Что такое рекуперация и какой бывает?

О повторном использовании ресурсов и вообще любых благ в последние годы не говорит только ленивый – сейчас это уже не только экономия собственных средств, но и вклад в будущее планеты, которая, судя по всему, все-таки немного устала от нашей чрезмерной активности.

Тем временем во многих системах и механизмах давно уже предусмотрен принцип рекуперации, который якобы позволяет частично компенсировать затраты за счет повторного использования теряемых ресурсов. Если вы все еще не понимаете, как это работает, рассмотрим принцип рекуперации подробнее, в том числе с конкретными примерами.

Само слово «рекуперация» в переводе с латыни значит «обратное получение» или «возмещение». Предполагается, что мы что-то теряем, но благодаря продуманной схеме инженерного оборудования или развитым технологиям повторной переработки получаем возможность еще раз использовать то, что можно было считать уже утерянным. Говоря простыми словами, рекуперация – это повторное использование чего-либо.

В настоящее время с примерами рекуперации можно столкнуться в различных отраслях человеческой деятельности – они могут касаться как неких материальных ценностей, так и энергии всех видов. Благодаря рекуперации товары и услуги становятся дешевле в производстве, а следовательно, и на рынке, кроме того, снижается нагрузка на Землю в целом, а иногда – и на некоторые инженерные сооружения. На самом деле понятие рекуперации весьма обширное и при этом очень простое, но без конкретных примеров человеку, впервые столкнувшемуся с этим явлением, может быть сложно охватить его целиком. Чтобы исправить эту ситуацию, пройдемся вкратце по разным видам рекуперации.

Чтобы вникнуть в суть рекуперации, надо привыкнуть к мысли, что данное понятие применимо практически в любых отраслях и сферах человеческой деятельности, лишь бы там предполагалось повторное использование материалов или энергии. При этом речь не всегда идет о том, что повторное применение будет происходить по аналогии с первичным – просто «мусор» пытаются рассматривать как нечто полезное. При этом подлежащие рекуперации вещества и предметы могут нуждаться в дальнейшей переработке, тогда как в оригинальном виде действительно представляют собой просто мусор, однако, это тоже пример рекуперации.

В то же время обязательным признаком рекуперации является снижение расходов, достигнутое благодаря такому подходу. Хорошим примером может стать повторное использование растворителей – на первый взгляд, использованная жидкость уже не годится для какого-либо практического применения. Однако элементарные знания химии подсказывают, что необходимый набор атомов для восстановления первоначальной формулы в получившемся бесполезном веществе сохранился, а значит, должен существовать реагент или метод обработки, позволяющий отсеять все лишнее и снова получить растворитель.

На первый взгляд, воды на планете так много, что выпить ее всю не получится, тем более, что она постоянно циркулирует в природе. Тем не менее, ученые не зря постоянно трубят о том, что воду надо беречь – хоть она и остается на нашей планете, но может оказаться менее доступной, чем это было раньше. На самом деле подобное явление уже и так характерно для нашей планеты – если в Сибири, например, рек намного больше, чем людей и всей остальной живности, то в пустынных регионах из-за своей редкости она превращается в огромную ценность.

Рекуперация сточных вод актуальна во всех случаях – когда человечество просто демонстрирует ответственное отношение к последствиям своего потребительского размаха, или закупка новой воды обходится достаточно дорого (как в некоторых арабских странах), или просто для того, чтобы не загрязнять чистые водоемы. Важно понимать, что вода воде – рознь: некоторое время назад люди не стесняясь пили воду из рек, и далеко не всегда это оканчивалось плачевно, а сегодня так рисковать не стоит, потому что бактерии давно перестали быть главной опасностью.

Рекуперация воды может означать ее очистку как для повторного использования, так и даже для сброса назад в водоемы. Прибегать к ней можно даже в условиях собственной дачи – например, вода, использованная для мытья овощей и фруктов (без моющих средств), в дальнейшем может быть еще раз использована для полива грядок.

Другая популярная тема экологической повестки говорит о том, что человечество производит слишком много отходов. Чаще всего упоминают о пластике, но даже без него дело обстоит не слишком хорошо – можно себе представить, сколько мусора производят восемь миллиардов человек ежедневно. Мы вряд ли хотим жить на свалке, но без мусорной рекуперации рискуем со временем и по мере роста населения завалить отходами всю планету. Тем временем некоторые из отходов вполне могут применяться повторно. В первую очередь это тот же пластик, который во многих случаях может быть переплавлен для изготовления чего-то нового. Сам по себе такой материал стоит не так уж дорого, потому в экономическом смысле компаниям зачастую проще изготовить новую пластмассу, чем собирать по свалкам старую, однако, для будущего планеты такая мера просто необходима.

Еще одним ярким примером того, что можно и нужно использовать повторно, является металл, особенно цветной. Многие потребители выбрасывают старую технику, не задумываясь о том, что внутри нее, возможно, есть медь. Тем временем этот материал стоит довольно дорого, и причина для этого очевидна – земные запасы такого минерала не столь уж велики. Рано или поздно мы, не придумав адекватного заменителя, столкнемся с тем, что меди на всех уже не хватает, но уже сейчас многим мелким производителям проще порыться в старом мусоре, чем договориться о закупке у добывающих предприятий.

Ситуация с бутылочным стеклом одновременно похожа и не похожа на ту, что сложилась с металлами.

• запасы ингредиентов для производства стекла у нас пока что не иссякают, и произвести такой продукт можно при сравнительно небольших расходах.
• стопроцентная переработка битой тары без добавления нового сырья не представляется возможной – по крайней мере, качество будет потеряно. Поэтому в данном случае рекуперация нужна во многом по аналогии с пластиком – просто для того, чтобы не приумножать площадь территорий, уже и так занятых под свалку.

Отдельно следует сказать об органических отходах. Многие граждане рассуждают так, что недоеденная пища со временем просто перегниет, а органика природе не навредит даже на свалке. Во многих случаях так оно и есть, однако, принцип рекуперации заключается в том, чтобы повторно использовать все, что только возможно. На сегодняшний день разработаны методики компостирования пищи растительного происхождения.

Когда рассуждают о рекуперации воздуха, имеют в виду повторное использование, а в данном случае правильнее было бы говорить вообще о сохранении не столько газа как такового, сколько тепловой энергии, которую он несет. Воздушная рекуперация применяется в любых современных системах вентилирования и помогает существенно сэкономить зимой на отоплении, а летом – на кондиционировании помещений.

Рассмотрим, как это работает. Вентиляционная шахта неизбежно связывает между собой две среды, температура которых наверняка отличается хотя бы на несколько градусов. Такая разница особенно заметна, если одна из таких сред – это помещение, в котором включены отопительные приборы или кондиционер, а за окном, соответственно, лютые морозы или знойное лето. Совсем без вентиляции люди внутри помещения рано или поздно обеспечат критическое содержание углекислого газа в воздухе и поставят себе в очень нехорошее положение. Однако вентиляция не мешает поддержанию заданной температуры!

Существует несколько вариантов так называемых рекуператоров – механизмов, которые устанавливаются в вентиляционной шахте. Вне зависимости от вида конструкции, задача такого устройства – разделять входящие и исходящие воздушные потоки, чтобы они не перемешивались. Перегородка между потоками при этом, как правило, делается из некоего теплоемкого материала, способного быстро нагреваться и так же легко отдавать тепло.

Зимой из помещения по одному каналу выходит наружу теплый воздух, а внутрь должен бы попадать холодный с улицы. Однако теплоемкая перегородка забирает у воздушной массы тепловую энергию и тут же отдает ее входящему холодному потоку, обеспечивая, таким образом, сохранение тепла. Точно так же, но наоборот, эта система работает и летом: жаркий воздух с улицы накаляет перегородку, отдавая ей свое тепло, но та тут же отдает тепловую энергию в выводящий канал. Как итог, попадающий с улицы воздух не нарушает атмосферу легкого холода в помещении.

Рекуперация газа в большинстве случаев актуальна только в условиях крупных промышленных предприятий – по той причине, что они и сами производят газ и имеют собственные возможности для того, чтобы полезно его применить. Откуда берется газ, зависит только от того, чем именно занимается предприятие. В некоторых случаях он является побочным результатом химических реакций, цель которых – в производстве некой продукции, являющейся основой деятельности предприятия. В других случаях сам химический процесс требует участия некоего газа, который должен создать газовую среду для правильной обработки заготовок. Вне зависимости от того, идет ли речь об отработавших или «бесполезных» газах, почти всегда можно придумать повторный вариант их использования.

Самое простое применение для газа можно придумать в том случае, если он горюч. Даже если в налаженном производстве не нужен подогрев чего-либо, получаемая в результате сжигания тепловая энергия вполне может быть использована для налаживания быта людей.

У крупного предприятия объем производимого газа может быть настолько огромным, что можно качать его инжекционной установкой в специальные резервуары и строить на их базе собственную котельную. В металлургических центрах часть жителей города вполне может получать горячую воду именно с такой котельной, а если горючий газ действительно оказался всего лишь побочным продуктом производства, то его использование точно обойдется дешевле, нежели закупка города.

Негорючие газы во многих случаях тоже можно применять, зная их свойства. К примеру, если такой побочный продукт обладает выраженным неприятным запахом, но при этом не отличается никаким вредным воздействием на здоровье человека, его могут продавать газораспределительным компаниям. Как известно, обычный природный газ, широко используемый в быту, не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха, но при этом очень взрывоопасен.

Видов энергии существует много, и о рекуперации ее в тепловом виде мы уже поговорили выше. Однако под словом «энергия» в целом чаще всего подразумевают электричество, и в электрике рекуперации, конечно, место тоже нашлось. Наиболее ярким примером механизма, в котором это не только возможно, но и уместно, являются асинхронные электрические двигатели.

Особенность таковых заключается в том, что в процессе резкого торможения двигателя выделяется большое количество тепла, которое не только никак не используется в системе, но и провоцирует неуместное и очень сильное нагревание узлов мотора. В таких условиях мы не просто теряем тепловую энергию, но еще и рискуем полностью вывести двигатель из строя за счет перегрева. Инженерным решением проблемы мог бы быть тормозной резистор, рассеивающий тепло в пространство, но как это выглядит со стороны – энергию мы все равно, считай, потребили, при этом выбросили ее в окружающее пространство, да при этом еще и потратились на покупку резисторов с обязательной вентиляцией и защитой от влаги и пыли!

Посредством сложной системы частотных преобразователей тепловая энергия вместо рассеивания снимается с двигателя и заново преобразовывается в электричество. Электрический двигатель при этом должен быть двухсистемным, способным принимать питание как из сети, так и от собственных преобразователей, при этом на плечи последних ложится обязанность довести показатели тока до тех, которые используются в подключенной сети.

На сегодняшний день рекуперация энергии наблюдается в множестве различных устройств и механизмов, где установка дополнительного оборудования оправдана масштабами экономии. Современные трамваи, электрички, троллейбусы, эскалаторы и различное промышленное оборудование стали потреблять из сети заметно меньше энергии, поскольку благодаря рекуперации у них существенно возрос коэффициент полезного действия.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что рекуперация применима практически в любой сфере человеческой деятельности и приносит пользу повсеместно. Благодаря увеличению внимания к проблеме накопления различных отходов появилась даже целая отрасль, занятая исключительно сбором и переработкой вторичного сырья – этим занимаются, в том числе, и довольно крупные предприятия. В некоторых странах такие фирмы, даже не будучи государственными, получают значительную поддержку из бюджета, поскольку непосредственно заняты вопросами стабильного и безопасного будущего человечества.

Рекуперация также может быть одним из направлений деятельности предприятия, которое занимается производством или обработкой чего-либо и просто пытается сэкономить. Хорошими примерами могут быть как уже упомянутый металлургический завод, заодно обеспечивающий жителей близлежащего города отоплением и горячей водой, так и предприятие электротранспорта, у которого весь подвижной состав оснащен преобразователями. Даже если отбросить сугубо экономический момент, все равно получится, что оба предприятия тоже работают на экологию – первое не финансирует добычу и сжигание лишнего топлива, второе потребляет меньше энергии из электросети, а значит, делает то же самое, уменьшая спрос на продукцию электростанций.

Рекуперация тепла – это явление, происходящее без нашего непосредственного вмешательства в наших собственных домах. Благодаря простым приспособлениям, установленным в вентиляционных системах, мы чувствуем себя комфортнее дома, да при этом еще и платим меньше. Самое интересное, что выигрывает от такого подхода, опять же, экология, ведь на нагрев воды для радиаторов отопления и производство электричества для электрокаминов и кондиционеров тратится меньше топливных природных ископаемых, а вместе с этим снижается уровень загрязнения воздуха продуктами горения. Наконец, рекуперация может иметь место даже в повседневной жизни человека, причем вполне осознанно.

О том, что такое рекуперация воздуха, смотрите в следующем видео.