KYLNING AV KYLMASKINERS KONDENSORER MED FJÄRRKYLA I LIVSMEDELBUTIKER

Forskning och Utveckling FOU 2003:92 KYLNING AV KYLMASKINERS KONDENSORER MED FJÄRRKYLA I LIVSMEDELBUTIKER Caroline Haglund Stignor

KYLNING AV KYLMASKINERS KONDENSORER MED FJÄRRKYLA I LIVSMEDELSBUTIKER Caroline Haglund Stignor ISSN 1402-5191

I rapportserien publicerar projektledaren resultaten från sitt projekt. Publiceringen innebär inte att Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB tagit ställning till slutsatserna och resultaten. 03-09-21 2003 Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB

2 Sammanfattning I livsmedelsbutiker kan kylmaskinernas kondensorer kylas på olika sätt. Dels kan de kylas via utomhusplacerade kylmedelskylare och dels kan de helt eller delvis kylas via ventilationsluften och på så sätt täcka en del eller hela butikens uppvärmningsbehov. Dessutom kan kondensorerna kylas med hjälp av fjärrkyla. Möjligheten till värmeåtervinning går då förlorad. Syftet med denna rapport är att ta reda på när fjärrkyla är det mest fördelaktiga alternativet gentemot de andra alternativen för kondensorkylning i livsmedelsbutiker. Denna bedömning görs ur olika perspektiv; kostnadsmässigt, elanvändningsmässigt och miljömässigt. Resultaten, som tagits fram via beräkningar för en typbutik, visar att de priser som tas ut för fjärrkyla idag generellt är för höga för att det ska bli lönsamt för livsmedelsbutiker att kyla sina kondensorer med fjärrkyla. Fjärrkylealternativet kan dock leda till besparingar både investeringsmässigt och när det gäller elanvändningen för butiken, vilket gör att detta alternativ kan bli lönsamt för butiken, och förhoppningsvis även för fjärrkyleleverantörerna, om priserna på fjärrkylan anpassas för denna typ av kund. Dessutom finns andra fördelar med fjärrkyla, vilka är svåra att värdera i ekonomiska termer. När det gäller jämförelsen ur elanvändningsmässigt perspektiv visar det sig, att ur ett nationellt perspektiv, är fjärrkylealternativet det alternativ som leder till minst elanvändning, om fjärrkylan producerats genom att utnyttja ett kallt vatten från vattendrag, hav eller sjö. I denna jämförelse har alltså även elen för att producera fjärrkylan och fjärrvärmen inkluderats. Om fjärrkylan samproduceras med fjärrvärme i värmepumpar fås det omvända resultatet, men detta beror givetvis på hur fördelningen av elanvändningen allokeras (fördelas) på de två produkterna värme och kyla. I den miljömässiga jämförelsen har LCA-metodik använts och resultaten visar att fjärrkylealternativet får lägst miljöpåverkan i de studerade kategorierna om fjärrkylan har producerats genom att använda sig av kallt vatten från en sjö eller dylikt och elen anses vara producerad enligt marginalproduktion. Fjärrkylan får dock svårt att konkurrera med de alternativ där värmeåtervinning tillämpas om den använda elen anses vara producerad enligt Sveriges produktionsmix, oavsett hur fjärrkylan är producerad. Sökord: Energianvändning, livsmedelsbutiker, kondensorkylning, fjärrkyla, värmeåtervinning

3 Abstract Cooling of chiller condensers by district cooling in supermarkets Cooling of the chiller condensers in supermarkets can be performed in different ways. To start with, the condensers can be cooled by use of outdoor air in dry coolers, but the ventilation air can also perform the cooling, totally or partially. In such a way the total or a part of the heating demand of the supermarket might be covered. A third alternative for condenser cooling is use of district cooling. However, in such a case the possibility to heat the supermarket by heat recovery is lost. The purpose of this study is to outline when district cooling offers the most advantageous alternative for condenser cooling in comparison to the other alternatives. This assessment is to be performed taking costs, electricity use and environmental impact into consideration separately. The results from calculations for a case supermarket show that the price for district cooling is generally to high for making it profitable for a supermarket to cool the condensers by district cooling. However, cooling the condensers by district cooling might lead to savings for the supermarket, both in terms of investments and use of electricity. This leads to the fact that cooling the condensers by district cooling could offer a profitable alternative for the supermarket, if the prices are adapted to this type of costumer. Hopefully, such a business could be profitable for the producers of district cooling as well. In addition, there are other advantages associated with condenser cooling by district cooling, which are hard to evaluate in economic terms. When it comes to the comparison of electricity use, it is shown that condenser cooling by district cooling is the alternative that uses least electricity in a national point of view, if the district cooling is produced by a deep-water source. In this comparison, the electricity used for production of district cooling and district heating is included as well. If district cooling is co-produced with district heating in heat pumps, the result is the opposite. However, this result is very much dependent upon how the use of electricity has been allocated (distributed) amongst the two products district cooling and district heating. In the environmental comparison the LCA-methodology has been applied. The results show that condenser cooling by district cooling leads to the least environmental impact in all the studied categories, if the district cooling is produced by deep-water source cooling and it is assumed that the used electricity is produced according to marginal production. However, condenser cooling by district cooling cannot compete with the other alternatives where heat recovery is applied if it is assumed that the used electricity is produced according to a Swedish production mix, no matter how the district cooling is produced. Keywords: Energy usage, supermarkets, condenser cooling, district cooling, heat recovery

4 Innehållsförteckning Beteckningar 6 Förkortningar 6 1 Inledning 7 1.1 Problemställning 7 1.1.1 Varför fjärrkyla? 7 1.1.2 Vilket alternativ är att föredra? 7 1.1.3 Olika typfall 8 1.1.4 Bedömning ur olika perspektiv 8 1.2 Syfte 9 1.3 Omfattning 9 1.4 Metodik 9 2 Referensbutiker 10 2.1 Kylsystem och kylbehov i referensbutik B 11 2.2 Systemlösning för kondensorkylning och uppvärmning 13 2.3 Uppvärmningsbehov 16 3 Typbutik 19 3.1 Kylbehov 20 3.2 Uppvärmningsbehov 20 3.3 Systemlösning för kondensorkylning och uppvärmning 21 3.3.1 Typfall 1 - Fast kondensering i kylmedelskylare, ingen värmeåtervinning 22 3.3.2 Typfall 2 - Fast kondensering i kylmedelskylare, värmeåtervinning 23 3.3.3 Typfall 3 - Flytande kondensering i kylmedelskylare, ingen värmeåtervinning 24 3.3.4 Typfall 4 - Flytande kondensering i kylmedelskylare, värmeåtervinning 25 3.3.5 Typfall 5- Fast kondensering med hjälp av fjärrkyla 26 3.4 Val av komponenter i typbutiken 26 3.4.1 Kompressorer 26 3.4.2 Kondensorer i kylmaskinerna (plattvärmeväxlare) 28 3.4.3 Förångare i kylmaskinerna (plattvärmeväxlare) 29 3.4.4 Kylmedelskylare 29 3.4.5 Plattvärmeväxlare för fjärrkyla 29 3.4.6 Pumpar 30 3.4.7 Värmeåtervinningsbatteri (värmeväxlare) 30 3.4.8 Värmeväxlare för fjärrvärme - luftbatteri och plattvärmeväxlare 30 3.5 Beräkningar 31 3.5.1 Typfall 1-4 31 3.5.2 Typfall 5 32 3.5.3 Prestanda för kylmedelskylare 32 3.5.4 Värmeåtervinningsbatteri 32 4 Fjärrkyla, fjärrvärme och el 33 4.1 Produktion av fjärrkyla 33 4.1.1 Typstad 1 Jönköping 33 4.1.2 Typstad 2 Lund 34 4.1.3 Typstad 3 Stockholm (centrala nätet) 35 4.2 Produktion av fjärrvärme 35

5 4.2.1 Typstad 1 Jönköping 36 4.2.2 Typstad 2 Lund 36 4.2.3 Typstad 3 Stockholm 36 4.3 Produktion av el 36 4.3.1 Marginalproduktion i Sverige 36 4.3.2 Genomsnittlig produktion i Sverige 37 4.4 Pris för fjärrkyla 37 4.4.1 Priset för fjärrkyla i Jönköping (typstad 1) 38 4.4.2 Priset för fjärrkyla i Lund (typstad 2) 38 4.4.3 Priset för fjärrkyla i Stockholm centrum, Fortum (typstad 3) 38 4.5 Pris för fjärrvärme 38 4.5.1 Priset för fjärrvärme i Lund (typstad 2) 39 4.6 Pris för el 39 5 Miljöbedömning enligt LCA-metodiken 40 5.1 Bedömningskategorier 40 5.1.1 Växthuseffekt 40 5.1.2 Eutrofiering (övergödning) 40 5.1.3 Försurning 41 5.1.4 Marknära ozon 41 5.1.5 Partiklar 41 5.2 Allokeringar 41 5.2.1 Samproduktion av el och fjärrvärme (kraftvärme) 42 5.2.2 Samproduktion av fjärrvärme och fjärrkyla 42 6 Resultat 44 6.1 Jämförelse av energianvändning 44 6.2 Jämförelse ur kostnadsmässigt perspektiv 46 6.3 Jämförelse ur elanvändningsmässigt perspektiv (nationellt) 49 6.3.1 Typstad 1 Jönköping 49 6.3.2 Typstad 2 Lund 50 6.3.3 Typstad 3 Stockholm 50 6.4 Jämförelse ur miljömässigt perspektiv 50 6.4.1 Typstad 1 Jönköping 51 6.4.2 Typstad 2 Lund 53 6.4.3 Typstad 3 Stockholm 55 7 Diskussion 57 8 Slutsatser 60 9 Referenser 61

6 Beteckningar COP Köld/värmefaktor; (-) h P Pe Pef Pem Pep Q t t(kb1) t(kb2) t(km1) t(km2) t(km3) t(ute) We Wef Wem Wep Antal timmar; (h) Värme/kyleffekt; (kw) Elektrisk effekt; (kw) Elektrisk effekt, fläkt Elektrisk effekt, kompressor Elektrisk effekt, pump Energimängd, värme eller kyla; (kwh) Temperatur; ( C) Köldbärartemperatur in till kylmaskinens förångare Köldbärartemperatur ut från kylmaskinens förångare Kylmedeltemperatur in till kylmaskinens kondensor Kylmedeltemperatur ut från kylmaskinens kondensor Kylmedeltemperatur efter värmeåtervinning Utomhustemperatur Elenergimängd; (kwh) Elenergimängd, fläkt Elenergimängd, kompressor Elenergimängd, pump Förkortningar COP FTX FK FV KMK min VÅV Köld/värmefaktor Värmeväxlare för från- och tilluft Fjärrkyla Fjärrvärme Kylmedelskylare Minimal, lägsta tillåtna Värmeåtervinning

7 1 Inledning Livsmedelsbutiker är idag en stor användare av energi och låga energipriser har historiskt sett lett till att mindre energieffektiva systemlösningar ofta förekommer. En anledning till detta är att butiker ofta byggs till och byggs om vilket motverkar långsiktigt fördelaktiga lösningar. En annan anledning till dålig energieffektivitet är att anläggningar såsom värmeåtervinningsanläggningar ofta hamnar på gränsen mellan VVS- och kylentreprenörer, vilket kan leda till brister i kommunikationen och suboptimeringar [1, 2]. 1.1 Problemställning På grund av den låga temperaturnivå som kommersiell kyla i livsmedelsbutiker kräver, är det idag inte möjligt att täcka hela kylbehovet hos en livsmedelsbutik med fjärrkyla. En del av det totala kylbehovet skulle dock fjärrkyla kunna tillgodose, bland annat kylningen av kylmaskinernas kondensorer. Dessa kan i stort sett kylas på tre olika sätt via uteluften, med ventilationsluften i ett värmeåtervinningssystem eller med hjälp av fjärrkyla. De olika alternativen leder till att kondensering av kylmaskinernas köldmedium kommer att ske vid olika temperaturer, vilket i sin tur påverkar kompressorernas kapacitet och köldfaktor och därmed dess elanvändning. Dessutom innebär alternativet med värmeåtervinning att en del av eller hela butikens uppvärmningsbehov under den kalla delen av året täcks. 1.1.1 Varför fjärrkyla? Fjärrkylans leverenstemperatur ut till kunden ligger ofta runt 6 C, men för kondensorkylning med fjärrkyla behöver det inte vara nödvändigt att kyla vid så låg temperatur utan det skulle kunna var tillräckligt med en något högre temperaturnivå. Detta ökar förutsättningarna att få en ökad temperaturdifferens i fjärrkylenäten. I vissa fjärrkylenät har man problem med att man får tillbaka en för låg returtemperatur från kunderna för att systemets kapacitet ska kunna utnyttjas på ett effektivt sätt [3]. Även om fjärrkylans temperaturnivå är för hög för en stor del av en livsmedelsbutiks kylbehov skulle det vara möjligt att kyla vissa utrymmen med hjälp av fjärrkyla. Förutsättningarna för detta skulle öka om fjärrkylan även kunde användas till kondensorkylning. Andra fördelar med att kyla kondensorerna med fjärrkyla är att värmeväxlare för detta ändamål är mindre utrymmeskrävande än de luftkylda kylmedelskylarna. De senare är dessutom ofta svårplacerade, dels på grund av estetiska skäl och dels för att de orsakar en relativ hög ljudnivå. Dessutom erbjuder fjärrkylan en större driftsäkerhet och dess kapacitet är mindre beroende av utomhustemperaturen jämfört med kondensorkylning med hjälp av kylmedelskylare. En kylmedelskylares kapacitet är som lägst då utomhustemperaturen är som högst och således även kylbehovet i butiken som högst. 1.1.2 Vilket alternativ är att föredra? Vilket av de ovan nämnda alternativen för kondensorkylning som är att föredra beror dels på lokala förutsättningar, men det beror även på utifrån vilket perspektiv bedömningen görs. Denna bedömning görs ofta utifrån drift- och investeringskostnaden för systemet, men det kan också vara av intresse att beakta användning av elenergi och miljöpåverkan. Många butiker marknadsför sig med en miljöprofil och alla förändringar som kan betraktas som miljömässigt fördelaktiga är värdefulla. För att kunna avgöra vilket som är det mest energieffektiva, kostnadseffektiva alternativt miljömässigt mest fördelaktiga sättet kyla kondensorerna måste även uppvärmningen av butiken beaktas. Man kan då skapa tre olika typfall. A. Kondensorn kyls med kylmedel som i sin tur kyls av uteluften i kylmedelskylare placerade på butikens tak. Uppvärmning av butiken sker med fjärrvärme.

8 B. Kondensorn kyls med hjälp av ett kylmedel som i sin tur delvis kyls av butikens inkommande ventilationsluft och delvis av utomhusplacerade kylmedelskylare. En del eller hela uppvärmningsbehovet täcks därmed. Eventuell tillsatsvärme antas vara fjärrvärme. C. Kondensorn kyls med fjärrkyla. Uppvärmning av butiken sker med fjärrvärme. 1.1.3 Olika typfall Kondenseringstemperaturens nivå beror inte enbart på vilket typfall som tillämpas, utan även på hur kylmedelskylarna och i vissa fall även hur värmeåtervinningen styrs. Det finns två olika principer fast och flytande kondensering. Fast kondensering innebär att kylmedelskylarna styrs på så sätt att kondenseringstemperaturen hålls på fast nivå och flytande kondensering innebär att kylmedelskylarna styrs på så sätt att kondenseringstemperaturen tillåts följa utetemperaturen ner till en viss lägsta nivå. Detta gör att två av typfallen ovan kan delas upp, vilket leder till totalt fem olika fall 1. Fast kondensering via kylmedelskylare, ingen värmeåtervinning 2. Fast kondensering via kylmedelskylare, värmeåtervinning 3. Flytande kondensering via kylmedelskylare, ingen värmeåtervinning 4. Flytande kondensering via kylmedelskylare, värmeåtervinning 5. Fast kondensering via fjärrkyla, ingen värmeåtervinning I de första fyra fallen måste kylmaskiner såväl som kylmedelskylare dimensioneras efter den varmaste utomhustemperaturen som systemet ska klara. För de första två fallen hålls kondenseringstemperaturen hela året vid den kondenseringstemperaturen som systemet är dimensionerat för. Alternativ 1 och 2 kommer därför att leda till den högsta kondenseringstemperaturen och därmed den högsta elanvändningen. I alternativ 3 och fyra tillåts kondenseringstemperaturen följa utetemperaturen ner till en viss nivå, men för de flesta kylmaskiner finns det en begränsning för hur långt ner kondenseringstemperaturen kan tillåtas sjunka med bibehållen driftsäkerhet. Därför kommer med stor sannolikhet alternativ 5 att leda till den lägsta genomsnittliga kondenseringstemperaturen och därmed den lägsta elanvändningen. 1.1.4 Bedömning ur olika perspektiv Genom att ta reda på vilka kondenseringstemperaturer som är representativa för de olika alternativen under året samt hur olika kompressorers köldfaktor påverkas av denna temperatur är det möjligt att beräkna användningen av olika typer av energi (el, fjärrvärme, fjärrkyla) för en butik med ett visst kyl- och uppvärmningsbehov. Därefter kan de tre olika alternativen jämföras ur tre olika perspektiv. i. Kostnadseffektivitet: Vilket alternativ är billigast? ii. Energieffektivitet: Vilket alternativ är det mest energieffektiva och hur stor blir elanvändningen? iii. Miljöpåverkan: Vilket är det miljömässigt mest fördelaktiga alternativet? Svaren på ovanstående frågor kommer att bero på var butiken är placerad, eftersom fjärrkyla och fjärrvärme kostar olika mycket och produceras på olika sätt i olika städer

9 och kommuner. För att avgöra vilket av alternativen som är det mest fördelaktiga ur miljöhänseende krävs att en livscykelanalysstudie görs. 1.2 Syfte Syftet med denna studie är att undersöka förutsättningarna för de olika sätten att kyla kylmaskinernas kondensorer i livsmedelsbutiken. Målsättningen är att ta reda på vad som krävs för att fjärrkylealternativet ska vara att föredra ur ett kostnadsmässigt, energimässigt och/eller miljömässigt perspektiv. 1.3 Omfattning Fall 1-5 ovan skulle kunna delas upp i ytterligare typfall för olika systemlösningar, men omfattningen av denna studie har begränsats till dessa fem fall. Ytterligare två typfall har dock studerats i kostnadsjämförelsen. Systemlösning, funktion och prestanda har antagits vara densamma på den kalla sidan, köldbärarsidan, för alla typfall. Detta för att förenkla jämförelsen. Enbart de komponenter som påverkas av det aktuella valet av typfall har tagits med i jämförelserna. Övriga delar har antagits vara opåverkade av vilket typfall som tillämpas. 1.4 Metodik Metodiken i denna studie har inneburit att resultat från fältmätningar i olika referensbutiker (se kap 2) presenterade i rapporten Energieffektivisering i livsmedelsbutiker med målsättning att förbättra klimatet för kunder, varor och personal [4] först har studerats. Med detta som underlag tillsammans med litteraturstudier och information från olika personer i butikskylebranchen har sedan en typbutik tagits fram, vars egenskaper representerar ett stort antal livsmedelsbutiker i Sverige. Sedan har beräkningar utförts för de olika typfallen 1-5 (se kap 1.1) för typbutiken. Uppgifter angående prestanda för de olika komponenter har hämtats från tillverkarnas beräkningsprogram (de flesta av dem tillgängliga på Internet) och prisuppgifter har hämtats från tillverkarnas prislistor. När det gäller prisuppgifter för el och fjärrvärme har även Energimyndighetens sammanställningar använts [5-7]. Miljödata har hämtats från miljövärderingsprogrammet EFFem [8-10].

10 2 Referensbutiker Resultat från fältmätningar i tre olika referensbutiker, butik A, B och C, har studerats i denna studie, varav butik B har studerats mer i detalj, för att ta fram underlag till en typbutik. En sammanställning av uppgifter angående storlek, kundgenomströmning och energianvändning mm finns i Tabell 1 nedan. Mer detaljerad information om referensbutikerna finns i referensen [4]. Anledningen till att referensbutik B valdes för de mer detaljerade studierna är dels att den har en storlek och installerad kyleffekt som representerar ett stort antar butiker i Sverige [1, 11, 12] och dels att det är en butik med relativt renodlat kylsystem. Med detta menas att kylsystemet inte blivit till- och ombyggt ett antal gånger utan har från början projekterats så som det ser ut idag. Tabell 1. Sammanställning av uppgifter och mätresultat för referensbutikerna [4]. Kategori Butik A Butik B Butik C Mätperiod 010401-020228 (kwh) Energi Totalt tillförd elenergi 2 982 972 1 149 344 583 979 Totalt tillförd övrig energi (Bränsle) 836 800 mäts ej 47 561 Totalt tillförd energi (Qtot) 3 819 772 1 149 344 631 540 Totalt tillförd genomsnittseffekt, el 372 143 73 Total kyl+frys+kmk+km-p+kb-p (Qkyl,frys) 1 005 039 395 840 175 917 Total kyl+kb-p (Qkyl) 632 946 225 940 96 666 Total frys (Qfrys) 260 354 112 629 60 873 Belysning Totalt installerad effekt (kw) 76 50 28 Energi/år (kwh/år) 379 002 203 895 155 272 Kundgenomströmning Betalande kunder/vecka 34378 10 250 9 547 Antal Kunder = Betalande kunder*2/dygn 9883 2580 2744 Antal Kunder/år (47,7 veckor) 1650419 430824 458275 Öppettider/Belysningstider(h) Vard 07.00-22.00 09:00-21:00 07.00-22.00 Lörd 07.00-22.00 09.00-20:00 07.00-22.00 Sönd 07.00-22.00 11:00-20:00 07.00-22.00 Julafton 07.00-14.00 07.00-14.00 Antal timmar butik är öppen 5010 3769 5010 Antal timmar belysning tänd 5511 4700 5511 Ytor (m 2 ) Försäljningsyta (AFsg) 3839 2650 670 Lageryta 5142 650 279 Total yta (Atot) 8981 3300 949 Försäljningsfördelning (%) Djupfryst 7% 6% 7% Kylda Varor 30% 31% 33% Frukt och Grönt 10% 10% 11% Övrigt 53% 53% 49%

11 2.1 Kylsystem och kylbehov i referensbutik B Kylsystem i referensbutik B är utformat enligt specifikationen nedan: Kalla sidan, kyl Installerad kyleffekt, kyl: 148 kw Köldmedium R404A Fullständigt indirekt system Köldbärare: Propylenglykol, 30 % w Dimensionerad köldbärartemperatur ut till kylobjekten: -6 C från kylobjekten: 0 - -3,7 C Dimensionerat köldbärarflöde: 30,8 m 3 /h Kalla sidan, frys Installerad kyleffekt frys: Köldmedium: Direktexpansionssystem Dimensionerad förångningstemperatur: 28 kw R404A -35 C Varma sidan Kylmedel: Propylenglykol, 40 % w Dimensionerad kylmedeltemperaturer in till kondensorerna: 31 C ut från kondensorerna: 38 C Lägsta tillåtna kylmedeltemperatur in till kondensorerna: 20 C Högsta tillåtna kylmedeltemperatur in till kondensorerna: 40 C Dimensionerat kylmedelflöde: 42,1 m 3 /h Kylsystemet är uppbyggt på så vis att köldmediet på fryssidan underkyls av köldbäraren på kylsidan. Detta gör att kylkapaciteten för fryssidans kylmaskiner ökar en del på bekostnad av kapacitet på kylsidan. Detta är ofta en kostnadseffektiv lösning [12]. Kommentar: Enlig kontakter med branschen [12, 13] ligger de dimensionerande köldbärartemperaturerna i många butiker något lägre jämfört med referensbutik B. Det vanligaste är -8/-4 C. Det är dessutom vanligt att kondensorer och kylmedelskylare dimensioneras efter kylmedelstemperaturerna 32/38 C. I många butiker låter man enbart kylmedeltemperaturen flyta ned till 25 C (stället för som i detta fall 20 C). Det finns dock butiker i vilka kondenseringstemperaturen tillåts flyta ända ned till +5 C. Detta ställer dock vissa krav på kylmaskinen [12] (se kap 3.3.3). I Figur 1 syns de uppmätta köldbärartemperaturerna ut från och in till kylmaskinerna. I figurerna nedanför syns samma temperaturer plottade under en vecka i februari respektive en vecka i augusti. De stora variationerna i köldbärartemperaturerna beror på avfrostningarna då kylmaskinerna stoppas, se Figur 2. Ur Figur 1 går det även att se att kylmaskinerna inte klarat av att hålla tillräckligt låg köldbärartemperatur under två perioder under sommaren. I Figur 3 syns att detta främst gäller dagtid och att köldbärartemperaturen ut till kylobjekten ligger på 2 C som högst. Detta beror på höga utomhustemperaturer och därmed kondenseringstemperaturer (se Figur 5 nedan) och har eventuellt även lett förhöjda varutemperaturer. Orsaken till detta är troligtvis att kylmaskinerna och kylmedelskylarna är dimensionerade och inställda för att fungera väl

12 vid en kymedeltemperatur på 20 C på bekostnad av att de fungerar sämre vid högre kylmedeltemperaturer. 10.0 8.0 6.0 t(kb2) t(kb1) 4.0 2.0 0.0-2.0-4.0-6.0-8.0-10.0 apr maj jun jul aug sep Köldbärartemperatur ( C) okt nov dec jan feb Figur 1. Köldbärartemperaturer ut från, t(kb2), och in till, t(kb1), kylmaskinerna under perioden 2001-04-01 2002-02-28. Temperatures of the secondary refrigerant (brine) out from, t(kb2), and in to, t(kb1), the chillers during the period 2001-04-01 2002-02-28. Köldbärartemperatur ( C) 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0-2.0-4.0-6.0-8.0-10.0 t(kb2) t(kb1) 02-02-15 02-02-16 02-02-17 02-02-18 02-02-19 02-02-20 02-02-21 02-02-22 Figur 2. Köldbärartemperaturer ut från, t(kb2) och in till t(kb1) kylmaskinerna under perioden 2002-02-15 2002-02-21. Temperatures of the secondary refrigerant (brine) out from, t(kb2), and in to, t(kb1), the chillers during the period 2002-02-15 2002-02-21.

13 Köldbärartemperatur ( C) 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0-2.0-4.0-6.0-8.0-10.0 t(kb2) t(kb1) 01-08-20 01-08-21 01-08-22 01-08-23 01-08-24 01-08-25 01-08-26 01-08-27 Figur 3. Köldbärartemperaturer ut från, t(kb2) och in till, t(kb1) kylmaskinerna under periodern 2001-08-20 2002-08-26. Temperatures of the secondary refrigerant (brine) out from, t(kb2), and in to, t(kb1), the chillers during the period 2001-08-20 2002-08-26. 2.2 Systemlösning för kondensorkylning och uppvärmning I referensbutik B är kylmedelssystemet och butikens ventilations/uppvärmningssystem sammankopplat via ett värmeåtervinningssystem. Butiken värms upp via ventilationsluften och tilluften förvärms i ett roterande FTX-aggregat. När FTXaggregaten inte räcker till för uppvärmning av butiken leds en del av kylmedelflödet via ett värmeåtervinningsbatteri (värmeväxlare). Allteftersom uppvärmningsbehovet i butiken ökar (en rumsgivare kallar på värme) höjs börvärdet för kylmedeltemperaturen in till kylmaskinernas kondensorer, dock max upp till 40 C. Under dagtid tas all tilluft utifrån, medan hela ventilationsaggregatet stoppas nattetid om inget uppvärmningsbehov finns i butiken. Vid uppvärmningsbehov nattetid startar dock tilluftsfläkten men det är då 100 % returluft som leds genom värmeåtervinningsbatteriet. Vid minskat uppvärmningsbehov i butiken stoppas i första hand FTX-aggregatet succesivt. Det finns även en möjlighet att kyla ventilationsluften sommartid för att undvika förhöjda temperaturer inne i butiken. I figuren nedan, Figur 4, visas en schematisk skiss på ventilationsaggregatet. I Figur 5 redovisas uppmätta värden på kylmedel- och utomhustemperaturer samt uppmätt effekt till kylmedelkylarnas fläktar. Observera att temperaturerna är uppmätta en gång per timme medan fläktarnas elanvändning är veckovisa medelvärden (använd elenergi är avläst en gång per vecka). Därför går inte den maximala fläkteffekten att utläsa ur diagrammet. Det går dock se att kylmedeltemperaturen in och ut från kylmedelkylarna följer utetemperaturen ned till som lägst ca 20 C samt att fläkteleffekten är som högst när det är som varmast ute. Det går dock inte att se någon börvärdesförskjutning av kylmedeltemperaturen in till kylmaskinerna (densamma som kylmedeltemperaturen ut från kylmedelkylarna). Möjligen är det en liten förskjutning när det var som kallast under slutet av december månad. Tyvärr uppmättes inte temperaturerna före och efter värmåtervinningsbatteriet, och det är därför inte känt hur mycket värme som verkligen återvanns. Det verkar dock inte troligt att värmeåtervinningen har täckt hela uppvärmningsbehovet utan tillskottsvärme har troligtvis använts. En annan möjlighet är att en viss del återluft blandas med tilluften även dagtid, vilket ger ett mindre uppvärmningsbehov. I den följande figuren, Figur 6, är veckovisa eleffekter redovisade

14 tillsammans med utetemperaturen. Det går här att se att kylsidans elanvändning påverkas i större utsträckning av utetemperaturen jämfört med fryssidans elanvändning. Det går även att utläsa att elanvändningen till kylsidans kompressorer följer utetemperaturen ned till en viss nivå, ca 5 C. Därunder ligger den relativt konstant. Elanvändningens beroende av utetemperaturen ligger dels i att ju varmare och fuktigare det är utomhus, ju större blir kylbehovet för kylmöblerna i butiken. Dessutom ger en högre utomhustemperatur att kylmaskinerna arbetar med en högre kondenseringstemperatur, vilket leder till försämrad köldfaktor och därmed ökad elanvändning. Figur 4. Schematisk skiss över ventilationsaggregatet i referensbutik B. Schematic picture of the ventilation equipment in the reference supermarket B. Temperatur ( C) 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0-10.0-20.0-30.0 t(km1) t(km3) t(ute) Pef(KMK) apr maj jun jul aug sep okt nov dec jan feb 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 Eleffekt (kw) Figur 5. Uppmätta värden på kylmedel- och utomhustemperaturer samt kylmedelskylarnas fläkteleffekt under perioden 2001-04-01 2002-02-28. Measured values of the temperature of the coolant, the outdoor temperature and the electric power of the fans in the dry coolers during the period 2001-04-01 2002-02-28.

15 70 25 Elektrisk effekt (kw) 60 50 40 30 20 Pem(kyl) Pem(frys) Pe(totalt) t(ute) 20 15 10 5 0 Temperatur ( C) 10-5 0 apr maj jun jul aug sep Figur 6. Uppmätt eleffekt för kylsidans och fryssidans kylmaskiner, total eleffekt till kylmaskinerna och kylmedelskylarnas fläktar samt utetemperaturen under perioden 2001-04-01 2002-02-28 [14]. Measured electric power for the chillers for chilled and frozen foodstuff, total electric power to the chillers and the fans of the dry coolers and the outdoor temperature during the period 2001-04-01 2002-02-28. I figuren nedan redovisas uppmätt eleffekt till kylsidans kompressorer respektive den totala eleffekten till hela kylsystemet (kompressorer till kyl och frys) för sommar-, vinter-, dag- och nattfall i referensbutik B [14]. I figuren syns att variationerna är stora, framförallt på kylsidan. Staplarna är medelvärden under en vecka i augusti (2001-08-22 2001-08-29) samt en vecka i mars (2001-03-08-2001-03-15). okt nov dec jan feb -10

16 Elektrisk effekt (kw) 80 70 60 50 40 30 20 Pe(totalt) Pem(kyl) Pem(frys) 10 0 sommar, dag sommar, natt vinter, dag vinter, dag Figur 7. Uppmätt total eleffekt för kyl- och fryssidans kylmaskiner och kylmedelskylarnas fläktar samt uppmätt eleffekt för kyl- och fryssidans kylmaskiner separat under sommar-, vinter-, dag- och nattfall i referensbutik B [14]. Measured total electric power for the chillers for chilled and frozen foodstuff and the fans of the dry coolers and measured electric power to the chillers for chilled and frozen food separately. The bars represent summer, winter, day and night cases. 2.3 Uppvärmningsbehov Eftersom inga mätningar gjordes av kylmedeltemperaturerna före och efter värmeåtervinningsbatteriet, har uppvärmningsbehovet i butiken uppskattats med mätningar av till- och frånluftstemperaturerna och utomhustemperaturen under perioden 2001-07-12 2002-07-11 samt det dimensionerande luftflödet genom ventilationsaggregatet. I beräkningarna har nätterna separerats från dagarna eftersom luftbehandlingsaggregatets funktion skiljer sig åt under dessa perioder, se kap 2.2. (Ingen hänsyn har dock tagits till de olika veckodagarnas öppettider, utan dagen har räknats från kl 08.30 till kl 21.30 alla dagar. Vissa punkter kan därför ha hamnat i fel diagram ). FTX-aggregatets temperaturverkningsgrad ska enligt uppgift vara 0,75 vid fullt varvtal. Den maximala lufttemperaturen efter FTX-aggregatet har beräknats genom att anta att temperaturverkningsgraden är 0,75 och sedan har alla punkter där denna temperatur överstiger den uppmätta tilluftstemperaturen exkluderats eftersom FTX-aggregatet således inte har gått med fullt varvtal och värmeåtervinning via värmeåtervinningsbatteriet eller tillskottsvärme då inte har varit nödvändig. Under nätterna har luftflödet antagits vara noll då frånluftstemperaturen har varit högre än tilluftstemperaturen (inget uppvärmningsbehov) och i annat fall har det antagits vara det dimensionerande luftflödet. I Figur 8 nedan visas det totala uppvärmningsbehovet, inklusive det som FTX-aggregatet står för, samt det uppvärmningsbehov som värmeåtervinningen via kylmedlet eller tillskottsvärmen måste klara av som en funktion av utetemperaturen. Dagtid blir det totala uppvärmningsbehovet samt uppvärmningsbehovet via värmeåtervinning/tillskottsvärmen en linjär funktion av utetemperaturen. Enligt figuren klarar FTX-aggregatet att täcka hela uppvärmningsbehovet när utetemperaturen är ca 15 C eller högre. Om samma typ av beräkningar görs för nätterna fås inte en lika entydig linje, se Figur 9. Det uppvärmningsbehov som värmeåtervinningen eller tillskottsvärmen måste täcka uppgår för denna period till 149 000 kwh, vilket ligger i samma storleksordning per m 2 som för referensbutik C, se Tabell 1 på sidan 10.

17 Uppvärmningsbehov (kw) 400.0 300.0 200.0 100.0 0.0-100.0 P(uppvärmning, totalt) P(VÅV/tillskottsvärme) -200.0-30 -20-10 -0 10 20 30 40 Utetemperatur ( C) Figur 8. Den totala uppvärmningen (inklusive FTX-aggregatet) och uppvärmningen via värmeåtervinning/tillskottsvärmen under dagtid i referensbutik B under perioden 2001-07-12 2002-07-11. The total heating (heat exchanger for the exhaust- and supply air included) and heating by the heat recovery/additional heating during day-time in the reference supermarket B during the period 2001-07-12 2002-07-11. 100.0 Uppvärmningsbehov (kw) 80.0 60.0 40.0 20.0 P(VÅV/tillskottsvärme) 0.0-30 -20-10 -0 10 20 30 Utetemperatur ( C) Figur 9. Uppvärmningen via värmeåtervinning/tillskottsvärme under nattetid i referensbutik B under perioden 2001-07-12 2002-07-11. Heating by the heat recovery/additional heating during night-time in the reference supermarket B during the period 2001-07-12 2002-07-11. Årsmedeltemperaturen var ovan nämnda mätperiod 8,5 C. Varaktigheten för utomhustemperaturen kan förutsägas med hjälp av årsmedeltemperaturen enligt sambandet nedan [15]. Till grund för detta samband ligger uppmätta klimatdata och sambandet har bland annat använts vid beräkning av energisparfaktor energisparlån avseende värmepumpar. I Figur 10 nedan visas den uppmätta samt den beräknade

18 (förutsagda) varaktighen för utomhustemperaturen vid referensbutik B. Årsmedeltemperaturen för den period som beräkningarna har gjorts för när det gäller typbutiken var dock 8,1 C. Anledningen till att olika perioder har använts är att den senare perioden stämmer bättre överens med den period för vilken mätningarna av kyleffekten har gjorts för när det gäller referensbutik B. Temperatur ( C) 40 30 20 10 0-10 -20-30 t(ute,uppmätt) t(ute,ekvation) 0 2000 4000 6000 8000 10000 Varaktighet (h) Figur 10. Uppmätt samt beräknad varaktighet för utetemperaturen vid referensbutik B. Measured and calculated duration for the outdoor temperature at the reference supermarket B. Samband för beräkning av varaktigheten för utetemperaturen [15] t( ute) = 1550 700 + h ( h 4380) 3 t + 1,5 1+ 3,9 0,086 t( ute, medel) 0,001+ t( ute, medel) + h ( ute, medel) 1200 500 + h 2 900 h cos 585 ( 8 t( ute, medel) ) 586 8300 38

19 3 Typbutik Till grund för de bedömningar som har gjorts i denna studie ligger beräkningar utförda på en typbutik. Denna typbutik liknar den av referensbutikerna som är benämnd referensbutik B i stor utsträckning när det gäller storlek, energianvändning och systemlösningar. Det finns dock en del skillnader eftersom syftet med typbutiken är att den ska vara representativ för många butiker i Sverige. Några statistiska undersökningar har dock inte gjorts vid framtagandet av typbutikens data utan dessa har uppskattats utifrån kontakter med branschen och litteraturstudier. Typbutiken har ett indirekt kylsystem på kylsidan med propylenglykol som köldbärare. På fryssidan används ett direktexpansionsystem på den kalla sidan. Som köldmedium används R404A på kyl- såväl som fryssidan. Bägge systemen har indirekta system på den varma sidan. I praktiken är det vanligt att kyl- och fryssystemen sammankopplas [13]. I vissa fall låter man köldbäraren kyla fryssidans kondensorer. En vanlig lösning är också att man använder kölbäraren till att underkyla köldmediet på fryssidan. På så sätt erhålls en större kyleffekt på fryssydan på bekostnad av kylsidans tillgängliga kyleffekt. I detta fall har det inte antagits att systemen är sammanskopplade med syftet att förenkla beräkningarna. För att delvis kompensera för dessa förenklingar har kybehovet på fryssidan satts relativt lågt. Med underkylning av köldmediet på fryssidan med hjälp av kylssidans köldbärare skulle man alltså kunna flytta en del av den tillgängliga kyleffekten från kylsidan till frysidan utan att byta ut de valda kylmaskinerna. Propylenglykol används som kylmedel för alla systemlösningar förutom den där kondensorerna kyls med fjärrkyla. I det sistnämnda fallet har vatten använts som kylmedel. I de övriga fallen har det antagits att propylenglykol med en koncentration på 40 % w, vilket ger en fryspunkt på 21 C, har använts som kylmedel för att transportera kondensorvärmen till kylmedelskylarna på taket. I detta projekt har i första hand kylmedelssidan (den varma sidan) beaktats. Följande uppgifter angående dimensionerande temperaturer har använts: Tabell 2. Dimensionerande temperaturer i typbutiken. Dimensioned temperatures in the case supermarket Dimensionerande utetemperatur: 27 C Dimensionerande kylmedeltemperatur, in till kondensorerna (KMK-system): 32 C Dimensionerande kylmedeltemperatur, ut från kondensorerna (KMK-system): 38 C Dimensionerande kylmedeltemperatur, in till kondensorerna (FK-system): 12 C Dimensionerande kylmedeltemperatur, ut från kondensorerna (FK-system): 18 C Dimensionerande kondenseringstemperatur (KMK-system): 40 C Dimensionerande kondenseringstemperatur (FK-system): 20 C Förångningstemperatur, kyl: -15 C Köldbärartemperatur ut till kylmöblerna: -8 C Kölbärartemperatur efter kylmöblerna: -4 C Förångningstemperatur, frys: -35 C Den dimensionerande utetemperaturen är den varmaste temperatur vid vilken man antar att kyl- och frysmöblerna ska klara att hålla maten vid tillräckligt låg temperatur. I vissa av systemlösingarna (se 3.3.1-3.3.5) har det antagits att kylmedeltemperaturen in till kondensorerna och kondenseringstemperaturen har hållits vid en fast nivå (den

20 dimensiosnerande), medan den tillåtits variera i en del av dem. I dessa fall har följande antaganden gjorts: Minsta temperaturskillnad mellan utetemperaturen och den kallaste kylmedeltemperaturen: Temperaturskillnad mellan kondenseringstemperaturen och den högsta kylmedeltemperaturen: 5 K 2 K I beräkningarna har utetemperaturen för referensbutik B använts som indata. Denna temperatur är loggad en gång per timme under ett år, from den 2001-04-01 tom 2002-03-31. 3.1 Kylbehov Kylbehovet i en butik varierar både över året och mellan dag och natt. Detta gäller särskilt kylsidan eftersom andelen öppna vertikala kyldiskar ofta är stor där. Denna typ av kylmöbel är känslig för infiltration och dess kylbehov beror därför av den omgivande luftens entalpi (torr temperatur och relativ fukthalt/ångtryck) [14]. Det är dessutom vanligt med nattäckning av öppna vertikala kyldiskar. När det gäller fryssidan är inte påverkan lika stor, eftersom horisontella frysgondoler i första hand används där. Denna typ av kylmöbel är inte lika känslig för infiltration [16]. Det är mindre vanligt att horisontella frysgondoler täcks under natten. Det blir dock allt vanligare att moderna frysdiskar är utrustade med manuella nattgardiner. Följande kylbehov har använts för typbutiken i beräkningarna: Installerad kyleffekt, kyl: Installerad kyleffekt, frys: 150 kw 30 kw Relativt kylbehov, kyl, dag, sommar: 90 % Relativt kylbehov. kyl, natt, sommar: 45 % Relativt kylbehov, kyl, dag vinter: 60 % Relativt kylbehov, kyl, natt vinter: 30 % Relativt kylbheov, frys: 95 % Anledningen till att kylbehovet aldrig satts till 100 % är att varje kyl- och frysdisk avfrostas någon eller några gånger per dygn. Detta görs ofta via så kallad stoppavfrostning, dvs köldbärarflödet in till kyldisken stoppas och frosten/isen smälts av den cirkulerande luften. I beräkningarna har det antagits att det är sommar de timmar utetemperaturen överstiger 15 C. Detta utgör ca 19 % av årets 8760 timmar. Givetvis finns ingen så tydlig gräns vid just 15 C i verkligheten, utan detta är ett antagande för att förenkla beräkningarna. Kylbehovet är i verkligheten en kontinuerlig funktion ned till en viss utomhustemperatur (se Figur 6). 3.2 Uppvärmningsbehov Typbutiken värms liksom referensbutik B upp med hjälp av ventilationsluften och det har antagits att en liknande systemlösning med FTX-aggregat och värmeåtervinning eller fjärrvärme används som värmekälla. Det har antagits att uppvärmningsbehovet med värmeåtervinningen eller fjärrvärmen kan beskrivas med en ekvation på följande form, där P är uppvärmningsbehovet, k en konstant och m skärningen med x-axeln, vilket i detta fall motsvarar den utetemperatur dä uppvärmningsbehovet är lika med noll: P = k ( m tute )

21 Liksom fallet är i referensbutiken har det antagits att det i typbutiken under dagtid tillförs 100 % färsk tilluft till butiken, medan det enbart är returluft vid uppvärmningsbehov under natten. Detta gör att uppvärmningsbehovet är betydligt högre under dagen jämfört med under natten. En annan anledning till det lägre uppvärmningsbehovet under natten är att det då läcker ut mindre kall luft ur kyldiskarna på grund av nattäckningen. Å andra sidan står belysningen för en stor del av uppvärmningen av butiken dagtid och nattetid är denna släckt. Antagna värden på konstanten k och skärningspunkten med x-axeln, m, har bedömts genom att studera uppvärmningsbehovet i referensbutik B och uppvärmningsbehovet med tillskottsvärmen/värmeåtervinningen har beskrivits med följande ekvation i beräkningarna: Dagtid P = 3,3 (15 t( ute)) Nattetid P = 1,6 (15 t( ute)) Vid utetemperaturer över 15 C har det inte antagits vara något uppvärmningsbehov med tillskottsvärme. Tilluften har dock värmts upp en del av frånluften i FTX-aggregatet. (När till- och frånluftstemperaturer i referensbutik B studeras ser det ut som att det föreligger ett uppvärmningsbehov även vid relativt höga utetemperaturer. Detta har dock inte inkluderats i beräkningarna för typbutiken.) Detta ger ett totalt uppvärmningsbehov på ca 162 MWh per år. Detta uppvärmningsbehov är i samma storleksordning per m 2 (försäljnings- och lageryta) som referensbutik C. Uppvärmningsbehovet i referensbutik A är betydligt större, men denna butik har eget växthus, bageri och kontorsavdelning, vilket gör att den dess uppvärmningsbehov inte är en representativ siffra. Sambanden för uppvärmningsbehov av butiker är egentligen betydligt mer komplexa än en funktion av utetemperaturen. För det första skapar kylmöblerna viss utkylning. Denna är troligtvis någorlunda konstant vid utetemperaturer under 5 C (se Figur 6) och däröver är den en funktion av utetemperaturen. Belysningen står dagtid för en stor del av uppvärmningen av butiken. Detta bidrag till uppvärmningen är dock konstant över året. Genom att studera uppvärmningsbehovet i referensbutik B syns dock att detta behov kan beskrivas relativt väl med ovanstående samband. 3.3 Systemlösning för kondensorkylning och uppvärmning Det finns flera olika sätt att styra kylningen av kylmaskinernas kondensorer och eventuellt integrera denna styrning med uppvärmningen av butiken, se 1.1. Nedan finns ett antal typfall beskrivna. Beräkningar för dessa olika typfall har utförts för typbutiken. Kylmedeltemperaturen in till kondensorerna är den parameter som i de flesta fall styrs. Genom att styra denna temperatur hålls kondenseringstemperaturen på önskad nivå. I Figur 11 - Figur 15 nedan beskrivs kylmedelsystemen schematiskt.

22 3.3.1 Typfall 1 - Fast kondensering i kylmedelskylare, ingen värmeåtervinning I detta typfall hålls kondenseringen på en fast nivå på ca 40 C, vilket är den dimensionerande kondenseringstemperaturen. Detta görs genom att styra kylmedeltemperaturen så att den alltid ligger på 32 C. För att kunna hålla denna temperatur på en fast nivå styrs fläktarna på kylmedelskylaren på så sätt att när kylmedeltemperaturen understiger 32 C stoppas fläktarna (en och en eller parvis). Vid utetemperaturer som är högre än den dimensionerande (27 C) kommer kylmedeltemperaturen och därmed även kondenseringstemperaturen att vara högre än den dimensionerande. I detta typfall förekommer ingen värmeåtervinning, utan butiken värms upp med hjälp av fjärrvärme. Figur 11. Schematisk skiss över kylmedelsystemet enligt typfall 1. Schematic picture of the coolant system according to case 1.

23 3.3.2 Typfall 2 - Fast kondensering i kylmedelskylare, värmeåtervinning I detta typfall hålls kylmedelstemperaturen in till kondensorerna och därmed kondenseringstemperaturen på en konstant nivå på samma sätt som i typfall 1, se 3.3.1. Vid värmebehov i butiken passerar kylmedelsflödet en värmeväxlare för värmåtervinning (VÅV) för att värma tilluften. Om temperaturen på kylmedlet efter värmeåtervinningen fortfarande är över 32 C sker den resterande kylningen i kylmedelskylaren. Skulle värmebehovet vara större än den tillgängliga kondensoreffekten finns det en shuntventil som successivt stängs så att kylmedeltemperaturen efter värmeåtervinningen aldrig blir lägre än 32 C. En extra pump går igång då uppvärmningsbehov finns för att kompensera för det extra tryckfallet över VÅV-värmeväxlaren. Figur 12. Schematisk skiss över kylmedelsystemet enligt typfall 2. Schematic picture of the coolant system according to case 2.

24 3.3.3 Typfall 3 - Flytande kondensering i kylmedelskylare, ingen värmeåtervinning I detta typfall har kylmedelstemperaturen in till kondensorerna tillåtits följa utetemperaturen och sjunka ner till 20 C, därefter har fläktarna på kylmedelskylaren stoppats successivt. Detta ger en lägsta kondenseringstemperatur på ca 22 C. I detta typfall förekommer ingen värmeåtervinning, utan butiken värms upp med hjälp av fjärrvärme. Anledningen till att kondenseringstemperaturen ofta inte tillåts sjunka lägre än så är att det då finns risk för att expansionsventilen inte fungerar som den ska, och att den lägre kondenseringstemperaturen leder till en lägre förångningstemperatur med minskad kylkapacitet som följd. I många fall låter man inte ens kylmedeltemperaturen sjunka så lågt som till 20 C, utan 25 C är en vanlig lägsta gräns [12]. Figur 13. Schematisk skiss över kylmedelsystemet enligt typfall 3. Schematic picture of the coolant system according to case 3. Med en elektronisk expansionsventil kan dock kondenseringstemperaturen tillåtas sjunka ända ner till +5 C [11, 17]. Detta kräver dock att uppvärmningen av oljan säkerställs så att den inte blir för kall. Dessutom måste systemet i sådana fall vara utformat så att en eller en andel av kylmaskinerna kan frikopplas helt från systemet, då kondenseringstemperaturen är som lägst, utan att köldbärar- eller kylmedelvätskor med olika temperaturer sammanblandas [11]. Detta eftersom kylmaskinernas kapacitet ökar avsevärt vid en så pass låg kondenseringstemperatur jämfört med den dimensionerande. I det exempel som Skaldeman [17] beskriver tillåts kondenseringstemperaturen sjunka ned till +5 C, men har då varvtalsstyrda scrollkompressorer istället för kolvkompressorer. För att göra en bedömning av hur mycket elenergi som kan sparas genom att låta kondenseringen flyta så lång ned har ytterligare ett typfall utvärderats, typfall 3. I detta fall tillåts kylmedeltemperaturen in till kondensorerna följa utetemperaturen och bli 0 C som lägst istället för ned till 20 C. I kostnadsberäkningarna har det dock antagits att samma kompressorer används som i typfall 3 och ingen extra kostnad för reglersystem eller expansionsventil har inkluderats.

25 3.3.4 Typfall 4 - Flytande kondensering i kylmedelskylare, värmeåtervinning I detta typfall har kylmedelstemperaturen in till kondensorerna tillåtits följa utetemperaturen och sjunka ner till 20 C under den del av året då det inte är något, eller lågt, uppvärmningsbehov. Under uppvärmningssäsongen har kylmedeltemperaturen hållits på en fast nivå på 32 C och uppvärmningsbehovet har tillgodosetts av värmeåtervinningen, på samma sätt som i typfall 2 (se 3.3.2). Uppvärmningssäsongen har antagits vara från oktober till april. Under övrig tid, dvs från maj till september, har det uppvärmningsbehov som eventuellt funnits tillgodosetts med fjärrvärme. Figur 14. Schematisk skiss över kylmedelsystemet enligt typfall 4. Schematic picture of the coolant system according to case 4.

26 3.3.5 Typfall 5- Fast kondensering med hjälp av fjärrkyla I detta typfall hålls kondenseringstemperaturen på en fast nivå på 20 C året om, genom att kyla kondensorerna med fjärrkyla. Detta gör att kylmaskinerna även kan dimensioneras efter denna låga kondenseringstemperatur. Det har antagits att den primära fjärrkylan växlas mot internt cirkulerande vatten (kylmedel). Eftersom detta vatten inte måste skyddas mot utetemperaturer under 0 C krävs inget frysskydd och därmed ingen inblandning av glykol eller liknande. För fjärrkyleproducenterna är det mycket viktigt att temperaturdifferensen på fjärrkylevattnet är tillräckligt stor. Därför har det i detta typfall antagits att fjärrkylans temperaturdifferens är 10 K och att flödet är variabelt. Värmeväxlarens UA-värde (värmegenomgångstal) har antagits vara oberoende av flödet. Det har antagits att fjärrkylan levereras vid +6 C med en returtemperatur på 16 C. På samma sätt har det interna cirkulerande kylvattnet antagits ha en konstant temperaturdifferens på 6 K och variabelt flöde. Kylvattnets temperatur in till kondensorerna har i beräkningarna för typbutiken satts till 12 C och temperaturen ut till 18 C. I detta typfall finns ingen möjlighet till värmeåtervinning, utan butiken värms upp med hjälp av fjärrvärme. Figur 15. Schematisk skiss över kylmedelsystemet enligt typfall 5. Schematic picture of the coolant system according to case 5. På vissa håll, särskilt i Stockholm [18], används fjärrkylereturen för att kyla kylmaskinernas kondensorer i livsmedelsbutiker. Vilken temperatur fjärrkylreturen har varierar en del under året. Ett extra typfall, typfall 5, har studerats i kostnadsjämförelsen där det antagits att tillräcklig temperaturdifferens erhålls från de kunder som använder fräsch fjärrkyla och att returkunderna uppnår en temperaturdifferens på 10 K. Fjärrkylan in till dessa kunder är alltså 16 C och ut från dem är den 26 C. Det har då antagits att kondenseringstemperaturen ligger på 30 C. 3.4 Val av komponenter i typbutiken Prestanda för komponenter har valts med hjälp av tillverkares och återförsäljares beräkningsprogram [19-21] eller via direkta kontakter med återförsäljare. Många av dessa beräkningsprogram finns att ladda ner från Internet. 3.4.1 Kompressorer Kompressorernas prestanda varierar kraftigt med den kondenserings- och förångningstemperatur som de arbetar vid. Ju större temperaturlyft, ju sämre blir COP

27 (köldfaktorn). I detta fall har förångningstemperaturen antagits vara konstant, medan kondenseringstemperaturen har varierat. Eftersom kompressorns COP och dess temperaturberoende i stor utsträckning påverkar slutresultatet i detta projekt har prestanda för ett antal olika kompressorer jämförts, se Figur 16 nedan. I jämförelsen nedan har enbart semihermetiska kolvkompressorer jämförts, eftersom dessa är vanliga i kylmaskiner i livsmedelsbutiker. Denna typ av kompressor går ofta att kapacitetsreglera stegvis i ett mindre antal steg och har ofta bra prestanda vid dellast. Scrollkompressorer används också till viss del, även om detta är en mycket ny produkt i butikssammanhang. Fördelen med dem är att de går att kapacitetsreglera kontinuerligt med varvtalsstyrning. Nackdelen är att de inte görs för stora effekter, max 20 25 kw, eftersom dess verkningsgrad blir dålig då. Vid beräkning av prestanda har tillverkarnas beräkningsprogram [20, 22], som finns att ladda ner på dess hemsidor använts. Beräkningar har gjorts för R404A som köldmedium, en underkylning i kondensorn på 5 K och en överhettning i förångaren på 10 K. Kyleffekt vid olika förångnings- och kondenseringstemperaturer samt pris för kompressorerna finns presenterat i Tabell 3. COP 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 6G-30.2Y -15 C 6H-25.2Y -15 C D6SL-250X -15 C 4J-13.2Y -35 C 4T-8.2Y -35 C D6SL-250X -35 C 0 10 20 30 40 50 60 Kondenseringstemperatur ( C) Figur 16. COP (köldfaktorn) som en funktion av kondenseringstemperaturen för olika kompressorer och förångningstemperaturer. COP (cooling mode) as a function of the condensation temperature for different compressors and evaporation temperatures.