| Til bund | | Forside |

Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, 31/2003

Eksempel for et køleskab

Indholdsfortegnelse

Forord

Denne arbejdsrapport er udarbejdet som en del af projektet "Retningslinier for miljørigtig udvikling af produktfamilier indenfor den elektromekaniske industri", som er støttet af Miljøstyrelsen.
Projektet omfatter 5 produktfamilier: Støvsugere, Ventilationsanlæg, Ekspansionsventiler, Mobiltelefoner og Belysning.

Rapporten er udarbejdet i projektets start og skal vise projektets koncept og give eksempler på den type resultater, der opnås i projektet. Dokumentet skal - sagt på en anden måde - opfattes, som en skabelon for de resultater, der skal komme ud af det færdige projekt.

Første udgave af dette notat er diskuteret med styregruppen. På grundlag af de kommentarer, der er indhentet, har notatet opnået sit nuværende udseende. Notatets primære formål er at være retningsgivende for arbejdet i projektet.

Det LCA-arbejde, der ligger bag notatet, stammer fra UMIP-projektet. Det er kun beskrevet ganske kortfattet her af hensyn til at holde notatet kort, og fordi det væsentlige er at vise, hvordan de miljømæssige erkendelser og anbefalinger til forskellige aktører udspringer af arbejdet. Flere detaljer kan findes i UMIP eksempelsamlingen (Wenzel, 1996).

Fra projektet er der udarbejdet følgende arbejdsrapporter:

A117-3: Eksempel for et køleskab.
A117-5: Identifikation af produktfamilier.
A117-8: Miljøvurdering af ekspansionsventiler.
A117-9: Miljøvurdering af støvsugere.
A117-12: Miljøvurdering af ventilationssystemer.
A117-13: Miljøvurdering af mobiltelefoner.
A117-14: Miljøvurdering af belysning.

Herudover udgives en håndbog og en pjece for det samlede projekt.

1 Køleskabets familie

Det analyserede køleskab er et lavenergikøleskab på 200 liter fra Gram A/S. Som køleskab indgår det i en større familie af temperaturstyringsskabe, der kunne se ud som vist nedenfor.

1. Temperaturstyringsskabe

   2.1 Ovne
   2.2 Varmeskabe (fx i laboratorier)
   2.3 Køle/fryse skabe

      2.3.1 Fryserum
      2.3.2 Supermarkeds frysere - åbne
                                 - lukkede
      2.3.3 Husholdnings frysere
      2.3.4 Kølerum
      2.3.5 Supermarkeds køleskabe/diske - åbne
                                         - lukkede
      2.3.6 Private køleskabe

         2.3.6.1 Køleskabe til tog og fly
         2.3.6.2 Køleskabe til hotelværelser
         2.3.6.3 Konventionelle husholdningskøleskabe

            2.3.6.3.1 Standard 60x60 200 l indbygningskøleskab
            2.3.6.3.2 Mindre køkkenbordskøleskab

               2.3.6.3.3.1 Lav-energi køleskab
               2.3.6.3.3.2 Standard køleskab

            2.3.6.3.3 Større stand-alone køleskab

Figur 1.
Principskitse for køleskabets familie

Det køleskab, der ligger til grund for dette notat, er et lav-energi stand-alone køleskab (2.3.6.3.3.1 i figuren). Figuren viser en skitse af dette køleskabs nærmeste og fjerneste familie. Denne familie har en overordnet funktion til fælles, nemlig det at regulere temperatur. En stor del af familien har endvidere det til fælles at være beregnet til fødevarer. Og den nærmeste familie har det til fælles at køle fødevarer.

Det udførte LCA-arbejde på køleskabet på niveau 2.3.6.3.3.1 i figuren har relevans for andre grene af den viste familie også. Størst relevans for de nærmeste familiemedlemmer og faldende relevans jo længere væk fra husholdningskøleskabet man kommer. Men selv i de yderste grene vil der være nogle af erkendelserne fra LCA-arbejdet på lav-energikøleskabet, der gælder. Når

LCA-arbejdet er udført, står det oftest temmelig klart, hvilke erkendelser og anbefalinger der vil gælde hvor. Det kan eventuelt vise sig, at der vil være behov for at vurdere om nye karakteristika ved fjernere ”familiemedlemmer” har væsentlige konsekvenser for de konklusioner, der kan iddrages af LCA-arbejdet. Det vil fremgå senere i notatet, og det er yderligere beskrevet i Willum et al. (1998).

2 Køleskabets funktionshierarki

Som beskrevet i Willum et al. (1998) har erkendelserne fra LCA-arbejdet imidlertid også relevans for helt andre produktfamilier end køleskabe eller temperaturreguleringsskabe. Mange af resultaterne og anbefalingerne gælder nemlig de underfunktioner, der indgår i køleskabet. Fx funktionerne isolering, komprimering (kompressoren), åbning/lukning (døren) eller underfunktioner som udmøntes i overfladebehandling, materialevalg m.v. Og de vil i vid udstrækning være relevante i andre produkttyper, hvori disse funktioner findes.

Figur 2 viser en principskitse for funktionshierarkiet for køleskabet.

Figur 2.
Funktionshierarki for køleskabet
Illustration af løsninger og valg i produktudviklingen. Rektanglerne viser de valgmuligheder der er. (De øverste er valgt). Sekskanterne viser de funktionskrav, der affødes af de foretagne valg.

3 Erkendelser og anbefalinger fra miljøvurderingen

Miljøvurderingen viser køleskabets miljøpåvirkninger, hvor de opstår og besvarer følgende spørgsmål:

1.   Hvilke miljøpåvirkninger og ressourceforbrug er samlet set væsentlige?
 
2.   Hvor i livsforløbet opstår de - hvilke faser i livsforløbet er væsentligst, og hvilke aktører har indflydelse på disse forhold.?
 
3.   Hvor i produktet "sidder" de - hvilke komponenter/konstruktioner er væsentligst?
 
4.   Hvilke enkeltprocesser er specielt problematiske?
 
5.   Hvilke kilder til påvirkninger er væsentlige (materialer, energi, kemikalier, andet)?

Figur 3.
Køleskabets energiforbrug (a) ressourceforbrug (b) og miljøpåvirkninger (c) i livsforløbet.

3.1 Vigtigste faser i livsforløbet (svar på spørgsmål 1, 2 & 3)

• Energiforbruget i brugsfasen er dominerende. Selv når der kompenseres for, at varmen fra køleskabet nyttiggøres til rumopvarmning om vinteren (som det allerede er gjort i figuren) udgør brugsfasen 2/3 af det samlede energiforbrug over livsforløbet.
  
• Energimæssigt er materialeforbruget imidlertid ikke uvæsentligt, og genbrug af materialerne eller forbrænding med energigenvinding er energimæssigt relevant. Der sker stort set ingen energigenvinding i bortskaffelsen.
  
• Produktionsfasen betyder energimæssigt ingenting. Af produktionsfasens energiforbrug udgør overhead (belysning, opvarmning m.v.) endda 2/3, så fremstillingsprocessernes energiforbrug er helt ubetydeligt (< 10%). Det, der betyder noget, er, hvad processerne gør ved materialernes genanvendelighed.
  
• Miljømæssigt betyder bortskaffelsesfasen særdeles meget. Årsagen er udledningen af CFC fra shreddere. På det tidspunkt miljøvurderingen blev gennemført anvndtes CFC som kølemedie. Situationen er som bekendt en anden i dag.
  
• Brugsfasen er miljømæssigt næstvigtigste fase i livsforløbet, men i det CFC-fri køleskab bliver den dominerende. Dog er visse alternativer til CFC stadig drivhusgasser, hvilket fortsat gør bortskaffelsen væsentlig.
  
• Ressourcemæssigt er materialefasen afgørende, især den forbrug af sparsomme ressourcer som kobber og nikkel (sidstnævnte ikke vist i figur).
  Materialeforbrugets betydning hænger sammen med graden af genvinding i bortskaffelsen, der dermed får lige så væsentlig betydning. For energiressourcerne, kul og olie, er brugsfasen væsentligst.
  

Der er altså tale om forskellig betydning af faserne alt efter om der fokuseres på miljø eller ressourceforbrug. Det nuancerer de indsatsmuligheder, der er. Det vil sige, at der er et større spektrum af forbedringspotentialer og dermed også større muligheder for at nogle af disse kan omsættes i til miljøforbedringer i praksis.

3.2 Vigtigste enkeltprocesser (svar på spørgsmål 4)

• Shreddingen i bortskaffelsen er uden sammenligning vigtigste enkeltproces. Dels frigives drivhusgasser og ozonnedbydende gasser, dels betyder den efterfølgende materialesortering, at plast og skumfraktioner bliver så forurenede, at ikke engang forbrændingsanlæggene vil tage dem. Altså deponi og ingen nyttiggørelse af materialernes energiindhold.
  
• Næstvigtigste enkeltproces er selve driften af køleskabet. Det har endvidere vist sig, at starten af kompressoren står for over halvdelen af driftsenergien pga de mange starter i det relæstyrede køleskab. Miljømæssigt står shreddingen og driftsprocessen for over 90% af påvirkningen i det CFC baserede køleskab..

3.3 Vigtigste kilder til påvirkninger (svar på spørgsmål 5)

• Kemikalieforbruget har miljømæssigt afgørende betydning i form af brugen af CFC (i opskumning og køling), der undslipper i både produktion, brug og bortskaffelse. Der er imidlertid i hele livsforløbet ikke andre kemikalier, der miljømæssigt betyder noget.
  
• Miljømæssigt er næstvigtigste kilde elektricitetsforbruget, som altovervejende ses i brugsfasen.
  
• Materialeforbruget og bortskaffelsen er ressourcemæssigt afgørende, men også elektricitetsforbruget er væsentligt.
  

3.4 Overordnede anbefalinger fra miljøvurderingen

De nævnte erkendelser kan sammenfattes til følgende overordnede anbefalinger:

Fokusér mest på brug og bortskaffelse.

• Reducér driftsenergien og fokusér herunder på hvordan kompressoren starter.
  
• Gør noget radikalt ved shreddingen. Den er den væsentligste af alle enkeltprocesser, både fordi gasser emitteres, og fordi plast og skum forurenes, så de hverken kan brændes eller genbruges.
  

Dette problem kan alternativt løses ved at erstatte kemikalier til opskumning og køling med nogle, der ikke bidrager til drivhuseffekt eller ozonnedbrydning.

• Undgå brug af materialer, der indeholder sparsomme ressourcer og sørg for genbrug af materialerne både pga. deres ressource- og energiindhold.
  
• Tænk ikke så meget på produktionsprocessernes energiforbrug og miljøpåvirkning, men på hvad de gør ved materialerne.
  

Disse anbefalinger er overordnede, men er med til at give retning for udviklingsarbejdet for nye køleskabe og for håndteringen af eksisterende. De kan og bør imidlertid nuanceres og uddybes ved at se på, hvor de store forbedringspotentialer ligger, både rent teoretisk og i praksis. Det gøres i miljødiagnosen, og princippet heri er vist i næste afsnit.

4 Erkendelser og anbefalinger fra mijødiagnosen

I miljødiagnosen er tænkelige (og utænkelige) ændringer i materialeforbrug, energiforbrug, kemikalieforbrug og andre ting (fx. levetid og brugsmønstre af køleskabet) simuleret, og de miljømæssige konsekvenser af sådanne ændringer er kvantificeret. Det har givet et overblik over størrelsen af de miljøforbedringer, der potentielt kan opnås ved ændringer i produktet og dets livsforløb. Eksempler er vist i figur 4.

Figur 4.
Eksempler på konsekvenser af ændringer i kemikalier(a), energi (b), og andet (c) for køleskabet model LER200

4.1 Materialer

• Der er anvendt sparsomme ressourcer på sådanne steder i køleskabet, hvor genbrug næppe vil finde sted. Her er et potentiale for at reducere et forbrug af sparsomme ressourcer.
  

4.2 Kemikalier

• Ozonnedbrydningen kan elimineres ved at erstatte CFC med enten R134a (en flourcarbon) eller kulbrinter (pentan og isobutan).
  
• R134a er imidlertid en drivhusgas, omend svagere end CFC, og en stor drivhuseffekt fra R134a resterer stadig ved valg af denne løsning. Kulbrinterne er ikke drivhusgasser, og denne løsning reducerer drivhuseffektbidraget til 25%.
  
• Kulbrinteløsningen bidrager 40% mere til den fotokemiske ozondannelse (smog) end R134a løsningen, men i det samlede billede vægter det meget lavt. Miljømæssigt er kulbrinteløsningen derfor at foretrække.
  

4.3 Energi

• For et køleskab baseret på kulbrinter til opskumning og køling vil en forøgelse af isoleringen på både 50% og 100% reducere de samlede miljøpåvirkninger. Den fotokemiske ozondannelse øges en smule på grund af tab af kulbrinterne, men i det samlede billede vægter det meget lavt. Ved en forøgelse af isoleringen på 100% opnås en samlet miljøforbedring (afledt af en tilsvarende reduktion i samlet energiforbrug over livsforløbet) på ca. 30%.
  
• I figur 4 er vist den reduktion i enrgiforbrug, der kan opnås ved en 100% forøgelse af isoleringstykkelsen.. Det ser ud til, at 200-300% forøgelse er energi/miljø-mæssigt optimalt, og at en samlet reduktion af miljøbelastningen på omkring 50% kan nås ved optimal isolering med PUR-skum opskummet med kulbrinter.
  
• En forøgelse af isoleringen med CFC som opskumningsmiddel ville have været en meget stor miljømæssig forværring, fordi udslippet af CFC i både produktion, brug og bortskaffelse vil øge bidraget til drivhuseffekt og ozonnedbrydning. En forøgelse af isoleringen opskummet med R134a vil tilsvarende give et væsentligt forøget bidrag til drivhuseffekten, fordi R134a er en drivhusgas (ikke vist i figur).
  
• Køleskabet, som energimæssigt er blandt de bedste i verden, har en energinyttevirkning på kun 4%. Teoretisk er forbedringspotentialet derfor meget stort. De teoretiske forbedringspotentialer ved trinvis optimering af henholdsvis 1) fordamper, 2) kompressor + fordamper, 3) det samlede kølesystem og 4) hele skabet incl. isolering fordeler sig som 20%, +20%, +20% og +10%, således at en teoretisk totaloptimering til 100% energinyttevirkning vil kunne reducere miljøpåvirkningen med ca. 70% i forhold til det kulbrintebaserede skab. Isoleringen er her antaget baseret på vacuumpaneler.

4.4 Andet

• Antallet af brugere i husstanden (viser betydningen af antal døråbninger dagligt) betyder noget, men ikke meget. Selv et meget stort antal døråbninger dagligt vil i praksis maximalt stå for 25% af det samlede energiforbrug i brugsfasen. For et supermarkedskøleskab vil det være anderledes.

4.5 Anbefalinger fra miljødiagnosen

Et mere kvantitativt overblik over forbedringspotentialerne er nu etableret, og det gør det muligt at nuancere anbefalingerne fra miljøvurderingen og at blive mere konkret.

• Erstat CFC med ikke ozonnedbrydende gasser og undgå om muligt at anvende en drivhusgas. En mulig løsning er at bruge kulbrinter.
  
• Forøg isoleringstykkelsen, op til 200% er miljømæssigt fordelagtigt. Ved forøgelse af isoleringstykkelsen må der ikke anvendes drivhusgasser i skummet.
  
• Optimér fordamper, kompressor og kondensator. Størrelsesordenen af forbedringspotentialerne er den samme for alle tre, og de er store.
  

Dette er kun et lille udvalg af erkendelserne fra diagnosen. Konsekvenser af materialevalg, bortskaffelsesveje, levetider m.v. er også simuleret og bidrager tilsvarende til sætte proportioner på de muligheder, der findes for forbedringer.

5 Tekniske løsningsmuligheder

Billedet nuanceres yderligere ved en brainstorming på de tekniske løsningsmuligheder, der kan søges i de retninger, som anbefalingerne fra miljøvurderingen og miljødiagnosen udstikker. Når ideer til løsninger søges, ligger funktionshierarkiet fra figur 2 til grund, og løsninger søges på alle niveauer i hierarkiet, dvs. både konceptændringer, strukturændringer og ændringer på detailniveau indgår i overvejelserne. Som en inspiration for brainstormingen angives, at løsninger kan søges ad tre veje: 1) at skabe helt nye livsforløb, dvs. andre materialer, processer, komponenter og ruter for produktet, 2) at tilpasse produktet til de systemer, der findes i dets livsforløb og 3) at tilpasse systemerne til produktet. Der en meget overlap mellem disse måder at tænke på, og de er kun ment som inspiration til brainstormingen. Figur 5 illustrerer ideen for forskellige valg og alternativer i køleskabet, og i figur 6 er nogle af disse uddybet.

Figur 5.
Alternative løsningsmuligheder til de valg, der er truffet på konceptniveau, strukturniveau og detailniveau i køleskabet

Figur 6a.
Eksempler på konceptvalg og alternativer i køleskabet

Figur 6b.
Eksempler på strukturvalg, detailvalg og valg i omgivelserne samt
alternativer

Brainstormingen fører typisk til et stort antal ideer, der er mere eller mindre realistiske. Det er vigtigt at begrænse selvcensuren og lade kreativiteten få frit løb i denne fase. Bagefter skal ideerne vurderes både teknisk og forretningsmæssigt, og her udvælges de levedygtige. For køleskabet har brainstormingen ført til mere end 20 ideer til alternative løsninger, der alle vil medføre miljøforbedringer, se Wenzel (1996). Ca. 10 er implementeret i udviklingen af nye køleskabe.

6 Forretningsmæssig vurdering

To aspekter indgår i forretningsvurderingen, nemlig 1) indebærer ideen en besparelse eller en øget omkostning? og 2) hvordan prioriterer kunderne miljøegenskaberne? Mange ideer - i UMIP projektet viste det sig at være de fleste -viser sig at være omkostningsbesparende. Andre kan være omkostningsneutrale eller fordyrende. I så fald kan det være afgørende, om kunderne vil give øget præference til det miljøforbedrede produkt.

Gram A/S lavede i 1995 en kort vurdering af markedets miljøprioritering. Den er kort refereret i tabel 1.

Tabel 1.
Gram A/S‘ vurdering af nogle miljøprioriteringer på markedet 1995

Den forretningsmæssige vurdering skal så vidt muligt fremskrives til at gælde den periode, produkterne er på markedet. Den er en væsentlig del af projektet, og virksomhedernes bidrag er her væsentligt. Der findes metoder til sådanne markedsvurderinger fra kvalitetsområdet, Quality Function Deployment (QFD), og de er før med succes anvendt på miljøområdet.Når ideerne er vurderet teknisk og forretningsmæssigt, er det samlede grundlag til stede for at opstille retningslinier og anbefalinger til ledelsen, produktudviklerne, konstruktørerne og andre aktører i produkternes livsforløb.

7 Retningslinier og anbefalinger for ledelse, produktudviklere og væsentlige aktører i køleskabets livsforløb

Når de forskellige potentialer for forbedring af køleskabet betragtes, bliver det klart, at ingen enkelt aktør kan realisere alle potentialerne. De væsentligste aktører er selvfølgelig fremstillingsvirksomhedens ledelse, produktudviklere og konstruktører. Men for mange af forbedringspotentialernes vedkommende er de afhængige af en indsats fra andre aktører også. Herunder arkitekten, entreprenøren og køkkenleverandøren. Også myndigheder kan have en væsentlige rolle - fx at etablere standarder for dimesionerne af køleskabsmoduler i modulkøkkener eller at vedtage regler for forsvarlig bortskaffelse.

I tabel 2 på næste side er vist et stort antal retningslinier og anbefalinger. De er formuleret kortfattet for at begrænse notatets omfang, og fordi det væsentlige her er at præsentere ideen. Det er vist, hvilken aktør emnet retter sig mod, og hvilket niveau i produktets funktionshierarki emnet berører. Det er vigtigt at sikre en forståelse af, hvor i funktionshierarkiet den enkelte aktør befinder sig. og har mulighed for at øve indflydelse. Samtidig er vist hvilke grene af køleskabets familie og hvilke andre produkttyper med lignende funktioner, som emnet er relevant for.

Det bemærkes, at de anførte retningslinier og anbefalinger ikke er forretningsvurderede, som de burde være på dette punkt. Det har der endnu ikke været mulighed for i projektet. Nogle af dem ville derfor sandsynligvis blive sorteret fra ved en forretningsvurdering. Men de er medtaget her som inspiration og for at vise ideen i opdelingen på aktører.

Tabellen er struktureret sådan, at emner på konceptniveau nævnes først, derefter emner på strukturniveau og til sidst emner på detailniveau.

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel 2".

Tabel 2.
Retningslinier på konceptniveau - opdelt på aktører

8 Konklusion

• De miljømæssige erkendelser og anbefalinger genereres i tre trin:
  
• efter miljøvurderingen, hvor de væsentligste faser i livsforløbet, enkeltprocesser og kilder til miljøpåvirkninger og ressourceforbrug identificeres
  
• efter miljødiagnosen, hvor forbedringspotentialer er udpeget og kvantificeret
  
• efter den tekniske og forretningsmæssige vurdering, hvor konkrete ideer til miljø- og ressourcemæssigt bedre løsninger er opstillet og vurderet
  
• Retningslinierne nuanceres og konkretiseres gennem de tre trin.
  
• Forbedringspotentialerne og de afledte retningslinier og anbefalinger findes på alle niveauer i køleskabets funktionshierarki. Retningslinierne og anbefalingerne rettes derfor også mod alle niveauer og følgelig mod de aktører, der træffer beslutninger på de respektive niveauer - fra “udvikleren” af huset, til køkkenproducenten, til produktudvikleren af køleskabet og kompressoren til konstruktøren, der vælger konkrete løsninger og materialer. Og til myndighederne, der er ansvarlig for de systemrammer, der gør de rette valg mulige.
  
• For hvert forbedringspotentiale og anbefaling kan det relativt let afgøres for hvilke produkter i køleskabets familie og hvilke andre produkttyper med samme underfunktioner, den er gyldig.

9 Referencer

Wenzel H, Hauschild M og Rasmussen E (1996): Miljøvurdering af produkter. Miljøstyrelsen og Dansk Industri, København.

Wenzel H (red) (1996): Miljøvurdering i produktudviklingen - 5 eksempler. Miljøstyrelsen og Dansk Industri, København.

Willum O, Wenzel H og Lenau T (1998): Identifikation af produktfamilier. Notat nr. A117-5 af 29. maj 1998. Udkast til rapport fra fase 1 i projektet “Retningslinier for udvikling af produktfamilier inden for den elektromekaniske industri”

| Til Top | | Forside |