Erstatning af kraftige drivhusgasser

Appendix A: Oversigt over kølemidler og kølemiddelblandinger

I nedenstående tabel gives oversigt over de mest almindelige kølemidler, som består af enkeltstoffer:

I nedenstående tabel gives oversigt over kølemiddelblandinger i 400-serien (zeotropiske blandinger). ODP- og GWP-værdier kan udregnes efter værdierne for stofferne i tabellen over enkeltstoffer, idet der vægtes efter blandingsforholdet mellem enkeltstoffer:

I nedenstående tabel vises kølemiddelblandinger i 500-serien (azeotropiske blandinger):

Appendix B: Kommercielle køleanlæg

De kommercielle køleanlæg i butikker, supermarkeder, restauranter, datacentraler m.v. udgør det det økonomisk vigtigste område indenfor kølebranchen. Det er ligeledes det område, som har det bredeste anvendelsesområde. Det er baggrunden for, at der i dette appendix gøres rede for specifikke forhold vedrørende priser, energiforbrug, kølemiddellækage og TEWI (samlet bidrag til drivhuseffekten).

I afsnit B.1 sammenlignes priser for væskekølere med h.h.v. R-404A, kulbrinter og ammoniak. I afsnit B.2 sammenlignes energiforbrug, kølemiddellækage og TEWI for supermarkedsanlæg. I afsnit B.3 er givet en detaljeret beregning af prisforskel mellem et konventionelt køleanlæg og tilsvarende køleanlæg med hydrocarbon-kølemiddel.

B.1 Sammenligning af priser for ammoniak- , hydrocarbon- og HFC-køleanlæg (væskekølere, "chillers").

Der tages udgangspunkt i væskekølere (chillers), og der foretages analyser af prisforskelle og årsagen hertil. Samtidig gives et bud på, hvordan priserne forventes at udvikle sig i fremtiden.

HFC-køleanlæg og ammoniak-køleanlæg bliver i dag produceret i mange eksemplarer. HFC-køleanlæggene benytter stort set samme teknologi som CFC- og HCFC-køleanlæg, og ammoniak-køleanlæg har været fremstillet i over 100 år. Ammoniak har dog været fortrængt af de kunstige kølemidler i en årrække, men er nu hastigt på vej frem indenfor større væskekølere til luftkonditionering m.v.

Kulbrinter er derimod ret nye indenfor kommercielle køleanlæg. Der bliver fremstillet anlæg i Sverige og Tyskland, hvor der er opsat en del anlæg med propan eller propen som kølemiddel. Disse anlæg er fremstillet i små serier og er fortsat ret dyre sammenlignet med HFC-køleanlæg. Det er dog sandsynligt, at disse anlæg meget hurtigt kan blive konkurrencedygtige mhp. prisen.

Haukås

Hans T Haukås har skrevet en rapport for SFT, Norge (Rapport 97:32, SFT), hvor han bl.a. gør rede for priser for forskellige typer af køleanlæg.

Haukås giver følgende priser for anlæg over 10 kW:

• Køleanlæg med HFC-134a er 12,5 % dyrere end anlæg med R-404A eller R-507
• Væskekøleaggragater med ammoniak eller kulbrinter er 10 - 40 % dyrere end anlæg med R-404A eller R-507
• Ved brug af ammoniak eller kulbrinter kommer et vist tillæg for maskinrums-sikkerhed.

Haukås angiver, at tallene skal opfattes som retningsgivende, og der vil være eksempler, som falder udenfor i begge ender af intervallerne. For større anlæg vil ammoniak være direkte konkurrencedygtig med prisen. Haukås har ikke undersøgt større anlæg med kulbrinter.

Grødem

En anden nordmand, Bjørn Grødem skriver i en artikel i ScanRef (Scandinavian Refrigeration) 3/98, at prisforskellene er noget mindre.

Grødem tager udgangspunkt i tyske undersøgelser af køleanlæg til supermarkeder, hvor han bl.a andet sammenligner indirekte køling med R-404A, ammoniak og kulbrinter. Priserne bliver også sammenlignet med et R-404A-køleanlæg med direkte køling.

Tabel B.1 Sammenligning af priser for forskellige typer af supermarkeds-køleanlæg. Efter Grødem, ScanRef 3/98. Indeks 100 er for direkte køling med R-404A.

Det ses af tabel B.1, at køleanlæg med direkte køling er det billigste i anskaffelse.

Derudover ses, at der er begrænset forskel imellem priserne for de indirekte systemer, specielt er forskellen mellem R-404A og hydrocarbon-anlægget begrænset, det er kun få % af totale anlægsomkostninger.

Vurderinger af fremtidige priser for hydrocarbon-køleanlæg

DTI Energi har i samarbejde med Alexander C Pachai, AirCon A/S foretaget en analyse af fremtidige priser af hydrocarbon-køleanlæg sammenlignet med tilsvarende HFC-køleanlæg.

I analysen forudsættes, at hydrocarbon-anlæggene fremstilles i større serier på samme måde som HFC-køleanlæg gør i dag. Herved fås stordriftsfordele. Det forudsættes ligeledes, at myndighederne har opstillet klare regler for opførelse af hydrocarbon-køleanlæg og at montører er uddannede til at lave anlæg med kulbrinter. Dette er tilfældet i Sverige, hvor firmaet Bonus Energi AB bygger kulbrinte-køleanlæg; - men ikke i andre nordiske lande.

Komponenter

De fleste af komponenterne i et hydrocarbon-anlæg er de samme som benyttes i HFC-køleanlæg, og vil derfor koste det samme.

Der er dog en forskel for visse automatik-produkter. Der skal anvendes pressostater, termostater, klemkasse, relæer og ventilator i eksplosionssikker udførelse, dvs. i IP 44 -tætningsklasse eller bedre.

I Danmark benyttes normalt IP 23 på kommercielle køleanlæg, og dette er ikke godt nok til kulbrinter.

I apsnit B.3 er der vist et eksempel på et 14 kW køleanlæg, hvor komponentpriserne er gengivet. Der er en prisforskel på ca. 4,3 %

For større anlæg vil denne prisforskel blive mindre.

Samling

I hydrocarbon-køleanlægget skal alle samlinger ske ved lodning. I et HFC-køleanlæg kan samlingen ske enten ved lodning eller som det oftest sker ved at benytte skruefittings. Loddeprocessen vil forbruge lidt mere arbejdstid, men det forventes at blive delvis udlignet ved et mindre materialeforbrug (skruefittings). Ekstraomkostningen vurderes at være fra 0 - 1 %.

Tidsforbruget til læksøgning er den samme som til HFC-anlæg.

Sikkerhed

Hvis køleanlægget er installeret i et indendørs maskinrum, skal der være en gasalarm i gulvhøjde. Dette er ikke nødvendigt, hvis anlægget er placeret udendørs eller under et halvtag.

Det samme er egentlig gældende for HFC-køleanlæg, her bør ligeledes være en alarm for kølemiddeludslip.

Gasalarm og tilhørende udluftningsventilator kan anskaffes til ca. 6000 Dkr (listepris).

Uddannelse

Kølemontørerne skal være uddannede til at arbejde med køleanlæg med kulbrinter. Det kræver, at der findes et udannelsessystem herfor. I de nordiske lande er det endnu kun i Sverige, at det er tilfældet.

Udstyr

Montagefirmaet skal have udstyr til at arbejde med kulbrinter. En læksøger til kulbrinter koster ca. det samme som en læksøger til syntetiske kølemidler. En fyldestand til kulbrinter koster ligeledes det samme som til HFC-kølemiddel.

Der skal ligeledes benyttes en vakuumpumpe i ex-udgave. Den koster ca. 50 % mere end en almindelig vakuumpumpe (listepris ca. 7150 Dkr).

Der har i Danmark været lidt forvirring omkring krav vedrørende transport af trykflasker med kulbrinte-kølemiddel. Dansk Gasteknisk Center har tidligere opfordret til, at trykflaskerne placeres i specielle rum i servicebilerne. Herved bliver kravene anderledes end krav til andre gasflasker, f.eks. acetylen til svejse- og loddeprocesser.

DTI Energi arbejder med at få afklaret disse forhold.

Konklusion

Det kan konkluderes, at hydrocarbon-køleanlæg hidtil er noget dyrere end tilsvarende HFC-køleanlæg. Prisforskellen er af størrelsesordenen 10 - 40 %.

Der er imidlertid intet til hinder for, at denne prisforskel kan blive meget mindre i fremtiden. Som eksempel kan nævnes, at komponenterne til et lille hydrocarbon-køleanlæg med 14 kW køleydelse er ca. 5 % dyrere end tilsvarende komponenter til et HFC-køleanlæg.

Hertil kommer ca. 1 % fordyrelse ved samleprocessen og eventuelt fordyrelse ved montage af alarm.

Alarm bør dog også sættes op i forbindelse med HFC-anlæg.

Køling med kulbrinter i supermarked skal ske ved indirekte køling, og herved bliver forskellen med et HFC-anlæg med direkte køling større.

Vurdering af fremtidige priser for ammoniak-køleanlæg

I dag er ammoniak-køleanlæg konkurrencedygtige, når der er tale om store anlæg (større end 100 kW). Dette er derimod endnu ikke tilfældet for små og mellemstore anlæg.

Dette forhold kan dog ændres. Der er først i de senere år sat fokus på brug af ammoniak i små og mellemstore anlæg, og udvalget af kompressorer til ammoniak er stigende. Kompressorerne er dog stadig dyrere end tilsvarende kompressorer til HFC-kølemidler, men der er ikke noget til hinder for, at prisen kan udlignes, når kompressorerne bliver fremstillet i større styktal. Endvidere er der ved at blive udviklet nye samlemetoder, således at rør kan samles med lockring eller fittings som alternativ til svejsning.

B.2 Energiforbrug og TEWI for kommercielle køleanlæg, med udgangspunkt i supermarkedskøleanlæg

Det blev pr. 1. januar 1994 forbudt at opføre nye kommercielle køleanlæg med CFC-kølemiddel (CFC-12, R-502 m.fl.). HCFC i nye køleanlæg bliver forbudt pr. 1.1 år 2000 og det bliver forbudt at benytte nyt HCFC til service pr. 1.1. år 2002.

De fleste nyere køleanlæg i supermarkeder og andre kommercielle køleanlæg benytter derfor HFC-baserede kølemidler, herunder HFC-134a, R-404A eller eventuelt R-407C.

I supermarkeder i Danmark og Norge benyttes direkte køling, hvorimod det bliver mere almindeligt i Sverige, Tyskland og andre lande at benytte indirekte køling. I Sverige er der krav om at nye supermarkedskøleanlæg skal være med indirekte køling. Svensk Kylnorm kræver, at ved fyldningsmængder mellem 10 og 30 kg. skal kølesystemet være delvis indirekte, normalt laves kølesiden indirekte og frysesiden direkte.

Ved fyldningsmængder større end 30 kg. skal systemet være helt indirekte, dvs. både køl og frys er indirekte.

Ved direkte køling i et supermarked sendes flydende kølemiddel ud i lange rørstrækninger til kølestederne, som ofte er køle- eller frysegondoler, mælkeskabe, kølerum m.m. Det fordampede kølemiddel tilbageføres i andre rør. I et mellemstort supermarked er der ofte 30 - 40 kølesteder, og ofte er der flere kilometer rør med kølemiddel, og disse er ofte samlet i hundredevis af samlinger. Det kan ikke undgås, at der er en vis lækage i disse anlæg. Lækage foregår ofte i pakninger i ventiler og samlinger, eller ved at der direkte sker udheld med knækkede rør. Tidligere var lækageraten stor for disse anlæg, måske 20 - 30 % af fyldningen på årsbasis.

Branchen har gjort meget for at fremme kvaliteten af nye anlæg, og det formodes at lækageraten er reduceret kraftigt. Ifølge IPCC's guidelines 1996 er lækageraten ca. 17 % i gennemsnit.

Det kan dog ikke lade i praksis sig gøre at lave anlæggene helt tætte. Der er ingen, der kender de nøjagtige lækagerater, men det antages, at det ligger på størrelsesordenen 10 % på årsbasis for supermarkedsanlæg med direkte køling.

Det er billigere at producere et køleanlæg med direkte køling end et tilsvarende anlæg med indirekte køling. Haukås angiver 20 % højere og Grødem ca. 15 - 20 % højere pris for indirekte system.

Prisforskellen skyldes, at rørsystemet er lidt dyrere, da der bl.a. skal investeres i pumper til cirkulation af det sekundære kølemiddel. Der skal ligeledes investeres i ekstra varmevekslere mellem det primære og sekundære system.

Til gengæld skal der benyttes væsentlig mindre kølemiddel (ofte 15 - 20 % af mængden i et direkte system), og lækageraten er meget mindre (ofte af størrelsesordenen 5 %).

Energiforbrug

Det er svært at sige noget præcist om energiforbruget i de forskellige systemer. Det er meget afhængig af de enkelte systemers optimeringsgrad.

Bjørn Grøden har alligevel givet nogle bud i ScanRef 3/98.

Han opgiver følgende:

Tabel B.2 Energiforbrug for forskellige supermarkedskøleanlæg, Samme kilde som for tabel B.1 Det skal præciseres, at der er tale om et eksempel, som ikke behøver at være retningsgivende for alle anlæg.

Energiforbruget er lidt større for de indirekte systemer p.g.a. termodynamisk tab fra temperaturdifference i varmeveksler mellem primær og sekundær kølesystem og pga. energiforbrug til pumper. Dette bliver i nogen grad modvirket af bedre virkningsgrader for kulbrinte- og ammoniak-køleanlægget.

Det vurderes, at hydrocarbon-køleanlæg snart vil kunne udføres således, at energiforbruget for indirekte systemer ikke bliver højere end for direkte systemer. Det kræver brug af komponenter (kompressor), som er optimeret til kølemidlet. Hidtil er benyttet R-22 kompressorer til propan eller propen. Ved denne optimering bliver forskellen mellem direkte HFC-systemer og indirekte kulbrinte-systemer mindre.

I fremtiden vil der komme nye sekundære kølemidler, herunder sjapis (ice slurry) til køleformål og CO2 til fryseformål. Herved forventes energiforbruget for indirekte systemer med ammoniak eller kulbrinter at blive mere effektive end direkte HFC-systemer.

Bidrag til drivhuseffekten, TEWI

Køleanlæg har et direkte og et indirekte bidrag til drivhuseffekten. Det direkte bidrag kommer fra lækage af kølemiddel, f.eks. R-404A, som har et GWP (Global Warming Potential) på 3260, sammenlignet med CO2, som har et GWP på 1.

Det indirekte bidrag kommer fra elektricitetsforbruget. Hvis el er fremstillet på kulfyrede kraftværker (som f.eks. i Danmark), vil der ske et udslip af CO2 fra kraftværkets skorsten, svarende til ca. 0,8 kg CO2 pr. kWh forbrugt el.

TEWI (Total Equivalent Warming Impact) er et begreb, som knytter det direkte og det indirekte bidrag sammen

TEWI = GWP * M + ALFA * E
hvor
GWP er kølemidlets GWP-faktor,
M er den mængde kølemiddel, som lækker ud af kølesystemet
ALFA er mængden af CO2, som genereres ved produktion af el (kg CO2 / kWh)
E er køleanlæggets elforbrug

Eksempel

Her gives et eksempel på et typisk supermarkeds-køleanlæg. Der er tale om et mellemstort supermarked (Kvickly, Føtex eller lign) på 1000 - 1500 m2 salgsareal.

Dette eksempel er typisk for lande, hvor direkte køling er standard.

Den samlede køleeffekt er 100 kW.
Der er direkte køling.
Kølemiddelfyldningen er 300 kg R-404A
Køleanlæggets årsenergiforbrug er 170.000 kWh
Lækagerate er 10 % af fyldningen pr. år, dvs. 30 kg.

TEWI beregning for et års drift af køleanlægget:
Direkte bidrag til drivhuseffekten for et år:
M * GWP = 30 kg R-404A * 3260 (kg CO2/kg R-404A) = 97800 kg CO2 = 97,8 tons CO2

Indirekte bidrag til drivhuseffekten: ALFA * E = ALFA * 170.000 kWh

Tabel B.3 Bidrag til drivhuseffekten for det i eksemplet givne køleanlæg. Kølemiddel: R-404A. Dette eksempel er for direkte køling.