Utvärdering och jämförelse av CO2-kylsystem i en livsmedelsbutik

UPTEC ES 19010 Examensarbete 30 hp Juni 2019 Utvärdering och jämförelse av CO2-kylsystem i en livsmedelsbutik Maria Lööf

Abstract Evaluation and comparison of CO2 refrigeration systems in a supermarket Maria Lööf Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box 536 751 21 Uppsala Telefon: 018 471 30 03 Telefax: 018 471 30 00 Hemsida: http://www.teknat.uu.se/student Supermarket refrigeration systems are large emitters of high GWP refrigerants, and due to the Montreal protocol and F-gas regulation, which aim to phase out high GWP refrigerants, refrigeration systems with alternative refrigerants must be implemented in order to secure climate friendly and efficient refrigeration. One increasingly more popular alternative is transcritical refrigeration systems using only CO2 as a refrigerant. The aim of this master thesis was to investigate one of these transcritical CO2-systems in order to determine how cooling capacity, power and efficiency varies over a year and what the variations depend on. Another aim was to try to compare the transcritical CO2-system with the two refrigeration systems used earlier in the same supermarket. Simulations based on dimensional data from the manufacturers were executed for the three different systems, and the transcritical CO2-system was simulated over one year, using monthly averages of parameter data. Field measurements of power were also performed in order to determine how simulations and reality corresponded. The simulations with dimensional data indicated that the transcritical system had the best system performance in all categories investigated, although the results depend on the amount of transcritical operation during the year. The transcritical system generally demonstrates better results in the winter, due to a lower ambient temperature, which has a positive effect on parameters crucial to the efficiency of the system, such as condensing pressure and temperature and evaporating temperatures. One advantage of transcritical systems is the possibility to recover heat, but the heat recovery system in the supermarket was non-functioning during the project. It has however been estimated that considerable monetary savings can be obtained with functional heat recovery compared to purchased district heating that is currently used for space and water heating. Handledare: José Villanueva Ämnesgranskare: Cecilia Gustavsson Examinator: Petra Jönsson ISSN: 1650-8300, UPTEC ES19 010

Populärvetenskaplig sammanfattning I takt med ökade klimatförändringar är det viktigt att alla sektorer minskar både sin energianvändning och sina utsläpp. Livsmedelssektorn står för ca 3 % av Sveriges totala energianvändning, varav en betydande del av detta går till butikens kylsystem. I kylsystem krävs som arbetsmedium ett eller flera köldmedier och dessa har oftast en hög klimatpåverkan. Eftersom livsmedelsbutiker är en av de främsta konsumenterna och utsläppskällorna av köldmedier är det viktigt att hitta lösningar för kylsystem med lägre energiförbrukning och som använder köldmedier med låg klimatpåverkan. Att använda köldmedier med låg klimatpåverkan är dessutom ett krav i och med protokoll och förordningar, både på FN-nivå och på EU-nivå. Ett exempel på ett förhållandevis miljövänligt system är s.k. transkritiska kylsystem som endast använder koldioxid som köldmedium. Koldioxid förknippas vanligtvis med klimatpåverkan, men när det kommer till köldmedium har koldioxid jämfört med de flesta andra köldmedier mycket låg klimatpåverkan. Ett transkritiskt kylsystem innebär att systemet har potential att arbeta över en s.k. kritisk punkt, vid höga tryck och temperaturer där ämnet beter sig annorlunda vid värmebortförsel jämfört med om systemet arbetar vid lägre tryck och temperaturer. Det huvudsakliga syftet med detta projekt var att undersöka hur ett transkritiskt system beter sig under ett år, hur mycket värme systemet har möjlighet att föra bort, hur mycket elenergi systemet konsumerar samt systemets prestanda. Även specifika parametrar har analyserats för att ta reda på vad variationerna under året beror på. En fördel som framhävs i samband med transkritiska koldioxidsystem är möjligheten att återvinna värme och därmed slippa köpa in värme för uppvärmning och varmvatten. Även om butikens värmeåtervinningssystem inte var i funktion under projektets genomförande uppskattades möjliga besparingar i samband med värmeåtervinning. I den mån det var möjligt jämfördes också det transkritiska systemet med de kylsystem med traditionella köldmedier som tidigare använts i butiken. En mätning av eleffekten in i det transkritiska systemet utfördes på plats i butiken för att uppskatta hur bra verkliga värden och simulerade värden överensstämde. Resultatet visade att det transkritiska systemet, jämfört med de tidigare kylsystemen, har högre kylförmåga, använder mindre el och har en högre prestanda, men att det för prestandan är viktigt att systemet arbetar vid ett så lågt tryck som möjligt. Det kunde dock inte utföras simuleringar eller mätningar för de äldre systemen under en längre tid, vilket krävs för ett säkrare resultat. Under ett år visade det transkritiska systemet generellt sett ha bättre kylförmåga, lägre elförbrukning och högre prestanda under kalla månader än under varma. Detta beror på att värmeupptagning kan ske vid högre temperaturer och värmebortförsel från systemet kan ske vid lägre temperaturer under kalla månader. Vidare uppskattades en fungerande värmeåtervinning kunna leda till betydande besparingar årligen jämfört med dagsläget.

Exekutiv sammanfattning Transkritiska CO 2 -kylsystem har potential att vara en lösning till att protokoll och förordningar inom en snar framtid kommer att begränsa användandet av många köldmedium som idag används i kylsystem. I detta examensarbete redovisas hur bl.a. prestandan i ett transkritiskt system i en livsmedelsbutik varierar under ett år, vad variationer beror på samt hur systemet står sig jämfört med kylsystem med traditionella köldmedium. De främsta resultaten i arbetet är att transkritiska kylsystem lämpar sig bäst i länder med låg medeltemperatur ute eftersom prestandan minskar och eleffektförbrukningen ökar under varma månader. En fungerande värmeåtervinning i transkritiska system kan också anses vara lönsamt. Enligt dimensionerad data har transkritiska kylsystem minde elförbrukning och högre prestanda än kylsystem med traditionella köldmedium. För säkrare resultat i alla delar av arbetet, men framför allt i jämförelsen mellan de olika systemen skulle fler objekt behöva undersökas under en längre tid. Förord Med detta arbete avlutar jag min utbildning på civilingenjörsprogrammet i energisystem vid Uppsala Universitet och Sveriges Lantbruksuniversitet. Jag vill tacka de som hjälpt mig genomföra det här projektet. Tack till ÅF och framför allt min handledare José Villanueva, som kontinuerligt bidragit till stöttning och värdefull input under projektets gång. Tack också till min ämnesgranskare på Uppsala Universitet, Cecilia Gustavsson, som under våra möten gett många goda råd. Maria Lööf Solna, juni 2019 2

Beteckningar 2, 3 Frysaggregaten i S1 och delar av S2!"! Köldmedium som innehållet klor och fluor!"! Koldioxid!"# Coefficient of Performance!" Direktexpansion!"# Global Warming Potential!" Köldmedium som innehåller kol och väte!"#" Köldmedium som innehåller klor fluor och väte!"# Köldmedium som innehåller fluor och väte!" Högtemperaturtillämpning, luftkonditionering!"# Internal Heat Exchanger!"# Ozone Depletion Potential!"1 En av två kylmaskiner i S3!"2 En av två kylmaskiner i S3!" Lastkvot!" Lågtemperaturtillämpning, frysar!" Mellantemperaturtillämpning, kylar!"! Ammoniak!! Kyleffekt!!,!" Kyleffekt i lågtemperaursteget!!,!" Kyleffekt i mellantemperatursteget!!,!!,!ö! Den förändrade delen av kyleffekten i S2!!,!!,!"ö! Den oförändrade delen av kyleffekten i S2!! Kondensoreffekt!744 Koldioxid när det används som köldmedium!1 Systemet innan övergång till det transkritiska koldioxidsystemet!2 Systemet under övergången till det transkritiska koldioxidsystemet!3 Det transkritiska koldioxidsystemet!"# Saturated Discharge Temperature!!" Saturation Suction Temperature!!",!" Temperatur ut från gaskylaren!!"#@!"#$%/!" Mätttnadstemperatur vid kondensor/gaskylartrycket!!"#$%&'( Grader underkylning efter gaskylaren!"#1: 1 3 Kylaggregaten i S1 och delar av S2!!" Eleffekten in i systemet!!",!" Eleffekten in i systemet i lågtemperatursteget!!",!" Eleffekten in i systemet i mellantemperatursteget 3

Innehållsförteckning 1. Inledning... 5 1.1 Bakgrund... 5 1.2 Syfte... 6 1.3 Avgränsningar... 7 2. Teori... 8 2.1 Kylcykeln... 8 2.2 Egenskaper för CO 2... 9 2.3 Typer av CO 2 -system... 10 2.3.1 Indirekt system... 10 2.3.2 Kaskadsystem... 11 2.3.3 Transkritiskt booster-system... 12 2.3.3.1 Värmeåtervinning i transkritiska booster-system... 13 3. Systembeskrivning... 15 3.1 S1... 15 3.2 S2... 16 3.3 S3... 17 4. Metod... 19 4.1 System för datainsamling och simuleringar... 19 4.1.1 Iwmac... 19 4.1.2 Bitzer software... 20 4.2 Dimensionerande simuleringar... 20 4.2.1 Lastkvotskorrigerad COP... 21 4.3 Simuleringar för S3... 22 4.4 Effektanalys-och jämförelse... 23 4.5 Parametrar i S3... 23 4.6 Värmeåtervinning... 23 5. Resultat... 24 5.1 Dimensionerande simuleringar... 24 5.2 Simuleringar för S3... 26 5.3 Effektanalys-och jämförelse... 28 5.4 Parameteranalys i S3... 29 5.5 Värmeåtervinning... 33 6. Diskussion... 34 7. Slutsats... 36 8. Referenser... 37 Bilaga 1: Javakod... 41 Bilaga 2: Parameterförklaringar i Bitzer software... 43 4

1. Inledning 1.1 Bakgrund Livsmedelsbutiker konsumerar mycket energi. I Sverige uppskattas 3 % av den konsumerade elektriska energin gå till livsmedelsbutiker, och en stor andel av denna energi går till kylsystemet som ofta står för 35-50 % av butikens totala elenergianvändning (Arias 2005). En annan aspekt är att kylsystem i livsmedelsbutiker är en av de främsta konsumenterna och utsläppskällorna av köldmedier med hög GWP (Tsamos 2017). En omställning till nya effektiva kylsystem som använder köldmedier med låg GWP kan därmed vara lönsamt, både ut ett ekonomiskt perspektiv och ur ett klimatperspektiv. De flesta kylanläggningar idag bygger på kompressionsteknik, en teknik som funnits för privata kylanläggningar sedan 1920-talet. Kompressionstekniken krävde dock el, något inte alla hushåll vid denna tid hade tillgång till, och kompressionskylskåp var dessutom till en början mycket dyra. Denna teknik fick därför inte genomslag förrän på 1950-talet. Från början användes ammoniak som köldmedium, men detta byttes snabbt ut mot CFCs och HCFCs eftersom dessa uppfattades som ett stabilare och säkrare alternativ då de varken är giftiga eller brännbara som ammoniak. CFCs och HCFCs hade dock en mycket negativ effekt på ozonlagret, något som inte upptäcktes förrän på 1970-talet (Stigzelius 2015). Montrealprotokollet antogs 1987 med syftet att minska användningen av ämnen som verkade negativt på ozonlagret. Avtalet är undertecknat av alla medlemsstater i FN (UN Environment. 2019). Det skedde i och med detta en övergång till andra köldmedietyper i kylsystem, exempelvis HFC-gaser, eftersom dessa, vilket kan ses i Tabell 1, har ODP 0 och därmed inte någon påverkan på ozonlagret. I mitten av 90-talet var de vanligaste köldmedierna i livsmedelsbutiker R22 (40 %), R134a (18 %), R404A (17 %), R502 (16 %) och R12 (10 %), men till följd av Montrealprotokollet var i början av 2000-talet de vanligaste köldmedierna istället R404A (70 %) och R134a (24 %), och dessa är än idag de vanligaste (Sawalha et al. 2017). I Tabell 1 visas egenskaper för dessa nämnda köldmedier och det kan ses att de vanligaste, R404A och R134a, har hög respektive medelhög GWP och därmed är starka växthusgaser. I och med den ökade insikten om klimatförändringar har detta på senare tid belysts och det har därmed skett och det planeras att ske fler åtstramningar för att även minska konsumtionen av köldmedier med hög GWP, både genom Kigali-ändringen av Montrealprotokollet samt genom f-gasförordningen (UN Environment 2016). F-gasförordningen kommer exempelvis att innebära att större anläggningar, däribland många livsmedelsbutiker, från år 2020 inte får fylla på eller nyinstallera köldmedium med GWP som överstiger 2500, vilket innebär en utfasning av R404A (Europaparlamentets och rådets förordning 2014/517/EU). Dessutom kommer en utfasning ske enligt Tabell 2 vilket inom en snar framtid skulle innebära att vissa köldmedier som presenterats som potentiella alternativ till R404A, exempelvis R407F och R448A (Gustafsson, Rolfsman och Jenssen 2015), inte skulle vara bra alternativ då dessa har GWP på 1825 respektive 1387. 5

Tabell 1: Egenskaper för några köldmedier Köldmedium Köldmedietyp ODP (R11=1) GWP 100 (CO 2 =1) Brännbarhet Giftighet R12 CFC 1 10900 Ej brännbar Ej giftig R134a HFC 0 1430 Ej brännbar Ej giftig R22 HCFC 0,055 1810 Ej brännbar Ej giftig R290 HC 0 3 Brännbar Ej giftig R404A HFCblandning 0 3922 Ej brännbar Ej giftig R407F HFCblandning 0 1825 Ej brännbar Ej giftig R448A HFO/HFCblandning 0 1387 Ej brännbar Ej giftig R502 CFC 0,33 4657 Ej brännbar Ej giftig R717 NH 3 0 0 Något brännbar Giftig R744 CO 2 0 1 Ej brännbar Ej giftig (Hundy, Trott och Welch 2008, 32) (allt om f-gas 2019) (Linde gas 2007) (Linde gas 2019) (NRI 2018a-c) Tabell 2: Utfasning enligt f-gasförordningen Ufasningssteg Tidsperiod % av årlig medelkonsumption inom EU (2009-2012) Medelvärde GWP 1 2015 100 2000 2 2016-2017 93 1860 3 2018-2020 63 1260 4 2021-2023 45 900 5 2024-2026 31 620 6 2027-2029 24 480 7 2030 21 420 (AREA 2016) (SKVP 2014) Ett alternativt köldmedium som föreslagits och som skulle klara av kraven från dessa protokoll och utfasningar är CO 2. Trots att det är vanligt att förknippa CO 2 med klimatpåverkan är det i jämförelse med de flesta andra köldmedier ett mycket bra alternativ ur klimatsynpunkt, eftersom GWP hos CO 2 endast är 1. Tekniken att använda CO 2 för kyla har funnits sedan slutet av 1800-talet, och användes ofta i anläggningar på fartyg fram till 50- talet. Till följd av problem med högt kondenseringstryck och att CO 2 har låg kritisk temperatur fasades kylteknik för CO 2 ut efter andra världskriget (Nydal 2010, 46) (Cavallini och Zilio 2007). I slutet av 1980-talet uppmärksammade den norske forskaren Gustav Lorentzen återigen fördelarna med CO 2 som köldmedium. CO 2 inom kommersiell kyla började främst användas som sekundärt köldmedium i indirekta kylsystem, men så småningom installerades anläggningar med endast CO 2 som köldmedium (Sawalha 2008). Idag är CO 2 som köldmedium återigen ett attraktivt alternativ, inte minst för att det är giftfritt, icke brännbart samt har hög tillgänglighet och låg klimatpåverkan. 1.2 Syfte Detta projekt sker genom ÅF. Projektet ämnar undersöka ett befintligt kylsystem i en livsmedelsbutik, ett s.k. transkritiskt kylsystem som endast använder CO 2 som köldmedium och därför kan vara ett bra alternativ när traditionella kylsystem måste bytas ut eller ställas 6

om för att använda köldmedier med lägre klimatpåverkan. I den mån det är möjligt ska även det transkritiska systemet jämföras med de system som användes innan systembytet. Syftet med uppdraget är att förstå hur de olika systemen fungerar samt undersöka prestandan genom att granska hur kyleffekt, eleffekt och COP skiljer sig dels mellan de olika systemen och dels under ett år för det transkritiska CO 2 -systemet. Enskilda parametrar för det transkritiska CO 2 - systemet, förångningstemperaturer, kondenseringstemperatur och tryck i kondensor/gaskylare, ska också analyseras i syftet att få en djupare förståelse för vad som påverkar resultatet. Projektet är primärt baserat på simuleringar. 1.3 Avgränsningar Endast en butik undersöktes eftersom det inte fanns möjlighet att undersöka fler butiker. Det gick inte att inhämta parameterdata under en längre tid för de äldre systemen eftersom data från övervakningssystemen togs bort vid bytet av kylanläggning. Därmed kunde endast simuleringar baserade på dimensionerad data utföras för de äldre systemen. Det var inte möjligt att undersöka det nuvarande systemet under mer än ett år eftersom övervakningssystemet för den ena kylmaskinen inte sattes i drift förrän i mars 2018. Eftersom det nya systemets värmeåtervinning inte var i drift under tiden för projektet, kunde inte en noggrannare inverkan av värmeåtervinningen undersökas 7

2. Teori Denna del behandlar grundläggande teori om kylcykler, prestandan i kylcykler, CO 2 som köldmedium samt typer av CO 2 -kylsystem. Detta ämnar ge en teoretisk bakgrund till hur systemen i Kap 3 fungerar samt belysa både fördelar och svårigheter som kan uppkomma i samband med CO 2 -system. 2.1 Kylcykeln Kylning är processen att flytta värme från en lågtemperaturkälla till en högtemperaturkälla. Den vanligaste kylcykeln är kompressionskylcykeln som illustreras i Figur 1 och 2. Denna består av fyra huvudkomponenter; en kompressor, en kondensor, en expansionsventil och en förångare. Elenergi används för att driva kompressorn där köldmedium i mättad eller överhettad gasform komprimeras från lågt tryck till högt tryck, från den kalla till den varma sidan, med en slutfas som överhettad gas. I kondensorn avges värme till omgivningen och köldmediet kondenseras och blir vätska (Cengel och Boles 2011, 607-611). Expansionsventilen utgör gränsen mellan högtryck-och lågtryckssidan och dess främsta uppgift är att leverera rätt mängd köldmedium till förångaren (Danfoss 2017). I expansionsventilen övergår köldmediet till fuktig ånga, en tvåfasblandning. Cykeln sluts med förångaren som tar upp värme från det utrymme som ska kylas. Köldmediet hettas då upp och övergår till gasform innan det återigen går in i kompressorn (Cengel och Boles 2011, 610). Denna enklaste typ av kylsystem är ett exempel på ett direkt system, eller DX-system. Detta innebär att köldmediet i kylcykeln används direkt för att transportera värme från utrymmet som ska kylas till utrymmet där värmen ska avges (Melinder 2010). Andra typer av kylsystemdesign beskrivs i Kap 2.3....... Figur 2: Ph-diagram för en kompressionskylcykel där kyleffekt, eleffekt och kondenseringseffekt är utmärkta (Cengel och Boles 2011, 611, reviderad bild) Figur 1: Enkel kompressionskylcykel med de fyra huvudkomponenterna. Värme tas upp i förångaren, el går in i kompressorn och värme avges i kondensorn. (Cengel och Boles 2011, 611, reviderad bild) 8

Ett kylsystems prestanda uttrycks genom COP, coefficient of performance eller kylfaktor, som uttrycks i Ekvation 1.!"# =!!!!" (1) Där!! är kyleffekten, hur snabbt systemet kan föra värme från utrymmet som ska kylas till systemet och!!" är eleffekten in i systemet. Som exempel betyder COP=3 att det krävs 1 kw eleffekt för att föra bort 3 kw värme från utrymmet som ska kylas. Det är därmed önskvärt att i ett kylsystem ha så hög COP som möjligt, vilket fås med stora kyleffektvärden och låga eleffektvärden. I Figur 1 och 2 kan beteckningarna för kylkapacitet och eleffekt ses, tillsammans med!!, kondensoreffekten, som beskriver hur snabbt värme förs bort från systemet (Cengel och Boles 2011, 608). 2.2 Egenskaper för CO 2 CO 2 förekommer naturligt i atmosfären och bildas under andning hos levande organismer, men även under industriella processer som vid förbränning av exempelvis fossila bränslen (Emerson 2015). När CO 2 används som köldmedium kallas det R744, och några av dess egenskaper är att den är luktlös, ej brännbar, ej giftig, har bra värmeöverföringsegenskaper samt låg viskositet (Danfoss 2008, 2019). Figur 3 är ett fasdiagram för CO 2 där två punkter är utmärkta; trippelpunkten och den kritiska punkten. Trippelpunkten tillåter tre faser: fast, vätska och gas, att existera samtidigt i jämvikt. Det är också den lägsta punkten där värmeöverföring genom förångning och kondensering kan ske eftersom det under denna punkt inte finns någon vätskefas. Den kritiska punkten är den övre gränsen för förångnings- och kondenseringsprocesser eftersom fasen över denna punkt är subkritisk vätska då det inte finns någon fasgräns mellan vätskefas och gasfas (Danfoss 2008). För CO 2 är den kritiska punkten vid 31 C och 73,8 bar. Figur 3: Fasdiagram för CO 2 med den kritiska punkten utmärkt (Danfoss 2008) 9

Alla ämnen har en trippelpunkt och en kritisk punkt, men CO 2 är speciellt på så sätt att den kritiska temperaturen är mycket låg. De flesta köldmedier har kritiska temperaturer över 90 C vilket innebär att dessa köldmedier kan kondenseras och förångas upp till höga temperaturer, vilket inte är möjligt för CO 2. För att värme ska kunna avges effektivt i en värmeväxlare behöver temperaturen på mediet som ska ta upp värme vara ca 5-10 C under den kritiska temperaturen. I kylsystem är mediet som ska ta upp värme från köldmediet utomhusluft, vilket innebär att det inte är möjligt för CO 2 att avge värme genom kondensering om utomhustemperaturen överstiger ca 25 C, utan det måste ske genom en annan värmeavgivningsprocess (Danfoss 2008). Det är här transkritiska CO 2 -system kommer in i bilden, vilket beskrivs vidare i Kap 2.3.3. 2.3 Typer av CO 2 -system Det finns många olika sätt att utforma ett kylsystem, men alla köldmedier lämpar sig inte för alla systemutformningar. När CO 2 används i ett kylsystem finns primärt tre alternativ; indirekt system, kaskadsystem eller transkritiskt system och dessa kommer att beskrivas mer utförligt i detta kapitel. I dessa systembeskrivningar förekommer uttryck som LT och MT. LT, lågtemperatur, innebär tillämpningar med frysar och MT, mellantemperatur, innebär tillämpningar med kylar. Det finns även högtemperatur, HT, som dock inte förekommer i denna rapport, vilket innebär luftkonditionering. 2.3.1 Indirekt system Ett indirekt system utgörs av en primär krets med det primära köldmediet samt en eller flera sekundära kretsar med sekundära köldmedier. Figur 4 visar ett indirekt system med två sekundära kretsar, en på den kalla sidan, till höger i figuren, och en på den varma sidan, till vänster i figuren. Det sekundära köldmediet på den kalla sidan tar upp värme från enheten som ska kylas. Denna värme avges sedan till den primära kretsen i en förångare som i sin tur efter kompression avger värme i en kondensor till den sekundära kretsen på den varma sidan (Melinder 2010). Figur 4: Indirekt kylsystem med primär cykel i mitten. Värme tas upp i den kalla sekundära kretsen (höger sida) och avges i den varma sekundära kretsen (till vänster) (Addcon 2019, reviderad bild) En av fördelarna med indirekta system är flexibiliteten, vilket är fördelaktigt om många enheter behöver kylas eller långa rör behövs. Den primära kretsen i ett indirekt system är ofta kompakt eftersom många huvudkomponenter kan placeras tätt i maskinrummet. Då det primära köldmediet lokaliseras till maskinrummet medför detta dels ett mindre behov av primärt köldmedium, men också en mindre risk för läckage, vilket speciellt är önskvärt när det primära köldmediet har hög GWP, är brännbart eller giftigt. Nackdelarna med indirekta 10

system är att det behövs extra komponenter till de sekundära kretsarna, vilket innebär extra kostnader för exempelvis pumpar, extra värmeväxlare och sekundära köldmedier. Pumparna innebär även ett större elbehov, och detta kan tillsammans med den adderade värmeöverföringen från de extra värmeväxlarna innebära lägre prestanda i indirekta system än vid direkta system (Melinder 2010). Som nämndes i inledningen började CO 2 i kylsystem initialt användas som sekundärt köldmedium i indirekta system, framför allt i LT-kretsar. CO 2 har bra egenskaper vid värmeöverföring, har lägre viskositet än många andra sekundära köldmedier och innebär inte någon risk för korrosion, vilket gör det till ett fördelaktigt köldmedium i indirekta kylsystem (Karampour, Sawalha och Arias 2016). 2.3.2 Kaskadsystem Ett kaskadsystem består av två eller fler kompressionscykler. Figur 5 och 6 visar ett kaskadsystem i två steg med en LT-cykel, nederst i figuren, och en MT-cykel, överst i figuren. Värme från enheten som ska kylas tas upp i förångaren i LT-cykeln och avger efter kompression denna värme i en värmeväxlare. Denna värmeväxlare fungerar som en kondensor i LT-cykeln och som en förångare i MT-cykeln. Värmen avges sedan efter kompression i kondensorn i MT-cykeln (Mate et al. 2017).... Figur 5: Kaskadsystem i två steg, LT-steget nederst och MT-steget överst. Värme tas upp i förångaren i LT-steget och avges i kondensorn i MT-steget (Cengel och Boles 2005, 621, reviderad bild) Figur 6: Ph-diagram för ett kaskadsystem med två köldmedier. Sifforna korresponderar mot dem i Figur 5 (Kamalinejad, Amidpour och Naeynian 2015) Många tillämpningar kräver låga temperaturer i LT-steget, men till följd av en hög kompressionskvot och dålig volymetrisk verkningsgrad är det svårt att med endast en kompressionscykel nå dessa temperaturer. Kaskadsystemet underlättar möjligheten att nå låga temperaturer eftersom systemet har flera cykler och potentiellt olika köldmedier som kan anpassas efter anläggningens behov (Mate et al. 2017). Kaskadsystem har också visat sig vara 11

fördelaktigt i varmare klimat (Catalán-Gil et al. 2018)(Emerson 2016). En nackdel med kaskadsystem är att temperaturdifferensen i den kombinerade kondensorn/förångaren kan minska prestandan något för LT-cykeln (Emerson 2016). I kaskadsystem används CO 2 oftast i LT-steget, men det finns också kaskadsystem med CO 2 i både LT- och MT-steget. 2.3.3 Transkritiskt booster-system Som nämndes tidigare är det i kylsystem med CO 2 som köldmedium vanligt att kylprocessen sker över den kritiska punkten eftersom den kritiska temperaturen för CO 2 är så låg. Kylprocesser med de flesta köldmedier sker under den kritiska punkten och denna typ av process kallas subkritisk kylcykel. Kylprocesser som sker både under och över den kritiska punkten kallas transkritisk kylcykel. Figur 7 illustrerar både en subkritisk och en transkritisk kylcykel i ett Ph-diagram (Danfoss 2008). Figur 7: Subkritisk kylcykel arbetar under den kritiska punkten och har kondensering som värmeavgivningsprocess (till vänster), transkritisk kylcykel arbetar över den kritiska punkten och har gaskylning som värmeavgivningsprocess (Danfoss 2008) De två cyklerna är lika och har samma komponenter, det som skiljer dem åt är värmeavgivningsprocessen. Eftersom kondensering inte kan ske vid transkritisk drift sker istället en värmeavgivningsprocess som kallas gaskylning, och komponenten där detta sker kallas då gaskylare istället för kondensor (Danfoss 2008). Vid LT- applikationer behövs kompression i två steg och eftersom samma köldmedium går genom LT-kompressorerna som genom MT-kompressorerna kallas systemet för ett boostersystem. När gasen ut från LT-kompressorerna går in i MT-kompressorerna fungerar LTkompressorerna som en booster till MT-kompressorerna (Emerson 2016)(Katz 2016). För att öka prestandan i systemet är transkritiska booster-system ofta utrustade med en flash gas bypass som leder förbi köldmedieånga runt MT-förångaren. Efter kondensorn/gaskylaren expanderas köldmediet och slutfasen är oftast en tvåfasblandning. En del av tvåfasblandningen är alltså gas, något som inte är önskvärt i förångaren eftersom det inte bidrar till någon signifikant kyleffekt. I en vätskeavskiljare separeras ångan från vätskan, och genom att leda ångan förbi förångaren får köldmediet som går in i förångaren lägre ånghalt 12

och prestandan ökar (Elbel och Hrnjak 2004). Figur 8 och 9 visar en skiss och Ph-diagram för ett transkritiskt booster-system med flash gas bypass. Figur 9: Ph-diagram för olika driftfall av subkritisk och transkritisk drift i ett transkritiskt booster-system med flash gas bypass (Katz 2016) Figur 8: Transkritiskt booster-system med flash gas bypass (Karampour, Sawalha och Arias 2016) Några av fördelarna med transkritiska system är att endast ett köldmedium behöver användas, att det bara är ett system vilket leder till låga systemkostnader, systemet har bra möjlighet till värmeåtervinning samt att CO2 är ett miljövänligt köldmedium som, till skillnad från många andra köldmedium, inte kommer fasas ut i samband med Montrealprotokollet och f-gasförordningen. Några nackdelar är höga drifttryck vilket innebär att starkare komponenter behövs samt att systemet är mer beroende av utomhustemperaturen än andra system (Emerson 2016) (McAlpine Hussmann 2019). 2.3.3.1 Värmeåtervinning i transkritiska booster-system Som beskrivet i föregående del av kapitlet sker värmeavgivning inte på samma sätt vid subkritisk operation som vid transkritisk operation. I subkritiskt läge sker kondenseringen vid samma tryck och temperatur, de är alltså beroende av varandra. Det sker även en fasändring från gas till vätska. I transkritisk operation är detta inte fallet, utan gaskylningen sker vid konstant tryck, men temperaturen minskar hela tiden under värmeavgivningen. Det sker inte heller någon fasändring (Danfoss 2009). Figur 10 visar värmeavgivning vid subkritisk och transkritisk drift. 13

Figur 10: Värmebortförsel vid subkritisk och transkritisk drift. Röd pil CO2, blå pil media som tar upp värme (Danfoss 2009) Värmeåtervinning för CO2 sker vanligtvis genom värmeväxling i två steg, ett steg för varmvatten (50-70 C) och ett steg för uppvärmning (40-50 C) (Polzot, D Agaro och Cortella 2017). Värmeåtervinning i CO 2 -system fungerar mycket bra vid transkritisk operation, men även subkritisk drift har visat sig vara bättre än värmeåtervinning i exempelvis kylsystem med R134a eller R404A med separata värmepumpar (Sawalha 2013) (Danfoss 2009). Transkritiska booster-system har visat sig ha möjlighet att täcka hela värmebehovet för en medelstor livsmedelsbutik i Sverige (Sawalha 2013) 14

3. Systembeskrivning I detta kapitel förklaras de undersökta kylsystemen S1, S2 och S3 genom beskrivningar av systemutformning, använda köldmedier och dimensionerad kyleffekt. 3.1 S1 S1 är det första kylsystemet i butiken som installerades 2006. S1 är ett kaskadsystem som översiktligt beskrevs i Kap 2.3.2, men med ytterligare komponenter och kretsar, en översiktsbild av S1 kan ses i Figur 11. Figur 11: Principschema för S1 med MT-steget VKA1:1-3 till vänster och LT-steget 2 och 3 i nedre högra hörnet. Mellan dessa finns en extra propylenkrets. (Bild från kylinstallatören) Systemet har tre kylaggregat, kallade VKA1:1-3, med tandemkompressorer i varje enhet för MT-steget och två frysaggregat, kallade 2 och 3, med tre kompressorer i varje enhet för LTsteget. LT-steget i S1 är DX. I Figur 12 kan MT-enheterna i kylmaskinen ses. I MT-steget används HFC-köldmediet R404A och i LT-steget används CO 2. Mellan LT-steget och MTsteget finns en extra krets med propylen som dels tar upp värme från frysaggregaten 2 och 3 samt från kylobjekten i affären. Denna värme avges därefter i förångarna vid VKA1:1-3. I samband med VKA1:1-3 finns en värmeåtervinningskrets. På butikens tak sitter en kylmedelskylare. I S1 är många av kyldiskarna öppna vilket kräver en högre dimensionerad kyleffekt för MT-enheterna än S2 och S3. Systemspecifikationer för S1 kan ses i Tabell 3. 15

Figur 12: Kylanläggningen i S1 (ÅF) Tabell 3: Systemspecifikationer för S1 Aggregat MT/LT Köldmedium Kompressor VKA1:1 MT R404A VKA1:2 MT R404A VKA1:3 MT R404A 2 LT CO2 3 LT CO2 Semihermetisk tandemkolvkompressor, 66G-60-2Y-40P (Bitzer) Semihermetisk tandemkolvkompressor, 66G-60-2Y-40P (Bitzer) Semihermetisk tandemkolvkompressor, 66G-60-2Y-40P (Bitzer) Semihermetisk kolvkompressor, 3 x KC-3,2K (Bitzer) Semihermetisk kolvkompressor, 3 x KC-3,2K (Bitzer) Dim kyleffekt [kw] 111 111 111 25 25 3.2 S2 S2 är systemet efter att etapp 1 av ombyggnaden i kylsystemet i butiken slutfördes 2016. Kylanläggningen som beskrivs i föregående kapitel, S1, kompletterades då med en transkritiskt CO2-kylmaskin, KA1, som beskrivs i Kap 3.3. I S2 finns därmed S1 kvar, men en del av kylbehovet försörjs istället av KA1. I samband med ombyggnaden byttes även ungefär hälften av alla kyldiskar ut i butiken till kyldiskar med lock vilket minskar butikens kylbehov och därmed den dimensionerade kyleffekten för MT-enheterna. Systemspecifikationer för S2 finns i Tabell 4 och 5. 16

Tabell 4: Systemspecifikationer för den gamla kylanläggningen i S2 Aggregat MT/LT Köldmedium Kompressor Dim kyleffekt [kw] VKA1:1 MT R404A Semihermetisk 111 tandemkolvkompressor, 66G-60-2Y-40P (Bitzer) VKA1:2 MT R404A Semihermetisk 55,5 tandemkolvkompressor, 66G-60-2Y-40P (Bitzer) VKA1:3 MT R404A Semihermetisk 0 tandemkolvkompressor, 66G-60-2Y-40P (Bitzer) 2 LT CO 2 Semihermetisk kolvkompressor, 25 3 x KC-3,2K (Bitzer) 3 LT CO 2 Semihermetisk kolvkompressor, 3 x KC-3,2K (Bitzer) 0 Tabell 5: Systemspecifikationer för den kompletterande kylanläggningen i S2 Maskin MT/LT Köldmedium Kompressor Dim kyleffekt [kw] KA1 MT CO 2 4HTC-15K (Bitzer) 97 3 x 4FTC-20K (Bitzer) LT CO 2 3 x 2HSL-3K (Bitzer) 25 3.3 S3 S3 är kylsystemet efter att etapp 2 av ombyggnaden av kylsystemet slutfördes 2018. Det gamla kylsystemet med VKA1:1-3, 2 och 3 togs därmed bort och CO 2 -kylmaskinen KA1 kompletterades med en likadan kylmaskin, KA2. KA1 och KA2 försörjer olika objekt i butiken med kyla. S3 är ett transkritiskt CO 2 -boostersystem med flash gas bypass som översiktligt beskrivs i Kap 2.3.3. KA1/KA2 har 4 kompressorer i MT-steget och 3 kompressorer i LT-steget. En av kompressorerna i varje steg är varvtalsreglerad med en frekvensomriktare och de andra är start/stoppreglerade. Figur 13 visar en del av KA2 där de gröna enheterna är kompressorerna. Både LT- och MT-steget är DX. Det antogs att den nyare kylmaskinen, KA2, hade en avkylare efter LT-kompressorerna som minskar temperaturen på köldmediet efter LT-kompressionen, medan KA1 inte hade det, detta eftersom det inte fanns någon tillgänglig information i övervakningssystemet om en avkylare i KA1. På butikens tak sitter kondensorn/gaskylaren. 17

Figur 13: KA2 i S3. De gröna enheterna är kompressorer Resterande öppna kyldiskar i butiken byttes ut till diskar med lock i samband med ombyggnaden vilket ytterligare minskade butikens dimensionerade kyleffektbehov jämfört med S2. Systemspecifikationer för S3 finns i Tabell 6. S3 har även ett värmeåtervinningssystem som är tänkt att försörja större delen av anläggningens behov av uppvärmning, men detta var inte igång under projektets genomförande till följd av att en värmeväxlare i återvinningssystemet spruckit. I dagsläget köper butiken in fjärrvärme för att täcka uppvärmnings- och varmvattenbehovet. Tabell 6: Systemspecifikationer för S3 Maskin MT/LT Köldmedium Kompressor Dim kyleffekt [kw] KA1 MT CO 2 4HTC-15K (Bitzer) 97 3 x 4FTC-20K (Bitzer) LT CO 2 3 x 2HSL-3K (Bitzer) 25 KA2 MT CO 2 4HTC-15K (Bitzer) 97 3 x 4FTC-20K (Bitzer) LT CO 2 3 x 2HSL-3K (Bitzer) 25 18

4. Metod Detta kapitel beskriver metoden för projektet och antaganden som gjorts i de olika delarna av projektet. Projektet inleddes med en litteraturstudie för att etablera en teoretisk bakgrund till framför allt det transkritiska CO 2 -systemet S3, men även kaskadsystemet som återfinns i S1 och S2. Planen var från början att projektet skulle vara mer inriktat på egna mätningar, men detta visade sig inte vara möjligt då det nuvarande systemet inte hade de ventiler som krävs för att kunna utföra dessa mätningar. Övergripande information om systemen inhämtades från kylsysteminstallatörernas dokumentationspärmar eller direkt från kontaktpersoner på dessa företag. Denna information var exempelvis principscheman, ritningar, kompressorinformation och dimensionerande data, exempelvis temperaturer och tryck i olika delar av systemet. Det utfördes även för S3 ett antal platsbesök för att utveckla en förståelse för hur systemet var uppbyggt. Ytterligare datakällor och system som använts i projektet beskrivs nedan. 4.1 System för datainsamling och simuleringar 4.1.1 Iwmac Iwmac är ett webbaserat övervakningssystem för tekniska anläggningar inom bland annat kyl och frys (Iwmac 2019). Iwmac fanns endast tillgängligt för det nuvarande kylsystemet, S3. Genom Iwmac kunde en helhetsbild fås av KA1 och KA2 i realtid eller vid en specifik historisk tidpunkt, översiktsbilden kan ses i Figur 14. Figur 14: Översiktsbild av KA2 i Iwmac med parametervärden i olika delar av systemet (Iwmac 2019) I Iwmac kan information hämtas för enskilda parametrar under en vald tidsperiod. Ett problem som dock uppstod med Iwmac var att systemet endast registrerar en ny datapunkt när det sker en förändring. Tidsintervallet är därmed inte alltid lika mellan datapunkterna, vilket medförde att det inte direkt gick att beräkna medelvärdet av punkterna. Utöver detta var datafilerna stora, 19

vilket försvårade hanteringen i exempelvis Excel. För projektet skapades ett program i Java för att läsa in datafilen, beräkna tidsdifferensen mellan värdena och utifrån detta beräkna rätt medelvärde. Koden kan hantera NaN-värden och även orimliga värden kunde sållas bort genom att i förväg välja max-och min-värden datapunkterna fick anta. Javakoden återfinns i Bilaga 1. Det skapades även fler versioner av koden så att både månadsmedelvärde och dygnsmedelvärde kunde beräknas, koden kunde hantera olika utformning av parameterdatafilerna samt beräkna summan av tiden som en viss parameter varit inom ett givet intervall. 4.1.2 Bitzer software Bitzer software är ett webbaserat program där olika slags kylmaskiner kan simuleras, antingen utifrån önskvärd kyleffekt eller utifrån kompressormodeller. Eftersom kompressormodellerna i detta projekt var kända skedde simuleringarna utifrån kompressormodeller. Information kunde då fås om bland annat kyleffekt, eleffekt, gaskylar/kondensoreffekt och COP. Eftersom alla kompressorer i systemen kommer från Bitzer kunde detta program användas för simuleringarna i detta projekt. Bitzer är dock noga med att påpeka att mjukvaran är ett hjälpverktyg och inte är garanterat fri från eventuella fel (Bitzer 2019). 4.2 Dimensionerande simuleringar Flödesschema för metoden kan ses i Figur 15. Med dimensionerande data menas de parametrar som systemet är anpassat efter så att det förväntade kylbehovet kan tillgodoses. Den dimensionerade simuleringen utfördes i Bitzer software, förklaringar till simuleringsparametrarna kan ses i Bilaga 2. Nästan all information gällande dimensionerad data för systemen kunde fås från installatörerna av kylsystemen. Eftersom S2 är en sammanslagning mellan S1 och S3, användes dimensionerad data från båda dessa system även till S2. Kyldiskar har bytts ut i S2 vilket medför en minskad kyleffekt, det var därmed nödvändigt att göra en uppskattning på hur stor del av den gamla kylmaskinen (VKA1:1-3, 2 och 3) som används i S2. Enligt en studie från Belivs minskar kyldiskars kyleffektbehov med ungefär 40 % om dörrar sätts på kylarna (Jensen, Rolfsman, Lindberg 2015). Hälften av den dimensionerade kyleffekten kommer vara oförändrad eftersom endast hälften av kyldiskarna bytts ut till diskar med dörrar.!!,!!,!"ö! = 333!" 2 = 166,5!" Den andra hälften av den dimensionerade kyleffekten minskar till 60 %. 333!"!!,!!,!ö! = 0.6 100!" 2 Eftersom var och en av VKA1:1-3 har en kyleffekt för MT-steget på 111 kw och KA1 en MTkyleffekt på 97 kw kommer det dimensionerade kylbehovet i S2 på ett ungefär att försörjas av halva S1 tillsammans med KA1. För S3 fanns endast dimensionerande data vid transkritisk drift tillgänglig. Vid simulering vid subkritisk drift behövdes ytterligare information om kondenseringstemperatur samt temperatur efter avkylaren placerad efter LT-kompressorerna. Kondenseringstemperaturen som användes vid simuleringen är ett medelvärde från KA1 i Iwmac under 2 år, 1 juni 2016-31 maj 2018. Temperaturen efter avkylaren är ett medelvärde från KA2 i Iwmac under 1 år, 1 april 2018-31 mars 2019. 20

För att kunna få ett sammanvägt resultat vid dimensionerande drift för S2 och S3 och inte bara separat för subkritisk och transkritisk drift behövdes en uppskattning göras för hur stor del av året som systemet arbetar transkritiskt. Detta utfördes genom att ta fram data från Iwmac om trycket i kondensorn/gaskylaren, det högsta trycket i systemet. Genom javakoden erhölls den totala tiden då det högsta trycket i systemet var högre än 73,8 bar, det kritiska trycket för CO 2. Om trycket översteg detta arbetade systemet transkritiskt. Figur 15: Flödesschema, metod för dimensionerande simuleringar 4.2.1 Lastkvotskorrigerad COP Systemens totala COP beskrivs i Ekvation 2, och denna är känslig för lastkvoten, load ratio (LR). Lastkvoten är kyleffekten för MT-steget genom kyleffekten för LT-steget, som beskrivs i Ekvation 3 (Samer et al. 2017).!"#!"! =!!,!"!!!,!"!!",!"!!!",!" (2)!" =!!,!"!!,!" För att rättvist kunna jämföra S1, S2 och S3 med varandra behöver COP beräknas för varje system när de arbetar med samma lastkvot, en lastkvotskorrigerad COP som kan ses i Ekvation 4. Om man inte jämför systemens lastkvotskorrigerade COP kan ett system tyckas ha en högre eller lägre prestanda, när det i själva verket handlar om att systemet arbetar med en annan last. En vanlig lastkvot i svenska livsmedelsbutiker är 3 (Samer et al. 2017), därför har detta används när lastkvotskorrigerad COP för S1, S2 och S3 beräknas.!"#!"!,!" = (Samer et al. 2017)!!!!"!! (4)!!"#!"!"!"#!" (3) 21

4.3 Simuleringar för S3 Flödesschema för metoden kan ses i Figur 16. Simuleringen för S3 under 1 år utfördes i Bitzer software, förklaringar till simuleringsparametrarna kan ses i Bilaga 2. Parameterdata för KA1 och KA2 hämtades från Iwmac och månadsmedelvärden beräknades med Javakoden i Bilaga 1. Eftersom medeldata användes översteg aldrig medeltrycket i kondensorn/gaskylaren det kritiska trycket och systemet simulerades endast med subkritisk drift. På grund av datautformningen i Iwmac gick det inte att simulera medelvärden för parametrarna då maskinerna arbetade transkritiskt. Data samlades in från 1 april 2018-31 mars 2019. Tidsperioden valdes eftersom Iwmac för KA2 inte kom igång förrän i mitten av mars 2018. Det gjordes antaganden i simuleringen gällande överhettning. I Iwmac fås endast den totala överhettningen för LT-steget respektive MT-steget, men i Bitzer software delas överhettningen i både LT- och MT-steget in i två steg, kallade förångningsöverhettning och suggasöverhettning. I dimensionerande data från installatören var proportionerna mellan förångningsöverhettning och suggasöverhettning 60 % respektive 40 % i LT-steget och 75 % respektive 25 % i MT-steget. Detta användes därför också i simuleringen för S3. En parameter som inte gick att få via Iwmac var underkylning i samband med kondensering, d.v.s. hur många grader under mättnadstemperaturen gasen i kondensorn kyldes innan expansion till vätskeavskiljare. Underkylningen beräknades därför med Ekvation 5.!!"#$%&'( =!!",!"!!"#@!"# (5)!!",!", temperaturen vid utloppet för gaskylaren, erhölls från Iwmac, liksom trycket i kondensorn/gaskylaren,!!"#$/!". Genom en termodynamisk tabell för CO 2 med temperaturdata vid mättnadstillstånd (Anwar och Carroll 2016) beräknades sedan genom interpolation!!"#@!"#, mättnadstemperaturen vid!!"#$/!". Figur 16: Flödesschema, metod för simuleringar i S3 22

4.4 Effektanalys-och jämförelse Under 6 dagar i mars, från förmiddagen den 7/3 till eftermiddagen 13/3 utfördes en effektloggning för S3 på plats i butiken, uppställningen av mätningen kan ses i Figur 17. Genom detta kunde skillnaderna i effekt under dygnet samt mellan KA1 och KA2 analyseras. Det utfördes också en timvis jämförelse mellan loggningen och eleffekten i Megacon. Figur 17: Effektmätning av KA1 i S3 Parameterdata erhölls från Iwmac och dygnsmedeldata beräknades med javakoden så att S3 kunde simuleras under loggningsdagarna. Simuleringen skedde på samma sätt som beskrivet i 4.3, fast under ett par dagar istället för under 12 månader. Den loggade effekten jämfördes sedan med effekten från simuleringen. Jämförelsen utfördes för tidsperioden 8/3 12/3 så att endast hela dagar jämfördes. 4.5 Parametrar i S3 Parameterdata erhölls på samma sätt som tidigare beskrivet genom Iwmac och medeldata beräknades med javakoden. De parametrar som undersöktes var förångningstemperatur för LToch MT-steget, kondenseringstemperatur och trycket i kondensorn/gaskylaren. Dessa jämfördes med medeltemperaturen under det undersökta året, vilka beräknades utifrån temperaturdata från SMHI (SMHI 2019). 4.6 Värmeåtervinning För att uppskatta kostnadsbesparingen av att ha en fungerande värmeåtervinning i butiken behövdes information om årsförbrukning- och kostnader. Årsförbrukningen och den totala kostnaden för fjärrvärme i dagsläget kunde fås från MälarEnergi som är butikens fjärrvärmeleverantör. Estimeringen av årsförbrukningen av fjärrvärme efter en fungerande värmeåtervinning erhölls från en energirapport som baserades på en undersökning av butiken under perioden november 2017- oktober 2018. Den totala kostnaden efter värmeåtervinningen antogs utifrån fjärrvärmepriserna hos MälarEnergi (MälarEnergi 2019). Inköpt fjärrvärme antogs endast behövas som spetsenergi. 23

5. Resultat 5.1 Dimensionerande simuleringar Figur 18 och 19 visar den dimensionerade kyleffekten för S1-S3. Figur 18 visar det dimensionerade resultatet med subkritisk- respektive transkritisk drift separat och Figur 19 visar det sammanvägda resultatet för varje system baserat på den årlig procentuella transkritiska driften i Tabell 7. Systemen vid subkritisk drift har högst kyleffekt och de transkritiska har lägst. Det subkritiska systemet i S3 har högst kyleffekt och det transkritiska systemet i S3 har lägst kyleffekt. Den dimensionerade kyleffekten för de sammanslagna systemen är lägst i S1 och högst i S3. Ökningen mellan S1 och S2 samt S2 och S3 är respektive ca 10 %. Kyleffekten från LT-steget står för en jämn och genomgående låg andel av den totala kyleffekten. Tabell 7: Transkritisk operation under ett år Maskin KA1 KA2 Medel Transkritisk 3102660 2134380 operation [s] % av ett år 9,8 6,8 8,3 Figur 18: Dimensionerad kyleffekt för S1-S3 med subkritisk och transkritisk drift separat. Subkritisk drift i S3 uppvisar högst kyleffekt och transkritisk drift i S3 lägst. Figur 19: Dimensionerad kyleffekt för S1-S3 med en sammanvägning av transkritisk och subkritisk drift. S3 uppvisar högst kyleffekt och S1 lägst. Figur 20 och 21 visar den dimensionerade eleffekten för S1-S3, med subkritisk- respektive transkritisk drift separat i Figur 20 och sammanslaget i Figur 21. Den lägsta eleffekten fås vid subkritisk drift i S3 och den högsta i S1. Eleffekten för transkritisk drift är högre än vid subkritisk drift, både i S2 och S3 och eleffekten vid transkritisk drift i S3 är något högre än vid transkritisk drift i S2. Den dimensionerade eleffekten i de sammanslagna systemen visar att S1 har högst eleffekt och S3 lägst. Totalt sett minskar eleffekten med 28 % från S1 till S3. Eleffekten från LT-steget står för en jämn och genomgående låg andel av den totala eleffekten. 24

Figur 20: Dimensionerad eleffekt för S1-S3 med subkritisk och transkritisk drift separat. S1 uppvisar högst eleffekt och subkritisk drift i S3 lägst. Figur 21: Dimensionerad eleffekt för S1-S3 med en sammanvägning av transkritisk och subkritisk drift. S1 uppvisar högst eleffekt och S3 lägst. Figur 22 och 23 visar dimensionerad COP för S1-S3, med subkritisk och transkritisk drift separat i Figur 22 och sammanslaget i Figur 23. Förutom för COP LT finns de lägsta resultaten för COP i S3 vid transkritisk drift och de högsta resultaten i S3 vid subkritisk drift. När systemet opererar subkritiskt påvisas högst COP i alla kategorier. Lastkvotskorrigeringen av total COP påverkar resultatet något och alla systems totala COP ökar, S1 med 6 %, S2 med 4 % och S3 med 1 %. Figur 23 visar att COP i samtliga kategorier är lägst i S1 och högst i S3. Total COP ökar med ca 68 % från S1 till S3 och lastkvotskorrigerad COP ökar med 60 % från S1 till S3. Figur 22: Dimensionerad COP för S1-S3 med subkritisk och transkritisk drift separat. Subkritisk drift i S3 uppvisar bäst värden i alla kategorier av COP och transkritisk drift i S3 uppvisar lägst COP i alla kategorier utom COP LT, som är lägst i S1 Figur 23: Dimensionerad COP för S1-S3 med en sammanvägning av transkritisk och subkritisk drift. S3 uppvisar bäst COP i alla kategorier. 25

5.2 Simuleringar för S3 Simuleringsresultatet för kyleffekten i KA1 och KA2 under ett år kan ses i Figur 24 och 25. I KA1 är den totala kyleffekten lägre under de varma månaderna och högre under de kalla, i KA2 är kyleffekten jämnare över året. Det totala medelkyleffekten är något högre i KA2 än i KA1. Kyleffekten i LT-steget är mycket lika i KA1 och KA2 och är låg och jämn under hela året, medan kyleffekten i MT-steget varierar och står för den största andelen av den totala kyleffekten. Figur 24: Kyleffekt för KA1 under ett år. Kyleffekten är lägst under varma månader och högst under kalla månader Figur 25: Kyleffekt för KA2 under ett år. Kyleffekten är förutom de första två månaderna relativt jämn över året. Figur 26 och 27 visar simuleringsresultatet för eleffekten för KA1 och KA2 under ett år. Förutom ett avvikande resultat i juni för KA1 visar bägge figurer trenden med högre eleffekt 26

under de varma sommarmånaderna och en lägre eleffekt under resten av året. Eleffekten är jämnare i KA1 än i KA2, men medeleffekten är något högre i KA2. LT-stegets del av den totala eleffekten är låg och jämn under hela året. Figur 26: Eleffekt för KA1 under ett år. Eleffekten är, med undantag från juni, högst under varma månader och lägst under kalla månader. Figur 27: Eleffekt för KA2 under ett år. Eleffekten är högre under varma månader och lägre under kalla månader. Figur 28 och 29 visar COP för LT-steget, MT-steget samt total COP för KA1 och KA2. Total COP är lika, men något högre i KA2. COP LT verkar inte följa någon trend under året och skiljer sig mellan KA1 och KA2. COP MT korresponderar i både KA1 och KA2 i princip helt med total COP. För COP MT och total COP kan en trend ses med lägre COP under månader med hög medeltemperatur och högre 27

COP under kalla månader. I KA1 varierar COP under året mellan värden på 1,6 och 5 och i KA2 varierar total COP under året mellan värden på 2 och 4,6. Figur 28: COP för KA1 under ett år. Total COP är lägre under kalla månader och högre under varma månader. Figur 29: COP för KA2 under ett år. Total COP är lägre under kalla månader och högre under varma månader. 5.3 Effektanalys-och jämförelse Figur 30 visar resultatet för eleffektloggningen för S3 som utfördes i butiken från förmiddagen 7/3-2019 till eftermiddagen 13/3-2019. Figuren visar effekttoppar under dagen och lägre värden under natten. KA2 påvisar högre eleffekt under kväll och natt än KA1. Medeleffekten för KA1 och KA2 är lika, men lite högre för KA2. 28

Figur 30: Eleffektloggning för S3 med effekttoppar då butiken är öppen och dalar då butiken är stängd. I Figur 31 och 32 ses eleffektjämförelse mellan loggat resultat och simulering under perioden 8/3-12/3 2018. I bägge fall ger simuleringen en högre eleffekt än loggningen, för KA1 är den simulerade effekten i snitt 21 % högre än den loggade effekten och i KA2 är den simulerade effekten i snitt 13 % högre än den simulerade effekten. Sammanlagt är den totala eleffekten från KA1 och KA2 ca 17 % högre i simuleringen än i loggningen. Figur 31: Eleffektjämförelse för KA1, simuleringen visar 21 % högre effekt än loggningen Figur 32: Eleffektjämförelse för KA2, simuleringen visar 13 % högre effekt än loggningen 5.4 Parameteranalys i S3 Tabell 8 och Figur 33 visar månadsmedeltemperaturen under den undersökta perioden. Figur 34 visar hur månadsmedel för förångningstemperaturen för LT-steget och MT-steget i KA1 och KA2 varierar under ett år. I både KA1 och KA2 förekommer avvikande värden, men trenden som kan ses i Figur 35 är att en högre medeltemperatur ute ger en lägre förångningstemperatur, både för LT och MT. 29