(tzw."free cooling") w systemie chłodzenia chłodni owocowo

POLITECHNIKA GDAŃSKA
Wydział Mechaniczny
Katedra Techniki Cieplnej
Seminarium z Chłodnictwa
Racje techniczne i ekonomiczne wykorzystania naturalnego chłodzenia
(tzw.”free cooling”) w systemie chłodzenia chłodni owocowo-warzywnej
w warunkach klimatu Polski
Krystian Piotrowski SiUChiK
Spis treści
1. Przechowalnictwo warzyw i owoców w warunkach klimatu Polski…………………… .3
1.1 Przechowywanie owoców………………………………………………………………..3
2. Zadania i cele stawiane przed układami chłodniczymi stosowanymi w przemyśle
przechowalniczym…………………………………………………………………………....6
2.1 Sterowanie tradycyjnej i analogowej instalacji chłodniczej……………………………...6
2.2 Układy chłodnicze pośrednie, chłodzenie glikolowe………………………………….…8
3. Nowe rozwiązania stosowane w układach chłodzenia i utrzymania temperatury komór
przechowalniczych………………………………………………………………………. …10
3.1 Free cooling ……………………………………………………………….…………….10
3.1.1 Realizacja techniczna……………………………………………………………… …11
4. Podsumowanie ………………………………………………………….…………… …13
Literatura ………………………………………………………………………………… ..15
2
1. Przechowalnictwo warzyw i owoców w warunkach klimatu Polski
W strefie klimatu umiarkowanego w jakim leży cały obszar naszego kraju okres
owocowania oraz zbioru warzyw przypada na niewielką część roku, od czerwca do
października. Owoce i warzywa charakteryzują się bardzo ograniczoną zdolnością
zachowania walorów odżywczych i jakości z upływem czasu. Dla przedłużenia ich
przydatności poddaje się je przetworzeniu, mrożeniu bądź procesom przechowalniczym w
ściśle określonych warunkach.
Pierwszym etapem po zbiorze jest wstępne schładzanie owoców i warzyw. (1)
Zasadą nowoczesnego przetwórstwa jest bezpośredni przerób surowców, realizowany w
dużych zakładach na bardzo wydajnych liniach, z pominięciem schładzania jako
wyodrębnionego zabiegu technologicznego. Jakość końcowego wyrobu wymaga, aby czas
przetrzymywania surowców nie przekraczał kilku godzin (groszku - 2h, szpinaku - 4h, malin 6h, truskawek - 8h), w ciągu których zachodzące zmiany nie mają jeszcze istotnego wpływu
na obniżenie jakości.
W praktyce, zwłaszcza mniejszych przetwórni, stosowana jest nadal technika
krótkookresowego zabezpieczania nietrwałych surowców przez ich wstępne schładzanie
bezpośrednio po zbiorze do temperatury wewnętrznej 2-3°C. Ze względu na związek z
samym procesem przetwórczym, wstępne schładzanie traktować można jako pierwszy zabieg,
wchodzący w zakres chłodnictwa technologicznego.
Surowce roślinne nie przeznaczone do bezpośredniego przetworzenia przechowywane są w
schładzalniach o różnych rozwiązaniach technicznych. W warunkach krajowych do
schładzania i przechowywania zebranych płodów stosowane są różne typy przechowalni
naturalnych z systemami wentylacji, wykorzystującymi powietrze zewnętrzne oraz typowe
schładzalnie tunelowe z układami chłodniczymi, umożliwiającymi regulację temperatury i
prędkości strumienia powietrza. Jako optymalne dla większości gatunków owoców uważane
są temperatury powietrza 0 - 2°C (nie powodujące podmrożenia ani powstawania chorób
fizjologicznych), o prędkości jego przepływu w zakresie 1 -2 m/s (zapewniające dostateczną
wymianę ciepła przy niewielkich ubytkach masy). Różnica temperatury strumienia powietrza
i parowania czynnika w instalacji nie powinna być wyższa niż 5 - 6 K.
Dla celów długookresowego składowania owoców zaleca się schładzanie tradycyjne, z
szybkością 2 -3 K/dobę i łącznym czasie procesu, zależnym od rodzaju i wielkości owoców
oraz ich wyjściowej temperatury - w granicach 24 - 36 h. Umożliwia to, ważną dla wielu
odmian, stopniową adaptację owoców do nowych warunków.
1.1 Przechowywanie owoców
Doskonale rozwiniętą technicznie formą utrzymania owoców w stanie świeżości jest
przechowywanie przemysłowe. Najszerzej stosowane w odniesieniu do owoców, których
Polska jest znaczącym producentem w Europie.
Jabłka i gruszki należą do owoców klimakterycznych. W praktyce oznacza to, że po
przekroczeniu stadium dojrzałości fizjologicznej, zwanej minimum klimakterycznym, procesy
dojrzewania ulegają gwałtownemu przyspieszeniu. Prowadzi to do niekorzystnych zmian
jakościowych i w ostateczności do rozpadu tkanki owoców (fot.1).
3
Fot. 1. Rozpad starczy miąższu (2)
Podczas przechowywania w owocach zachodzą nieprzerwanie procesy fizjologiczne. W
procesie oddychania zużywany jest tlen, a zawarte w owocach węglowodany zostają
przetworzone na dwutlenek węgla, wodę i ciepło.
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + Ciepło
Jak wspomniano wcześniej, spada ich jędrność i kwasowość. Procesów tych nie można
całkowicie zatrzymać. Można je jedynie spowolnić i ograniczyć niekorzystne zmiany
jakościowe. Najistotniejszym czynnikiem jest jak najszybsze obniżenie temperatury miąższu
owoców po zbiorze. Zaleca się, aby w pierwszej dobie przechowywania obniżyć temperaturę
miąższu do około +4,5°C. Końcową, optymalną temperaturę przechowywania, przede
wszystkim ze względów ekonomicznych, należy ustalić dopiero po całkowitym wypełnieniu
komory.
Dla jabłek i gruszek zakres optymalnych temperatur przechowywania zawiera się w granicach
od –1 oC do +3°C. Temperatury poniżej zera polecane są wyłącznie dla gruszek. Stąd też
owoce obu omawianych gatunków nie powinny być przechowywane w jednej komorze.
W przypadku przechowywania gruszek niekiedy obniżenie temperatury przechowywania z
0°C do –1°C powoduje znaczne wydłużenie tego okresu. Próba przechowywania jabłek
większości odmian w takich temperaturach skończy się porażką. Należy jednak pamiętać, że
w zależności od sezonu wegetacyjnego, również wrażliwość gruszek na niską temperaturę
może ulegać zmianie. Im wyższa zawartość ekstraktu w owocach, tym temperatura
przechowywania może być niższa. Średnio jednak przyjmuje się, że temperatura zamarzania
gruszek wynosi około –1,5°C
Właściwe w tym miejscu jest wspomnieć, że na całym świecie przechowywanie owoców jest
bardzo rozwinięte a doskonałość tego procesu pozwala na transport ich w stanie
przechowania na odległość tysięcy kilometrów. Korzystają na tym producenci owoców i
warzyw zarówno w Afryce jaki Ameryce Południowej i Azji.
4
Tabela 1. Warunki i okres przechowywania owoców (3)
Temperatua
przechowyw
ania(°C)
Najniższa
temperatura
wychłodzenia(°C)
Emisja
etylenu
Czułość
na
obecno
ść
etylen
Proces
oddycha
nia
Okres
przechowywa
nia po zbiorze
w formie
„żywej”
Warunki
atmosfery
kontrolowanej
-1
-1,5
VH
H
L
3-6 miesięcy
4
-1,5
VH
H
L
1-2 miesięcy
2-3%O2 +
1-2%CO2
2-3%O2 +
1-2%CO2
-0,5 do 0
-1,1
M
M
L
1-3 tygodni
13
-0,9
H
H
M
2 tygodnie
10-13
-1,4
L
1-6 miesięcy
7-9
-1,6
L
12 tygodni
Tangelo
7-10
Tangerine 4-7
Figi
-0,5 do 0
0,9
-1,1
-2,4
VL
M
M
L
L
L
L
1-4 tygodni
7-10 dni
Winogron -0,5 do 0
a
-2,7
VL
L
L
2-8 tygodni
Mango
-1,4
M
M
M
2-3 tygodni
-0,9
M
M
L
2-4 tygodni
Owoc
Jabłka
Odporne
na Mróz
Nie
odporne
na mróz
Morelki
Apricots
Avokado
Cytrusy
Cytryny
Pummelo
13
Nektariny -05 do 0
2-3%O2 +
2-3%CO2
5-10%O2 +
0-10%CO2
5-10%O2 +
0-10%CO2
5-10%O2 +
15-20%CO2
5-10%O2 +
0-10%CO2
do 4 tygodni
5-10%O2 +
10-15%CO2
3-5%O2 +
5-10%CO2
1-2%O2 +
3-5%CO2
okres przerwy w
temp
Brzoskwinie
-0,5 do 0
-0,9
H
M
L
2-4 tygodni
3° do 10°C
1-2%O2 +
3-5%CO2
okres przerwy w
temp
Feurte,
Hass
3-7
-1,6
H
H
M
2-4 tygodni
Lula,
Booth
4
-,09
H
H
M
4-8 tygodni
3° do 10°C
2-5%O2 +
3-10%CO2
2-5%O2 +
3-10%CO2
5
2. Zadania i cele stawiane przed układami chłodniczymi stosowanymi w przemyśle
przechowalniczym.
Temperatura i wilgotność.
Kluczową rolę w procesie przechowalniczym odgrywa utrzymanie temperatury na ściśle
określonej wartości oraz z określoną tolerancją.
W praktyce przechowalniczej nie jest możliwe utrzymanie temperatury na stałym poziomie w
czasie. Niewielkie zmiany temp. są naturalną konsekwencją działania termostatu i określonej
wartości histerezy.
Nadmierne wahania temperatury prowadzą do zmian wilgotności względnej która zależy
ściśle od temperatury. Niekontrolowany przyrost temp o 1 C powoduje spadek wilgotności
względnej o kilka % i wzrost transpiracji owoców.
Bardzo ważne jest też utrzymanie wartości różnicy temperatury strumienia powietrza i
parowania czynnika w zakresie Delta T = 5 do 7°K lub mniejszym. Zapobiega to
nadmiernemu szronieniu parownika oraz osuszaniu atmosfery w chłodni.
Dla utrzymania optymalnej wilgotności stosuje się jacketed system ) powietrze cyrkuluje
pomiędzy podwójnymi ścianami i sufitem co zapewnia wilgotność bliską 100% i unika się
szronu na chłodnicy
Zmniejszenie wahań temp. osiąga się dzięki zastosowaniu układu chłodzenia pośredniego
modułowego , w odróżnieniu od chłodzenia cyfrowego(jeden – zero) włącz -wyłącz
W układzie tym pompa tłoczy glikol ze zmienną wydajnością w zależności od obciążenia
chłodnicy
Komory chłodnicze wypełnione są atmosferą kontrolowaną (AK) o ściśle określonej
zawartości tlenu, dwutlenku węgla i innych gazów. Nad stałością tego składu i ewentualnym
uzupełnianiem i ulepszaniem czuwają osobne systemy automatyki i nadzoru.
2.1 Sterowanie tradycyjnej i analogowej instalacji chłodniczej (4)
Analogowa instalacja chłodnicza jest to instalacja chłodnicza w której wydajność
cieplna chłodnicy powietrza dostosowuje się do chwilowego obciążenia cieplnego komory
przechowalniczej.
Rys.1 Komora tradycyjna, chłodzenie cyfrowe
6
Rys.2 Komora chłodnicza z chłodzeniem sterowanym „analogowo”
Rysunek nr 1 przedstawia fragment instalacji od zaworu rozprężnego do sprężarki
typowej instalacji komory chłodniczej a rysunek nr 2 przedstawia instalację komory
chłodniczej kontenera. Zasadnicza różnica między nimi, to zainstalowanie tzw. „zaworu
modulacyjnego” pomiędzy chłodnicą powietrza i sprężarką w instalacji kontenerowej oraz
różnica na „wyjściu’’ w termostacie regulacyjnym. Zawór modulacyjny jest to
elektromagnetyczny zawór regulacyjny, który w zależności od potrzeb bardziej lub mniej
dławi przepływ czynnika.
Typowy termostat chłodniczy posiada tzw. wejście analogowe oraz wyjście tzw. cyfrowe,
które włącza lub wyłącza chłodzenie. Termostat kontenerowy podobnie jak typowy
termostat posiada wejście analogowe, lecz różni się tym, że wyjście również jest analogowe.
Wyjście to połączone jest zaworem modulacyjnym, który poprzez dławienie czynnika
chłodniczego powoduje, że temperatura parowania w chłodnicy powietrza dostosowuje się
do chwilowego zapotrzebowania na wydajność chłodniczą. Zwiększenie dławienia powoduje
jednocześnie obniżenie ciśnienia ssania sprężarki, a poprzez to obniżenie jej wydajności.
Układ taki znajduje punkt równowagi, niezależnie od tego, czy chwilowe zapotrzebowanie
wydajności jest zbliżone do 100% jej wartości znamionowej, czy też 0%.
Efektem zastosowania w kontenerze rozwiązania jest stała temperatura powietrza za
chłodnicą powietrza oraz stała temperatura powietrza dolotowa do chłodnicy (jej chwilowa
wartość jest funkcją obciążenia cieplnego urządzenia chłodniczego).
Rys. 3 Wykres temperatury w odniesieniu do czasu. (4)
7
Rys. 4 Wykres wilgotności w odniesieniu do czasu. (4)
Porównanie stabilności temperatury i wilgotności powietrza na wylocie i dolocie do
chłodnicy powietrza przedstawiają rysunki 3 i 4. Jak widać z przedstawionych wykresów
temperatura na wlocie jak i na wylocie chłodnicy w porównaniu z konwencjonalną instalacją
chłodniczą charakteryzuje się mniejszymi wahaniami, co ma duży wpływ na wysoką jakość
transportowanych owoców. Wilgotność powietrza w funkcji czasu w chłodzeniu
analogowym jest funkcją stałą, co również wzorowo wpływa na jakość przechowywania
owoców.
Zaletami chłodzenia analogowego jest stała i optymalna temperatura
przechowywania owoców i warzyw jak i stała i bardzo wysoka wilgotność względna
cyrkulującego powietrza. Nie występuje wykraplanie się wilgoci na owocach. Wadami zaś są
bardziej złożona i droższa konstrukcja niż urządzenia tradycyjne
2.2 Układy chłodnicze pośrednie, chłodzenie glikolowe.
Genezą wykorzystania instalacji glikolowej do chłodzenia komór owocowo-warzywnych była
zyskowność, zwiększenie wilgotności względnej powietrza w komorach oraz zmniejszenie
ususzki (nadmierna utrata wody — tzw. Ususzka) przechowywanego towaru. Niedoskonałość
instalacji freonowej polegała na konieczności utrzymywania „dużej” różnicy temperatur
pomiędzy czynnikiem chłodniczym a chłodzonym powietrzem, ale również a może
najbardziej, dużymi wahaniami temperatur czynnika spowodowanych niestabilną pracą
układu chłodniczego. Podczas gdy temperatura glikolu jest zachowywana na stałym poziomie
to wahania czynnika chłodniczego wynikały z uruchomienia i zatrzymania instalacji,
dostosowywaniem się zaworu rozprężnego do aktualnych parametrów układu. Szczególnie
miało to miejsce w instalacjach wielokomorowych – wielosprężarkowych. Sterowanie
poszczególnych sprężarek i dopasowywanie się do aktualnego obciążenia zapewniały
presostaty niskiego ciśnienia, a w miarę rozwoju techniki elektroniczne sterowniki, również
wykorzystujące ciśnienie czynnika chłodniczego. Aby zmniejszyć wahania parametrów
wykorzystano także sprężarki z regulacją wydajności a w ostatnim czasie wyposażono je w
drogie falowniki. Te wszystkie działania nie doprowadziły jednak do dostatecznego
8
zapewnienia stałych parametrów pracy urządzenia i ekonomicznej pracy. Dlatego dobrą
alternatywą dla bezpośredniego chłodzenia powietrza był układ pośredni np. glikolowy.
Uzasadnieniem jednak budowy urządzeń glikolowych była wielkość budowanego obiektu. Z
danych otrzymanych od naszego partnera z Włoch posiadającego wieloletnie doświadczenie
w budowie chłodni owocowo-warzywnych firmy Isolcell, wynika, że uzasadnieniem
stosowania układów glikolowych są duże obiekty chłodnicze, jednocześnie przechowujące
towar wrażliwy na niską wilgotność. I tak np. grupa producencka, która posiada 50 komór po
250 ton towaru przechowującego 50 - 60% golden delicjus (jest to owoc głównie uprawiany
we Włoszech, mniej w Polsce), wymagający wilgotności powietrza nawet do 98%. Jeśli uda
się zmniejszyć ususzkę w tak wielkiej ilości towaru choćby o 1% to uzyskamy 62 500,00kg,
w przeliczeniu na złotówki przy cenie jabłka 1zł jest to 62,5 tyś złotych. W takich chłodniach
uzasadnione jest poniesienie dużych kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych
wynikające z zastosowania układu glikolowego. Analogicznie dla małych chłodni we
Włoszech, które posiadają 5 do 6 komór (w Polsce taka chłodnia należy już do dużych)
zyskowność z podwyższenia tego 1% wynosi 7 500,00 złotych, co nie daje już takiej
zyskowności jak w przypadku 50 komór.
Podsumowując należy określić , że:
- zastosowanie chłodzenia pośredniego ma ekonomiczne uzasadnienie tylko w dużych
obiektach.
-w układach takich stosowany jest roztwór wodny glikolu etylowego bądź propylenowego
bądź solanka,
-układy te pozwalają na dalsze obniżenie delta T do dowolnej wartości uwarunkowanej
wydajnością chłodniczą chłodnicy.
Pozytywnymi cechami układu z chłodzeniem pośrednim są:
- możliwość regulacji parametru delta T którego niska wartość ogranicza spadek wilgotności i
transpiracji,
- możliwość obsługi układów chłodniczych wielokomorowych z różnymi temperaturami i
wartościami delta T w komorach
- uzyskanie oszczędności energii elektrycznej w okresie zimy realizowane przez wyłączenie
sprężarek i chłodzenie glikolu zimnym powietrzem, free cooling.
- krótki obieg czynnika w układzie który wpływa dodatnio na bezpieczeństwo pracy systemu,
przez zmniejszenie ilości potencjalnych nieszczelności oraz ułatwia obsługę systemu,
- możliwość wykorzystania układów z amoniakiem jako czynnikiem chłodniczym, nawet przy
stosunkowo niedużej wydajności cieplnej całego systemu chłodniczego.
9
3. Nowe rozwiązania stosowane w układach chłodzenia i utrzymania temperatury
komór przechowalniczych
Rys. 5 Schemat ideowy działania cieplnego przetwornika analogowo-cyfrowego wg (5 ).
Chłodnica powietrza zasilana jest przez pompę zimnej solanki. Termostat analogowy
utrzymuje zadaną temperaturę w dojrzewalni dzięki oddziaływaniu na przemiennik
częstotliwości. W momencie, gdy temperatura solanki osiąga zadaną wartość, termostat
cyfrowy wyłącza sprężarkę.
Początkowo spora różnica temperatur pomiędzy powietrzem a solanką z czasem
maleje, na co układ reaguje zwiększeniem prędkości obrotowej wirnika pompy. Podczas, gdy
pompa osiągnie nominalną wartość prędkości obrotowej, wysyłany jest sygnał włączający
sprężarkę urządzenia chłodniczego.
Zalety rozwiązania:
- wymagany czas postoju sprężarki można zapewnić poprzez odpowiedni dobór
pojemności zasobnika;
- unika się kontaktu czynnika chłodniczego z owocami;
- możliwość zastosowania free coolingu.
3.1 Free cooling
Zrównoważony rozwój to pojęcie docierające do nas coraz częściej i wzywające do
przebudzenia ze snu nieograniczonej konsumpcji. Paliwa kopalne musimy wydobywać z
coraz większym trudem nie tylko na lądzie ale i z dna mórz. Większość ludzi na ziemi musi
za te paliwa albo energię z nich pozyskiwaną płacić przeznaczając na ten cel duży procent
PKB. Ogólne szacunki światowego zużycia energii wykazują , że procesy chłodnicze
pochłaniają aż 20% całości produkowanej energii. Nowoczesne biurowce wymagają nawet w
zimie chłodzenia części swojej przestrzeni. Podobnie procesy produkcyjne wymagają
10
stabilnych warunków otoczenia i często odprowadzanie ciepła jest połączone z wielkimi
nakładami energetycznymi.
Tak dynamicznie rozwijająca się branża IT ogromną część konsumowanej energii przeznacza
na mechaniczne chłodzenie. Współczynnik PUC (Power usage effectivness) z poziomu 3 w
roku 2004 został podwyższony do wartości mniejszej niż 2 w roku 2009 (1). Tak duży postęp
został osiągnięty dzięki zastosowaniu idei Free Cooling technologii, która śmiało użyła w
cyklu chłodniczym warunków jakie panują na zewnątrz w otoczeniu.
Free Cooling (darmowy chłód) jest systemem pozwalającym na wytwarzanie schłodzonej
wody, solanki czy mieszaniny opartej na glikolu bez angażowania sprężarek chłodniczych, a
wykorzystującym tylko niską temperaturę powietrza zewnętrznego w chłodnych porach roku.
Proces ten może całkowicie pokrywać zapotrzebowanie na chłodzenie, jak też wspomagać
działanie układów działających w oparciu o sprężarkowy cykl chłodniczy.
Idea free cooling jest szeroko stosowana w istniejących układach chłodniczych jak i
wprowadzana do nowo projektowanych obiektów. W omawianym zagadnieniu
przechowalnictwa owoców temperatury w chłodzonych komorach przechowalniczych
zawierają się w przedziale 0 do 14° C. Przy stabilnych warunkach pogodowych i założeniu
odpowiednio korzystnych parametrów układu chłodniczego okres stosowania cyklu opartego
na zasadzie free cooling może być znacząco długi i trwać wiele miesięcy.
3.1.1 Realizacja techniczna
Techniczne rozwiązania free cooling oparte są na uzupełnieniu układów chłodniczych
sprężarkowych o dodatkowy wymiennik ciepła - chłodnicę free-cooling oraz o zawór
trójdrożny i układ sterowania pracą zaworu trójdrożnego, wentylatora chłodzącego jak i
agregatu chłodniczego.
Rys. 6 Tradycyjne rozwiązanie układu free-cooling
Standardowy agregat chłodniczy zapewnia wytworzenie wody ziębniczej o temp. T0
woda ziębnicza odbiera ciepło w stopniu zależnym od potrzeb instalacji i powraca do
agregatu o temperaturze wyższej zazwyczaj o około 5°K schłodzenie wody uzyskuje się
wykorzystując termodynamiczny obieg chłodniczy cechujący się COP wyższym od 3.
Zastosowanie dodatkowego pośredniego wymiennika ciepła i zaworu sterującego pozwala w
okresach gdy temperatura otoczenia spada poniżej 12°C kierować powracającą wodę przez
wymiennik pośredni w celu jej ochłodzenia. Zależnie od temperatury zewnętrznej
11
sprężarkowy układ chłodniczy może nie pracować bądź pracować okresowo. W czasie gdy
temperatura otoczenia jest wyższa niż 12C to powracająca woda chłodząca może nie być
kierowana do wymiennika pośredniego a tylko dopływać do wymiennika przy parowniku
agregatu chłodniczego. Ze względu na zakres temperatur utrzymywany w komorach
przechowalniczych medium oziębiającym jest wodny roztwór glikolu. Temperatury pracy
układu zaś przesunięte są nieco niżej.
Rys.7 Układ Free-cooling zaprezentowany przez firmę Kliweco. (6) Elementy układu:
(1) Powrót medium z instalacji
(2) Wylot schłodzonego roztworu glikolu na instalację
(3) Wymiennik Free-Cooling
(4) Skraplacz
(5) Sprężarki
(6) Parowacz
(7) Pompy cyrkulacyjne
(8) Zawór trójdrogowy
(9) Wentylatory
(10) Zawory rozprężne
(11) Powietrze na zewnątrz, temp otoczenia.
Przedstawiony powyżej układ chłodzenia z funkcją Free-cooling może w bardzo elastyczny
sposób być sterowany w zależności od temperatury zewnętrznej otoczenia.
W okresie letnim gdy temperatury zewnętrzne są wyższe niż temperatura wody powracającej
z układu chłodzonego obiektu, woda jest kierowana przez zawór 8 tylko do wymiennika
parowacza 6.
W okresach gdy temperatura zewnętrzna jest niższa od temperatury wody powracającej z
obiektu zawór 8 pozwala na przepływ wody do wymienników free cooling 3. W tym okresie
zależnie od potrzeb pracują jedna lub dwie sprężarki agregatów chłodniczych 5.
12
W okresach zimowych gdy temperatury zewnętrzne pozwalają na oddanie całego ciepła
niesionego z chłodzonego obiektu w wymiennikach free cooling agregaty chłodnicze nie są
załączane. Temperatura wody przepływającej przez wymienniki może być regulowana
regulacją pracy wentylatorów 9. W okresie bardzo niskich temperatur zewnętrznych woda
ziębnicza jest przekierowywana przez wymiennik parowacza agregatu chłodniczego. Pracuje
tylko pompa cyrkulacyjna 7. Taki algorytm przepływu wody ziębniczej pozwala na
maksymalne zmniejszenie kosztów zużycia energii w układzie chłodzącym.
Podsumowując opis technicznej strony działania tradycyjnego układu z free-cooling należy
wymienić zalety i wady:
• Ekonomiczny sposób schładzania cieczy dzięki okresom w których sprężarki
agregatów chłodniczych są wyłączone,
• Brak pracy sprężarek – obniżona emisja hałasu, obniżenie kosztów konserwacji
• Wzrost poboru mocy w pompach z uwagi na stosowanie glikolu, opory przepływu
przez wymiennik i zawór 3-drożny,
• Wysoki pobór mocy przez silniki wentylatorów (dodatkowy przepływ powietrza przez
wymiennik)
• Zwiększone gabaryty i ciężar urządzenia,
• Większy pobór mocy przez wentylatory w okresie pracy zespołów sprężarkowych
Zastąpienie sprężarkowego agregatu chłodniczego agregatem chłodniczych z funkcją free
cooling w układzie zaprezentowanym na rys 5. przynosi wymierne oszczędności zużycia
energii elektrycznej. W warunkach klimatu w Polsce okres przechowywania przypadający na
porę jesienno -zimową podczas chłodniejszych zim pozwala na całkowite wyłączenie pracy
sprężarek. Pobór mocy jest tylko dokonywany przez wentylatory zewnętrzne , wentylatory w
komorach oraz układ pomp cyrkulacyjnych i układy sterujące. Tak rozbudowany układ ze
zbiornikiem glikolu pełniącego rolę akumulatora chłodu dobrze spełnia swoją role podczas
procesu schładzania owoców a następnie utrzymania zadanej temperatury w komorach
chłodniczych. Układ zależnie od zaprojektowanej mocy może być zbudowany z kilku
modułów chłodniczych obsługujących wiele komór przechowalniczych. Taki rozbudowany
system chłodniczy zarządzany odpowiednim algorytmem programowym przynosi dalsze
oszczędności eksploatacyjne.
4. Podsumowanie
Podsumowując możemy uznać, że wzrost efektywności energetycznej procesów chłodniczych
w układach z free cooling został osiągnięty dzięki zwróceniu się do technologii użycia tego co
natura dostarcza za darmo. Ochłodzenie w określonych porach roku jest źródłem „zimna” dla
wielu procesów technologicznych przez chłodną część roku.
Rys. 8 wydajność zespołu chłodniczego z systemem free cooling w funkcji temperatury
zewnętrznej (8)
13
Tabela 2 średnich temperatur dla wybranych miast europejskich w miesiącach październik –
kwiecień.
W serwisie The Green Grid dostępny jest kalkulator, pozwalający oszacować potencjalne oszczędności,
jakie będziemy w stanie wygenerować po wdrożeniu free coolingu.(7)
14
Literatura:
1)Tchik 12, 2005 inż. Jacek Postolski. Prawie wszystko o...technologii chłodniczej żywności
2) Materiał reklamowy firmy Plantpress sp. z o.o z siedzibą w Krakowie
3) Fruits Export from SAfrica. Leila Louis Goedhals
http://www.dfpt.co.za/component/option,com_docman/task,doc_view/gid,79/Itemid,110/lang,
en/
4) Mizera G.: Chłodzenie analogowe.Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna. 2003, nr 9.
5) Bonca Z., Gliniecki D., Mizera G., Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, Nowe tendencje
w technologii przechowywania i dojrzewania bananów, 2005 nr 5, str. 185-191,
http://www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl/index.php/artykuly/108-wydanie-82008/768nowoczesna-dojrzewalnia-bananow-wykorzystujaca-system-free-cooling.html
6) Materiały reklamowe firmy Kliweco:
http://www.kliweko.com.pl/index.php?s=o&t=27&p=170
7) http://dcserwis.pl/content/czy-w-polsce-op%C5%82aci-si%C4%99-free-cooling
15