Instalacje chłodnicze w sklepach spożywczych były, są i zawsze będą. Zbyt wiele produktów wymaga przechowywania w warunkach chłodniczych, jak i mroźniczych, by można było zrezygnować z chłodnictwa. Jak jednak to chłodnictwo wygląda? Czy do każdego sklepu należy podchodzić podobnie? Co jest ważne dla sklepu? Na co zwrócić uwagę? Jakie rozwiązania zastosować? I jaka jest specyfika instalacji chłodniczych dla supermarketów?

Najprościej jest odpowiedzieć, że instalacja musi być dobrana optymalnie dla potrzeb sklepu. Łatwo powiedzieć, dużo trudniej to zrobić. 

Bardzo ważnym elementem instalacji chłodniczej są koszty, zarówno inwestycyjne, jak i eksploatacyjne. Drugim ważnym elementem jest bezpieczeństwo pracy instalacji. Trzecim jest jakoś produktów. Jak to osiągnąć i gdzie znajduje się nasze optimum? Bo przecież wiadomo, że nie można wykonać taniej instalacji, o minimalnych kosztach eksploatacyjnych, która będzie nie tylko gwarantowała wysokie bezpieczeństwo przechowywania, jak i wysoką jakość produktu. Więc po kolei. Pierwszą czynnością, którą musimy wykonać, to projekt instalacji chłodniczej. A by tego dokonać, należy określić punkty, z których musimy odprowadzić ciepło. Głównym punktami są oczywiście meble chłodnicze, a dodatkowymi, uzależnionymi od wielkości sklepu, komory chłodnicze. Dodatkowo dochodzi nam układ klimatyzacji sali sprzedaży.

Pojedyncze meble chłodnicze z własnym agregatem Meble chłodnicze mogą być dostarczone z własnymi agregatami (rys. 1.). Jest to na pewno wygodne rozwiązanie, które nie tylko gwarantuje szybkie ustawienie mebli i ich włączenie, ale też prostą zmianę aranżacji sklepu. Tym bardziej, że spora część mebli z własnymi agregatami ma też rozwiązany problem odprowadzenia skroplin przez wewnętrzne zbiorniki na wodę z systemem jej odparowywania. Kolejną zaletą jest łatwość rozbudowy takiego systemu – po prostu dokupujemy kolejny mebel w ramach potrzeb, ustawiamy w dowolnym miejscu sklepu według potrzeb (uwzględniając oczywiście wymagania techniczne danego mebla), podłączamy pod zasilanie elektryczne i gotowe. W przypadku małych sklepów jest to rozwiązanie najczęściej stosowane, pozwalające na sukcesywne inwestowanie, tani remodeling sklepu oraz elastyczne uzupełnianie wyposażenia sklepu w miarę rosnących potrzeb. Trzeba też pamiętać, że część mebli chłodniczych jest do takich sklepów dostarczana przez dostawców i producentów artykułów spożywczych, typu napoje czy lody. Pozwala to na dalsze oszczędności inwestycyjne w tego typu sklepach. Minusy? są, i to nie małe. Głównym minusem są koszty eksploatacyjne. Każdy mebel to jeden agregat skraplający na sali sprzedaży, oddający ciepło bezpośrednio na tę salę. Powoduje to, że na sali sprzedaży znacznie podnosi się temperatura powietrza. Zimą to zaleta, bo ogranicza się koszty ogrzewania sklepu, ale w małych powierzchniowo sklepach, z dużą ilością mebli chłodniczych czasem nawet zimą ilość tak dostarczonego ciepła jest zbyt duża w stosunku do potrzeb. Wysoka temperatura na sklepie to w najlepszym wypadku zwiększony pobór prądu przez agregaty, ze względu na wyższą temperaturę skraplania i wyższe straty ciepła przez same meble. W najgorszym wypadku może dojść do sytuacji, gdzie temperatura otoczenia nie pozwoli na utrzymanie właściwych parametrów wewnątrz mebli chłodniczych nawet w przypadku ich ciągłej pracy. Rozwiązaniem jest klimatyzacja sklepu, która pozwoli na odprowadzenie nadmiaru ciepła na zewnątrz. Trzeba jednak pamiętać, by przy kalkulacji wydajności układu klimatyzacji pamiętać o doliczeniu ciepła produkowanego przez urządzenia chłodnicze będące na sali sprzedaży, co znacznie zwiększa wydajność klimatyzacji. Wzrost wydajności klimatyzacji to również wzrost kosztów eksploatacji układów chłodniczych w sklepie, a jej montaż to koszt inwestycyjny. Zwiększone koszty eksploatacji przy pojedynczych meblach z własnymi agregatami to nie tylko dodatkowe źródła ciepła. To też ograniczenia w odzyskiwaniu energii cieplnej z układów chłodniczych. O ile zimą, o czym już wspomniałem, ciepło z agregatów skutecznie nam dogrzewa salę sprzedaży, o tyle latem nie jest w żaden sposób wykorzystywane. Można by wprawdzie zainstalować do każdego agregatu układ odzysku ciepła, ale koszty takiego rozwiązania znacznie przekroczył by możliwe zyski i nie było by możliwości na szybki zwrot tej inwestycji, nawet doliczając do zysków obniżenie kosztów pracy układu klimatyzacji. W przypadku mebli z własnymi agregatami rzadko się też stosuje układy chłodnicze pozwalające na ograniczenie ich energochłonności przez choćby zastosowanie rozprężnych zaworów silnikowych lub elektronicznych lub płynnej regulacji wydajności sprężarki. Koszty takich rozwiązań dla pojedynczych i małych agregatów sprężarkowych powodują, że cena mebla wzrasta w sposób znaczący.

Rys. 1. Regał chłodniczy z własnym agregatem skraplającym

Meble chłodnicze w centralnym układzie chłodniczym

Inaczej to wygląda w przypadku mebli chłodniczych przystosowanych do centralnego układu chłodniczego (rys. 2.). Tutaj nie ma żadnego problemu z układami odzysku ciepła, czy też z rozwiązaniami pozwalającymi na redukcję kosztów eksploatacji. Dostarczone meble nie są wyposażone w agregat skraplający, a jedynie w parownik z zaworem rozprężnym, czasem też w dodatkowe elementy automatyki powiązane z pracą parownika. Meble są przystosowane do podłączenia do centralnego układu chłodniczego po stronie ciekłego czynnika i po stronie ssania. Oczywiście jeśli mówimy o układach z bezpośrednim odparowaniem, a nie układach pośrednich, gdzie meble są przystosowane do zasilania cieczą nisko krzepliwą typu roztwory glikolu lub solanki, a wymiennik ciepła nie jest już wyposażony w zawór rozprężny. O samych układach pośrednich w marketach powiem jednak nieco później, na razie pozostańmy przy ukła- dach bezpośrednich, tym bardziej, że układy pośrednie są też układami z centralnym układem chłodzenia. Meble przystosowane do centralnego układu chłodniczego są tańsze w zakupie, choć nie zawsze różnica w cenie pokrywa koszty centralnego agregatu wraz z kosztami dodatkowego orurowania, a i często też dodatkowego okablowania. Dochodzą nam też koszty wykonania odprowadzenia skroplin z poszczególnych mebli, bo w przypadku mebli bez własnego agregatu raczej nie spotyka się układów do odparowania skroplin. Jeśli nawet takie układy odparowania skroplin zostaną zastosowane, to zwiększają one koszty eksploatacyjne, bo są oparte na grzałkach elektrycznych, a nie na cieple odpadowym, jak to ma miejsce w meblach z własnymi agregatami. No dobrze, ale gdzie w takim razie oszczędności? Czy nie lepiej byłoby nawet w przypadku sklepów wielkopowierzchniowych stosować mebli z własnymi agregatami? Nie, gdyż centralny układ skraplający pozwala na znacznie lepszą regulację wydajności układu i dostosowanie aktualnej wydajności do aktualnych potrzeb. Dokładność regulacji wydajności zwiększa się przez zastosowanie płynnej regulacji wydajności dla jednej ze sprężarek z zespołu sprężarkowego. W przypadku mebli z własnym agregatem pracują one w systemie załącz – wyłącz. Jak temperatura wzrośnie, załącza się cały agregat i pracuje ze swoją całą wydajnością, pobierając też pełny pobór prądu. I to nie zależnie od aktualnego obciążenia cieplnego mebla. Jak będzie ono wysokie, to nie jest to problem, bo agregat i tak będzie pracował pełny czas. Ale jak będzie ono niewielkie, agregat popracuje chwilę, by wyłączyć się na jakiś czas, po czym ponownie się załączy. A taka praca nie dosyć, że jest energochłonna, to jeszcze prowadzi do szybszego zużycia się sprężarki. Jeśli dodatkowo nie mamy kontrolowanego czasu minimalnego pracy i postoju sprężarki, do jej uszkodzenia mamy już bardzo krótką drogę. W układach centralnych ten problem już nie występuje. Jeśli nawet dany mebel ma niewielkie obciążenie cieplne, to i tak zespół sprężarkowy dostosowuje obciążenie do całości instalacji, a nie pojedynczego mebla. Im więcej stopni regulacji, tym dokładniejsze dostosowanie wydajności do zapotrzebowania. Ilość startów i zatrzymań poszczególnych sprężarek jest ograniczona do minimum, a płynna regulacja jednej ze sprężarek pozwala na jeszcze dalsze ograniczenie załączania i wyłączania pozostałych sprężarek.

Rys. 2. Regał chłodniczy bez własnego agregatu do podłączenia pod centralną instalację chłodniczą

Elementy rozprężne zastosowane w meblach

Skoro jesteśmy już na etapie omawiania ograniczenia kosztów eksploatacji instalacji chłodniczych, nie sposób nie wspomnieć o elementach rozprężnych. W meblach chłodniczych z własnym agregatem najczęściej możemy spotkać się z kapilarą lub, w zależności od wielkości mebla, termostatycznym zaworem rozprężnym (rys. 3.). Są to jednak już fabrycznie zamontowane elementy i my nic z tym najczęściej nie robimy. Raz to koszty, a dwa to gwarancja na mebel. W meblach do układów z bezpośrednim odparowaniem mogą być zamontowane termostatyczne zawory rozprężne, jak i inne typy zaworów rozprężnych, w zależności od wymagań kupującego. Co jest ważne, nie ma to znaczącego wpływu na koszt samych mebli, jednak zastosowanie innych zaworów rozprężnych niż zawory termostatyczne powoduje, że wzrasta koszt całej instalacji. Ale zaletą jest to, że równocześnie mamy możliwości obniżenia kosztów eksploatacji instalacji, szczególnie w okresie od jesieni do wiosny. A to ważny argument, tym bardziej, że są to znaczące oszczędności, szybko zwracające zwiększone koszty inwestycji. Ale po kolei.

Rys. 4. Przekrój termostatycznego zaworu rozprężnego z wyrównaniem wewnętrznym i zewnętrznym

(...)

Zawór impulsowy a silnikowy Czym się różnią zawory impulsowe od zaworów silnikowych? Opisanie zasady działania, zalet i wad tych zaworów, jaki i dokładne ich porównanie, to temat na oddzielny artykuł, ale w formie skrótowej parę słów należy temu poświęcić. Zacznijmy opis od zaworów termostatycznych. Są to zawory mechaniczne, z wbudowaną dyszą o zmiennej wielkości przepływu. Element termostatyczny, na podstawie pomiaru temperatury za parownikiem, zwiększa lub zmniejsza otwarcie dyszy, co powoduje zwiększenie lub zmniejszenie ilości wtryskiwanego czynnika do parownika. Im większe przegrzanie, a więc wyższa temperatura czynnika za parownikiem, tym więcej czynnika jest przepuszczane przez zawór rozprężny. Pomiar ciśnienia, wewnętrzny lub zewnętrzny, jest korektą otwarcia zaworu. Im większe ciśnienie, a więc wyższa temperatura parowania, tym mniejsze otwarcie zaworu. Te dwa parametry wpływają więc na otwieranie i zamykanie zaworu. Ponieważ elementem bezpośrednio działającym na otwarcie zaworu jest membrana elementu termostatycznego, elastycznie i płynnie wyginająca się pod wpływem działania dwóch ciśnień, praca zaworu jest płynna. Ze względu na niewielkie ugięcie membrany, budowę dyszy, jak i charakterystykę zaworu, zakres regulacji jest niewielki, ale za to w całym swym zakresie płynny. Pod względem energetycznym możemy powiedzieć, że efekt regulacji otrzymujemy taki sam, jak byśmy regulowali natężenie światła lampy, nakrywając ją różnej grubości materiałami – efekt ściemnienia w pomieszczeniu uzyskamy, ale oszczędności energii nie. Również efekt minimalnego przegrzania nie jest efektywny i najczęściej uzyskujemy przegrzanie na poziomie od 7 do 10 K.

(...)

Wady zaworów impulsowych i silnikowych

Wadą zaworów impulsowych jest ich sposób otwarcia – otwierają się od razu na 100% wydajności, co może spowodować zalanie sprężarek ciekłym czynnikiem. Wynika to z opóźnienia zwiększenia wydajności zespołu sprężarkowego, by ten nie reagował na wzrost ciśnienia w rurociągu ssawnym zbyt gwałtownie, co może powodować załączanie i wyłączanie się gwałtowne sprężarek. W przypadku zaworów silnikowych otwarcie następuje płynnie i to od wartości 0%, co pozwala na bieżące dostosowywanie się wydajności zespołu sprężarkowego. Dodatkowo, gdy z jakiegoś powodu ciśnienie ssania zacznie wzrastać, zawór silnikowy przestanie się otwierać, co eliminuje praktycznie możliwość zalania sprężarek ciekłym czynnikiem. Wadą zaworów silnikowych to dokładność działania. Tak, należy to zaliczyć do wad, bo jeszcze sporej ilości instalatorów sprawia to bardzo duże problemy, przez co nie tylko praca zaworów silnikowych nie jest optymalna, ale i bardzo często można spotkać się ze słowami instalatorów i projektantów, że jednak zawory impulsowe są lepsze. Jednak płynność działania, szybkie reakcje na zmieniające się warunki cieplne, zachowanie ciągłości strugi czynnika, stopniowe otwieranie adekwatne do obciążenia i możliwości agregatu sprężarkowego, jak i też płynne zamykanie dokładnie dopasowane do obciążenia cieplnego powoduje, że to właśnie te zawory sprawuję się rewelacyjnie w instalacjach chłodniczych. A prawdziwe wady? Najczęściej koszt sterowników kontrolujących ich działanie jest wyższy niż sterowników od zaworów impulsowych, choć różnice nie u wszystkich producentów sterowników istnieją. No i zamykanie ich w przypadku zaniku napięcia – o ile w nowych instalacjach baterie czy akumulatory zasilania awaryjnego spełniają swą rolę, o tyle wraz z czasem użytkowania instalacji zapomina się o kontroli tych elementów. Dlatego też ja zalecam zamiast dodatkowego zasilania awaryjnego (lub niezależnie od niego) stosowanie dodatkowych zaworów elektromagnetycznych.

* * *

W następnym artykule omówię odzysk ciepła z mebli chłodniczych, bezpieczeństwo utrzymania jakości produktów w przypadku awarii oraz wpływ wentylacji i oświetlenia na temperaturę w meblach chłodniczych.

Bartosz NOWACKI – PPHU ReBaNo,
Ekspert z ramienia Krajowej Izby
Gospodarczej Chłodnictwa i Klimatyzacji
oraz Rzeczoznawca z ramienia Krajowej
Izby Rzeczoznawców Chłodnictwa,
Klimatyzacji i Pomp Ciepła