Om kølesystemer

Plug-in udstyr er udstyr, der fungerer, så snart elstikket er sat i (primært til husholdning og kommercielt udstyr). Typiske eksempler på plug-in anlæg er husholdningskøl- og frys, butiksmøbler, iscremefrysere, flaskekølere, drikkevandskølere, fadølsanlæg, automater til slik, chokolade mv., isterningemaskiner o.lign.

Dette område er drevet af de store producenter og samtidig er det nok dét applikationsområde, der er længst fremme udviklingsmæssigt.

På husholdningsområdet anvendes i dag kulbrinter (isobutan) i størsteparten af køle- og fryseskabe. På husholdningsområdet er det ikke problematikker omkring kølemidler, der har størst interesse. Der er i højere grad fokus på at minimere prisen og energiforbruget.

For det kommercielle område i større køle- og frostmøbler til storkøkkener, institutioner, hoteller, restauranter o.lign anvendes enten kulbrinter eller kuldioxid. Store producenter (Coca Cola, Unilever, Nestlé og McDonalds) har alle en strategi om at benytte naturlige kølemidler.

Kulbrinter (isobutan og propan) er blevet standard i de fleste professionelle/kommercielle køleskabe og frysere. Kulbrinter er ligeledes ved at blive standard i ismaskiner og vinkøleskabe. Coca Cola har forsøgt at gøre kuldioxid til standard i flaskekølere. Herudover bliver en lang række forsknings- og udviklingsaktiviteter løbende gennemført, hvor energiforbruget til plug-in apparater bliver reduceret.

For små plug-in systemer med mindre end 150 g kulbrinte-kølemiddel er der normalt ingen problemer med kølemiddelfyldningen, idet standarderne på området tillader op til 150 g uden yderligere krav.

Men for lidt større systemer med kulbrinter (fx små varmepumper eller store kølemøbler) kan man få brug for mere end 150 g kølemiddel. Dette gør det vanskeligere, idet man med beregninger skal dokumentere, at der ikke er risiko for udslip og eksplosioner. Jo mere kølemiddel og jo mindre rum, des vanskeligere bliver opgaven.

Derfor er det altid relevant at reducere kølemiddelfyldningerne så meget som muligt. I udviklingsprojekter med brændbare kølemidler som kulbrinte og kølemiddelfyldningen over 150 g, er dette altid et centralt fokusområde med behov for skræddersyede løsninger.

"Kommerciel køl" refererer typisk til kølesystemer eller køleenheder, der er designet til kommerciel brug og er ofte beregnet til direkte salg til forbrugere.

Systemerne anvendes i en række forskellige kommercielle miljøer, herunder restauranter, supermarkeder, og mindre fødevareforarbejdende virksomheder, herunder detailhandel og catering.

Små enheder er ofte udført med integreret kølesystem (plug-in) og ved fyldninger under 150 g anvendes udelukkende kulbrinter, som kølemiddel, typisk isobutan (R600a) og propan (R290), men også lidt større plug-in enheder for, til eksempel mindre kølerum, anvender ofte propan. Kølebehov, der ikke kan dækkes af plug-in enheder udføres som pladsbyggede anlæg. 

Dette forstås i dag som et fabriksbygget kompressoraggregat eller kompressorrack oftest komplet med automatik, der forbindes på opstillingsstedet med kondensisolerede kølerør til en eller flere fordampere og/ eller kølemøbler. Disse kan være forberedt med automatik eller denne monteres på stedet. For dette segment har CO2 som kølemiddel været i stærk vækst siden 2007, hvor kølemiddelafgiften blev indført i Danmark og er nu helt dominerende med transkritisk CO2 på større anlæg. For disse anlæg er anvendelsen af varmegenvinding også i stærk vækst, hjulpet af CO2’s gode egenskaber til dette formål. Mindre pladsbyggede anlæg bliver stadig udført med syntetiske kølemidler, men bliver i stadigt stigende grad også udført med CO2 og propan.

Historisk var ammoniak også tiltænkt en rolle til fremtidens supermarkeder, men efter en vellykket demonstration af direkte ekspansion af CO2 som kølemiddel i 1999, blev potentialet for anvendelsen af CO2 fulgt op af en lang række aktiviteter (F&U, demonstration og rådgivning). Dette første kaskadeanlæg med propan og CO2 blev under Center for Køle- og Varmepumpeteknik’s ledelse i 1999 verdens første supermarked med direkte ekspansion af CO2. Denne teknologi er siden modnet og forbedret med transkritisk anvendelse og i dag er ammoniak primært konkurrencedygtigt for anlæg med kapaciteter over ca. 500 kW, hvilket typisk vil være et industrielt anlæg. 

Også anlæg med indirekte køling er blevet demonstreret og de har vundet en vis udbredelse, men fortrænges i dag i stigende grad af anlæg med CO2. Desuden er der gennemført projekter omkring udvikling af højeffektive varmevekslere med reduktion af kølemiddelfyldningen, hvilket er relevant for alle de naturlige kølemidler, samt vigtigt for at reducere anlægsfyldningen og dermed miljøbelastningen fra de syntetiske kølemidler.

Trenden er klar – man bevæger sig væk fra syntetiske og skifter til naturlige kølemidler. Der bliver stadigt flere konkurrencedygtige løsninger på markedet med naturlige kølemidler samtidig med at både udbuddet og effektiviteten stiger.

I fødevareindustrien bruges fra mellemstore til store skræddersyede kølesystemer. Typiske eksempler er køle- og frostlagre, køling og frysning af fødevarer, kølerum til landbrug og gartnerier og lignende.

Der anvendes kølesystemer til proceskøling i fx medicinalbranchen og til plastproduktion, trætørring, frysetørring, inddampning og andre industrielle processer.

Gennem mange år har det været “god latin” at benytte ammoniak som kølemiddel i større industrielle kølesystemer indenfor fødevaresektoren til såvel produktion som lagring, men CO₂ bliver i stigende grad anvendt til lavtemperaturer. Fødevarer kan groft opdeles i hovedområderne frugt og grønt, kød, fisk, mejeriprodukter, samt drikkevarer. Temperaturniveauet ligger oftest mellem ca. -40 og +15°C og afhænger af produkt og proces med typiske opbevaringstemperaturer for frostprodukter under -18°C og for køleprodukter mellem +2 og + 5°C.

De seneste år er der sket en meget stor udvikling af store industrielle varmepumper til fjernvarmeværker. De fleste anlæg benytter ammoniak, men der findes også anlæg med propan og CO_2.

Transportkøl kan opdeles i forskellige klasser afhængig af formål og transportmiddel

Primært skelnes der imellem luftkonditionering af hensyn til person komfort og sikring af kølekæden under transport af fødevarer. For fiskerflåden er der desuden tale om procesanlæg til forarbejdning og indfrysning.

For alle segmenter ses en stigende anvendelse af CO2. For mindre lastvogne til distributionsformål anvendes dog også propan. En væsentlig undtagelse fra dette er komfortkøling i flyvemaskiner, hvor for der for større passagerfly anvendes luft som kølemiddel af hensyn til den lavere vægt, som kompenserer for det noget højere energiforbrug til driften. Disse anlæg anvendes også til tog, men med meget mindre udbredelse.

Reefercontainere (containere til transport af ferske og frosne varer) er et særligt område hvor også anvendelse af kulbrinter (herunder propan) har været udviklet og teknisk modnet, men markedet har været meget tilbageholdende med at acceptere et brændbart kølemiddel og CO2 er derfor i stigende anvendelse også i dette segment.

Noget tilsvarende har gjort sig gældende for aircondition til biler og busser (MAC) hvor større producenter nu gradvist indfører anlæg med CO2.

Forsknings- og udviklingsindsatsen på dette område har derfor primært været koncentreret om anvendelse af transkritisk kuldioxid, men der er også gennemført projekter med truck og trailer med N2 som ”batch” køling hvor kølemidlet bliver udledt til atmosfæren, når det har optaget varmen fra kølekassen og derpå skal genpåfyldes.

Disse anlæg er nu kommercielt tilgængelige og skyldes især behovet for at mindske støjgener og lokal forurening med dieseldrevne køleanlæg i distributionstrafik. Med samme formål for øje er også udviklet løsninger med eutektiske blandinger til kuldeakkumulering.

Der findes mange fabrikater og typer af mindre varmepumper til energiforsyning i enfamiliehuse på det danske marked – heraf kun ganske få dansk producerede. De dominerende typer er jordvarme og luft/vand-varmepumper, hvor trenden går mod færre jord og flere luft af økonomiske årsager. Rene brugsvandsvarmepumper anvendes også i stigende omfang.

Der anvendes fortsat HFC-kølemidler i mange eksisterende modeller, men der arbejdes intensivt på at erstatte med disse med CO₂, propan samt Low GWP.

Større varmepumpesystemer benyttes i stigende omfang til boligblokke, kontorbygninger, skoler, o.lign. Ofte er der tale om kaskade koblede anlægsdesign.

Produkter til luftkonditionering (Air Condition A/C) findes i et utal af typisk asiatisk producerede såkaldte split-anlæg med en ude-del og en inde-del for små kontorer og rum samt sommerhuse. Man ser ofte de små ude-dele placeret udvendig på bygninger. Store kontorbygninger, hoteller, indkøbscentre, o.lign. benytter typisk indirekte vandbårne systemer med store central placerede chillere (væskekøleaggregater). Meget store kølebehov håndteres af specielle meget store kølesystemer med turbomaskineri.

Små split-anlæg benytter typisk HFC-kølemidler, men der kommer flere produkter med R32 ind på markedet. Chillere leveres i stigende omfang med ammoniak eller HC (kulbrinte), men der findes efterhånden også produkter med CO₂. Meget store behov kan efterhånden håndteres af specielle anlæg, der benytter vand som kølemiddel (ikke indirekte).

Specielt udviklingsaktiviteter med transkritisk CO₂ forventes at fortsætte i fremtiden.