Frysningstemperaturer i kylsektorn

Kylning är förvånansvärt viktigt för att upprätthålla den nuvarande levnadsstandarden. Internet är helt beroende av kyldatarum. Produktion, transport och förvaring av livsmedel kräver en strikt kylkedja. Hem och restauranger är fulla av kylar, frysar och kylskåp. Kylning av inomhusutrymmen förbättrar komforten och arbetsproduktiviteten, ishallar och skridskobanor behöver kylas, och så vidare.

Under 2020-talet kommer produktionen av kall energi att förändras på många sätt. För att hantera klimatförändringarna krävs att man bryter med gamla vanor och tar till sig nya. Hybridlösningar som kombinerar kyla och värme med efterfrågeflexibilitet för el öppnar upp för nya intressanta affärsmodeller. Lagstiftningen tvingar fram förnyelse av teknik och gamla metoder.

Kylenergi produceras genom att värmeenergi utvinns från det objekt som ska kylas med hjälp av värmepumpsteknik. Processen kräver ett köldmedium och arbete, dvs. elektrisk energi, för att flytta det. I objektet förångas köldmediet och absorberar värme. Köldmediet sugs sedan in i kompressorn, vilket ökar dess tryck och temperatur ytterligare. I det tredje steget förs materialet till en kondensor, där det återgår till vätska och avger värme. Efter kondensorn strömmar det flytande köldmediet genom en tryckreducerande expansionsanordning till förångaren och kretsen sluts.

Energieffektiviteten i en process är summan av många saker. Kompressorns elförbrukning gör stor skillnad. Ju mindre skillnaden är mellan förångnings- och kondenseringstemperaturen, desto mindre arbete behöver kompressorn utföra - dvs. desto mindre el behöver den använda. Ju lägre temperatur som köldmediet tillåts kondensera vid, desto mindre kostar det kompressorn.

En sänkning av köldmediets kondenseringstemperatur med 1°C förbättrar prestandakoefficienten (COP) med ca 3%. På samma sätt förbättrar en ökning av förångningstemperaturen med en grad värmeutvidgningskoefficienten med tre procent. Så även små temperaturskillnader gör en förvånansvärt stor skillnad, särskilt eftersom kylmaskiner ofta körs dygnet runt.

Tyvärr slutar kondensatenergin som genereras i kondensorn i en kylanläggning ofta som spillvärme i himlen - och behandlas som avfall. På senare tid har det dock uppstått ett nytt intresse för att använda spillvärme. Motivet är att minska koldioxidavtrycket, få bidrag till energirenovering och naturligtvis spara in på värme- och elräkningar. Den förbättrade tekniska prestandan hos värmepumpar kommer att ge ytterligare skjuts åt denna utveckling, eftersom alltmer ljumma temperaturer kan utnyttjas till fördelaktig användning.

Kondensationsvärmen kan ofta användas direkt, till exempel för uppvärmning av utrymmen. Hybridlösningen, å andra sidan, minskar direkt behovet av köpt värme. I framtiden kommer kylning i större utsträckning att integreras i värmeproduktionssystem, och de två kommer inte längre att betraktas som separata processer. Framtidsutsikterna för hybridvärme är lovande, särskilt i industrianläggningar där det finns gott om kylteknik och energiflödena är höga. Ny teknik och kunskap behövs för att värmeåtervinningen ska bli så effektiv som möjligt.

Den viktigaste uppgiften för en kylanläggning är naturligtvis alltid att tillhandahålla tillräcklig kylkapacitet för att upprätthålla en viss temperaturnivå. Värmeåtervinning och andra tilläggsfunktioner kommer efter detta.

Efterfrågeflexibilitet för el ger en slags sidoaffärsmodell för kylanläggningar. I synnerhet livsmedelsindustrin och detaljhandeln har goda möjligheter att dra nytta av efterfrågeflexibilitet. Till exempel kan en frys kylas till något under den önskade temperaturen under en billig nattlig elförsörjning. Det innebär att det behövs mindre kylning under dagen, när elen är dyrare. Kompressorerna kan vila under en del av dagen eller köras med lägre effekt.

Vissa anläggningar för frostlagring har använt efterfrågeflexibilitet i flera år. I framtiden kommer kylanläggningar i allt högre grad att vara en del av ett större paket för efterfrågeflexibilitet. Priset kommer att synas på din elräkning.

De köldmedier som används för kylning förändras också. Traditionellt sett har HFC (fluorkolväten), som har en hög GWP(global uppvärmningspotential), använts i stor utsträckning. De är alltså kraftfulla växthusgaser när de släpps ut. Fluorkolväte R404A har t.ex. ett GWP på 3 922. Som jämförelse kan nämnas att GWP-värdet för koldioxid är ett. Med andra ord värmer ett kilo köldmedium R404A upp klimatet nästan 4 000 gånger mer än ett kilo koldioxid. Så som köldmedium är koldioxid ganska klimatvänligt. Ett ännu mer miljövänligt köldmedium är ammoniak, som har ett GWP på noll och som används i industriella kylanläggningar.

EU:s F-gasförordning syftar till att avsevärt minska utsläppen av HFC. Ett av verktygen i förordningen är att fastställa kvoter för produktion och import av HFC. Ju högre GWP-värde, desto mer kvot förbrukas. Regleringsmekanismen ökar priset på köldmedier med hög GWP och försvårar tillgången till dem.

I praktiken tvingar förordningen kylindustrin att snabbt gå över till miljövänliga kylprocesser. Gamla kylsystem måste bytas ut, vilket innebär stora renoveringar i tusentals byggnader. I många byggnader kan det vara smart att förnya belysning, ventilation och andra fastighetstjänster samtidigt.

Författaren Salla Sorokin är kylingenjör och försäljningschef och hjälper LeaseGreens industrikunder att omvandla spillvärme till användbar energi.