Investigation of advanced supermarket refrigeration units for Scandinavian climates

Abstract

Denne masteroppgaven omhandler analyse av to kjølesystemer gitt av Kelvin AS, som er en av de ledende firmaene innen kjølesystemer til norske matbutikker. Systemene er transkritiske kjølesystemer med CO2 som kuldemedie, men de har to ulike systemløsninger. Det ene har lavtrykks-ejektor og det andre har parallell kompressor.

Hovedfokuset i oppgaven har vært rettet mot kjølesystemet til Spar Røyken. Detter er et nylig rehabilitert kjølesystem med en lavtrykks-ejektor, som ble satt i gang høsten 2020. Systemet ble analysert i to faser, grunnet utfordringer med ejektor-drift. I første fase som varte fra høsten 2020 og ut juni 2021 ble det ikke gjort noen endringer etter igangkjøring. I fase en var det kun noen få datoer med ejektor-drift der èn periode på 40 minutter ble analysert. Denne viste et gjennomsnittlig trykkløft på 3.01 bar utført av ejektoren. Etter fase en ble det gjort noen endringer i et forsøk på å forbedre driftsvilkårene til ejektoren. Reguleringshastigheten på MT-kompressorene ble økt og det ble gjennomført en driveroppdatering på ejektoren. I fase to av evalueringen kunne man se forbedringer sammenlignet med fase en på flere av variablene. Det var to datoer å velge fra i sommerperioden, der en av datoene hadde tre ulike tidsintervaller med ejektor-drift. Det gjennomsnittlige trykkløftet gjennomført av ejektor denne datoen var mellom 4.33 og 4.77 bar, noe som var en økning på minst 1.32 bar sammenlignet med fase en. Sammenligning av systemet på Spar Røyken med og uten ejektor-drift ble gjort på samme dato der lik «run capacity» på MT-kompressorene ble brukt som grunnlag for valg av periode. Energibehov ble sammenlignet i tillegg til andre variabler. Dette viste at perioden med ejektor-drift hadde lavere energibehov sammenlignet med perioden uten ejektor-drift og en økning i «run capacity» på LT-kompressorene ble observert grunnet økt utløpstrykk for å løfte til samme trykknivå som ejektoren.

Kuldesystemet hos Spar Snarøya ble også analysert, men på grunn av få målepunkt rundt parallell kompressoren ble Bitzer online software benyttet for å estimere COP. COP ble simulert med verdier fra den varmeste dagen i 2020 med påslått parallell kompressor. Gjennomsnittlig COP ble estimert til 2.68.

This thesis consists of analysis of two case supermarkets provided by Kelvin AS, which is one of the leading suppliers of refrigeration equipment towards the Norwegian supermarket chains. The systems are transcritical refrigeration systems with CO2 as the refrigerant, but with two different system solutions. One of them have a low-pressure ejector system and the other one is equipped with a parallel compressor. The main focus of this thesis is directed towards case supermarket Spar Røyken which is the low-pressure ejector system that was implemented in autumn of 2020. This system was analyzed in two phases, as there were some challenges regarding ejector operation. In the first phase which lasted from autumn 2020 to the end of June 2021, there were done no changes from the initial setup. In phase one there were only a few dates with ejector operation, and a 40 minute period was analyzed showing an average pressure lift of 3.01 bar. As a result of the analysis in phase one there were made a few changes in an effort to improve the operation conditions for the ejector. The control settings of the medium temperature (MT) compressors was changed for faster response, and a driver update for the ejector was done. In phase two of the evaluation of the low-pressure ejector system, one could see the benefits of the changes done after phase one in terms of variable stability. There were two dates to choose from during the summer period, where one of the dates had three separate ejector-operating periods which was chosen for analysis. The average pressure lift done by the ejector during these periods were between 4.33 and 4.77 bar, which was an increase in pressure lift by at least 1.32 bar compared to phase one. Comparing the ejector operation period with a period without pressure lift from the ejector was also conducted with the same date as basis. With the common run capacity on the MT-compressors, the energy demand was compared as well as several other variables. This comparison shows that the period with ejector operation demands less energy with the same run capacity on the MT-level, even though there was an elevation in the low temperature compressors run capacity due to the need to match the pressure lift from the ejector.

Spar Snarøya was also analyzed in terms of energy performance, due to few measuring points in the refrigeration system, the analysis was conducted by use of Bitzer online software. The average coefficient of performance (COP) with operation of the parallel compressor on the hottest day in 2020 was found to be 2.68.