|
Fremtidens remote-anlæg i supermarkeder 4 Energi- og miljøanalyseFor at kunne sammenligne de 7 forskellige anlægstyper med hinanden laves der et sæt nøgledata, som bruges som input til simulering af energiforbrug og TEWI. Energiforbruget danner senere baggrund for en del af driftsomkostningerne i økonomiberegningerne. Det er valgt at bruge simuleringer frem for målinger, for at få resultater, der er sammenlignelige og ekskluderer faktorer som adfærd og opstillingssted. 4.1 Nøgledata til simuleringFor at kunne sammenligne resultaterne for de forskellige systemer mod hinanden, benyttes et sæt nøgledata til beregningerne, der kan findes i bilag 1 og 2. Der er udarbejdet et sæt for plug-in og et sæt for remote køleanlæg. Betingelserne indeholder vejledende værdier for tryktab, temperaturdifferencer, virkningsgrader m.m. Udvælgelsen er sket på baggrund af værdier baseret på KKO-ordningen /2/ samt erfaringsværdier fra plug-in møbler. Ud over standardbetingelserne er der en række andre faktorer, der danner input til beregningsmodellerne. Disse faktorer vil blive beskrevet i de efterfølgende afsnit. 4.1.1 BelastningsprofilI beregningsmodellen er der benyttet belastningsprofiler, der er målt i et supermarked. Belastningsprofilet er gældende for en uge, som er opdelt i hverdage, lørdage og søndage samt i køl og frost. Belastningsprofilet tager ikke højde for højere belastning i varme perioder, da det antages, at temperaturen i butikken ikke varierer med udetemperaturen. På dette punkt er der lavet tilnærmelser for at forenkle beregningen, men da disse forenklinger er ens for alle anlægstyperne, vil en evt. fejl blive reduceret, når resultaterne sammenlignes. 
Figur 9: Belastningsprofil for køl
Figur 10: Belastningsprofil for frost 4.1.2 UdetemperaturUdetemperaturen har også indflydelse på energiforbruget til køling, da der oftest anvendes luftkølede kondensatorer. I modellerne, undtagen ved plug-in, er der taget udgangspunkt i data for et dansk standardår. For plug-in er der taget udgangspunkt i data fra producenterne af udstyr.
Figur 11: Temperaturvariationer hen over et standardår (tør termometer) 4.2 EnergiforbrugÅrsenergiforbruget for de enkelte systemer beregnes vha. modellerne, som dækker over energiforbrug til kompressorer og pumper. Det vil sige, at ventilatorer på kondensatorer og møbler, varmelegemer, styring og evt. belysning ikke er medtaget. Det vurderes, at anlægstypen ikke har indflydelse eller kun meget lille indflydelse på energiforbruget til disse komponenter. Resultaterne angives som års-COP [2] og indekseres mod referencen (Anlæg 0) i senere afsnit. Som reference benyttes et parallelanlæg med R404a (anlæg 0). Det er valgt at benytte denne anlægstype, da det er en type, som er meget udbredt, og derfor er let at relatere til. I det følgende afsnit vil der være en kort beskrivelse af særlige forhold omkring anlæggene samt resultaterne af beregningerne. Ved alle anlægstyper med undtagelse af anlæg 1 (plug-in) er års COP-værdien beregnet med forskellig ydelse på frosten. Der er lavet variation mellem 0-50% frostandel af den samlede kuldeydelse med spring på 10%.
Ydelserne, der indsættes i formlen, er de dimensionerende ydelser. Hvis Ψ kendes, kan COP aflæses for den enkelte anlægstype, og det årlige energiforbrug kan beregnes. 
Der gøres opmærksom på, at der er mange ubekendte, der spiller ind på energiforbruget, og derfor er beregningerne udtryk for det bedst mulige resultat ved en simulering, men det kan være et stykke fra virkeligheden, da der ikke er taget højde for faktorer som f.eks. adfærd. Derfor kan resultatet kun bruges til at sammenligne forskellige anlægstyper og til at skønne de endelige omkostninger. Der er lavet beregninger for flere forskellige kølemidler. Der er typisk ikke væsentlige forskelle på de enkelte kølemidler. Derfor er der brugt R404a eller R290 (propan)/R744 (CO2) som standardkølemidler.
Figur 12: Års middel COP for de valgte anlægstyper som funktion af frostandelen For at anskueliggøre energiforbruget i forhold til referenceanlægget (anlæg 0) er COP regnet om til en specifik ydelse og indekseret i forhold til referencen. Specifik ydelse er et mål for, hvor meget energi, der skal bruges for at fremstille en kW-køling.
Figur 13: Indeks over specifikt energiforbrug som funktion af frost andelen Hvis der ønskes energiforbrug for andre kølemidler, henvises der til softwarepakken, hvor energiforbruget kan beregnes. 4.3 TEWIUdfasningen af HFC-kølemidler sker for at nedbringe emissionen af drivhusgasser til atmosfæren. Ved drivhusgasser forstås i denne sammenhæng HFC-gasser samt CO2. Da den overvejende del af elproduktionen i Danmark er baseret på kul, giver det anledning til en høj CO2-emission i forhold til vind-, vand- eller atomkraft. Der regnes i Danmark med 0,78 kg CO2 pr. kWh el. Denne og øvrige betingelser for beregningerne findes i bilag 1 og 2. For kølemidlernes vedkommende findes omregningsfaktorer, så kølemidlernes drivhuspotentiale (GWP) kan omregnes til CO2-ækvivalenter.
Tabel 4: GWP for kølemidler For at samle alle bidragene beregnes TEWI. Det forudsætter dog, at energiforbruget samt lækagerater m.m. kendes. Beregningsudtrykket stammer fra EN 378 del 1.
Hvor: GWP GWP for kølemidlet kg CO2 pr. kg Beregningsmodellerne for de forskellige anlægstyper benyttes også til beregning af TEWI. De data, der benyttes i modellerne, kan ses i bilag 1 og 2.
Figur 14: TEWI for de enkelte anlægstyper indekseret op imod referenceanlægget (anlæg 0) som funktion af frostydelsen Kølemidlets (lækage og skrot) andel af den samlede TEWI afhænger af anlægstypen samt af det anvendte kølemiddel. I tabellen nedenfor findes en oversigt over kølemidlets andel af den samlede TEWI.
Tabel 5: Kølemiddelandel af TEWI For CO2 130 bar transkritiske systemer (anlægstype 7) udgør kølemidlet under 1% af TEWI for anlægget. 4.4 Sammenfatning - energi og miljøanalyseGenerelt er energiforbruget for anlægstyperne 1, 2 og 6 højere end referencesystemet (anlæg 0). De øvrige systemer har COP-værdier, der er højere eller på samme niveau. For kondenseringsunit (anlægstype 2) kan det høje energiforbrug føres tilbage til den lille kondensator samt dårligere virkningsgrad på kompressoren. TEWI for anlægstypen er også højere end referencesystemet (anlæg 0) pga. det højere energiforbrug. Kølemidlet bidrager også væsentlig til TEWI, da anlæg af denne type ofte er samlet med metoder, der ikke sikrer en lav lækage. Brinesystemer med decentral frostanlæg (anlægstype 3) er bygget omkring en brinekreds, der køles af et køleanlæg med enten R290 eller R404. På frost benyttes R290, R404a eller R744. Om der vælges R290 eller R404a som kølemiddel til højtemperatur-trinnet, giver ikke de store forskelle på energiforbruget. Til gengæld er R290 et rigtig godt kølemiddel på lavtemperatur-siden. Der kan hentes en besparelse på op til 10% på det samlede energiforbrug ved 50% af ydelsen på frost i forhold til anlægget (anlæg 0). For R404a ville den tilsvarende besparelse være 5%. Der kan dog være problemer i forhold til myndigheder i henhold til EN 378, da R290 er et brændbart kølemiddel. Hvis der anvendes R744 til lavtemperatur-kølemiddel, er energiforbruget ca. det samme som for referenceanlægget (anlæg 0). CO2 -emissionen er op til 30% lavere end for referenceanlægget (anlæg 0) afhængig af, hvilket kølemiddel, der vælges. Brine/CO2-kaskadesystemer (anlægstype 4) er den anlægstype, der er flest erfaringer med i Danmark. Der er beregnet energiforbrug for 3 kombinationer af kølemidler (R134a, R290 og R404a samt R744 på frost). Generelt er der ikke de store forskelle på de tre kølemidler. Besparelsen i forhold til referenceanlægget (anlæg 0) er mellem 0% og 10% afhængig af ydelsen på frost. CO2-emissionen er 10% til 30% lavere end for referenceanlægget (anlæg 0) afhængig af, hvilket kølemiddel, der vælges. 40 bar CO2-anlæg pumpecirkulation (anlægstype 5) er den mest energiøkonomiske løsning op til ca. 15% ydelse på frost. Derefter overhales den af brinesystemer med decentral frostanlæg (anlægstype 3) med en R290/R290 kølemiddelkonfiguration. CO2-emissionen er i samme niveau som brine/CO2-kaskadesystemer (anlægstype 4). For 60 bar CO2-systemet (anlægstype 6) kan merforbruget tilbageføres til den lille fordampningsvarme for CO2 ved 60 bar. Det optimale kondenseringstryk for CO2-kaskadesystemer er omkring 0 °C/35 bar, hvilket dette system i lange perioder ikke ville kunne tilfredsstille. Merforbruget er i størrelsesordnen 10-50%. Dette merforbrug har også stor effekt på CO2-emissionen, som i værste fald er 20% højere end referencen (anlæg 0). CO2 130 bar transkritiske systemer (anlægstype 7) benytter en transkritisk kredsproces, hvilket vil sige, at kølemidlet ikke kondenseres. Fordelen ved denne type kredsproces er, at der udelukkende benyttes et kølemiddel, og at en meget stor del af kondensatoren kan anvendes til opvarmning af f.eks. brugsvand, hvorimod der med normale kredsprocesser typisk kun kan anvendes ca. 10%. Energiforbruget ser ud til at være højere end referencen (anlæg 0) ved køl og lavere ved frost. Energiforbruget krydser ved ca. 25% frost. CO2-emissionen ser ud til at være 5-10% lavere end for referenceanlægget (anlæg 0) grundet kølemidlet.
Tabel 6: Sammenfatning TEWI og energiforbrug Fodnoter[2] Års-COP er defineret som det årlige kølebehov divideret med det årlige energiforbrug til kompressorerne. Ventilatorer og andet hjælpeudstyr er ikke medtaget, da det ikke varierer fra anlægstype til anlægstype.
|
