| Til bund | | Forside |

Miljøprojekt nr. 931, 2004

Sammenligning af energiforbrug til køling i supermarkeder

Forord

Resume

Summary

Nomenklatur

1 Indledning

2 Principiel opbygning af køleanlæggene

• 2.1 Konventionelt opbyggede anlæg
• 2.2 Kaskadeanlæg
• 2.3 Principiel layout af køledel af butik
• 2.4 Anlægsstørrelser

3 Måleprogram

4 Databehandling

• 4.1 Anvendte data
• 4.2 Beregning af kuldeydelse og effektoptag
• 4.3 Beregning af sammenlignelig energiforbrug

5 Sammenligning

• 5.1 Målt og beregnet energiforbrug
• 5.2 Middel effektfaktor og Carnot virkningsgrad
• 5.3 Forbrug på grundlag af middel effektfaktor
• 5.4 Forbrug på grundlag af referencebutik og aktuel COP
  • 5.4.1 Specificeret møbel-/rumdata
  • 5.4.2 Specificeret belastningsprofil

6 Konklusion

7 Yderligere analyser

8 Projektorganstation

Appendix A

Appendix B

Appendix C

Appendix D

Appendix E

Appendix F

Forord

Formålet med det foreliggende projekt der beskrives i denne rapport har været at udarbejde metoder til retvisende sammenligning af energiforbruget til køling i supermarkeder af forskellig størrelse og anlægsopbygning. Til grund for vurdering af metodernes egnethed er foretaget måling på fire supermarkeder.

Projektet er gennemført i samarbejde med Danfoss A/S, Findan A/S, ISO A/S, Institut for Produktudvikling (IPU) samt York Refrigeration A/S med økonomisk støtte fra Miljøstyrelsens Program for renere produkter med undertegnede som projektleder.

Konklusionerne i denne rapport er alene undertegnede ansvarlig for.

Lyngby den 18. marts 2004

Hans Jørgen Høgaard Knudsen

Resume

Formålet med det her omtalte projekt har været at sammenligne energiforbruget til køling i fire supermarkeder af sammenlignelig størrelse men med forskellig opbygning af køleanlægget. To af supermarkederne har nyudviklede kaskadeanlæg med CO₂ i lavtemperaturkredsen og R404A i højtemperaturkredsen og de to andre supermarkeder har konventionelt opbyggede køleanlæg med R404A. Energiforbruget er blevet målt over en periode på 5 måneder (1/8 til 31/12 2003). Da de fire anlæg dels har forskellig størrelse dels arbejder med forskellig kondenseringstemperatur på gund af varmegenvinding kan det målte energiforbrug ikke sammenlignes direkte. Der beregnes derfor et energiforbrug for et fiktivt supermarked baseret på de målte forbrug korriget til en specificeret kondenseringstemperatur.

Der er anvendt to modeller til beregning af et sammenligneligt energiforbrug. Den første model er baseret på en skalering af energiforbruget idet der som skaleringsfaktor er benyttet forholdet mellem det nominelle energiforbrug for den valgte reference butik og det nominelle energiforbrug for den aktuelle butik. Det nominelle behov er beregnet på grundlag af butikkens specifikation af forbrug i køle-og frostgondoler, kølereoler samt køle- og frostrum. Den anden model er baseret på en påtrykt belastning på henholdsvis køl og frost. Den påtrykte belastning er baseret på målingerne for måleperioden. På grundlag af disse målinger er opstillet relative belastningsprofiler. Det relative belastningsprofil udtrykker det øjeblikkelige kuldebehov som procent af det maksimale kuldebehov i hele måleperioden. For referenceanlægget er benyttet en maksimal belastning på kølesiden på 110 kW og en maksimal belastning på frostsiden på 40 kW. Endvidere er anlæggenes middel COP (forholdet mellem leveret kuldeydelse og forbrugt energi) i måleperioden beregnet.

Baseret på en skalering er energiforbruget for kaskadeanlæggene inklusiv energiforbrug til cirkulationspumpe ca. 2/3 af energiforbruget for de konventionelle anlæg. Men denne metode må imidlertid forkastes da den beregnede køleydelse for referenceanlægget afhænger af hvilket anlæg der er anvendt til beregning af køleydelsen. Årsagen hertil er metodens store følsomhed over for de nominelle data.

Energiforbruget beregnet på grundlag af et reference belastningsprofil er, inden for måleusikkerheden, ens for de to kaskadeanlæg og det ene af de konventionelle anlæg. De sidste konventionelle anlæg har et væsentligt større energiforbrug, hvilket må tilskrives den valgte kompressorbestykning.

Samme resultat fås ved af anvende belastningsprofilet sammen med middel COP for måleperioden.

For kaskadeanlæggene er energiforbruget til cirkulationspumpen ca. 10% af det totale energiforbrug. Det vil være muligt at reducere energiforbruget til cirkulationspumpen da den kører ureguleret dvs. med maksimalt flow uanset det øjeblikkelige behov.

Den endelige konklusion er, at kaskadeanlæggene har samme energiforbrug som et veldimensioneret konventionelt anlæg og det vil være muligt at reducere energiforbruget ved regulering af cirkulationspumpen.

Summary

The aim of the project presented in this report has been to compare the energy consumption for refrigeration in four supermarkets of approximately the same size but with different layout of the refrigeration system. Two of the supermarkets have newly developed cascade refrigeration systems with CO₂ in the low-temperature circuit and R404A in the high-temperature circuit. All the display cases were cooled by CO₂ with dry-expansion evaporators in the freezers and flooded evaporators in the refrigerators. The other two supermarkets have conventional multiplex refrigeration systems with R404A as refrigerant and dry-expansion evaporators in all display cases. The energy consumption was measured during a period of five month (1/8 – 31/12 2003). The energy consumption of the four systems cannot be compared directly because the systems were not the same size and their condensation temperatures were different due to heat recovery. Therefore, a reference supermarket is used, where the energy consumption is based on the measured energy consumptions corrected to the same reference condensations temperature.

Two models have been used to estimate the corrected energy consumption. The first model is based on a simple scaling factor calculated as the ratio between the nominal cooling capacity of the reference supermarket and the nominal cooling capacity of the actual supermarket. The nominal cooling capacity is calculated from the specification of the cooling needs for the individual display cases. The second model uses a prescribed load profile for the low and high temperature circuits of the refrigeration system. The load profile used is based on the measured load profile of one of the supermarkets during the period of measurement. The measured load profile is expressed as the ratio between the measured load and the highest load in the period of measurement. For the reference system the maximum high temperature load is set at 110 kW and the maximum low temperature load is set at 40 kW.

The mean COP (the ratio between the cooling load and the power supplied) has been calculated for the whole period of measurement.

According to the first model (scaling factor), the energy consumption of the cascade plants, including the pumping power for the flooded evaporators, is 2/3 of the energy consumption of the conventional multiplex system. This model has later been rejected because the calculated cooling load for the reference supermarket depends on which supermarket is used as a basis for the calculation, whereas only the power consumption of the reference supermarket should depend on which supermarket is used as a basis. The differences in cooling loads seem to be caused by a very high dependency of the nominal data.

According to the second model (load profile), the calculated energy consumptions of the two cascade systems and one of the multiplex systems were the same within the degree of measuring accuracy. The last multiplex system has a much higher energy consumption and the reason for this must be a lower efficiency of the compressors used.

For the cascade systems the energy consumption of the circulation pump for the flooded evaporators is approximately 10% of the total energy consumption. It is possible to reduce the energy consumption of the circulation pump by adjusting the capacity of the pump to the needs. At present the pump is running at full capacity independently of the actual need.

The over-all conclusion from the comparisons is that the new cascade systems have an energy consumption equal the energy consumption of a well dimensioned conventional refrigeration system and that it is possible to lower the energy consumption of the cascade system by implementing a control strategy for the circulation pump.

Nomenklatur

1 Indledning

I forbindelse med udfasning af CFC- og HCFC-kølemidlerne diskuteres hvorvidt kølemidlet i nye anlæg skal være HFC eller naturlige kølemidler. Problemet med HFC-kølemidlerne er deres meget høje drivhuseffekt (GWP) som i fremtiden kan føre til at også denne gruppe af kølemidler må udfases (I Danmark er gennemført forbud mod anvendelse i små og store anlæg fra 1. januar 2007). De umiddelbare anvendelige naturlige kølemidler har ikke denne ulempe men er ofte enten brændbare (HC-kølemidler) eller giftige (Ammoniak). Et alternativ der hverken er brændbart eller er klassificeret som giftigt er kuldioxid (CO₂). CO₂ har dog et par ulemper. For det første er den kritiske tempertur meget lav (31°C), hvilket har en negativ indvirkning på effektiviteten ved 1.trins drift, når omgivelsestemperaturer er tæt på eller over den kritiske temperatur. For det andet er trippelpunktstrykket over atmosfæretrykket (5,18 bar) hvilket stiller specielle krav til montering af sikkerhedsventiler, da der ved afblæsning af væske dannes fast CO₂. En anlægsudformning der ikke lider under den første ulempe er et kaskadeanlæg med CO₂ i lavtemperaturdelen og f.eks. propan eller propylen i højtemperaturkredsen. Højtemperaturkredsen kan bygges meget kompakt med en meget lille kølemiddelfyldning, hvilket kan minimere brændfaren.

I den foreliggende undersøgelse er sammenlignet energiforbrugt for 2 konventionelt opbyggede anlæg med R404A med energiforbruget for 2 nyudviklede kaskadeanlæg med CO₂ i lavtemperaturkredsen og R404A i højtemperaturkredsen. På grund af placeringen har det ikke været muligt at få godkendt propan/propylen i højtemperaturkredsen, hvorfor der er anvendt R404A. R404A fyldningen er dog meget lille sammenlignet med de konventionelt opbyggede anlæg.

2 Principiel opbygning af køleanlæggene

• 2.1 Konventionelt opbyggede anlæg
• 2.2 Kaskadeanlæg
• 2.3 Principiel layout af køledel af butik
• 2.4 Anlægsstørrelser

2.1 Konventionelt opbyggede anlæg

Anlæggene ISO-2 og ISO-4 er begge konventionelt opbyggede anlæg af parallel anlægstypen med separate kredse for henholdsvis køl og frost samt 1-trins kompression. Der anvendes R404A som kølemiddel. Der er direkte tørekspansions fordampning i køle- og frostmøblerne og kondensering sker i luftkølede kondensatorer monteret på bygningens tag. ISO-4 er forsynet med en varmeveksler mellem køl- og frostkredsen, men den har ikke været i drift i måleperioden. Endvidere er der i dette anlæg monteret varmevekslere til varmegenvinding af overhednings /kondenseringsvarmen. Figur 2.1 viser den principielle opbygning.

2.2 Kaskadeanlæg

Anlæggene ISO-1 og ISO-3 er de nyudviklede kaskadeanlæg. Der anvendes CO₂ i både køle- og frostmøbler. I frostmøblerne anvendes tørekspansion. Den fordampede CO₂ komprimeres til trykket i kølekredsen ved hjælp af CO₂ kompressorer. I kølemøblerne anvendes oversvømmede fordampere med pumpecirkulation. CO₂ dampen kondenseres i kaskadekøleren ved hjælp af fordampende R404A. R404A komprimeres til kondenseringstrykket ved hjælp af kompressorer og R404A dampen kondenseres i en kølevandskølet kondensator. Kølevandet afgiver kondenseringsvarmen til den omgivende luft i tørkølere placeret på taget. ISO-1 er forsynet med varmegevindingsvarmeveksler, der leverer al varmen til butikken. Figur 2.2 viser den principielle opbygning af kaskadeanlægget.

Figur 2.1. Principiel opbygning af ISOI-2 og ISO-4 anlæggene

Figur 2.2. Principiel opbygning af ISO-1 og ISO-3 anlæggene.

2.3 Principiel layout af køledel af butik

Alle fire anlæg har i princippet samme opbygning med hensyn til placering af kølemøblerne i butikken. Nedenstående Figur 2.3 illustrerer den principielle opbygning.

Figur 2.3. Principiel placerings af kølemøbler i butik

2.4 Anlægsstørrelser

De fire anlæg størrelse fremgår af nedenstående Tabel 2.1).

Tabel 2.1. Anlægsstørrelser

Af Tabel 2.1 ses at de fire anlæg er af forskellig størrelse dels absolut dels med hensyn til forholdet mellem de forskellige kølekategorier (Frost-, Køle-gondol, Kølereol, Køleøer, Køle-og Frost-rum).

Alle anlæg er forsynet med pulsbredde modulerede reguleringsventiler på alle fordampere.

3 Måleprogram.

For de fire anlæg måles effektoptag, indkoblet kompressor- og kondensatorkapacitet, trykkene på kompressorernes suge- og trykside, samt indsprøjtningsventilernes åbningsgrad, overhedningstemperatur ved fordamperafgang samt lufttemperatur for alle fordampere. Endvidere måles ude- og indetemperaturerne samt den relative fugtighed i butikkerne.

4 Databehandling

• 4.1 Anvendte data
• 4.2 Beregning af kuldeydelse og effektoptag
• 4.3 Beregning af sammenlignelig energiforbrug

4.1 Anvendte data

Data opsamles for de fleste målepunkters vedkommende med 2 minutters interval. På grund af den store datamængde reduceres de målte værdier til timemiddelværdier før de endelige beregninger foretages.

I Appendix F er vist udskrifter for de beregnede data for de fire anlæg.

4.2 Beregning af kuldeydelse og effektoptag

På grundlag af kompressorfabrikanternes data for de anvendte kompressorer er opstillet udtryk til bestemmelse af volumetrisk og isentropisk virkningsgrad som funktion af trykforholdet over kompressoren samt kondenseringstemperaturen.

Med de opstillede udtryk gengives fabrikanternes data i størstedelen af temperaturområdet bedre end 1% for kuldeydelse og bedre end 2% for effektoptag.

I Appendix A er angivet nærmere oplysningerne angående kompressorene.

På grundlag af de målte tryk og temperaturer samt indkoblet kompressorkapacitet kan ved anvendelse af ovenstående udtryk beregnes en kuldeydelse og en optagen effekt (Se Appendix E). Den på grundlag af kompressordata beregnede effekt sammenlignes med den målte effekt for at få en vurdering af den opstillede models nøjagtighed.

Endvidere beregnes den aktuelle effektfaktor (COP) samt Carnot effektiviteten. Da kondenseringstrykket kan være påvirket af varmegenvinding er også beregnet en korrigeret COP svarende til en kondenseringstemperatur på 30°C ved benyttelse af ovenstående kompressormodeller.

4.3 Beregning af sammenlignelig energiforbrug

Da de fire anlæg har forskellig størrelse kan det målte energiforbrug ikke sammenlignes direkte. Der beregnes derfor et energiforbrug for et fiktivt supermarked med en referencebelastning men med de målte COP'er. De således beregnede energiforbrug er direkte sammenlignelige, idet der til det beregnede energiforbrug for kompressorerne for henholdsvis ISO-1 og ISO-3 er adderet den målte pumpeenergi.

Energiforbruget beregnes dels for et døgn dels for hele måleperioden ved at summere det målte energiforbrug pr. time. Energiforbruget pr. time beregnet på grundlag af timemiddelværdier for effektoptaget.

Der er anvendt to modeller til beregning af et sammenligneligt energiforbrug. Den første model er baseret på en reference butik med en given specifikation af køle-og frostgondoler, kølereoler samt køle- og frostrum. En nærmere beskrivelse er givet i Appendix D. Den anden model er baseret på en påtrykt belastning på henholdsvis køl og frost. Den påtrykte belastning er baseret på målingerne for perioden 1/8 – 31/12 2003. På grundlag af disse målinger er opstillet relativt belastningsprofiler for de fire anlæg. Det relative belastningsprofil udtrykker det øjeblikkelige kuldebehov som procent af det maksimale kuldebehov i hele måleperioden. De relative belastningsprofiler for de fire anlæg er næstens ens, hvilket fremgår af Figur 4.1, som viser den relative belastning for køl for perioden 1/9 til 7/9 2003. I Appendix C er vist de relative belastningsprofiler for hele måleperioden samt for køl og frost i perioden 1/9 til 7/9 2004. Til de videre beregninger er anvendt det relative belastningsprofil for ISO-2 anlægget. For referenceanlægget anlæg er benyttet en maksimal belastning på kølesiden på 110 kW og en maksimal belastning på frostsiden på 40 kW. Nærmere beskrivelse af metoden er givet i Appendix E.

Figur 4.1. Relativt belastningsprofil for køl.

5 Sammenligning

• 5.1 Målt og beregnet energiforbrug
• 5.2 Middel effektfaktor og Carnot virkningsgrad
• 5.3 Forbrug på grundlag af middel effektfaktor
• 5.4 Forbrug på grundlag af referencebutik og aktuel COP
  • 5.4.1 Specificeret møbel-/rumdata
  • 5.4.2 Specificeret belastningsprofil

5.1 Målt og beregnet energiforbrug

Desværre har det vist sig at de målte energiforbrug for ISO-2 og ISO-4 ikke direkte kan sammenlignes med det beregnede energiforbrug, da det målte energiforbrug inkluderer forbruget til kantvarme, ventilatorer og afrimning. Der er derfor foretaget en korrektion for disse belastninger. På grundlag af målingerne er estimeret antal afrimninger pr. døgn samt varighed af afrimningen. Idet varmeleget forudsættes indkoblet i hele afrimningstiden er energiforbrug da bestemt. Endvidere er den ene energimåler for ISO-4 ophørt med at virke, men i februar 2004 har begge effektmålere været i funktion så februar kan benyttes til at sammenligne det beregnede og det målte energiforbrug. Afvigelsen mellem det således korrigerede energiforbrug pr. døgn og det beregnede energiforbrug pr. døgn er for februar mindre end 11% for ISO-2 medens ISO-4 giver en afvigelse på ca. 40% når der korrigeres for kantvarme m.m. Uden korrektion er afvigelsen mindre end 10%. For ISO-1 og ISO-3 er de målte forbrug direkte sammenlignelige med de beregnede forbrug når blot cirkulationspumpens ydelse adderes til det beregnede forbrug. For ISO-1 fås en afvigelse mellem målt og beregnet forbrug på ca. 20%, medens der er en kalibreringsfejl i forbindelse med energimålingen på ISO-3, da det målte energiforbrug er meget større end den installerede kompressoreffekt. I Februar 2004 blev forsøgt indlagt korrekt kalibreringsfaktor, men nu er det målte energiforbrug væsentligt lavere end det beregnede. Der bør derfor fortages en rekalibrering af denne måler.

(NB! Når der i det følgende tales om målt forbrug er det forbruget beregnet på grundlag af indkoblet kompressorkapacitet samt kompressorerne driftsparametre)

5.2 Middel effektfaktor og Carnot virkningsgrad

For perioden 1/8 til 31/12 2003 er beregnet anlæggenes middeleffektfaktor og Carnot virkningsgrad baseret på kondenserings- og fordampningstemperatur og uden hensyntagen til cirkulationspumpens forbrug. Resutatet fremgår af nedenstående Tabel 5.1.

Tabel 5.1. Middelværdier for COP og Carnot effektivitet.

I ovenstående tabel angiver indeks K kølekredsen, indeks F frostkredsen. indeks kor angiver at middelværdien er beregnet for en fastholdt kondenseringstemperatur på 30°C. For kaskadeanlæggene angiver indeks tot, at dataene for frostkredsen for kaskadeanlæggene er omregnet til en total COP/Carnot virkningsgrad for frostkredsen, idet frostkredsens andel af forbruget i højtemperaturkredsen er adderet til frostkredsens forbrug. Dette svarer til at have et kaskadeanlæg alene til frost.

Af Tabel 5.1 ses, at kaskadeanlæggene har en højere COP end de to andre anlæg. Endvidere ses, at anlæggene har næsten samme Carnot virkningsgrad i kølekredsen medens ISO-4 har en væsentlig lavere Carnot virkningsgrad i frostkredsen.

5.3 Forbrug på grundlag af middel effektfaktor

På grundlag af ovenstående middelværdier er beregnet et energiforbrug i måleperioden for det fiktive anlæg med referenceprofilet som belastning. Resultatet fremgår af nedenstående Tabel 5.2.

I Tabel 5.2 angiver (korrigeret) at energiforbruget er beregnet på grundlag af middelværdien for COP_kor med fast kondenseringstemperatur på 30°C meden (målt) angiver at energiforbruget er beregnet på grundlag af målt middelværdi for COP med den målte kondenseringstemperatur.

Tabel 5.2. Energiforbrug på grundlag af middel effektfaktor for perioden 1/8-31/12 2003

Som det ses af Tabel 5.2 har ISO-1, ISO-2 og ISO-3 næsten samme korrigeret forbrug medens ISO-4 har et næsten 20% højere forbrug. Med den målte middelværdi for COP har ISO-3 det laveste forbrug, ISO-1 har et ca. 10% højere forbrug, ISO-2 et ca.30% højere forbrug medens ISO-4 har et ca.50% højere forbrug end ISO-3. Det fremgår heraf umiddelbart, at kondenseringstemperaturen har en væsentlig indflydelse på energiforbruget. I middel har ISO-1 arbejdet med en kondenseringstemperatur på 28°C, ISO-2 med en temperatur på 38°C, ISO-3 med en temperatur på 28°C medens ISO-4 i den første halvdel af måleperioden har arbejdet med en kondenseringstemperatur på 32°C og i den sidste halvdel med en temperatur på 38°C. Denne ændring i kondenseringstemperaturen skyldes hensynet til varmebehovet, der dækkes ved hjælp af varmegenvinding fra kondensatorerne. Figur 5.1 viser forløbet af kondenseringstemperaturen i måleperioden.

Figur 5.1. Kondenserings- og fordampningstemperaturer.

Selv om ISO-1 og ISO-3 har indirekte luftkøling via en kølevandskreds har de lavere kondenseringstemperatur end anlæggene med direkte luftkølede kondensatorer, ISO-2 og ISO-4. Da kaskadeanlæggene anvender samme kølemiddel i højtemperaturkredsen som de klassisk opbyggede anlæg må konkluderes, at kaskadeanlæggene er forsynet med mere effektive/større varmeflader.

Af Figur 5.1 fremgår også, at kaskadeanlæggene arbejder med en fordampningstemperatur på –8°C i kølekredsen hvor de to andre anlæg arbejder med en fordampningstemperatur på –15°C. For frostkredsen haves tilsvarende fordampningstemperatur i kaskadeanlæggene på –30°C medens de andre anlæg arbejder med en fordampningstemperatur på –35°C. Da fordamperne efter det oplyste er ens i de fire anlæg kan den højere temperatur i kaskadeanlæggene kun skyldes det anvendte kølemiddels varmeoverførende egenskaber. For kølekredsen kan en del af den højere fordampningstemperatur for ISO-1 og ISO-3 også tilskrives, at disse anlæg arbejder med oversvømmede fordampere i kølekredsen. Den højere fordampningstemperatur medfører en bedre COP men på grund af pumpernes energiforbrug elimineres denne fordel. Som det fremgår af Tabel 5.2 udgør forbruget til cirkulationspumperne ca. 10% af det samlede energiforbrug. Det skal dog her også tilføjes, at cirkulationspumperne arbejder uregulerede dvs. på fuld kapacitet selv ved lav belastning. En formindskelse af energiforbruget kan forventes ved en kapacitetsregulering af cirkulationspumpen.

5.4 Forbrug på grundlag af referencebutik og aktuel COP

I forrige afsnit er anvendt middelbetragtning til vurdering af de fire anlæg. På grund af de varierende driftsbetingelser kan dette giver et forkert billede af de faktiske forhold, hvorfor der er gennemført beregning for referenceanlægget med den målte aktuelle COP. Der er benyttet to metoder til at fastlægge belastningen for referenceanlægget. I den første metode skaleres det målte forbrug på grundlag af en skaleringsfaktor baseret på de aktuelle specificerede møbel-/rumdata og i den anden metode er belastningen bestem på grundlag af en maksimal belastning og et reference belastningsprofil.

5.4.1 Specificeret møbel-/rumdata

På grundlag af målte værdier, midlet på timebasis, for fordampnings- og kondenseringstryk, indsugningstemperaturen til kompressorerne samt indkoblet kompressorkapacitet beregnes energiforbruget på grundlag af kompressorfabrikantens data. Forbruget korrigeres til et forbrug ved en given kondenseringstemperatur (30°C) for at eliminere indflydelsen fra forskellig driftsstrategi på kondensatorsiden (f.eks. varmegenvinding).

For de enkelte supermarkeder er opgivet data for de enkelte møbler og køle /frostrums nominelle kølebehov. Disse data er omregnet til et nominelt forbrug pr. m møbel og et forbrug pr. m³ rum. For gondolerne er forbruget beregnet pr. m omkreds dels for at medtage endegondolerne dels for at tage hensyn til, at en del af gondolerne er dobbeltgondoler.

Da det nominelle forbrug pr. m møbel og pr. m³ rum er forskellig for de enkelte supermarkeder (de nyeste supermarkeder har et lavere nominelt forbrug i møblerne) er beregnet en middelværdier for de fire supermarkeder. Der defineres et reference supermarked med en specificeret længde frostgondol (50m), kølegondol (50m), kølereol (35m), ekspeditionsdisk(12m), kølerum (350m³) samt frostrum (100m³). Det således valgte reference supermarked svaret til middelværdien for de fire supermarkederne.

Energiforbruget for de enkelte supermarkeder omregnes til et forbrug for reference supermarkedet idet det antages, at forholdet mellem det nominelle forbrug og det reelle forbrug for den aktuelle butik og for reference butikken er det samme svarende til at fordampningstemperaturen for reference supermarkedet svarer til den målte fordampningstemperatur.

For kaskadeanlæggene bestemmes først referencebelastningerne for henholdsvis frost og køl. Belastningen på højtemperatur anlægget er summen af belastningen for frost plus lavtemperatur kompressorernes arbejde plus belastningen fra kølemøblerne.

Den detaljerede beskrivelse af denne metode findes i Appendix D.

Figurer 5.2 viser en sammenligning af energiforbruget for september 2003, men forløbet er det samme for den øvrige måleperiode.

Figur 5.2 Energiforbrug for referencebutik på grundlag af målt energiforbrug (måned)

Figur 5.3 viser en sammenligning af energiforbruget for et enkelt døgn (1. september 2003)

Figur 5.3. Energiforbrug for referencebutik på grundlag af målt energiforbrug (døgn).

Af Figur 5.2 og Figur 5.3 fremgår, at energiforbruget for reference butikken med data fra ISO-1 og ISO-3 er ca. 2/3 af energiforbruget for reference butikken med data fra ISO-2 og ISO-4. En kritisk gennemgang af de beregnede energiforbrug for reference butikken viser imidlertid, at der ikke er samme belastning for reference butikken med data fra de fire supermarkeder, hvilket er vist i Figur 5.4 (belastning på køl).

ISO-1 og ISO-3 har en belastning på køl der er ca. 2/3 af belastningen på køl for ISO-2 og ISO-4, medens kun ISO-3 adskiller sig med hensyn til belastningen på frost, hvor ISO-1, ISO-2 og ISO-4 ligger væsentligt over ISO-3, Figur 5.5. Årsagen til denne variation i belastning kan delvis forklares med forskellig relativ belastning, q_målt/q_nominelt, som vist i Figur 5.6 og Figur 5.7. Af disse figurer fremgår at specielt ISO-4 har et belastningsprofil der afviger væsentligt fra de tre øvrige. Årsagen til denne afvigelse må skyldes, at skaleringsfaktoren, den nominelle belastning, er for usikker.

Det må konkluderes, at en "simpel" skalering baseret på nominelt kølebehov ikke giver et retvisende billede af supermarkedernes energiforbrug på grund af usikkerhed på det nominelle kølebehov.

Figur 5.4. Kølebelastning for referencebutik på grundlag af målt belastning (døgn).

Figur 5.5. Frostbelastning for referencebutik på grundlag af målt belastning (døgn).

Figur 5.6. Relativ belastning for køl (døgn).

Figur 5.7. Relativ belastning for frost (døgn).

5.4.2 Specificeret belastningsprofil

Som nævnt i afsnit 4.3 er genereret relative belastningsprofiler baseret på målingene for perioden 1/8 – 31/12 2003. Det relative belastningsprofil udtrykker det øjeblikkelige kuldebehov som procent af det maksimale kuldebehov i hele måleperioden. Til beregningerne er anvendt de relative belastningsprofiler for ISO-2 anlægget. For det referenceanlægget er benyttet en maksimal belastning på kølesiden på 110 kW og en maksimal belastning på frostsiden på 40 kW.

Den detaljerede beskrivelse af denne metode findes i Appendix E.

Denne metoder svarer til metoden omtalt i afsnit 5.3 men her anvendes den aktuelle COP i stedet for en middel COP sammen med belastningsprofilet for at bestemme energiforbruget.

Figur 5.8 og Figur 5.9 viser henholdsvis referencebelastningen og det tilsvarende totale effektoptag baseret på timemiddelværdier (pumpeforbrug inkluderet) for referenceanlægget over en uge med høj belastning. Tilsvarende viser Figur 5.10 og Figur 5.11 belastning og effektoptag for en uge med lav belastning. Af disse Figur 5.9 og Figur 5.11 fremgår at for samme belastningsprofil har ISO-1, ISO-2 og ISO-3 næsten samme effektoptag, medens ISO-4 har et væsentligt højere effektoptag. Årsagen til det væsentlige højere effektoptag for ISO-4 må tilskrives den lavere Carnot virkningsgrad for kompressorerne.

Det skal anføres, at alle butikkerne har sammenlignelige ydre driftsbetingelse: ude og inde temperatur samt fugtighed i butikken, se Figur 5.12 og Figur 5.13.

Figur 5.8. Referencebelastning ved høj belastning.

Figur 5.9. Effektoptag ved høj belastning.

Figur 5.10. Belastningsprofil ved lav belastning.

Figur 5.11. Effektoptag ved lav belastning.

Figur 5.12. Fugt og temperatur forhold ved høj belastning.

Figur 5.13. Fugt og temperatur forhold ved lav belastning.

6 Konklusion

På grundlag af de foranstående resultater kan konkluderes at kaskadeanlæggene har samme energiforbrug som et veldimensioneret klassisk opbygget anlæg.

For kaskadeanlæggene kan et mindre energiforbrug forventes ved en forbedret regulering af cirkulationspumperne.

Endvidere kan kaskadeanlæggenes energiforbruget reduceres ved en forbedret algoritme til indkobling af eleffekten i forbindelse med afrimning af de oversvømmede fordampere på køl. Afrimningen har i måleperioden fungeret på samme måde som med tørre fordampere, men ved afrimningens start har de oversvømmede fordampere en større væskefyldning end de tørre fordampere. Man kan derfor spare energi dels et direkte elforbrug til afrimningsvarmelegemerne dels et indirekte forbrug på kompressorerne. Det forøgede forbrug til kompressorerne skyldes, at væsken i fordamperne fordampes ved anvendelse af varmestavene og ikke som følge af nyttig kuldeydelse i fordamperen.

7 Yderligere analyser

De indsamlede data vil blive yderligere analyseret for undersøge om de højere fordampningstemperaturer har en positiv påvirkning på tilrimning af fordamperne.

8 Projektorganstation

Projektet er gennemført i samarbejde med Danfoss A/S, Findan A/S, ISO A/S, Institut for Produktudvikling (IPU) samt York Refrigeration A/S med økonomisk støtte fra Miljøstyrelsens Program for renere produkter.

Firmaerne takkes for medvirken til projektet gennemførelse.

En speciel tak for aktiv medvirken skal rettet til følgende personer::

Christian Bendtsen, Danfoss A/S
Alexander Cohr Pachai, York Refrigeration A/S
Mortens Juel Skovrup, IPU

Appendix A

ISO-1 Kaskadeanlæg.

Kompressorer:

Virkningsgrader:

Bitzer 6H-25.2Y med R404A

Volumetrisk virkningsgrad
Etav=(avA+bvA*Tc)+(avB+bvB*Tc)*Phi
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

avA = 1.008248481	bvA= -0.001394396505
avB= - 0.03589897282	bvB = 0.000294799292

Isentropisk virkningsgrad

EtaIs = (aisA+bisA*Tc)+(aisB+bisB*Tc)*Phi+(aisC+bisC*Tc) *Phi²
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

aisA = 0.5002052878	bisA = 0.002410386475
aisB = 0.0406335594	bisB = -0.0005551792135
aisC = -0.002661829944	bisC = 4.162626219E-0

Med de fundne konstanter gengives Bitzers data med bedre end 1.2% for kuldeydelsen og bedre end 3.7 % for kompressorens optagne effekt for -40°C<T0<-5°C og 30°C<Tc<50°C

Ved det aktuelle temperaturområde gengives dataene for kuldeydelsen bedre end 0.2% og for kompressorens optagne effekt bedre end 2.3%.

Bitzer 2EC-4.2K med R744

Volumetrisk virkningsgrad:
EtaV=ac(Tc)*(Phi-1.235)+0.9247
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanten er fundet til nedenstående værdi:
Ac=-0.111873903+0.0001737681367*Tc-6.613978021E-5*Tc*Tc

Isentropisk virkningsgrad:

EtaIs = A(T) + B(T)*Phi + C(T)*Phi*Phi

A = aA+bA*T+cA*T*T
aA = 0.7309844503	bA = 0.008370719891 cA = -0.0005993144145
B = aB+bB*T+cB*T*T
aB = -0.06575970538	bB = -0.002804107695 cB = 0.0005618800195
C = aC+bC*T+cC*T*T
aC = -0.001403356293	bC = -0.0004784304082 cC = -0.0001543907826

Med de fundne konstanter gengives Bitzers data med bedre end 0.2% for kuldeydelsen og bedre end 0.6 % for kompressorens optagne effekt for . -50°C<T0<-30°C og -20°C<Tc<-5°C

Tabel A1. Sammenligning mellem data og fit for Bitzer 6H-25.2Y

Tabel A2. Sammenligning mellem data og fit for Bitzer 2EC-4.2K

Figur A1 Volumetrisk virkningsgrad for Bitzer 6H-25.2Y

Figur A2 Isentropisk virkningsgrad for Bitzer 6H-25.2Y

Figur A3 Volumetrisk virkningsgrad for Bitzer 2EC-4.2K

Figur A4 Isentropisk virkningsgrad for Bitzer 2EC-4.2K

ISO-2 Konventionelt anlæg (Parallelanlæg).

Kompressorer:

Virkningsgrader:

Prestcold 400/0062 med R404A

Volumetrisk virkningsgrad
Etav=A+B*Phi
med Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:
A = 1.02740540205
B= - 0.03579218125

Isentropisk virkningsgrad

EtaIs=(aA+bA*Tc)+(aB+bB*Tc)*Phi+(aC+bC*Tc+cC*Tc*Tc)*Phi*Phi
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

aA=0.7164393767	bA=-0.001127291506
aB=- 0.001400215668	bB=0.0002732193155
aC=-0.0004715863813	bC=-3.18364179E-005 cC=4.11231621E-007

Med de fundne konstanter gengives Prestcold's data med bedre end 2.5% for kuldeydelsen og bedre end 5.6 % for kompressorens optagne effekt for -50°C<T0<-20°C og 25°C<Tc<55°C

Ved det aktuelle temperaturområde gengives dataene for kuldeydelsen bedre end 1.1% og for kompressorens optagne effekt bedre end 1.8%.

Tabel A3. Sammenligning mellem data og fit for Prestcold 400/0062

Figur A5 Volumetrisk virkningsgrad for Prestcol 400/0062

Figur A6 Isentropisk virkningsgrad for Prestcold 400/0062

ISO-3 Kaskadeanlæg.

Kompressorer:

Virkningsgrader:

Bitzer 4G-30.2Y med R404A

Volumetrisk virkningsgrad
Etav=(avA+bvA*Tc)+(avB+bvB*Tc)*Phi
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

avA = 0.9477344953	bv A= 0.000261552785
avB= - 0.03054324206	bvB = 0.0001098626795

Isentropisk virkningsgrad

EtaIs = (aisA+bisA*Tc)+(aisB+bisB*Tc)*Phi+(aisC+bisC*Tc) *Phi²
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

aisA = 0.4011203731	bisA = 0.004757772635
aisB = 0.06439495704	bisB = -0.000960675304
aisC = - 0.005133015726	bisC = 8.090878455E-005

Med de fundne konstanter gengives Bitzers data med bedre end 1.2% for kuldeydelsen og bedre end 4.2 % for kompressorens optagne effekt for -40°C<T0<-5°C og 30°C<Tc<50°C

Ved det aktuelle temperaturområde gengives dataene for kuldeydelsen bedre end 0.4% og for kompressorens optagne effekt bedre end 0.6%.

Bitzer 2HC-3.2K med R744

Volumetrisk virkningsgrad:
EtaV = aC(Tc)*(Phi-1.232) +0.9280
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanten er fundet til nedenstående værdi:
aC = -0.1119778613 + 0.0001747267099*Tc - 6.59837705E-005*Tc*Tc

Isentropisk virkningsgrad:
EtaIs = A(T) + B(T)*Phi + C(T)*Phi*Phi

A = aA+bA*T+cA*T*T
aA = 0.6460083817	bA = -0.001121194203 cA = -0.0008059707318
B = aB+bB*T+cB*T*T
aB = -0.009833249381	bB = 0.002792562938 bB = 0.0006477213502
C = aC+bC*T+cC*T*T
aC = -0.0100883472	bC = -0.001219987245 cC = -0.0001574917651

Med de fundne konstanter gengives Bitzers data med bedre end 0,4% for kuldeydelsen og bedre end 0.8 % for kompressorens optagne effekt for . -50°C<T0<-30°C og -20°C<Tc<-5°C

Tabel A6. Sammenligning mellem data og fit for Bitzer 4G-30.2Y

Tabel A7. Sammenligning mellem data og fit for Bitzer 2HC-3.2K

Figur A7 Volumetrisk virkningsgrad for Bitzer 4G-30.2Y

Figur A8 Isentropisk virkningsgrad for Bitzer 4G-30.2Y

Figur A9 Volumetrisk virkningsgrad for Bitzer 2HC-3.2K

Figur A10 Isentropisk virkningsgrad for Bitzer 2HC-3.2K

ISO-4 Konventionelt anlæg (Parallelanlæg).

Kompressorer:

Virkningsgrader:

Copeland Scroll ZS75K4E-TDW med R404A

Volumetrisk virkningsgrad
Etav = A0 + A1*Phi + A2*Phi² + A3*Phi³
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

A0 = B00 + B01*TC
B00 = 0.8214478092	B01 = 0.00329997321
A1 = B10 + B11*TC
B10 = 0.1172825484	B11 = -0.00207410084
A2 = B20 + B21*TC
B20 = - 0.02282297747	B21 = 0.000414526908
A3 = B30 + B31*TC
B30 = 0.001171081343	B31 = -2.174935134E-005

Isentropisk virkningsgrad
Etais = A0 + A1*Phi + A2*Phi² + A3*Phi³ + A4*Phi⁴
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanterne er fundet til nedenstående værdier:

Med de fundne konstanter gengives Copelands data med bedre end 0.3% for kuldeydelsen og bedre end 1.2 % for kompressorens optagne effekt for -30°C<T0<7C og 30°C<Tc<50°C

Ved det aktuelle temperaturområde gengives dataene for kuldeydelsen bedre end 0.2% og for kompressorens optagne effekt bedre end 2.3%.

Det skal dog bemærkes, at der beregnes en volumetrisk virkningsgrad større end 1 hvilket i følge Copeland skyldes definitionen af det geometriske volumen.

Copeland Scroll ZF33K4E med R404A

Volumetrisk virkningsgrad:
Etav = A0 + A1*Phi + A2*Phi²
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanten er fundet til nedenstående værdi:

A0 = B00 + B01*TC
B00 = 0.6982677504	B01 = 0.005518700035
A1 = B10 + B11*TC
B101 = 0.1509323406	B11 = -0.002710157905
A2 = B20 + B21*TC
B20 = - 0.01454138481	B21 = 0.0002681152023

Isentropisk virkningsgrad:
Etais = A0 + A1*Phi + A2*Phi² + A3Phi³
med Tc: Kondenseringstemperatur i °C og Phi som trykforholdet Pc/P0
Konstanten er fundet til nedenstående værdi:

A0 = B00 + B01*TC+B02*TC2
B00 = -1.080523234	B01 = 0.04605533767 B02 = - 0.0002515889379
A1 = B10 + B11*TC+B12*TC2
B10 = 0.996803734	B11 = - 0.03133601376 B12 = 0.0002370951748
A2 = B20 + B21*TC+B12*TC2
B20 = -0.1695294746	B21 =+ 0.006000855424 B22 = - 5.354749707E-005
A3 = B30 + B31*TC+B32*TC2
B30 = 0.008334185331	B31 = - 0.0003219284941 B32 = + 3.138676947E-006

Med de fundne konstanter gengives Copelands data med bedre end 2.5% for kuldeydelsen og bedre end3.2 % for kompressorens optagne effekt for -40°C<T0<5°C og 30°C<Tc<50°C. I det aktuelle temperaturinterval gengives kuldeydelsen bedre end 1.4% og kompressorens optagne effekt bedre end 0.7%

Det skal dog bemærkes, at der beregnes en volumetrisk virkningsgrad større end 1 hvilket i følge Copeland skyldes definitionen af det geometriske volumen.

Tabel A7 Copeland Scroll ZK75K4E

Tabel A8°Copeland Scroll ZF33K4E

Figur A11 Volumetrisk virkningsgrad for Copeland Scroll ZS75K4-TDW

Figur A12 Isentropisk virkningsgrad for Copeland Scroll ZS75K4E-TDW

Figur A13 Volumetrisk virkningsgrad for Copeland Scroll ZF33K4E-TDW

Figur A14 Isentropisk virkningsgrad for Copeland Scroll ZF33K4E-TDW

Appendix B

Middelværdier og maksimal belastning.

ISO-1
Antal datapunkter: NTidTot = 2646

COPKmmean = 3.535	Sigma = 0.226	min = 3.050	max = 4.120
COPKkormean = 3.417	Sigma = 0.033	min = 3.390	max = 3.450
COPFtotmean = 1.871	Sigma = 0.018	min = 1.540	max = 2.330
etaKmean = 0.490	Sigma = 0.008	min = 0.475	max = 0.502
etaFtotmean = 0.450	Sigma = 0.017	min = 0.366	max = 0.568

T0F mean = -29.7deg;C
TcF mean = -7.8°C
T0K mean = -8.0°C
TcK mean = 28.8°C
qKmax = 171 kW den 26. september kl. 11
qFmax = 45 kW den 9. december kl. 8

ISO-2
Antal datapunkter NtidTot = 3280

COPKmmean = 2.532	Sigma = 0.244	min = 2.250	max = 4.600
COPKkormean = 3.117	Sigma = 0.131	min = 2.990	max = 4.190
COPFmmean = 1.417	Sigma = 0.161	min = 1.280	max = 2.980
COPFkormean = 1.700	Sigma = 0.027	min = 1.640	max = 1.890
etaKmean = 0.507	Sigma = 0.013	min = 0.483	max = 0.600
etaFmean = 0.420	Sigma = 0.020	min = 0.400	max = 0.563

T0F mean = -34.7deg;C
TcF mean = 36.4deg;C
T0K mean = -15.1deg;C
qKmax = 176 kW den 13. august kl. 16
qFmax = 38 kW den 3. oktober kl. 14

ISO-3
Antal datapunkter NTidTot = 3136

COPKmmean = 4.198	Sigma = 0.343	min = 2.750	max = 4.840
COPKkormean = 3.407	Sigma = 0.013	min = 3.380	max = 4.840
COPFtotmean = 1.812	Sigma = 0.013	min = 1.770	max = 1.860
etaKmean = 0.482	Sigma = 0.007	min = 0.444	max = 0.498
etaFtotmean = 0.392	Sigma = 0.022	min = 0.363	max = 0.505

T0F mean = -29.9°C
TcF mean = -7.8°C
T0K mean = -8.0°C
TcK mean = 23.3°C
qKmax = 145 kW den 9. august kl. 16
qFmax = 32 kW den 14. oktober kl. 12

ISO-4
Antal datapunkter NTidTot = 2890

COPKmmean = 2.524	Sigma = 0.289	min = 1.520	max = 3.880
COPKkormean = 2.841	Sigma = 0.091	min = 2.450	max = 3.250
COPFmmean = 1.104	Sigma = 0.085	min = 0.790	max = 1.750
COPFkormean = 1.297	Sigma = 0.091	min = 1.120	max = 1.750
etaKmean = 0.469	Sigma = 0.015	min = 0.364	max = 0.504
etaFmean = 0.305	Sigma = 0.024	min = 0.215	max = 0.427

T0F mean = -35.6°C
TcF mean = 34.5°C
T0K mean = -14.4deg;C
TcK mean = 34.1deg;C
qKmax = 200 kW den 31. august kl. 8
qFmax = 56 kW den 15. oktober kl. 11

Appendix C

Figur C1. Belastningsprofil på køl for perioden 1/8-31/12 2003

Figur C2. Belastningsprofil på frost for perioden 1/8-31/12 2003

Appendix D

Referencebutik.
Belastning bestemt på grundlag af skalering af møbellængde/rumstørrelse.

Indledning

For at kunne sammenligne energiforbruget for de forskellige supermarkeder er det nødvendigt at referere til en standard butik. For standardbutikken fastsættes omkredsen af frost- og kølegondoler, længden af kølereoler og ekspeditionsdiske samt voluminet af køle- og frostrum. For at få belastningsvariationen med i energiforbruget antages forholdet mellem den aktuelle belastning og den nominelle belastning at være konstant. Den nominelle belastning er bestemt ud fra fabrikantens oplysninger om kølebehov for møbler og rum.

Procedure for beregning af sammenligneligt energiforbrug.

På grundlag af målte værdier, midlet på timebasis, for fordampnings- og kondenseringstryk, indsugningstemperaturen til kompressorerne samt indkoblet kompressorkapacitet beregnes effektoptaget på grundlag af kompressorfabrikantens data. Effekten korrigeres til en effekt ved en given kondenseringstemperatur (30°C) for at eliminere indflydelsen fra forskellig driftsstrategi på kondensatorsiden (f.eks. varmegenvinding).

For de enkelte supermarkeder er opgivet data for de enkelte møbler og køle/frostrums nominelle kølebehov. Disse data er omregnet til et nominelt forbrug pr. m møbel og et forbrug pr. m³ rum.

Da det nominelle forbrug pr. m møbel og pr. m³ rum er forskellig for de enkelte supermarkeder (de nyeste supermarkeder har et lavere nominelt forbrug i møblerne) er beregnet en middelværdier for de fire supermarkeder. Der defineres et reference supermarked med en specificeret omkreds frostgondol (50m) og kølegondol (50m), længde af kølereol (35m) og ekspeditionsdisk (12m), kølerum (350m³) samt frostrum (100m³). Det således valgte reference supermarked svaret til middelværdien for de fire supermarkederne.

Energiforbruget for de enkelte supermarkeder omregnes til et forbrug for reference supermarkedet idet det antages, at forholdet mellem det nominelle forbrug og det reelle forbrug er konstant svarende til at fordampningstemperaturen for reference supermarkedet svarer til den målte fordampningstemperatur.

For kaskadeanlæggene bestemmes først referencebelastningerne for henholdsvis frost og køl. Belastningen på højtemperatur anlægget er summen af belastningen for frost plus lavtemperatur kompressorernes arbejde plus belastningen fra kølemøblerne.

Beregning af energiforbrug på grundlag af kompressorfabrikantens data.

"Målt" aktuelt effektoptag.
Ud fra de målte data kan kuldeydelse og samt effektoptag ved reference kondenseringstemperaturen nu beregnes som følger:

Aktuel volumenstrøm beregnes på grundlag af målt trykforhold og indsugningstemperatur på grundlag af udtrykket:

I ovenstående udtryk er

Massestrømmen er derfor:

med:

Den "målte" køleydelse bliver da

med:

Og det korrigerede "målte" effektoptag:

med

h2kor,is(T2kor,is,v2kor,is)	Enthtalpi efter kompressor ved isentropisk kompression
	Isentropisk virkningsgrad
Pc.kor:	Kondenseringstryk ved reference kondenseringstemperatur
Tc,kor:	Reference kondenseringstemperaturer

Referencebelastning.

Konventionelt anlæg.

Kuldeydelserne for reference supermarkedet med separate kredse for køl og frost bestemmes ved hjælp af følgende procedure:

I ovenstående ligninger er:

og effektoptaget bestemmes som:

med

Kaskadeanlæg.
For kaskadeanlæggene beregnes kuldeydelse og effektoptag for frost-delen som angivet ovenfor for anlæg med separate kredse, dvs. at effektoptaget for referenceanlæggets frostdel er:

med

For kaskadeanlæggets køledel bestemmes belastningen fra møblerne og kølerum i referenceanlægget som:

med

og det samlede effektoptag for højtemperaturdelen bestemmes som:

Det samlede effektoptag for kaskadeanlægget er derfor:

Resultater.

Figurer D1 viser en sammenligning af energiforbruget pr. døgn for september 2003, men forløbet er det samme for den øvrige måleperiode.

Figur D2 viser en sammenligning af effektoptaget (timemiddelværdi) for et enkelt døgn (1. september 2003)

Af Figur D1 og Figur D2 fremgår, at energiforbruget for reference butikken med data fra ISO-1 og ISO-3 er ca. 2/3 af energiforbruget for reference butikken med data fra ISO-2 og ISO-4. En kritisk gennemgang af de beregnede energiforbrug for reference butikken viser imidlertid, at der ikke er samme belastning for reference butikken med data fra de fire supermarkeder, hvilket er vist i Figur D3 (belastning på køl) og Figur D4 (belastning på frost). ISO-1 og ISO-3 har en belastning på køl der er ca. 2/3 af belastningen på køl for ISO-2 og ISO-4, medens kun ISO-3 adskiller sig med hensyn til belastningen på frost, hvor ISO-1, ISO-2 og ISO-4 ligger væsentligt over ISO-3. Årsagen til denne variation i belastning kan delvis forklares med forskellig relativ belastning som vist i Figur D5 og Figur D6. Af disse figurer fremgår at specielt ISO-4 har et belastningsprofil der afviger væsentligt fra de tre øvrige. Årsagen til denne afvigelse må skyldes, at skaleringsfaktoren, den nominelle belastning, er for usikker.

Konklusion.

Det må konkluderes, at en "simpel" skalering baseret på nominelt kølebehov ikke giver et retvisende billede af supermarkedernes energiforbrug på grund af usikkerhed på det nominelle kølebehov.

Figur D1 Energiforbrug pr. døgn for referencebutik på grundlag af målt energiforbrug (måned).

Figur D2. Effektoptag for referencebutik på grundlag af målt energiforbrug (døgn).

Figur D3. Kølebelastning for referencebutik på grundlag af målt belastning (døgn).

Figur D4. Frostbelastning for referencebutik på grundlag af målt belastning (døgn).

Figur D5. Relativ belastning køl (døgn).

Figur D6. Relativ belastning frost (døgn).

Appendix E

Referencebutik.
Energiforbrug bestemt på grundlag af reference belastningsprofil og aktuel COP.

Indledning

For at kunne sammenligne energiforbruget for de forskellige supermarkeder er det nødvendigt at referere til en standard butik. For standardbutikken fastsættes belastning for henholdsvis frost og køl på grundlag af et belastningsprofil for perioden 1.8 .2003 til 31.12.2003 samt en maksimal belastning for henholdsvis frost og køl. Endvidere er fastlagt en reference kondenseringstemperaur på 30°C

Procedure for fastlæggelse af reference belastning.

På grundlag af målte kuldeydelser for de fire anlæg, midlet på timebasis, for perioden 1.8.2003 til 31.12.2003 er valgt at benytte målingerne fra ISO-2 til at generere et relativt belastningsprofil. Det relative belastningsprofil (q_rel) fremkommer som forholdet mellem den øjeblikkelige belastning (Q_aktuel) og den maksimale belastning i perioden (Q_max):

q_rel = Q_aktuel/Q_max

I Appendix B er angivet maksimal belastning samt tidspunkt for den målte maksimale belastning. For reference butikken er valgt en maksimal belastning på køl på 110 kW og en maksimal belastning på frost på 40 kW.

Årsagen til at ISO-2 er valgt som reference for det dimensionsløse profil skyldes, at målingerne for dette anlæg udgør det mest komplette sæt af de fire anlæg. En sammenligning af butikkernes belastningsprofiler findes i Appendix C.

Beregning af effektforbrug på grundlag reference belastning.

Aktuelt COP.
Ud fra de målte data kan kuldeydelse og samt effektforbrug ved reference kondenseringstemperaturen nu beregnes som følger:

Aktuel volumenstrøm beregnes på grundlag af målt trykforhold og indsugningstemperatur på grundlag af udtrykket:

I ovenstående udtryk er

Massestrømmen er derfor:

med:

Den "målte" køleydelse bliver da

med:

Og det korrigerede "målte" effektoptag:

med

Og dermed

Referenceeffekt.

Konventionelt anlæg.

Reference belastning for køl henholdsvis frost bestemmes som

og effektforbruget bestemmes som:

med

Kaskadeanlæg.

For kaskadeanlæggene beregnes kuldeydelse og effektforbrug for frost-delen som angivet ovenfor for anlæg med separate kredse, dvs. at effektforbruget for referenceanlæggets frostdel er:

med

For kaskadeanlæggets køledel er den samlede belastning summen afl kølebelastningen fra møblerne og kølerum bestemt ud fra reference belastningsprofil og kondensatorydelse for frostdelen bestemt som summen af kuldeydelse og effektoptag:

med

Det samlede effektforbrug for kaskadeanlægget er derfor:

Resultater.

Figur E1 og Figur E2 viser henholdsvis referencebelastningen og det tilsvarende totale effektoptag (timemiddelværdi) for de fire anlæg over en uge med høj belastning. Effekt til pumpe er inkluderet for anlæg med pumpecirkulation Tilsvarende viser Figur E3 og Figur E7 belastning og effektoptag for en uge med lav belastning. Af Figur E2 og Figur E4 fremgår at for samme belastningsprofil har ISO-1, ISO-2 og ISO-3 næsten samme effektoptag, medens ISO-4 har et væsentligt højere effektoptafnergiforbrug.

Det skal anføres, at alle butikkerne har sammenlignelige ydre driftsbetingelse: ude og inde temperatur samt fugtighed i butikken, se Figur E5 og Figur E6.

Årsagen til det væsentlige højere effektoptag for ISO-4 må tilskrives den lavere isentropiske virkningsgrad for de anvendte kompressorer ved de herskende driftsbetingelser (trykforhold). Det aktuelle trykforhold er væsentligt højere end det til det indbyggede volumenforhold svarende trykforhold. De tre øvrige anlæg har ikke samme afhængighed af trykforholdet da kompressorerne her er stempelkompressorer. Se Appendix A.

Konklusion.

På grundlag af de foreliggende resultater kan konkluderes at kaskadeanlæggene for samme påtrykte belastningsprofil har samme energiforbrug som et normalt dimensioneret klassisk opbygget anlæg med stempelkompressorer.

Figur E1. Referencebelastning ved høj belastning.

Figur E2. Effektoptag ved høj belastning

Figur E3. Belastningsprofil ved lav belastning

Figur E4. Effektoptag ved lav belastning.

Figur E5. Fugt og temperatur forhold ved høj belastning.

Figur E6. Fugt og temperatur forhold ved lav belastning.

Appendix F

Eksempler på resultatfiler.

1. Indledning.

I det følgende givet eksempler på resultater, der er genereret på grundlag af de målte data. På grund af den principielle forskel i anlægsopbygning er resultatfilerne ikke helt ens, men parvis er de ens dvs. ISO-1 og ISO-3 har ens udseende og ISO-2 og ISO-4 har ligeledes ens udseende.

Der er to typer filer: Den første type indeholder opsummeret døgnforbrug/ydelse for en måned og den anden type indeholder timeværdier for et døgn.

Den første del af filnavnet for månedsværdier er X_AAMM medens den første del af filnavnet for døgnværdierne er X_AAMMDD hvor

X: Specificere anlæg (F: ISO-1, H: ISO, S: ISO-3 og V: ISO-4)
AA: År (03 eller 04)
MM: Måned (Januar: 01, Februar: 02,.....,December:12)
DD: Dag i måneden (01,02,.....,31).

2. Månedsudskrift. Filtype X_AAMMc.res

Disse filer indeholder energiforbruget pr døgn beregnet og målt samt afvigelsen mellem målt og beregnet energiforbrug.

ISO-1 og ISO-3:

wF:	kWh/døgn.	Beregnet energiforbrug pr. døgn til frostkompressorerne.
wK:	kWh/døgn.	Beregnet energiforbrug pr. døgn til kølekompressorerne.
wP:	kWh/døgn	Målt energiforbrug pr. døgn til cirkulationspumpe pr. døgn.
wTot:	kWh/døgn.	Beregnet totalt energiforbrug pr. døgn til frost- og kølekompressorerne samt cirkulationspumpe.
wTotm:	kWh/døgn.	Målt totalt energiforbrug.
DwTot:	%/kWh.	Afvigelse mellem beregnet og målt totalt energiforbrug pr. døgn.
WRefm:	kWh/døgn	Beregnet energiforbrug pr. døgn til frostkompressorerne for referencebutik på grundlag af skalering af møbel/rumdata.
wKrefm:	kWh/døgn.	Beregnet energiforbrug pr. døgn til kølekompressorerne for referencebutik på grundlag af skalering af møbel/rumdata.
Totref:	kWh/døgn.	Beregnet totalt energiforbrug pr. døgn til for referencebutik på grundlag af skalering af møbel/ rumdata.

ISO-2 og ISO-4.

wKm:	kWh/døgn	Målt energiforbrug pr. døgn til kølekompressorerne incl. kantvarme, elafrimning og ventilatorer.
wK:	kWh/døgn	Beregnet energiforbrug pr. døgn til kølekompressorerne.
DwK:	%/kWh	Afvigelse mellem beregnet og målt energiforbrug pr. døgn til kølekompressorerne uden korrektion for kantvarme m.m.
wFm:	kWh/døgn	Målt energiforbrug pr. døgn til frostkompressorerne incl. kantvarme, elafrimning og ventilatorer.
wFK:	kWh/døgn	Beregnet energiforbrug pr. døgn til frostkompressorerne.
DwF:	%/kWh	Afvigelse mellem beregnet og målt energiforbrug pr. døgn til frostkompressorerne uden korrektion for kantvarme m.m..
wKm+wFm:	kWh/døgn	Målt totalt energiforbrug til køleanlæg incl. kantvarme m.m.
DwTot:	kWh/døgn	Afvigelse mellem målt og beregnet energiforbrug til kompressorerne uden korrektion for kantvarme m.m.
DwTot:	%	Afvigelse mellem målt og beregnet energiforbrug til kompressorerne med korrektion for kantvarme m.m. Kun ISO-2.( Kantvarme m.m. 297 kWh/døgn)

3. Døgnudskrift. Filtype X_AAMMDDc.res

Disse filer indeholder fordampnings- og kondenseringstemperatur, trykforhold, volumetrisk isentropisk virkningsgrad samt kuldeydelse og effektforbrug midlet over en time for frost og køl.

Samme indhold for alle de fire anlæg.

T0K:	C	Fordampningstemperatur for køl
TcK:	C	Kondenseringstemperatur for køl.
PratioK:	-	Trykforhold for kølekompressorerne.
EtavK:	-	Volumetrisk virkningsgrad for kølekompressorerne.
EtaisK:	-	Isentropisk virkningsgrad for kølekompressorerne.
qK:	kW	Kuldeydelse på køl.
wK:	kW	Effekt til kølekompressorerne
T0F:	C	Fordampningstemperatur for frost
TcF:	C	Kondenseringstemperatur forfrost.
PratioF:	-	Trykforhold for frostkompressorerne.
EtavF:	-	Volumetrisk virkningsgrad for frostkompressorerne.
EtaisF:	-	Isentropisk virkningsgrad for frostkompressorerne.
qF:	kW	Kuldeydelse på frost.
wF:	kW	Effekt til frostkompressorerne

4. Døgnudskrift. Filtype X_AAMMDDfugt.res

Disse filer indeholder fordampnings- og kondenseringstemperatur, relativ kuldeydelse COP, carnot virkningsgrad for køl og frost samt inde- og udetemperatur og fugtighed i butik.

Filerne er næsten ens for de fire anlæg men ISO-1 og ISO-3 indeholde i forhold til ISO-2 og ISO-4 COP og Carnot virkningsgrad for frost total dvs. inklusiv det arbejde er udføres af køledelen. Dette svarer til at have et kaskadeanlæg der kun arbejder på frost.

5. Døgnudskrift. Filtype X_AAMMDDrbutik.res

Disse filer indeholder normeret kuldeydelse samt ydelser og totalt effektoptag for referencebutik på grundlag af skalering af møbel/rumdata.

6 Udskrifter for de fire butikker.

Se udskrift fra ISO 1 pr. måned - Fil: X_AAMMc.res her

Se udskrift fra ISO 2 pr. måned - Fil: X_AAMMc.res her

Se udskrift fra ISO 3 pr. måned - Fil: X_AAMMc.res her

Se udskrift fra ISO 4 pr. måned - Fil: X_AAMMc.res her

Se udskrift fra ISO 1 pr. time - Fil: X_AADDc.res her

Se udskrift fra ISO 2 pr. time - Fil: X_AADDc.res her

Se udskrift fra ISO 3 pr. time - Fil: X_AADDc.res her

Se udskrift fra ISO 4 pr. time - Fil: X_AADDc.res her

Se udskrift fra ISO 1 pr. dag - Fil: X_AADDfrugt.res her

Se udskrift fra ISO 2 pr. dag - Fil: X_AADDfrugt.res her

Se udskrift fra ISO 3 pr. dag - Fil: X_AADDfrugt.res her

Se udskrift fra ISO 4 pr. dag - Fil: X_AADDfrugt.res her

| Til Top | | Forside |

Version 1.0 Juni 2004 • © Miljøstyrelsen.