Kaupan CO2-kylmäjärjestelmän minimi- ja maksimitehon määritys

Abstract

Opinnäytetyö tehdään Jetitek Oy:n toimeksiannosta insinöörityönä Oulun ammattikorkeakoululle Jetitek Oy on suomalainen hiilidioksidia hyödyntävien kylmäjärjestelemien rakentaja. Se hoitaa kylmälaitteistojen suunnittelun, toimituksen, asennuksen ja kahden vuoden takuuajan ylläpidon. Työssä tutkittavalla kylmälaitteistolla tuotetaan tarvittava kylmäteho elintarvikemyymälän tarpeisiin ja sen ohessa syntyvää laudelämpöä hyödynnetään kiinteistön lämmityksessä. Lämmityksessä käytetään tukena myös maalämpöä ja tarvittaessa sähköä. Kesän ja talven lämmöntuottoa pyritään tasapainottamaan kysynnän ja tarpeen mukaan maalämpökaivoilla.

Opinnäytetyössä selvitetään yhden kohteen CO2-järjestelmän todellinen teho ja paljonko järjestelmän kapasiteettia todella on käytössä. Lisäksi selvitetään, tuleeko järjestelmän käynnissä tehopiikkejä ja käyntikatkoja, ja pohditaan, mitkä tekijät aiheuttavat niitä. Selvitetään myös, kuinka paljon lauhdetehoa tuotetaan ja kuinka hyvin sitä hyödynnetään. Kerätään toiminta-arvoja, selvitetään järjestelmän toiminta ja mahdollisia kehityskohteita. Aineistoa saadaan useasta eri lähteestä: Jetitekin kaukovalvontajärjestelmästä, Coolpack-sovelluksesta ja kylmätekniikka-aiheisesta kirjallisuudesta ja aiemmista opinnäytetöistä kylmätekniikkaan liittyen.

MT-piirin (medium temperature) kylmätehon koko kapasiteetti on hetkittäin ollut käytössä. LT-piirissä (low temperature) pakkaskalusteiden kapasiteettia jää käyttämättä noin 30 % tutkinta-ajanjaksona. Kompressorien käynnissä on tehopiikkejä ja käyntikatkoja. Piikit aiheutuvat MT-piirissä suurimmalta osin HE60:n maalämpökaivoista ottaman tehon noustessa. LT-piirissä piikit aiheutuvat yksittäisten pakkaskalusteiden hetkittäisistä sisäilman lämpötilan noususta, joka johtuu pakkaskalusteiden sulatuksista, täytöistä ja käyntikatkoista. HE60:n käytön ja sulatusten hajautus voisi pienentää piikkejä. Kompressorien katkokäynti on tutkimuksen aikana vielä kohtuullisissa rajoissa. Pätkäkäyntiä aiheuttaa piirien kylmätehon tarpeet alittavat kompressorien minimitehoportaat. Tämä tapahtuu yleensä silloin, kun ei lämpökuormaa ole kovinkaan paljoa. Jos kompressoreja olisi enemmän rinnankytkettynä, saataisiin minimitehoporrasta alemmas.

Lauhdelämpöä ei juurikaan mene hukkaan. Kaasunjäähdyttimen kautta lämpöä menee ulkoilmaan laskelmien mukaan keskimäärin 2 %. Talteen saadaan noin 95 %, ja vain 3 % koko lauhdelämmöstä säteilee häviöinä konehuoneeseen. Kuitenkin jo alkusyksystä joudutaan tuottamaan 30 % koko lämmitystarpeesta sähkövastusten avulla, mikä ei ole suunnittelun mukaista. Käyttöveden lämmitykseen ei sähkövastuksia ole käytetty seuranta-ajanjaksona. Käyttöveden menolämpötila käy asetuksen alapuolella hetkittäin, joten käyttövesivaraajan lämmityksen ohjausarvoa voitaisiin nostaa. Lämmönsiirtimen HE10 investointi on kannattava, vaikkakin sen kautta otettavan tehon määrä on pieni.

The thesis is commissioned by Jetitek Oy as a thesis project for Oulu University of Applied Sciences. Jetitek takes care of the design, delivery, installation and maintenance of a refrigeration in an average-sized store investigated in the thesis. The booster-refrigeration system produces the necessary refrigeration power and heat for the needs of the store. A condensing heat is a byproduct of the refrigeration. The heat is distributed by floor heating and ventilation systems and, if necessary, electricity is also used for heating. The aim is to balance the heat output of summer and winter with geothermal wells, according to demand.

The aim of this thesis is to find out the real efficiency of the CO2 refrigeration system and determine how much of the system capacity is actually being used in the store. It is also clarified, whether there are any stoppages or power peaks, and why these things occur. It’s also determined how much condensing power is produced and how well it is utilized. The thesis attempts clarify how the system really operates and what could be done better. Certain action values are collected to determine how well the system is running. The material for this thesis comes from a variety of sources: the Jetitek remote control system, the Coolpack application and refrigeration literature, as well as previous theses on refrigeration technology.

It can be concluded that the MT circuit's (medium temperature) cooling capacity has been fully utilized. In the LT circuit (low temperature), approximately 30% of the capacity is unused. Based on the data, one of the LT compressors appears to be unused. The system’s compressors are running somewhat steady, but from time to time there are peaks and stoppages in the power data. The power peaks in the MT circuit are mainly caused by the increase in power absorbed by the HE60 from geothermal wells. In the LT circuit, the peaks are caused by the occasional rise in the indoor air temperature of the individual freezer cabinets, which may be due to unfreezing, opening of the doors and covers or the stoppages. The stoppages of the compressors are still within reasonable limits during the investigation period. The stoppages are most likely caused by the fact that the circuit's refrigeration power requirements are below the minimum compressor power steps. This usually happens when the heat load is not very high.

Condensing power is not lost. According to the calculations, the gas cooler uses 2% of the total power. 3% of the total condensing power is radiated as losses to the engine room and 95% is being utilized. 30% of the store’s heating power is produced with electricity. It can be considered to be excessive, but it’s caused by systems sub-optimal setpoints. No electricity was used to heat domestic hot water during the investigation period. The temperature of the domestic hot water is sometimes below the instructions. The HE10 heat exchanger is a worthwhile investment, although the amount of power it receives is small.