Úspora energie při řízení chlazení v supermarketech PŘÍPADOVÁ STUDIE. T e c h n o l o g y & E v o l u t i o n

Transkript

1 Úspora energie při řízení chlazení v supermarketech PŘÍPADOVÁ STUDIE T e c h n o l o g y & E v o l u t i o n

2

3 Úspora energie se stala důležitým aspektem v oblasti komerčního chlazení. Především pro velké řetězce supermarketu představuje snížení spotřeby energie nejlepší řešení jak snížit ceny a dosáhnout lepší konkurenceschopnosti. Energeticky úsporné techniky a metody kromě toho podporují politiku sociální odpovědnosti všech aktérů: akcionářů, zaměstnanců, zákazníků, dodavatelů, ale také životního prostředí a společnosti. Dnes víme, že vzduch, voda a přírodní suroviny jsou omezenými zdroji, a proto je etickou, sociální a také společenskou povinností nás všech věnovat velkou pozornost jejich využití. Úvod Obchodníci, kteří jsou citliví na problémy životního prostředí a pojem úspory energie, učinili tyto pojmy výraznou součástí identity své společnosti: stálá podpora podnikání totiž nabízí větší záruky dlouhodobého vývoje, lepší ekologickou bilanci a zesílenou oblastní konkurenceschopnost. Kvalita, zdraví, ekologie a ohled na životní prostředí se stávají rozhodujícími faktory při výběru výrobku a při projektování nových obchodů. Dnešní spotřebitel chce vědomě a rozhodně nakupovat; v nabídce dostupného zboží by již neměl převládat vztah ceny a kvality, ale individuální volba a hodnotový systém. Spotřebitel chce například vědět, zda jsou při výrobě určitého zboží použity látky škodlivé pro životní prostředí, zda je potravinářský výrobek pěstován organicky, zda není při výrobě používána práce dětí, zda nejsou ve vztahu mezi společností, jejich zaměstnanci a dodavateli porušována základní lidská práva, a zda se společnost řídí domácími a mezinárodními správními, trestními a daňovými zákony. Stručně řečeno, spotřebitel chce mít informace o pověsti společnosti, od které nakupuje zboží, a odměňuje takovéto společnosti, které pracují a vytvářejí sociální prostředí. Na základě těchto úvah pověřila ESSELUNGA Supermercati asvou montážní společnost CREA S.p.A. a vedoucí společnost na trhu v oblasti elektronického řízení CAREL S.p.A., aby provedla technicky inovační zkušební projekt, který by v porovnání s tradičními a nyní ještě běžnými technologiemi výrazně snížil spotřebu energie. Velká novina se týká faktu, že Esselunga požaduje provedení testu, ve fungujícím zařízení, aby byla prokázána efektivita takovýchto nových technologií. Toto opět potvrzuje směřování k inovaci a průběžnému průzkumu nových řešení řetězce supermarketu ESSELUNGA, což ji činí národní vedoucí společností v této oblasti. Osvětlení 30% Ostatní 7% Chlad. zařízeni 10% Spotřeba energie v supermarketech Celková spotřeba energie typického velkého supermarketu v % Chlazení LT 18% Chlazeni NT 35% Obecně bylo prokázáno, že více než 50% spotřeby energie v supermarketech je kvůli chladírnám potravin (sada kompresorů, vitríny, chladné místnosti, místnosti pro zpracování). Činnosti prováděné v této oblasti proto umožňují dosažení významné úspory energie. CZ rel česky

4 Prvním důležitým krokem je důkladný projekt a výběr komponentů. Dobrý projekt instalace chlazení musí vzít do úvahy správné nadimenzování rozvodů chladu (obzvláště když chcete využít úspory energie získané proměnlivým řízením kondenzace), s minimalizací tlakových ztrát, a se správně velkými sadami kompresorů a kondenzačních výměníků, které musí být schopné podporovat kritické letní podmínky; v této fázi jsou určujícím faktorem desetileté zkušenosti CREA s.r.l.. Výše uvedené podrobnosti zaručující správný provoz instalace a také umožňují implementaci technologií, které zaručí snížení spotřeby energie. Použití nejnovějších elektronických kontroléru, jako je programovatelný pco2 Sistema fy Carel, zaručuje tálý provoz instalace, a díky použitému řídícímu algoritmu implementuje procedury, které zajišťují maximální efektivitu a následně výhody v úsporách energie. Obr.1: Programovatelný kontrolér pco Sistema tepl. Profil teploty v průběhu roku (Miláno) hodina Návrh fy CAREL: Technicky vybavit chladící zařízení (vitríny a chladné místnosti) elektronickými expanzními ventily pro řízení průtoku chladiva do výparníku, kombinované s modulačním řízením kondenzačního tlaku na obou souborech kompresoru, aby se optimalizoval provoz a účinnost když jsou venkovní teploty obzvláště příznivé (v zimě). Zjistilo se, že během období roku je venkovní teplota vzduchu normálně nižší než 20 C minimálně po 65% času. V obvyklé instalaci s mechanickými termostatickými ventily (TEV), nemají tato data vliv, jelikož úplná instalace je nucena pracovat v podmínkách při kterých musí být kondenzační hodnoty určené tak, aby umožňovaly správnou činnost mechanické expanzní jednotky. V instalaci s elektronickými ventily (EEV), jelikož pracují naprosto nezávisle od rozdílu tlaku je možno řídit průběh kondenzační teploty, tj. kondenzační teplota je neustále regulována dle venkovní teploty. Toto umožňuje významné úspory energie, zatímco je sací tlak udržován (a následkem toho teplota vitrín) stabilní, a kondenzační teplota je snížena z C například na 20 C, jestliže to venkovní podmínky dovolí. Celkové úspory energie až o 20% mohou být dosaženy tímto způsobem. Obr. 2: Hodnoty COP s odpařovací teplotou (-10 C) Ve skutečnosti, normálně každý jeden stupeň snížení kondenzační teploty odpovídá 2% úsporám energie. Výrobci kompresoru také poskytují tabulky, které ukazují značný vzrůst COP (Koeficient účinnosti) kompresoru v chladící jednotce, když se kondenzační teplota sníží (viz Obr 2). Koncepce je vlastně docela jednoduchá, protože vysoké kondenzační teploty vedou ke zvýšení kompresního poměru, a následkem toho snížení kapacity chlazení (a tím ke snížení COP) a zvýšení příkonu. Obr. : Graf teplota/entalpie 4 CZ rel

5 Pro zkušební provoz nové technologie s elektronickými ventily byl vybrán obchodní dúm ESSELUNGA ve via RIPAMONTI, Miláno, nová elegantní stavba s velkým prostorem. Supermarket Obchodní dům byl otevřen v červenci 2002, a hned první den provozu byl opatřen monitorováním provozu a sběrem důležitých dat. Aby bylo možné reagovat na specifické požadavky Esselunga, byl obchodní dům postaven tak, aby bylo možné přímo monitorovat spotřebu energie sad kompresorů; když instalované chladící zařízení pracuje za použití obou technologií. Obvyklé technologie (mechanické termostatické expanzní ventily) a Elektronické technologie (elektronické expanzní ventily). Každé technické vybavení chladících zařízení (vitríny a chladící boxy) bylo instalováno s dvojitým paralelním obvodem vybavené solenoidovým ventilem, který m[;že kdykoli pracovat pomocí jedné nebo druhé technologie. To umožňuje přímé porovnání těchto dvou technologií (TEV a EEV) při stejných provozních podmínkách. PlantVisor - systém dozoru fy Carel byl vybrán pro řízení instalace a sběr provozních dat. Jeho základním úkolem je řídit změnu technologie ve všech funkcích současně při pravidelných intervalech. Aby se zajistilo perfektní porovnání dat. PlantVisor automaticky změní použitou technologii na všech technických vybaveních přesně po každých třech dnech o půlnoci, aby se minimalizoval vliv proměnlivých faktor[; jako jsou počasí, otevírací doba obchodního domu, speciální nakládací/vykládací činnosti, atd. Princip provozu Obr.. 4: Základní schéma obou technologií TEV a EEV použitých pro každou chladicí jednotku CZ rel česky 5

6 PlantVisor také měří a počítá spotřebu energie instalace v obou provozních módech: v obvyklém nebo elektronickém, změřením proudu pomocí proudového transformátoru připojeného přímo do napájení kompresoru. Tímto způsobem muže být spotřeba energie celého chladícího systému měřena minutu po minutě, a následně jsou data z obou provozních módu porovnána aby se určil systém s lepší výkonností.. Obr. 5: TAM na sadě kompresoru Spotřebovaná elektrická energie je měřena dvěma samostatnými počitadly, jedno pro každou technologii a všechny hodnoty jsou vyjádřeny v celkových spotřebovaných kw/h, Jelikož energie je měřena stejným způsobem u obou provozních módu je chyba rozdělena do obou. Proto zaznamenaná data zaručují informace skvělé úrovně. Kromě toho, hodinové počítadlo měří přesně kolik dnu, hodin a minut bylo instalované zařízení v provozu s každou z technologií aby bylo možno jednoduše vypočítat průměrnou spotřebu energie během doby sběru vzorových dat. Obr. 6: schéma duální technologie (TEV-EEV) pro každou funkci chlazeni Změna technologie každé 3 dny Elektronické expanzní ventily Chladící zařízení byla vybavena, jak bylo zmíněno, EEV (elektronickými expanzními ventily) a TEV (termostatickými expanzními ventily), se střídavými provozy. EEV byly nainstalovány pro zajištění úspory energie, a také pro umožnění nejlepší možné činnosti chladících jednotek a instalace jako celku. Proporcionální (spojité) elektronické expanzní ventily jsou typem, který nejlépe odpovídá provozním požadavkům: ve srovnání s pulzními ventily zaručují ve skutečnosti stabilnější provoz chladících jednotek a snížené tlakové namáhání chladivových systémů. Ve skladu byly použity expanzní ventily CAREL a Sporlan. Obr. : EEV fy CAREL 6 CZ rel

7 Data byla sbírána po dobu deseti měsíců provozu supermarketu (od července 2002 do května 2003). V úsporách energie bylo dosaženo následujících výsledků: Dosažené výsledky Období Technologie Celková spotřebakw/h Dny Úspory energie červenec 2002 Obvyklá (TEV) květen 2003 elektronická (EEV) % Následující podrobnosti měřených dat, rozdělených do třech významných období aby se porovnalo provedení instalace během: léto-podzim (červenec - listopad); zima (prosinec - únor); jaro (březen - květen). LT kompresorová sada Období červenec - listopad 2002 prosinec 2002 únor 2003 březen - květe 2003 Technologie Celková spotřebakw/h Dny kw průměrně Obvyklá (TXV) ,7 Elektronická (EXV) ,9 Obvyklá (TXV) ,6 Elektronická (EXV) ,3 Obvyklá (TXV) ,5 Elektronická (EXV) ,7 Úspory energie 19% 33% 33% Tab. 1: spotřeba energie kompresorové sady s nízkou teplotou rozdělená do třech období. MT kompresorová sada Období červenec - listopad 2002 prosinec 2002 únor 2003 březen - květen 2003 Technologie Celková kw Dny spotřebakw/h průměrně Obvyklá (TXV) ,2 Elektronická (EXV) ,8 Obvyklá (TXV) ,7 Elektronická (EXV) ,3 Obvyklá (TXV) ,1 Elektronická (EXV) ,1 Úspory energie 19% 27% 29% Je možné vidět jak bylo dosaženo nejlepších výsledku ve spotřebě energie v chladnějších obdobích. Toto jednoznačně prokazuje jak významné snížení spotřeby energie přináší použití elektronických ventilu. Tab. 2: spotřeba energie kompresorové sady se střední teplotou rozdělená do třech období. Níže uvedené grafy ukazují jak se mění spotřeba energie při změně provozního módu instalace z TEV na EEV: elektronický běžný Obr. 10: Data spotřeby energie odpovídají měsíci BŘEZNU Rozlišení grafu je jeden měsíc a je možné vidět jak se okamžité hodnoty čtené pro LT systém chlazení mění dle provozní módu instalace. Graf také ukazuje různá provozní období TEV nebo EEV CZ rel česky

8 Technická analýza úspory energie Technické vysvětlení těchto výsledku je jasné ze záznamu dat, který odpovídá kompresoru. Jak již bylo zmíněno, mají tak širokou řídící kapacitu, že umožňují kompresorům aby vždy pracovaly v optimálních podmínkách (dle vnějších okolních podmínek) V zimě, potom může chladící zařízení fungovat s velmi nízkým kondenzačním tlakem, a tím je zlepšena výkonnost kompresorů a snížena spotřeba energie. Následující graf ukazuje provozní tlaky pro elektronickou a obvyklou technologii. běžný (kolem 16 barů) elektronický (kolem 9 barů) Obr. 11: Závislost tlaku za kompresorem na čase (ve dnech) v LT systému chlazení odpovídající TÝDNU od 27. ledna do 3. února Účinky za podmínek řízení teploty Úspory energie nejsou jedinou výhodou vyplývající z této zkušenosti. Je také důležité všimnout si výsledku dosažených v řízení některých funkcí chlazení, především v zařízeních s nízkou teplotou (zmrzlina a mražené potraviny). V těchto zařízeních ELEKTRONICKÝ VENTIL umožňuje efektivnější regulaci teploty, zajištěním nižší provozní teploty při lepším využití povrchu výparníku. Systém následkem toho nevyžaduje budoucí úpravy (seřizování), jelikož elektronika nepřetržitě provádí řídící činnosti založené na parametrech čtených snímači umístěnými na výstupu z výparníku a udržuje hodnoty přehřátí na optimální úrovni. Je použit samopřizpůsobovací algoritmus. Následující stránky ukazují některá data odpovídající provozní teplotě. Vrcholy grafu jsou odmražování. Časová základna je jeden měsíc! ELEKTRONICKÝ VENTIL umožňuje dosažení nižší teploty,což znamená lepší konzervaci potravin a menší použití kompresorů 1 měsíc! Obr. 12: Provozní teplota zařízení: ostrov mražených potravin v ČASE od 15. prosince ledna 8 CZ rel

9 1 měsíc! Obr. 13: Provozní teplota zařízení mražených potravin ostrova Č. 11 v ČASE od 13. ledna - 3, února Křivka odmražování S MECHANICKÝM ventilem dosáhne ostrov průměrnou teplotu kolem -24 C ve 12:30 Obr. 14: Roztažení DENNÍ stupnice provozní teploty mražených potravin ostrova Č, 11 s MECHANICKÝM VENTILEM S ELEKTRONICKÝM ventilem dosáhne ostrov průměrnou teplotu kolem -27 C ve 12:30 Obr. 15: Roztažení DENNÍ stupnice provozní teploty mražených potravin ostrova č. 11 s ELEKTRONICKÝM VENTILEM CZ rel česky 9

10 Účinky řízení s elektronickým ventilem na chladící kompresory Již jsme viděli, jak použití elektronického ventilu umožňuje provoz v nejlepších tlakových podmínkách, a tím je snížena jak spotřeba energie, tak i zátěž kompresoru. Stejně jako údaje při nejlepších tlakových podmínkách, byly v módu elektronického ventilu rovněž nalezeny nejlepší teplotní podmínky pro kompresor, s výtlačnou teplotou dokonce nižší než provozní. To znamená zvýšení průměrné životnosti kompresoru a snížení počtu závad. Je vidět, jak s ELEKTRONICKOU TECHNOLOGIÍ je sací teplota vždy vyšší, než s tradiční technologií (pokračuje) Obr. 16: Hodnoty SACÍ teploty kompresoru z LT systému chlazení, vztahující se k období od 20. ledna do 3. února (pokračování) při udržení NIŽŠÍ výtlačné teploty s nižším opotřebením mechanických částí a menším znečištěním mazacího oleje. Obr. 17: Hodnoty VÝTLAČNÉ teploty kompresoru z LT systému chlazení, vztahující se k období od 20. ledna do 3. února Stejně, jako pro systém LT, také pro systém NT je výtlačná teplota NIŽŠÍ během provozní periody elektronických ventilů. Obr. 18: Hodnoty SACÍ a VÝTLAČNÉ teploty kompresoru z NT systému chlazení, vztahující se k období od 1. do 17. února CZ rel

11 Výtlačná teplota kompresoru Obr. 19: Lepší provozní podmínky znamenají méně poruch a patrné úspory v údržbě. Následuje souhrn vlastností instalace zaznamenané v prvních deseti měsících provozu, se zvýrazněním výhod odvozených z použití elektronických ventilů a elektronického řídícího systému, který řídí činnost ventilů. Závěr VÝHODY VYPLÝVAJÍCÍ z použití ELEKTRONICKÉ TECHNOLOGIE Úspory energie spotřebované instalací odhadnuté na více než 20% ročně Lepší řízení funkcí nízké teploty (dosažení nižších teplot). Lepší provozní podmínky pro kompresory (nižší tlak, nižší provozní teploty). To znamená méně závad a následkem toho snížení nákladů na údržbu. Výkonnost, která dlouhodobě vydrží. Lepší konzervace mražených potravin a zmrzliny. Menší opotřebení mechanických dílů kompresoru a menší znečištění mazacího oleje. Dlouhodobá opakovatelnost dat řízení a spotřeby energie. pro zákazníka a životní prostředí: potvrzení přístupu zaměřeného na úspory energie a informované a sociálně zodpovědné použití dostupných zdrojů. Děkujeme ESSELUNGA S.p.A. a CREA S.p.A. za jejich laskavou spolupráci. CZ rel česky 11

12 Note:

13

14 Sídlo firmy: CAREL S.p.A. Via dell Industria, Brugine - Padova (Italy) Tel. (+39) Fax (+39) carel@carel.com - CZ rel Pobočky: CAREL Australia Pty Ltd sales@carel.com.au CAREL China Ltd. sales@carelhk.com CAREL Deutschland GmbH info@carel.de Afilace: CAREL Korea Co. Ltd. info@carel.co.kr CAREL (Thailand) Co. Ltd. info@carel.co.th CAREL spol. s r.o. carel@carel-cz.cz CAREL Export carelexport@carel.com CAREL France Sas carelfrance@carelfrance.fr CAREL Italia carelitalia@carel.com CAREL Sud America Ltda. carelsudamerica@carel.com.br CAREL U.K. Ltd. careluk@careluk. co.uk CAREL USA L.L.C. sales@carelusa.com Všechny zde uvedené ochranné známky jsou majetkem jejich držitelů. CAREL je registrovaná ochranná známka CAREL S.p.A. v Itálii a ostatních zemích. CAREL S.p.A 2006 Všechna práva vyhrazena. CAREL si vyhrazuje právo úprav nebo změn svých produktů bez předchozího varování.