Performance analysis of CO2 refrigeration systems in Nordic supermarkets

Abstract

Hydrofluorkarboner erstattes med naturlige kjølemedier i matvareindustrien. Forskning på å erstatte ikke-naturlige kjølemedier med CO2 pågår. Stadig flere supermarkeder i Nord-Europa har kjølesystemer basert på CO2. Faglig konsensus er at CO2 er et lovende naturlig kjølemiddel, og forskning viser at kjølesystemer som anvender CO2, har konkurransedyktig energiytelse når omgivelsestemperaturen er lavere enn 15 ⁰C. Formålet med denne oppgaven er å utføre en grundig evaluering av tre transkritiske CO2 «booster»-kjølesystemer i nordisk klima ved å bruke virkelige data som er hentet ut av web-baserte loggesystemer. Dataene er samlet og strukturert ved å anvende Microsoft Windows Excel. Beregningene er basert på termodynamisk teori samt en tilleggsmodul skaffet av Institutt for energi og prosessteknikk for å finne teoretiske verdier som f.eks. trykk og spesifikk entalpi. Hovedfunnet i vurdering og sammenligning av kjølesystemene i de tre supermarkedene, er at de opererer energieffektivt gjennom perioder med relativt lav utetemperatur, mens det avanserte tekniske systemet, Spar Snarøya, har den beste totale ytelsen. Det var forventet at ytelsen til systemene er lavere gjennom varmere perioder. Systemene med parallell kompresjon yter best ved forholdsvis varme utetemperaturer, over 15 ⁰C. For at CO2 skal være et foretrukket kjølemedium på markedet, er det avgjørende at kjølesystemene har effektive måter å bruke overskuddsvarmen fra CO2 under høyt trykk.

Hydrofluorocarbons are being replaced by natural refrigerants in the food retail industry. Research on replacing non-natural refrigerants with CO2 is ongoing and more and more supermarkets in Northern-Europe have refrigeration systems running on CO2. The consensus is that CO2 is a promising natural refrigerant, and research shows that the CO2-applying refrigeration systems have competitive energy performance during lower ambient temperatures, 15°C. This thesis is intended to perform a comprehensive evaluation of three transcritical CO2 booster refrigeration systems in Nordic climate using real data obtained from web-monitor systems. The data is collected and structured using Microsoft Windows Excel. The calculations are based on thermodynamic theory, and an add-inn provided by the institute of Energy and Process Engineering for finding theoretical values of dependent variables such as pressure and specific enthalpy. The main finding of the evaluation of the supermarkets are that they perform energy efficient during colder ambient temperatures, while the most advanced technical system Spar Snarøya has the best overall performance. The performances of the systems were as expected lower during warmer climate, the systems with parallel compression performs best. For CO2 to be a leading refrigerant on the market it is vital that the refrigeration systems have efficient ways of utilizing the excess heat of high-pressure CO2.