1

CHŁODNICTWO

www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl20 lat dla branży

Rys. 2. Kurtyna powietrzna bez ogrzewania do mniejszych otworów drzwiowych do mroźni i komór plusowych

Kolejny już raz autor tego artykułu pisze, że dążenie do jak naj-mniejszego i najbardziej sprawnego zużycia energii przez urzą-dzenia chłodnicze lub pompy ciepła jest aktualnym trendem, lub wręcz obowiązkiem. Zużycie należy ograniczać a energię odzy-skiwać. Jest o tym napisane także w innych artykułach w niniej-szym czasopiśmie. Niema więc potrzeby na rozległy wstęp lub uzasadnienia tego trendu.

Jako inżynier specjalizujący się w projektowaniu i audytowa-niu instalacji chłodniczych, także pod kątem oszczędności, ener-gii mogę rozróżnić dwa sposoby na jej uzyskanie:

zmniejszenie zużycia energii włożonej w proces chłodniczy:– sprawniejsze instalacje chłodnicze lub pompy ciepła (wyż-

sze COP/COPh/EER),– zmniejszenie zysków ciepła pochodzących od towaru lub

z innych źródeł; odzysk energii już pobranej do realizacji procesu chłodniczego:

– ogrzewanie c.o., c.w.u., procesów technologicznych,– pompy ciepła,– wytwarzanie energii elektrycznej (np. ORC – przyszłość).

Podczas realizacji inwestycji naturalnie stara się uwzględnić oby-dwa wymienione wyżej podejścia. W większości sytuacji klient mo-że wykorzystać ciepło odpadowe odzyskane bezpośrednio (w za-leżności od czynnika od 35°C do 95°C) lub poprzez pompę ciepła. Jest to możliwe w znacznie większej liczbie przypadków niż aktu-alnie się realizuje. Jednak nadal w części obiektów takich możliwo-ści lub potrzeb nie ma. Jedyną metodą na zmniejszenie rachunku końcowego za energię jest zmniejszenie zużycia energii pobranej.

W takim wypadku należy zminimalizować wszystkie zyski cie-pła, które wylicza wzór poniżej:

Q = Qd + Qw + Ql + Qv + Qah +Qma +Qmc +Qs

gdzie: Qd – ciepło przenikające przez przegrody,Qw – ciepło od chłodzonego towaru,Ql – ciepło od powietrza wnikającego do komory przez otwar-

te drzwi,Qv – ciepło pracy wentylatora,Qah – ciepło pochodzące z odszraniania,Qma – ciepło pochodzące od oświetlenia, maszyn i innych urzą-

dzeń w komorze,

Kurtyna powietrzna w chłodniAnaliza oszczędności energii w eksploatacji komory chłodniczej z zastosowaniem kurtyny powietrznej w otworze drzwiowymMaurycy SZWAJKAJZER, Paweł RACHWAŁ

Podczas eksploatacji komór chłodniczych lub mroźniczych z niezabezpieczonymi otworami drzwiowymi zaobserwować można duże straty energii wynikające z wymiany powietrza poprzez otwarte drzwi pomiędzy chłodnią a otoczeniem. Jedną z metod ograniczenia tego zjawiska jest montaż kurtyny paskowej, jednak dużo większe efekty możemy osiągnąć montując kurtynę powietrzną.

Qmc – ciepło wydzielane przez ludzi,Qs – zapas mocy.

Szczególnie ciekawym zagadnieniem o dużym potencjale oszczędności jest strumień ciepła wynikający z wymiany powie-trza poprzez otwarte drzwi pomiędzy chłodnią a otoczeniem (chłodzonym lub nie). W celu ograniczenia tego zjawiska pierw-szym krokiem jest montaż kurtyny paskowej, która jednak bardzo szybko się zużywa, szczególnie szybko w miejscach, gdzie ruch jest duży – czyli wymiana powietrza jest znaczna. Kolejnym kro-kiem jest montaż kurtyny powietrznej. Dobra kurtyna do drzwi może wydawać się dużą inwestycją – klient więc często nie de-cyduje się na zakup. Jest to poważny błąd.

W dalszej części artykułu skupimy się nie na rozważaniach jakie cechy powinna posiadać odpowiednio zaprojektowana i wykonana kurtyna powietrzna, ale na bilansie energetycznym i wynikających z tego wynikach fi nansowych – czyli tym co naj-ważniejsze dla inwestora.

W drzwiach bez kurtyny powietrznej przepływ powietrza przed-stawia schemat pokazany na rys. 3. (wartości kW przykładowe).

Jak wiemy z doświadczenia ciepłe i wilgotne powietrze wnika do wewnątrz komory, zaś zimne z niej ucieka. Przy odpowied-nim oszacowaniu ilości (masy) infi ltrującego powietrza na pod-stawie wykresu Molier’a można łatwo określić dodatkowy stru-mień ciepła, który musi odebrać urządzenie chłodnicze. Jest to

Rys. 1. Przemysłowa kurtyna powietrzna z ogrzewaniem do dużych mroźni i wysokich otworów drzwiowych

2 6/2016

CHŁODNICTWO

grzałką elektryczną 6 kW (niebieski jasny) i z odzyskiem ciepła z in-stalacji chłodniczej do ogrzania powietrza (niebieski ciemny), koszt 1 kWh = 0,3 pln, wilgotność powietrza na zewnątrz 50% (rys. 4.).

Przykład 2Komora mroźnicza o mocy 100 kW, objętość 2 500 m3, Tkom =

-20°C, przedsionek nie chłodzony Tp = +15°C, kurtyna z ogrzewaniem grzałką elektryczną 15 kW i z odzyskiem ciepła z instalacji chłodni-

ciepło wynikające z różnicy temperatury i wilgotności powie-trza wewnątrz i na zewnątrz komory.

Na sumaryczny, przykładowy strumień ciepła 120 kW (+15°C (70%)/-20°C (100%)) jak przedstawiono powyżej składa się 75 kW na schłodzenie powietrza oraz 45 kW na ciepło zmiany stanu pary wodnej (woda ta osadza się na chłodnicach oraz wokół otworu drzwiowego).

Czy warto zainwestować?W naszej analizie przedstawimy kalkulację zwrotu kosztów inwe-

stycji z zastosowania kurtyny powietrznej dla przykładowych komór. Po stronie oszczędności uwzględniono zmniejszony strumień ciepła z powietrza infi ltrującego przez otwór drzwi. Dla komory mroźniczej o COP = 1 przelicza się on 1 do 1 na zaoszczędzoną energię elektrycz-ną. Dla komory chłodniczej o COP = 2,5 przelicza się on w stosunku 1 do 2,5, czyli 1 kW ciepła = 0,4 kW energii elektrycznej. Obliczenia nie uwzględniają skróconych czasów odszraniania lub kosztów pracy.

Po stronie kosztów dodatkowych wynikających z zastoso-wania kurtyny powietrznej uwzględniono koszt zakupu kurty-ny (inny do mroźni inny do komory plusowej) oraz energię elek-tryczną zużytą do napędu wentylatorów i grzałek elektrycznych.

Przykład 1Komora mroźnicza o mocy 100 kW, objętość 2 500 m3, Tkom =

-20°C, przedsionek chłodzony Tp = +5°C, kurtyna z ogrzewaniem

REKL

AMA

Rys. 3. Schemat rozkładu powietrza w świetle otowru drzwiowego do mroźni

Rys. 4. Czas zwrotu inwetsycji w kurtynę powietrzną w zależności od liczby godzin otwaraci drzwi dla przykładu 1

Rys. 5. Czas zwrotu inwetsycji w kurtynę powietrzną w zależności od liczby godzin otwaraci drzwi dla przykładu 2

www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl20 lat dla branży

czej do ogrzania powietrza, koszt 1 kWh = 0,3 pln, wil-gotność powietrza na zewnątrz 50% (rys. 5.).

Przykład 3Komora chłodnicza o mocy 100 kW, objętość 2 500 m3,

Tkom = +5°C, przedsionek chłodzony Tp = +15°C, kurty-na bez ogrzewania powietrza, koszt 1 kWh = 0,3 pln, wilgotność powietrza na zewnątrz 50% (rys. 6.).

Z powyższych wykresów wynika iż: kurtyny powietrzne są szczególnie opłacalne

w mroźniach; kurtyny powietrzne są szczególnie opłacalne w po-

mieszczeniach, które pozostają otwarte powyżej 5 godzin na dobę (czyli praktycznie wszystkich);

kurtyny powietrzne są szczególnie opłacalne w ko-morach mroźniczych, w których otwory drzwiowe prowadzą do nie chłodzonych pomieszczeń (duża różnica temperatur i wilgotności). Takie drzwi nadal powodują największe straty, ale różnica przed/po zainstalowaniu kurtyny jest najbardziej widoczna;

zastosowanie odzysku ciepła zamiast grzałek elek-trycznych do ogrzewania powietrza w kurtynie powietrza ma nieznaczny wpływ na czas zwrotu inwestycji (szczególnie biorąc pod uwagę zwięk-szony koszt inwestycji). Jest to prawda dla powie-trza zewnętrznego o wilgotności ≤ 50% (+15°C). Powyżej ta różnica może okazać się warta uwa-gi – wymaga oddzielnych obliczeń;

w komorach plusowych ważną zaletą jest zmniej-szenie przenikania powietrza o dużej wilgotno-ści z pomieszczeń sąsiednich (gotowanie, itd.).

Dodatkowym zyskiem mającym pośredni wpływ na ekonomię inwestycji jest:

szybsza i bardziej bezpieczna obsługa załadun-ku i rozładunku komory wynikająca z zmniejsze-nia mgły i lodu na wejściu do komory;

lepsza jakość towaru na którym nie zbiera się szron. W niektórych wypadkach nawet możliwość po-minięcia fazy oczyszczania towaru przed wysyłką;

krótszy czas odszraniania chłodnic powietrza; w niektórych skrajnych przypadkach w ogóle moż-

liwość utrzymania założonej temperatury w ko-morze (kiedy zainstalowane urządzenia chłodni-cze mają zbyt małą moc).

PodsumowanieUrządzenia, dla których policzono czas zwrotu

z inwestycji, są maszynami najwyższej klasy. Dla mroźni wysokiego składowania, gdzie wysokie drzwi otwarte są wiele godzin, kosztują one powyżej 40 000 euro. Niemniej jednak powyższe wykresy wyraźnie poka-zują, że jest to bardzo opłacalna i nieskomplikowa-na w realizacji inwestycja.

Niekiedy w celu zmniejszenia wymiany ciepła i po-lepszenia warunków pracy przed mroźniami budu-je się przedsionki. Badania pokazują, że kurtyna po-wietrzna daje lepszą izolację klimatu niż nie chłodzo-ny przedsionek. Wbrew pozorom wykorzystanie rów-nież odzysku ciepła do ogrzania powietrza w środko-wej strudze kurtyny powietrznej nie zmniejsza znaczą-co czasu zwrotu inwestycji dla wilgotności względnej powietrza zewnętrznego mniejszej niż 50% (+15°C).

Reasumując kurtyna powietrzna może być znacz-nym kosztem inwestycyjnym, jednak możliwe do uzy-skania oszczędności (sprawdzone w realizacjach) są tak duże, że czas zwrotu jest bardzo szybki – niekiedy trud-ny do uzyskania w przypadku innych rozwiązań oszczę-dzających energię. Warto podkreślić również, że kurty-na powietrzna jest tym bardziej rentowna im gorsze są warunki na zewnątrz komory, czyli parametry powie-trza, które bez niej wnikałoby do wewnątrz i im dłużej musi ona pracować. Kurtyna powstrzymuje około 80% strat ciepła wynikające z infi ltracji powietrza – pozosta-łe 20% infi ltrującego strumienia nadal działa szkodliwe na pracę systemu.

Firma Biddle posiada bogate, doświadczenia w sektorze chłodni

i mroźni. Każdy obiekt ma inne potrzeby, dlatego każdy projekt traktowany jest

indywidualnie. Polecamy najlepsze rozwiązanie, a następnie wspieramy

proces instalacji i uruchomienia, aby upewnić się, że rozwiązanie działa

z maksymalną skutecznością.

KURTYNY POWIETRZNE BIDDLEDO CHŁODNI I MROŹNI

MATKurtyna MAT jest najbardziej zaawansowanym technologicznie rozwiązaniem dla mroźni skła-dowych. Skutecznie oddziela klimaty mroźni i pomieszczenia przyległego nawet przy róż-nicy temperatur do ± 40°C.Odzysk Ciepła: urządzenie MAT Hybrid po-siada wbudowaną nagrzewnicę elektryczną i wodną. W pierwszej kolejności wykorzysty-wane jest do maksimum ciepło z nagrzewni-cy wodnej wykorzystującej ciepło odpadowe z urządzeń chłodniczych. Następnie, w razie potrzeby uruchamiana jest automatycznie na-grzewnica elektryczna.

Najważniejsze cechy:• wyeliminowanie powstawania mgły (oszro-

nienia i oblodzenia)• redukcja strat chłodu• ponowne wykorzystanie energii (rozwiąza-

nie hybrydowe)• zdalny monitoring pracy z raportowaniem• automatyczna regulacja• wykonanie ze stali nierdzewnej

W ofercie dostępne są również rozwiązania jednostrumieniowe Isolair, Indac2 chroniące przed stratami chłodu, kondensację redu-kując wynikowo.

Wyłączny dystrybutor w Polsce

Biuro Handlowe:ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawatel.: 22 8777 960 (961), fax: 22 8777 962biuro@biddle.com.pl, www.biddle.com.pl

Rys. 6. Czas zwrotu inwetsycji w kurtynę powietrzną w zależności od liczby godzin otwarcia drzwi dla przykładu 3

mgr inż. Paweł RACHWAŁ – właściciel Enreco Sp. z o.o. sp. komandytowa

O AUTORZE

mgr inż. Maurycy SZWAJKAJZER – właściciel Enreco Sp. z o.o. sp. komandytowa

O AUTORZE