eurammon: Od producenta do konsumenta - naturalne czynniki chłodnicze w łańcuchu chłodniczym
Na drodze od producenta do konsumenta kluczowym znaczeniem dla artykułów spożywczych jest ich przechowywanie w niskich temperaturach
Aby nie ucierpiała ich jakość, łańcuch chłodniczy nie może ulec przerwaniu. Ponad 60 procent takich środków spożywczych, jak mięso, mleko lub owoce, ulega zepsuciu już po krótkim czasie. Chłodzenie tych towarów, które prócz tego wymagają indywidualnego przechowywania w różnych temperaturach, stawia eksploatatorów chłodni przed kompleksowymi wymaganiami. Zastosowana technika chłodzenia musi być pewna pod względem eksploatacyjnym, a temperatury w poszczególnych magazynach chłodni muszą być utrzymywane na poziomie możliwie minimalnie odbiegającym od określonych ustawowo wymagań. Równocześnie musi ona sprostać wysokiemu nakładowi na chłodzenie przez niewielkie zużycie energii i tym samym pracować ekonomicznie.
„W takich wypadkach urządzenia chłodnicze pracujące na naturalnych czynnikach chłodniczych odgrywają dużą rolę“, stwierdza Georges Hoeterickx, członek zarządu ‘eurammon’, europejskiej inicjatywy w zakresie naturalnych chłodziw. „Dzięki termodynamicznym własnościom amoniaku, dwutlenku węgla lub węglowodorów, tego rodzaju urządzenia są bardzo efektywne pod względem energetycznym. W związku z tym naturalne czynniki chłodnicze są dla eksploatatorów nie tylko alternatywą w odniesieniu do ochrony klimatu. Są one również pod względem ekonomicznym pozytywnym rozwiązaniem, pozwalającym na oszczędność kosztów eksploatacji.“
Chłodzenie centrów dystrybucyjnych
Własności tych czynników wykorzystuje ku swemu zadowoleniu brytyjska sieć supermarketów Asda. Od roku 2007 przedsiębiorstwo to stosuje w swym centrum dystrybucyjnym w Lutterworth kaskadowe urządzenie na dwutlenek węgla-amoniak. Jest to najnowsze urządzenie w szeregu urządzeń, które Asda poleciła zamontować firmie Star Refrigeration w swych centrach dystrybucyjnych. Celem długoterminowo zaplanowanego programu modernizacji jest wymiana wszystkich urządzeń chłodniczych pracujących do tej pory na bazie wodorochlorofluorowęglowodorów HCFCs R22. Do chłodzenia chłodni o pojemności 270 000 m3, firma zajmująca się budową urządzeń chłodniczych zainstalowała centralny układ chłodzenia, składający się z dwóch obiegów chłodniczych zespolonych wymiennikami ciepła, w których cyrkuluje amoniak w ilości 1,6 ton i dwutlenek węgla w ilości ok. 8 ton. Z wydajnością chłodniczą wynoszącą łącznie 3,2 megawatów, urządzenie to chłodzi niskotemperaturowy magazyn na środki spożywcze w temperaturze -25oC oraz kilka pomieszczeń na zamrażanie immersyjne w temperaturze pomiędzy 1 a 13oC. Do niskich temperatur stosowany jest ciekły dwutlenek węgla w obiegu sprężania czynnika parowego, przy czym poprzez wymiennik ciepła oddaje on swe ciepło do obiegu amoniakalnego. Następnie w stopniu wysokotemperaturowym w temperaturze -5oC wykorzystywany jest jako parujące chłodziwo w pomieszczeniach zamrażalniczych i do ogólnej klimatyzacji. Wydajność chłodnicza urządzenia na dwutlenek węgla, zasilającego w temperaturze -31oC ciekłym dwutlenkiem węgla sześć chłodnic powietrznych w magazynie niskotemperaturowym, wynosi 820 kW. Urządzenie do strefy wysokotemperaturowej ma wydajność wynoszącą 2,4 MW i zasila 20 chłodnic powietrznych w trzech pomieszczeniach zamrażalniczych. W skład obiegu na dwutlenek węgla wchodzą dwie sprężarki śrubowe, zestaw kolektorów i pomp oraz dwa wymienniki ciepła. Następnie do układu chłodzenia należą dwa oddzielne urządzenia na amoniak, gdzie każde z nich dysponuje dwoma sprężarkami śrubowymi, agregatem zbiorczym/parownikiem i skraplaczem wyparnym. Osobliwością urządzenia chłodniczego jest programowalny system kontroli oraz detektory do wykrywania amoniaku i dwutlenku węgla, które odpowiednio wcześnie wykrywają ewentualne przecieki.
Podobne urządzenie zainstalowała spółka dystrybucyjna środków spożywczych Trio Incest w swym nowym centrum dystrybucyjnym w rosyjskiej miejscowości Domodjedowo. W kompleksie magazynowym o łącznej pojemności 22 000 ton chłodzone będą w sposób nieszkodliwy dla środowiska produkty mięsne, ryby i warzywa. Do pięciu pomieszczeń chłodniczych przewidziana została temperatura -24oC, w dalszych pięciu pomieszczeniach będzie panować temperatura 0oC. Firma zajmująca się budową urządzeń chłodniczych, Johnson Controls, zainstalowała w tym celu układ chłodzenia pracujący na bazie 2900 kg amoniaku dla wysokich temperatur i 8800 kg dwutlenku węgla dla niskich temperatur. Temperatura parowania czynnika chłodniczego – dwutlenku węgla – wynosi -32oC. Urządzenie, dysponujące wydajnością chłodniczą 2500 kW i składające się między innymi z pięciu sprężarek tłokowych do dwutlenku węgla i z czterech sprężarek śrubowych do amoniaku, ruszyło do eksploatacji w 2007 roku.
Magazynowanie owoców w warunkach regulowanej temperatury
Firma chłodnicza H. M. de jong powierzyła konstruktorowi urządzeń chłodniczych, firmie GTI Koudetechniek, zainstalowanie w swej chłodni w niderlandzkim Ridderkerk wydajnego i ekonomicznego urządzenia chłodniczego. W celu magazynowania owoców miękkich i twardych to rodzinne przedsiębiorstwo potrzebowało rozwiązań, pozwalających na chłodzenie w temperaturze pomiędzy -3 a 13oC łącznej powierzchni magazynowej wynoszącej równo 100 000 m3 i o wysokości stropów do 20 m. Firma GTI Koudetechniek zbudowała w tym celu urządzenie kaskadowe, w którym w obiegu krąży amoniak i dwutlenek węgla każdorazowo w ilości 1,4 tony wzgl. 11 ton. Urządzenie pracujące od 2007 roku posiada wydajność chłodniczą wynoszącą 1,6 MW. Chłodzenie odbywa się na bazie dwutlenku węgla jako parującego chłodziwa, którego temperatura parowania wynosi -8oC. Ponieważ temperatura w każdym pomieszczeniu nie może wahać się o więcej niż 1oC, zastosowana została kombinacja z elektronicznych zaworów rozprężnych i systemu rozprowadzania powietrza, nawiewającego zimne powietrze za pomocą ponad 100 chłodnic powietrza. Celem opracowania tego urządzenia, przepływ strumienia powietrza symulowany był uprzednio na komputerze. Przy pomocy tego modelu można także zrealizować niższą szybkość cyrkulacji powietrza. Do głównych elementów obiegu amoniaku należą dwie sprężarki śrubowe, trzy skraplacze z chłodzeniem powietrza oraz skraplacz wyparny. Prócz tego firma GTI Koudetechniek zastosowała do urządzenia dwie sprężarki odszraniające na dwutlenek węgla i dwa parowniki wzgl. skraplacze kaskadowe. Oprócz wysokiej efektywności energetycznej zastosowanych naturalnych czynników chłodniczych, takie elementy konstrukcji, jak ekonomizer lub przemiennik częstotliwości, przyczyniają się do niskiego zużycia energii przez urządzenie. Prócz tego eksploatator dodatkowo oszczędza przez to energię, że oszronione elementy konstrukcji są odszraniane gorącym gazowym dwutlenkiem węgla, dzięki czemu niepotrzebne jest konwencjonalne urządzenie odszraniające.
System rozprowadzania zimnego powietrza
W jednym ze swych magazynów-chłodni, znajdujących się w szwajcarskiej miejscowości Mohlin, firma usługowa Frigosuisse, zajmująca się logistyką chłodzenia i schładzania do niskich temperatur, pracuje za pomocą systemu przepompowywania amoniaku. Trzy istniejące już magazyny przedsiębiorstwo rozszerzyło o dodatkowy magazyn o objętości przestrzennej wynoszącej równo 65 000 m3. Końcowym zadaniem było chłodzenie nowego budynku w temperaturze -28oC w magazynie niskotemperaturowym i w temperaturze -10oC w przyłączonym magazynie automatycznej segregacji. Biuro inżynierskie Ingenieurburo SSP Kalteplaner zaprojketowało w tym celu urządzenie do przepompowywania amoniaku w eksploatacji ekologicznej, które zrealizowane zostało przez konstruktora urządzeń chłodniczych, firmę Johnson Controls. System wdrożony do eksploatacji w czerwcu 2007 roku dysponuje wydajnością chłodniczą wynoszącą 540 kW i zawiera 2,1 ton amoniaku. Czynnik chłodniczy stosowany jest w procesie parowania bezpośredniego o wielokrotnym przetłaczaniu – w temperaturze parowania -40oC. Główne elementy zastosowane do urządzenia to sprężarki śrubowe, skraplacz wyparny, separator, ekonomizer oraz pompy do amoniaku i chłodnica powietrza. Chłodnica rozprowadza pionowo zimne powietrze w komorze i w ten sposób tworzy tzw. mrozowisko.
W szwajcarskiej miejscowości Neuendorf firma Migros Verteilbetrieb AG szukała również rozwiązania pozwalające na równomierne rozprowadzanie temperatury w jej magazynie-chłodni. Obejmujący 167 000 m3 kompleks magazynów-chłodni przedsiębiorstwa, którego główna działalnością jest logistyka niskotemperaturowego schładzania artykułów spożywczych, stanowi największy magazyn-chłodnię w kraju.
Chodziło o to, aby w całym pomieszczeniu, w którym można przechowywać 25 800 palet aż do wysokości 29 metrów, utrzymywana była stała temperatura wynosząca -28oC. Konstruktor urządzeń chłodniczych, firma Johnson Controls zainstalowała w tym celu dwustopniowe urządzenie chłodnicze 1074 kW. System wentylacyjny rozprowadza zimne powietrze w dół i w ten sposób zapewnia, że temperatura waha się maksymalnie o 1,9oC. Zaletą tego systemu jest zmniejszenie koniecznej wydajności wentylatorowej o około 85%, przez co potrzebna wydajność chłodnicza jest mniejsza o 6%. Dzięki temu urządzenie zużywa łącznie 7% mniej energii, a koszty inwestycyjne są mniejsze o 25%. Od połowy lat 90-tych podobne urządzenia firma Johnson Controls zamontowała już w 15 niskotemperaturowych magazynach-chłodniach. Magazyn w miejscowości Neuendorf jest dotychczas największym tego typu magazynem wyposażonym w system wentylacyjny rozprowadzający zimne powietrze w dół.
Przejście na stosowanie naturalnych czynników chłodniczych jest opłacalne
W Europie stosowane są w przetwórstwie i do magazynowania artykułów spożywczych tradycyjne chłodziwa naturalne. W takich krajach, jak na przykład Wielka Brytania, Dania lub Austria, amoniak stosowany jest w 90% wypadków. Przy pomocy amoniaku i dwutlenku węgla koszty energii można zaoszczędzić do wysokości 30%. Ponieważ do roku 2015 era stosowania w Europie HCFCs zbliża się ku końcowi, to naturalne czynniki chłodnicze, jak amoniak i dwutlenek węgla, stanowią znakomitą alternatywę. Dlatego dla eksploatatorów chłodni, którzy jeszcze nie pracują przy pomocy tych czynników chłodniczych, opłaca się przejście na ich stosowanie.
Amoniak (NH3)
Amoniak jest z powodzeniem stosowany jako czynnik chłodniczy w przemysłowych instalacjach chłodniczych od ponad 100 lat. Jest bezbarwnym gazem, charakteryzującym się ostrym zapachem, skraplającym się pod ciśnieniem. w technologii chłodniczej znany jest jako R717. Posiada zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP = 0) i nie ma bezpośredniego wpływu na powstawanie efektu cieplarnianego (GWP = 0). Dzięki wysokiej efektywności energetycznej, jego pośredni udział w powstawaniu efektu cieplarnianego jest niewielki. Amoniak jest substancją łatwopalną. Jednak jego energia zapłonu jest 50 razy większa niż gazu ziemnego, więc nie pali się bez ognia wspierającego. Ze względu na dużą zależność od wilgotności powietrza jest oceniany jako "niepalny". Amoniak jest toksyczny, ale ma charakterystyczny zapach, który daje się wyczuć poniżej stężenia 3 mg amoniaku na 1 m3 powietrza. Oznacza to, że amoniak jest wyczuwalny na poziomie znacznie niższym niż poziom zagrażający zdrowiu (> 1750 mg/m3). Ponadto jest lżejszy od powietrza i dlatego szybko się unosi.
Dwutlenek węgla (CO2)
Dwutlenek węgla jest znany w technice chłodniczej jako R744 i ma długą historię, sięgająca połowy XIX wieku. Jest to bezbarwny gaz, skraplający się pod ciśnieniem, z lekko kwaśnym zapachem i smakiem. Nie posiada potencjału niszczenia warstwy ozonowej (ODP = 0) i kiedy jest stosowany jako czynnik chłodniczy w obiegach zamkniętych, ma nieznaczny, bezpośredni wpływ na powstawanie efektu cieplarnianego (GWP = 1). Jest niepalny, obojętny chemicznie i cięższy od powietrza. Ma działanie narkotyczne i duszące, ale tylko w wysokich stężeniach. Występuje naturalnie w znacznej ilości.
Potencjał powodujący niszczenie ozonu i potencjał efektu cieplarnianego czynników chłodniczych
Niszczenie warstwy ozonowej powodowane jest przede wszystkim związkami chloru, fluoru lub bromu, które są w stanie rozszczepiać molekuły ozonu (O3) i w ten sposób niszczyć jego warstwę. Potencjał niszczenia ozonu (ODP) danego związku podawany jest jako równoważnik chloru (ODP cząsteczki chloru = 1).
Global Warming Potential (GWP)
Efekt cieplarniany powstaje przez to, że substancje znajdujące się w atmosferze posiadają zdolność odbijania z powrotem na ziemię ciepła wypromieniowanego z ziemi. Bezpośredni potencjał cieplarniany (GWP) danego związku jest więc mierzony jako równoważnik CO2 (GWP cząsteczki CO2 = 1).
Opracowanie redakcja na podstawie materiałów Firmy eurammon.
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.
Foto: www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl
