав устройства входят приводной механизм, имеющий ремень для вращения, а также осевые подшипники, датчик (сенсор) контроля вращения самого ротора и уплотнительная лента. Последняя предназначена для изоляции воздушных масс.

Принцип работы

Принцип работы устройства достаточно прост. В работу устройство приводится путем задействования клиноременной передачи. Если изделие эксплуатируется при высоких температурах, то электродвигатель монтируют вне корпуса аппарата-теплообменника. Также в этом случае вместо ремня используют цепь.

Внутри роторного теплообменника происходит передача тепла от нагретого газа к холодному. За это отвечает вращающийся ротор-цилиндр, который изготовлен из небольших металлических пластин. Впоследствии горячий газ прогревает эти пластины, а затем пластины уходят в поток охлажденного газа, после чего передают ему тепловую энергию.

Виды по покрытию роторного барабана

Существует классификация рекуператоров по типу покрытия роторного барабана. На данный момент существует пять видов изделия:

• конденсационный вид – в этом случае ротором выступает алюминиевый барабан, который не имеет покрытия и может отводить только тепловую энергию воздушных масс, а вот теплоту влаги воздушных масс он перемещать не способен;
• гигроскопический вид – в этом случае барабан покрывается специальным гигроскопическим покрытием, которое имеет сорбирующие свойства – барабан во время работы собирает влагу, после чего переносит ее из потока в поток, во время чего происходит удаление и влаги, и скрытой теплоты воздушных масс;
• сорбционный тип – в этом случае речь идет о модификации гигроскопического типа с применением покрытия в виде силикагеля – данный сорбент имеет огромную площадь поверхности, примерно 800 м2/г, что делает его крайне мощным средством для впитывания влаги;
• эпоксидный вид – такое покрытие используют в случаях, когда необходимо дополнительно защитить алюминиевый барабан от возможных деструктивных воздействий, находящихся в обрабатываемом воздухе химических соединений (например, если воздух в помещении содержит хлор или различные пары, вроде аммиачных);
• антибактериальный вид – в этом случае барабан защищается антибактериальным покрытием, которое способно противостоять примерно шестистам видам патогенных и непатогенных микроорганизмов (обычно такое покрытие требуется для энтальпийных роторов).

Виды по области применения

Сейчас имеется три основных вида рекуператоров воздушных масс, различающихся по сфере эксплуатации и по дополнительной «начинке».

Виды изделия:

1. Стандартный вид. В данном случае наблюдается разделение регенератора на несколько секторных частей (от 4 до 12). Такой вид устройства применяется для выведения излишней теплоты уже отработанного воздуха. Также такое устройство переносит влагу при отработке воздушных потоков ниже температуры «точки росы».
2. Высокотемпературный вид. Данный вид устройства используется для выведения прогретых воздушных потоков, исходная температура у которых достигает примерно +250 градусов.
3. Энтальпийный вид. Данное устройство используется для отвода полной тепловой энергии, но помимо этого устройство также осуществляет передачу влаги.

Принцип работы рекуператора воздуха