| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Vurdering af mulighederne for at erstatte kraftige drifthusgasser (HFC'er, PFC'er og SF₆)

Appendiks B: Kommercielle køleanlæg

B.1 Anlægstyper
B.2 Applikationer
B.3 Vurdering

Dette appendiks er skrevet i samarbejde med civilingeniør Kim Gardø Christensen, Teknologisk Institut.

Kommercielle køleanlæg er anlæg, som f.eks. anvendes til køling i supermarkeder og specialbutikker samt på hoteller og i restaurationer. Det vil sige i handels- og serviceområdet, landbrug og gartneri.

Ifølge Miljøstyrelsens opgørelse /1/ blev der i 1999 benyttet 319 tons HFC-kølemiddel på "Kommercielle stationære køleanlæg og A/C-anlæg".

Forbrug af HFC-kølemiddel i kommercielle stationære køleanlæg og A/C-anlæg i 1999. Tallene er fra Miljøstyrelsens årlige opgørelse, som foretages af COWI.

Det kommercielle køleområde er det mest "brogede" område inden for køleindustrien. Der er et stort antal virksomheder, som sælger og installerer køleanlæg. Køleanlæggene sammensættes ofte af standardkomponenter, som indkøbes. For visse kommercielle køleanlæg (i supermarkeder) er der lange rørstrækninger involveret, og lækageraten har tidligere været meget stor (i størrelsesordenen 20-25% af kølemiddelfyldningen om året). I de senere år er der gjort meget fra brancheorganisationen AKB (Autoriserede Kølefirmaers Brancheforening) og de to køleforeninger (Dansk Køleforening og Selskabet for Køleteknik) for at reducere utætheder og dermed formindske emissionen. Det betyder, at emissionen af nyere supermarkedskøleanlæg er reduceret til af størrelsesordenen 10% om året.

De kommercielle køleanlæg udgør en meget stor økonomisk værdi, idet der er mange af dem. Samtidig er der et utal af varianter af køleanlæg, og derfor er der i dette afsnit gennemført en analyse af de forskellige typer og status for alternative anlæg, som ikke benytter HFC-kølemiddel.

Afsnittet er delt op i to sektioner, hvor den første beskæftiger sig med anlægstyper, idet disse er opdelt i 4 kategorier: Plug-in-units, splitanlæg, chillers og maskinanlæg. Det andet afsnit omhandler applikationerne, som er opdelt i supermarkeder, specialbutikker, kiosker, hoteller, restauranter og landbrug.

Til sidst er foretaget en samlet vurdering af det kommercielle køleområde.

B.1 Anlægstyper

Plug-in

Plug-in-kølesystemer benyttes primært i handel og service. Der er tale om små enheder, som kan sammenlignes med flaskekølere og iscremefrysere samt større enheder som f.eks. små kølereoler og diverse specialmaskiner. Plug-in-apparaterne kan opdeles i store og små anlæg. De små plug-in-enheder kan benytte kulbrinter, men de større er problematiske pga., at fyldningerne med kulbrinter vil overstige 200-300 gram. De store plug-in-køleanlæg (over ca. 2 kW i kuldeydelse) anvendes mange forskellige steder i mange forskellige afskygninger. Mange supermarkeder anvender stadig mange store plug-in-apparater/-møbler i form af kølereoler og gondoler med egen kompressor og kondensator. Disse møbler anvendes også i stor udstrækning i den øvrige detailhandel, i kiosker og på servicestationer samt i hotel- og restaurationsbranchen. De store plug-in-møbler er ofte billige, præfabrikerede enheder, der er nemme at opstille og billige at servicere. Endvidere har disse møbler den fordel i forhold til remotekølemøbler, at de nemt kan rykkes rundt på i forretningen. Denne fleksibilitet prioriteres meget højt i nogle butikker. Ud over de nævnte typer af anlæg findes en lang række specialmaskiner. Her tænkes på multikølere til sodavand og øl i barer og restauranter, ismaskiner f.eks. placeret i fiskehandlere samt andre typer, hvor ydelser og fyldninger er så store, at det ikke umiddelbart kan forsvares at anvende kulbrinter som kølemiddel. Det vurderes, at det vil blive nødvendigt at anvende indirekte køling i mange af applikationerne, hvor der tidligere har været anvendt plug-in-udstyr.

Splitanlæg

Splitanlæggene dækker over en bred vifte af applikationer. Anlæggene er opbygget af to units. Den ene unit: fordamperen placeres i køle- eller frostrummet eller for den sags skyld i lokalet, som ønskes klimatiseret (A/C). Den anden unit: kompressor- og kondensatordelen (det kaldes samlet kondenseringsuniten) placeres ofte udendørs eller i kældre. Denne del afgiver varmen til omgivelserne. Ofte er splitanlæggene præfabrikerede (primært til A/C), hvor kølemidlet allerede er påfyldt ved levering af anlægget. Ved sammenkobling af de to units brydes en kapsel, og kølemidlet kan strømme fra kondenseringsdelen til fordamperdelen. Denne type anlæg leveres af f.eks. Panasonic, Toshiba, Carrier og Daikin (primært til A/C). Splitanlæggene kan også opbygges ved installering af en kondenseringsunit fra f.eks. Danfoss, hvortil der sammenkobles en fordamperflade efter eget ønske.

Splitunits anvendes i stor udstrækning inden for detailhandel samt hotel- og restaurationsbranchen. De anvendes til køle- og frostrum, A/C samt remotekølemøbler. Anvendelsen af splitanlæggene giver fordele i forhold til plug-in-systemerne, ved at kondensatorvarmen ikke afgives til selve lokalet, samt ved at støjproblemer undgås.

Splitanlæggene dækker over et problem mht. konvertering til andre kølemidler. Man vil næppe give lov til at anvende kulbrinter til A/C eller i forbindelse med apparater/møbler placeret i offentlige lokaler, medmindre fyldningen er begrænset. CO₂ er en mulighed, men systemet bliver sandsynligvis væsentligt dyrere i disse små units bl.a. pga. de høje tryk og dermed forhøjede krav til komponenter. Endvidere vil det med CO₂ være vanskeligt at konkurrere energimæssigt med optimerede, konventionelle HFC-units. Dog vil kulbrinter ofte kunne anvendes f.eks. ved anvendelse af indirekte køling, men vi skal huske på, at udstyret kapacitetsmæssigt er småt specielt i forbindelse med køling i specialbutikker, kiosker, servicestationer og restauranter. Det kan i dette område være svært at finde konkurrencedygtige alternativer. Prismæssigt vil små indirekte units være væsentlig dyrere end de konventionelle splitanlæg, og energiforbruget vil også utvivlsomt være større.

Chillers

Chillers (eller væskekølere) er kompakte køleanlæg, som nedkøler en væske, f.eks. vand til proceskøling eller A/C i større bygninger m.v.

På dette område ses ikke nogle større problemer, da udstyret per definition er indirekte, og kulbrinter derfor kan anvendes med visse modifikationer af udstyret. Chilleranlæggene er ofte større præfabrikerede anlæg med kapaciteter over 20 kW. Der findes endvidere allerede en del udstyr på markedet, der anvender kulbrinter som kølemiddel. Præfabrikerede chillers til kapaciteter under 20 kW køleydelse findes (så vidt vides) endnu ikke med naturlige kølemidler.

Kompressoranlæg (maskinanlæg)

Kompressoranlæg anvendes i stor udstrækning i mellemstore og store supermarkeder. Endvidere ses kompressoranlæg anvendt til større køle-/frostrum samt til køleanlæg inden for landbruget. Anlæggene er karakteriseret ved, at der på fordampersiden parallelkobles et antal remotemøbler/fordampere, mens kondensatoren ligeledes er remotekoblet. Kompressoranlægget, der typisk har kuldeydelser over 15-20 kW, er placeret i et maskinrum, mens kondensatoren er placeret udendørs f.eks. på taget af bygningen.

Der er i Danmark og især i Sverige bygget adskillige kompressoranlæg i forbindelse med supermarkeder, hvor kulbrinter anvendes som primært kølemiddel. I selve butikken anvendes CO₂ som kølemiddel på frosten, mens konventionelle briner som propylenglykol anvendes som sekundært kølemiddel på kølen.

Se her!

Figuren viser skematisk opbygning af semi-indirekte køleanlæg med propan og CO₂ i demonstrationsanlæg i LokalBrugsen i Odense. /2/.

B.2 Applikationer

Energiforbrug

Ca. 15% af det totale danske elforbrug anvendes til drift af køle- og fryseudstyr.

DEFU har opgjort elforbrug til køling fordelt på brancher inklusiv husholdninger i 1993 /3/.

Energiforbrug til køling
   

Elforbrug til køling i Danmark /3/.

Som det fremgår er elforbruget til køling domineret af først og fremmest de private husholdninger, som udgør 48% (1900 GWh/år). For de øvrige brancher stammer de individuelle forbrug fra få dominerende forbrugsgrupper /4/:

Energiforbrug og kølemiddelfyldning i handel og service

Det vurderes, at det samlede energiforbrug til køling og A/C inden for handel og service ligger omkring 870 GWh/år, hvoraf ca. 240 GWh/år går til luftkonditionering. Af de 630 GWh/år, der går til køling, går 450 GWh/år til køling i supermarkeder.

Figuren viser elforbruget i fire forskellige kategorier inden for handel og service.

Handel- og serviceområdet er i det efterfølgende opdelt i følgende fire kategorier:

Supermarkeder og købmænd: Dækker hele det område, vi normalt forstår som dagligvarebutikker fra de helt små til de helt store.

Nærbutikker: Dette område dækker over servicestationer og kiosker.

Øvrige fødevarebutikker: Dette område dækker over alle specialbutikker såsom slagtere, ostehandlere og lign.

Hotel og restauration: Dækker over hoteller, moteller, kroer, restauranter, cafeer, cafeterier, kantiner og catering.

Supermarkeder og købmænd

Supermarkeder er den største forbruger af køleteknisk udstyr inden for handel- og serviceerhvervene. I Danmark findes ca. 2.200 supermarkeder, hvor fødevarer udstilles i enten køle- eller frysediske/-reoler. Den alt overvejende del af køle- og frysemøbler i supermarkeder er tilsluttet remoteanlæg (maskinanlæg), men også plug-in møbler er meget anvendte. Endvidere findes der ca. 2000 små købmandsbutikker. Køleanlæggene er primært udformet som kompressoranlæg/remoteanlæg eller i de mindre butikker som splitanlæg.

Supermarkederne spænder vidt fra meget små butikker til de helt store. Nedenstående tabel viser, hvorledes belastningen på hhv. køl og frost er fordelt for forskellige supermarkeder.

Det vurderes, at den samlede fyldning inden for dagligvarebutikker ligger på omkring 350-400 tons.

Anlæggene er typisk store, og det er vist både i DK og andre europæiske lande, hvorledes anlæg med naturlige kølemidler kan anvendes.

Alternativ teknologi:

Kompressoranlæg: Anlæggene kan være indirekte eller semi-indirekte med kulbrinter og CO₂
Pris: +10% for de større anlæg/+15% for de mindre
Energiforbrug: ± 5%

Splitanlæg: Anlæggene vil typisk være indirekte med kulbrinter og en konventionel brine (der kræves udvikling)
Pris: +20%
Energiforbrug: +10%

Kiosker og servicestationer

Det vurderes, at der findes ca. 1700 servicestationer i DK og 900 kiosker /5/. Til disse butikker anvendes primært plug-in-udstyr samt splitanlæg. Det samlede energiforbrug til køling ligger omkring 45 GWh/år. Antallet af anlæg varierer med butikken størrelse. Det vurderes, at butikkerne har 4-8 anlæg opstillet, hvoraf størstedelen dog er mindre plug-in-anlæg, som kan leveres med kulbrinter som kølemiddel. Kølemiddelfyldningen er omkring 10 tons.

Alternativ teknologi:

Kompressoranlæg: Anlæggene kan være indirekte eller semi-indirekte med kulbrinter og CO₂ (der kræves udvikling)
Pris: +20% for disse anlæg (der ikke er ret store, derfor relativ stor ekstraomkostning)
Energiforbrug: ± 5%   

Splitanlæg: Anlæggene vil typisk være indirekte med kulbrinter og en konventionel brine (der kræves udvikling)
Pris: +20%
Energiforbrug: +10%   

Plug-in-anlæg: De små plug-in-anlæg er allerede på markedet, mens der for de større ikke umiddelbart findes alternativ (der kræves udvikling). Det vil sandsynligvis være nødvendigt at erstatte de større plug-in-anlæg med indirekte køling.
Pris: ± 5% for de små plug-in-anlæg/+30% for de større (indirekte køling)
Energiforbrug: -5% for de små plug-in-anlæg/+15% for de større (indirekte køling)

Øvrige butikker

Dette område dækker over alle specialbutikker såsom slagtere, fiskehandlere, ostehandlere, bagere og lign. Butikkerne er meget forskelligt udrustet, hvor der også er installeres specialudstyr afhængigt af butikkens formål.

Anlæggene er primært udført som plug-in-typer eller som splitanlæg. En del af udstyret er specialudstyr. Her kan bl.a. nævnes skælismaskiner i fiskehandlere.

Alternativ teknologi:

Kompressoranlæg/parallelanlæg: Anlæggene kan være indirekte eller semi-indirekte med kulbrinter og CO₂ (der kræves udvikling)
Pris: +20% for disse anlæg, der ikke er ret store
Energiforbrug: ± 5%   

Splitanlæg: Anlæggene vil typisk være indirekte med kulbrinter og en konventionel brine (der kræves udvikling)
Pris: +20%
Energiforbrug: +10%   

Plug-in-anlæg: De små plug-in-anlæg er allerede på markedet, mens der for de større ikke umiddelbart findes alternativ (der kræves udvikling). Det vil sandsynligvis være nødvendigt at erstatte de større plug-in-anlæg med indirekte køling. Noget af specialudstyret vil være meget vanskeligt at konvertere.
Pris: ± 5% for de små plug-in-anlæg/+30% for de større (indirekte)
Energiforbrug: -5% for de små plug-in-anlæg/+15% for de større (indirekte)

Hotel og restauration

Med undtagelse af de mindste enheder, dvs. cafeer, cafeterier og grillbarer, findes der i restauranter kølerum til opbevaring af animalske produkter, svalerum til grøntsager og eventuelt et mindre frostrum. Hertil kommer et varierende antal køle- og fryseskabe i køkkenlokalet samt eventuelle kølemontre, isterningmaskiner samt fadøl- og flaskekølere.

Der er typisk tale om separate plug-in-enheder eller splitanlæg (4-6 stk.), og kun i sjældnere tilfælde anvendes et centralt køleanlæg.

Energiforbruget til denne del er ca. 70 GWh, mens fyldningsmængden er estimeret til 40 tons.

Alternativ teknologi:

Kompressoranlæg/parallelanlæg: Anlæggene kan være indirekte eller semi-indirekte med kulbrinter og CO₂ (der kræves udvikling)
Pris: +20% for disse anlæg, der ikke er ret store
Energiforbrug: ± 5%  

Splitanlæg: Anlæggene vil typisk være indirekte med kulbrinter og en konventionel brine (der kræves udvikling)
Pris: +20%
Energiforbrug: +10%  

Plug-in-anlæg: De små plug-in-anlæg er allerede på markedet, mens der for de større ikke umiddelbart findes alternativ (der kræves udvikling). Det vil sandsynligvis være nødvendigt at erstatte de større plug-in-anlæg med indirekte køling. Noget af specialudstyret vil være meget vanskeligt at konvertere.
Pris: ± 5% for de små plug-in-anlæg/+30% for de større (indirekte køling)
Energiforbrug: -5% for de små plug-in-anlæg/+15% for de større (indirekte køling)

Landbrug

Det primære energiforbrug til køling i landbruget består i køling af mælkebeholdere anvendt ved malkning samt kølerum til afgrøder (rodfrugter, frugt og grønt). Det samlede energiforbrug til køling ligger omkring 66 GWh/år.

Der anvendes typisk splitanlæg med en kondenseringsunit placeret på taget eller bag bygningen.

Alternativ teknologi:

Splitanlæg (indirekte): Anlæggene vil typisk være indirekte med kulbrinter og en konventionel brine (der kræves udvikling).
Pris: +20%
Energiforbrug: +10%  

Splitanlæg (direkte): Man kan forestille sig, at kulbrinter i mindre mængder i fremtiden kan accepteres i personkategori B efter EN-378, hvis der indbygges tilstrækkelig sikkerhed. Kategori B er et område, hvor der ikke er offentlig adgang, men hvor fast personale har adgang /7/. Anlæggene vil således blive billigere og energimæssigt bedre end et indirekte anlæg. Landbruget er i forvejen vant til at håndtere ammoniak og vil derfor også kunne tackle anvendelsen af kulbrinter (der kræves udvikling).
Pris: +10%
Energiforbrug: +0%

B.3 Vurdering

Det er tydeligvis inden for de mindre anlæg (de større plug-in-køleanlæg, samt split- og kondenseringsunits), at der er de største problemer med at erstatte HFC-kølemidler. I forbindelse med små A/C-systemer i bygninger med offentlig adgang vil man næppe komme til at se anvendelse af kulbrinter og ammoniak. Kuldioxid er en mulighed, men pga. høje tryk og en termodynamisk dårlig kredsproces (i det relevante temperaturområde), kræves væsentligt udviklingsarbejde, for at dette kølemiddel vil vinde indpas. Det er endvidere et meget stort spørgsmål, om vi kommer til at se direkte anvendelse af kulbrinter i forbindelse med køle-/frostrum. Personalet vil være Kategori B , men det er ikke klart hvilke yderligere foranstaltninger, der kunne kræves. Man bør gå ind i denne sag, således at et regelsæt kan opstilles for denne anvendelse. Ellers må man anvende indirekte eller semi-indirekte systemer, som vil være rimelig konkurrencedygtige primært på de lidt større anlæg med kuldeydelser på over 20 kW.

Energiforbrug, kølemiddellækage og drivhuseffekt

Et køleanlæg med HFC-kølemiddel bidrager til drivhuseffekten med to bidrag: det indirekte bidrag fra produktionen af den elektricitet, som skal benyttes til at drive anlægget. Det er i Danmark ca. 0,78 kg CO₂ pr. kWh. Hertil kommer det direkte bidrag fra udslippet af kølemiddel.

Det samlede bidrag er summen af de to bidrag. Der er herhjemme og i udlandet foretaget mange beregninger af det samlede bidrag for mange forskellige køleanlæg. Mange af disse giver modstridende resultater, som ofte fremkommer på grund af forskellige forudsætninger.

Hvis man kan benytte anlæg med naturlige kølemidler, som bruger mindre energi end tilsvarende anlæg med HFC, er sagen klar: Anlægget med naturlige kølemidler er det mest miljøvenlige, når man ser på drivhuseffekten.

De steder, hvor man kan anvende direkte køling med naturlige kølemidler eller semi-indirekte køling, vil energiforbruget generelt set ikke være højere end for tilsvarende HFC-anlæg. Derfor vil disse anlæg være fordelagtige set fra et miljøsynspunkt.

Hvis der skal benyttes indirekte køling med en brine (f.eks. vand/glykol-blanding), vil der være et tab, idet der skal være en varmeveksling mellem det primære og det sekundære kølemiddel. Herved vil energiforbruget være lidt højere pga. behov for lavere fordampningstemperatur. Dette medfører lidt højere energiforbruget i kompressoren. Hertil kommer pumpearbejde til det sekundære kølesystem. Til gengæld vil der være mindre tryktab i sugeledning ved det indirekte anlæg. I alt vil indirekte køling medføre et lidt større energiforbrug af størrelsesordenen 10%.

For større sammensatte anlæg (som bl.a. supermarkeder) vil det samlede bidrag (dvs. CO₂ fra elproduktion + udslip af kølemiddel) til drivhuseffekten alligevel være mindre for disse anlæg, jf. regneeksempel i appendiks 2 i rapporten og andre tilsvarende beregninger (se også bilag 1). Årsagen til dette er den store lækage og den store fyldning i f.eks. supermarkedsanlæg.

Når vi taler om små og mere kompakte anlæg (under 20 kW køleydelse og ca. 10 kg fyldning), er situationen anderledes, idet indirekte køling stadig vil have et lidt højere energiforbrug (ca. 10%), men for disse anlæg gælder, at lækageraten er mindre end for større og mere komplicerede køleanlæg. Derfor kan man ikke med sikkerhed sige, at brug af naturlige kølemidler sammen med indirekte køling vil være mere miljøvenlige for disse mindre kommercielle køleanlæg.

I bilag 2 og 3 er foretaget sammenligning mellem direkte køleanlæg med R404A og indirekte køling med propan/brine. Der er taget udgangspunkt i et lille kompakt køleanlæg (10 kW køl og 5 kg fyldning).

I bilag 2 er forudsat en lækagerate på 10%, og her har propananlægget det mindste bidrag til drivhuseffekten.

I bilag 3 er lækageraten ændret til 5% p.a., og her bliver resultatet til HFC-anlæggets fordel.

Det ser ud til, at små kompakte køleanlæg kan opnå lækagerater på ned til 5% p.a., derfor kan man vurdere, at små kompakte HFC-anlæg med en kølekapacitet på mindre end 20 kW, med en fyldning på mindre end 10 kg og med direkte køling i Danmark har mindre sammenlagt bidrag til drivhuseffekten end et tilsvarende køleanlæg med indirekte køling.

3 De forskellige anvendelser af køleanlæg

Kildemateriale til appendiks B:

Se her!

Bilag 1:
Sammenligning af indirekte og direkte køling med lidt større køleanlæg (50 kW køl). Simuleringen er for et større sammensat butikskøleanlæg med relativ stor fyldning og lækagerate (50 kg R404A og 10% p.a.).

Se her!

Bilag 2:
Sammenligning mellem direkte anlæg med R404A og indirekte anlæg med propan. Der er tale om et lille køleanlæg (10 kW køl), en fyldning på 5 kg og en lækagerate på 10% p.a.

Se her!

Bilag 3:
Sammenligning mellem direkte anlæg med R404A og indirekte anlæg med propan. Der er tale om et lille kompakt anlæg (10 kW køl, 5 kg kølemiddel og 5% lækagerate).