Energieffektiva system och lämpligt inneklimat i livsmedelsbutiker - En tvärvetenskaplig studie

Transkript

1 Energieffektiva system och lämpligt inneklimat i livsmedelsbutiker - En tvärvetenskaplig studie M. AXELL U. LINDBERG SP- Sveriges Tekniska Forskningsinstitut P. FAHLÈN N. FRANSSON Chalmers Tekniska Högskola, CTH

2 Mål Ekonomiskt och miljömässigt perspektiv Studien skall visa på mervärden med Energieffektiva systemlösningar En förbättrad termisk komfort En förbättrad kvalité på de i kylda/frysta matvarorna i livsmedelsbutiker Vilket bl a innebär en samverkan mellan livsmedelsbutikens kyla-, värme- och ventilationssystem Kunskapen skall användas för att motivera till att investera i energieffektiv teknik.

3 Hypotes: Energieffektiva kyl- och frysmöbler tillsammans med energieffektiva system och tekniska lösningar (kyla, klimatisering och ventilation) samt ett kontrollerat inomhusklimat I butiken leder även till en förbättrad termisk komfort och en förbättrad varukvalité

4 Kylbehov och därmed även elanvändningen påverkas av Kyl- och frysenheternas funktion Omgivningsklimatet i butiker Lagar och krav - gällande direktiv och standarder Utformning av kylsystemen i butiken I livsmedelsbutiker finns tre olika grupper med motstridiga krav/ önskemål 1. Varor 2. Personal 3. Kunder

5 Fältstudie Tre olika livsmedelsbutiker Insamling av data framför Vertikala kylenheter och från Mejerirum Två olika årstider Sommar och Vinter Insamling av data 1 dag/butik/årstid Mätdata och Enkäter

6 Objektiv och Subjektiv Data Definiera ett lämpligt inneklimat för varor, personal och kunder I livsmedelsbutiker Vilket inneklimat är lämpligt för kunder, personal och varor? Från Mätdata - Objektiv data Från Enkäter - Subjektiv data

7 Standarder/ Metoder SS-EN ISO 7730:2006 (fastställd ) Ergonomi för den termiska miljön, Analytisk bestämning och bedömning av termisk komfort med hjälp av indexen PMV och PPD samt kriterier för lokal termisk komfort PMV (Predicted Mean Vote) en 7-gradigt graderad skala PPD index (Predicted Percentage of Dissatisfied), ISO 7730 föreskriver PPD 10% som en rekommendation SS-EN ISO 7726 (fastställd ) Ergonomi för termiskt klimat Instrument för mätning av fysiska storheter. ISO (fastställd ) Ergonomi för termiskt klimat - Bedömning av påverkan av termiskt klimat vid användning av subjektiva bedömningsskalor (ISO 10551:1995)

8 De tre skalorna tillämpas direkt åtföljt av respektive fråga; Temperatur: 1.Hur känner du dig i detta ögonblick? Perceptual scale förnimmelse : Mycket kall Kall Något kall 2. Finner du detta? Evaluative scale värdering Varken varm eller kall Något varm Varm Mycket varm Komfortabelt Något okomfortabelt Okomfortabelt Mycket okomfortabelt Extremt okomfortabelt Hur skulle du föredra temperaturen där du befinner dig nu? Scale of preference gradering av prioritet Mycket kallare Kallare Något kallare Varken varmare Något varmare Varmare Mycket varmare eller kallare

9 Enkäter Mätdata

10 Mätning av temperatur i höjdled på, tre olika positioner mellan två vertikala kylenheter mejeri_c vinter kalla fötter 2.5 Temperaturskillnad i höjdled orsakad av infiltration av varm omgivningsluft. Temperaturskillnaden ökar sommartid när inläckningen av varm luft i kyldisken är störst. höjd (m) temperatur ( C) mätpunkt 1 mätpunkt 2 mätpunkt 3 Mätpunkt 1 Mätpunkt 3 Mätpunkt 2 3

11 Omgivningsklimat i butik A (0.1, 1.1 och 1.7 m) Air temperatures at different heigths A/Pos1/Winter Winter Tair 0.1m 10 Tair 1.1m Tair1.7m Summer :48: :12: :36: :00: :24: :48: :12: :36: :00: Air temperatures at different heigths A/Pos1/Summer Uppmätt temperatur i luft framför kylenhet Höjd 0.1m, 1.1m och 1.7m Mätning 0.5m framför kylenhet (Mejeri), Butik A Temperatur variera med årstid, sommar och vinter. Vertikal temperaturgradienter. Tair 0.1m Tair 1.1m Tair 1.7m :36: :00: :24: :48: :12: :36: :00: :12:00

12 Omgivningsklimat i butik B (0.1, 1.1 och 1.7m) Air temperatures at different heigths B/Pos1/Summer Air temperatures at different heigths B/Pos1/Winter Summer Winter Tair 0.1m Tair 1.1m 10 Tair1.7m :00: :12: :24: :36: :48: :00: :12: :24: :36: :12: :36: :00: :24: :48: :12: :36: :00:00 Uppmätt temperatur i luft framför kylenhet Höjd 0.1m, 1.1m och 1.7m Mätning 0.5m framför kylenhet inne i Mejerirum, Butik B Samma temperatur sommar och vinter i mejerirum Vertikal temperaturgradient finns inte, lika kallt på alla nivåer (ca 8 C) Tair 0.1m Tair 1.1m Tair 1.7m :36: :48:00

13 - +3 Hot - +2 Warm - +1 Slightly Warm - 0 Neutral Cool - -2 Cold Very Cold Termisk komfort Ett tillstånd då det termiska klimatet upplevs som tillfredsställande Den termiska komforten analyseras med hänsyn till operativ temperatur lufthastighet relativ luftfuktighet strålningsasymmetri Temperaturgradient Beroende av Klädsel, Clothing (clo) Aktivitet, (met)

14 Summerat Mätningar visar att omgivningsklimatet i butiken påverkas av utomhusklimatet, installationerna i butiken och människorna som vistas i butiken. En energieffektiv disk innebär att kylan stannar inne i disken och att utkylningen av lokalen minskar och därmed minskar uppvärmningsbehovet. En energieffektiv kyldisk är mindre känslig för variationer i inomhusklimatet. Avfrostning av betydelse Täckning av kyldiskar är energieffektivt Stor skillnad mellan butikernas energianvändning. En större samordning mellan olika entreprenörer krävs för att uppnå effektivare system i butikerna

15 Summerat forts. Temperaturskillnaden i höjdled ökar sommartid när inläckningen av varm luft i kyldisken är störst. I praktiken innebär detta att kunden upplever en större temperaturskillnad sommartid när de förflyttar sig i butiken mellan olika zoner. Mätningar (ISO 7730) påvisar att människorna borde vara missnöjda med den termiska komforten, speciellt under sommaren med den minskade klädsel. Enkäterna (ISO 10551) påvisar dock att den termiska komforten accepteras. Den energieffektivaste butiken påvisar också den bästa termiska komforten

16 Finansiär medverkan från industrin/ projektgrupp SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Energimyndigheten Industrin Axfood Sverige AB ICA Sverige AB COOP Sverige AB Arbetsmiljöverket Arbetslivsinstitutet Arla Foods Sverige Frico AB IFLA HB JEFF Electronics AB OSG-Consulting Pipetech AB SCHOTT Termofrost AB Tour & Andersson AB

17 TACK! Välkommen till SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

18 Kyl- och frysenheternas och de klimatiserade rummens prestanda - Vertikala kyldisk Kylbehovet är direkt relaterat till skillnaden mellan omgivningsluftens specifika entalpi i närområdet nära kyldisken och den specifika entalpin på den kylda luften inne i kyldisken. t as1 t as t a,amben441 t aamb1 t as2 t as3 t as4 t as5 t aamb2 t aamb3 t aamb4 t aamb5 Värmeinläckningen orsakad av infiltration i en vertikal kyldisk motsvarar storleksordningen 65% av den totala värmeinläckningen. t ae

19 Kyl- och frysenheternas och de klimatiserade rummens prestanda - Horisontell frysgondol Variationen i kylbehov för förvaring av frysta livsmedel är betydligt lägre eftersom dessa livsmedel förvaras i frysgondoler med en horisontell luftridå där värmeinläckningen orsakad av infiltration endast står för 30 40% av den totala värmeinläckningen. En horisontell luftridå är därmed mindre känslig för variationer i omgivningsluftens specifika entalpi.

20 Enligt Livsmedelsverkets föreskrift SLV FS 1996:5 avser kylvara vara det livsmedel som skall förvaras vid <+8 C men som inte är fryst eller djupfryst. Förutom några exempel såsom mjölk, kött, ägg, fisk mm finns även köttfärs som inte får överstiga +4 C (det förekommer även en del andra undantag från +8 C). I Sverige finns drygt 52 tusen livsmedelsanläggningar, allt ifrån små kiosker till stora livsmedelsindustrier. Enligt livsmedelsverket föreskrift skall fryst livsmedel förvaras vid <- 10 C men inte djupfryst (<-18 C). Reglerna för djupfrysta livsmedel finns i SLV FS 1993:16 [30]. Livsmedel/ Maximal förvaringstemperatur Mejerivaror +8 C Köttprodukter + 4 C Djupfrysta varor, allmänt -18 C Glass -20 C Tassou and Datta (1999) Influence of supermarket Environmental Parameters on the Frosting and Defrosting of Vertical Display Cabinets har visat att varutemperaturen kan stiga med upp till 3-7 K i samband med avfrostningen

21 Operativ temperatur Om hänsyn tas till värmeutbytet via både konvektion och strålning erhålls den operativa temperaturen. Ekvivalent temperatur Om inverkan från luftrörelsen önskas integrerad i operativ temperatur uttrycks den i stället i ekvivalent temperatur (komforttemperatur = optimal ekvivalent temperatur, dvs. ekvivalent temperatur som önskas av flest antal personer). Luftrörelser ökar värmetransport från kroppen via konvektion, en ökad klädsel kan förhindra detta. Dessutom måste man även ta hänsyn till andra faktorer för att uppleva ett tillfredsställande termiskt klimat. Lodrät (vertikal) lufttemperaturskillnad mellan huvud (1,1 m) och ankelhöjd (0,1 m) skall vara mindre än 3 C. Yttemperaturen på golv skall vara 19 C, 26 C över varma rum (tex. pannrum), 29 C vid golvvärme Medellufthastigheten skall vara 0,15 m/s, sommartid 0,25 m/s (medelvärde 3 min) Lodrät (horisontell) strålningstemperaturasymmetri från fönster eller andra kalla ytor skall vara 10 C Vågrät strålningstemperatur asymmetrin från ett uppvärmt tak skall vara 5K

22 Den operativa temperaturen kan beräknas approximativt enligt toperativ =(t luft +l yta )/2 Med hänsyn till lufttemperatur, operativ temperatur och lufthastighet beräknas ekvivalenta temperaturen (t eq ) (v är lufthastighen (m/s) tekvivalent = toperativ 8*v

23 PMV (Predicted Mean Vote) Kan beräknas för olika kombinationer av met, clo, lufttemperatur, strålningstemperaturer, lufthastighet och relativ luftfuktighet. PMV kan beräknas: a) Enligt M PMV = (0.303 e ) PPD index (Predicted Percentage of Dissatisfied) När PMV är bestämt kan PPD beräknas PPD = e ( PMV PMV 2 ) b) Direkt från tabell (ISO 7730) c) Genom direkt mätning av operativ och ekvivalent temperatur

24 Diagram för bestämning av optimal operativ temperatur utgående från clo- och metvärden enligt ISO 7730 Detta ger en tillåten avvikelse från den optimala operativa temperaturen, ett toleransintervall; Personal (15-21 C) Kund sommar/ vinter (21-25 C)/ (12-20 C)