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?

Odzysk ciepła

W poprzedniej części (CH&K 4/2016) wspomniałem już o odzysku ciepła. Jest to też ważny element, który musimy uwzględnić przy projektowaniu instalacji i stosowanych rozwiązaniach technicznych. Wspomniałem także, że w przypadku mebli z własnymi agregatami odzysk ciepła, z wyjątkiem mimowolnego ogrzewania sali sprzedaży, jest nie tylko nieopłacalny, ale i też trudny do wykonania ze względu na prawa gwarancyjne i własnościowe mebli. W przypadku układów z centralnym agregatem nie ma tego problemu. Można wtedy bez problemu wykonać układ odzysku ciepła. Pozostaje jednak kwestia sposobu jego wykonania. Ciepło z odzysku ciepła można odzyskać na dwa sposoby: ogrzewając wodę do dalszego użytku, albo też ogrzewając powietrze ogrzewające pomieszczenia sklepu, nie tylko salę sprzedaży, ale i zaplecze. Które rozwiązanie wybrać? Może oba? Ogrzaną wodę możemy wykorzystać przez cały rok, zarówno do ogrzewania pomieszczeń sklepu (choć w tym przypadku często będzie trzeba ją jeszcze dodatkowo dogrzać), jak i jako wodę użytkową do mycia, zarówno sprzętu, jak i użytku sanitarnego.

W przypadku użytkowania wody do celów ogrzewania, mankamentem będzie jej niska temperatura (jak na cele grzewcze), wynikająca zarówno ze specyfiki układu chłodniczego, jak i faktu, że mamy do czynienia z układem pośrednim, czyli najpierw ogrzewamy wodę, a potem od wody powietrze. Generuje to straty ciepła. Jeśli do tego dołożymy instalację na zaworach elektronicznych lub silnikowych, gdzie zależy nam na utrzymaniu niskiego ciśnienia skraplania, może się okazać, że odzysk ciepła dla potrzep ogrzewania jest pomyłką i nigdy nam się ta inwestycja nie zwróci. By mieć oszczędności energetyczne na układzie chłodniczym obniżamy ciśnienie skraplania, a jest to możliwe głównie w okresie jesieni, zimy i wiosny. A więc w okresie, gdy potrzebujemy ciepła do ogrzewania. A im niższe ciśnienie skraplania, tym mniej ciepła do ogrzewania. Oczywiście możemy zwiększyć ciśnienie skraplania i uzyskać więcej ciepła do ogrzewania. Ale w takim razie po co stosowaliśmy zawory impulsowe lub silnikowe, skoro nie korzystamy z ich jednej z ważniejszych zalet, jaką jest energooszczędność? Jeśli mamy zawory silnikowe lub impulsowe, i jednocześnie chcemy wykorzystać odzysk ciepła do ogrzewania, wtedy rozsądnym rozwiązaniem będzie zastosowanie drugiego skraplacza, zamontowanego albo w centrali wentylacyjnej albo bezpośrednio wewnątrz sklepu. Pozwoli nam to na efektywniejsze wykorzystanie ciepła, nawet przy obniżonym ciśnieniu skraplania. Oczywiście i w tym przypadku efekt będzie daleki od zadawalającego i należy takie rozwiązanie traktować jako pomocnicze źródło ciepła, jednak będzie to już opłacalne rozwiązanie. Rozwiązanie takiego odzysku na instalacji z termostatycznymi zaworami rozprężnymi pozwala na dość znacznie ograniczenie kosztów ogrzewania z innych źródeł, a w wielu przypadkach, szczególnie przy ostatnio łagodnych zimach, pozwala na ogrzanie sklepu tylko za pomocą ciepła z instalacji chłodniczej.

A ogrzewanie wody użytkowej? W okresie letnim nie stanowi to żadnego problemu, bo skraplanie i tak będzie wysokie ze względu na wyższe temperatury otoczenia, natomiast w okresie zimowym będziemy mieli podobny problem, jak z od- zyskiem ciepła do ogrzewania wody na potrzeby c.o. Jednak woda użytkowa jest wymagana w niższej temperaturze, a i jej wykorzystanie jest zmienne w ciągu doby, co przy odpowiednich rozwiązaniach technicznych pozwoli na opłacalne odzyskiwanie ciepła do ogrzania wody użytkowej. W przypadku instalacji opartej na termostatycznych zaworach rozprężnych układ odzyskiwania ciepła dla celów wody użytkowej jest dużo bardziej opłacalny, ponieważ również zimą musimy utrzymać ciśnienie skraplania na wyższym poziomie, co pozwala na generowanie ciepła pozwalającego na efektywny odzysk ciepła. Co do samych rozwiązań w układach odzysku ciepła, automatyki, zbiorników i wymienników, powiem o tym już w oddzielnym artykule.

Rys. 1. Ciąg regałów chłodniczych

Bezpieczeństwo

Jak wygląda sprawa bezpieczeństwa w przypadku mebli z własnym agregatem lub w układzie centralnym? Które rozwiązanie jest bezpieczniejsze? Wbrew pozorom jest to bardzo trudne pytanie. Mebel z własnym agregatem w przypadku większości awarii nie zapewnia żadnego bezpieczeństwa dla towaru w nim znajdującego się. Awaria sterownika, sprężarki, wentylatora skraplacza lub parownika, czy też zalodzenie samego parownika powoduje, że w meblu nie jest zachowana wymagana temperatura, a towar w nim znajdujący się ulega w krótszym lub dłuższym czasie zniszczeniu. Zaletą jednak jest to, że ulega zniszczeniu towar tylko w tym jednym meblu, a w pozostałych nic się nie dzieje. Jeśli nie była to akurat gondola z lodami, a możliwości sklepu na to pozwalają, najczęściej udaje się przenieś towar do innego, pracującego prawidłowo mebla. W przypadku układu centralnego sytuacja wygląda nieco inaczej.

W przypadku awarii sterownika, wentylatora parownika czy też zaworu rozprężnego, jak i zalodzenia parownika, czyli awarii związanych bezpośrednio z meblem, sytuacja jest identyczna, jak w przypadku mebla z własnym agregatem – dany mebel nie jest w stanie utrzymać zadanych parametrów i towar może ulec uszkodzeniu. Ponieważ układy centralne są używane przy większej liczbie mebli, nie ma najczęściej problemów z przeniesieniem towaru na czas do innych mebli. Na czas – to ważne sformułowanie w przypadku układów z centralnym agregatem skraplającym. Wynika to z faktu, że w przypadku takich układów wszystkie sterowniki są połączone ze sobą siecią monitoringu i rejestracji danych, a to znowu pozwala na dużo szybsze wychwycenie anomalii w pracy poszczególnych mebli. Jeśli do tego dołożymy układy do szybkiego zawiadamiania o awariach i anomaliach, np. wiadomości SMS, pozwoli nam to na wychwycenie awarii nawet w czasie, gdy sklep jest zamknięty. A to może być znaczące jeśli chodzi o uratowanie towaru. Meble z własnymi agregatami rzadko są podłączone do centralnych układów monitoringu. Wynika to z faktu, że większość sterowników oryginalnie montowanych w takich meblach nie jest nawet do tego przygotowana. Dodatkowo meble od różnych dostawców są wyposażone w sterowniki różnych producentów, co nie pozwala na podłączenie ich, jeśli oczywiście mają taką funkcję, pod centralny układ monitoringu jednego producenta. Wymiana sterowników jest ograniczona, ze względu zarówno na gwarancję mebli, jak i fakt, że nie zawsze właściciel sklepu jest ich właścicielem.

Wróćmy jednak do awarii w układach centralnych. Awaria sprężarki czy wentylatora skraplacza w tego typu układach nie powoduje zatrzymania całej instalacji, a jedynie ograniczenia w wydajności chłodniczej. Tutaj dużo zależy też od układu sterowania, szczególnie jeśli mowa o awariach związanych z ciśnieniem skraplania. Przy dobrze wykonanym układzie sterowania wzrost ciśnienia skraplania powinien powodować w pierwszej kolejności ograniczenie w obciążeniu cieplnym przez wyłączenie kolejnych sprężarek i załączenie wszystkich wentylatorów skraplacza, a nie natychmiastowe zatrzymanie całej instalacji. Dotyczy to nie tylko instalacji dla sklepów, ale wszystkich instalacji chłodniczych. Jednak często mam do czynienia z instalacjami, gdzie wzrost ciśnienia skraplania powoduje natychmiastowe wyłączenie instalacji. Jest to rozwiązanie oszczędne przy inwestycji, ale bardzo kosztowne w trakcie eksploatacji, tym bardziej, że wzrost ciśnienia nie zawsze wynika z awarii, a może wynikać z bardzo upalnego dnia, co z zabrudzeniem skraplacza i pełnym obciążeniem cieplnym powodować będzie, że w szczytowych momentach dnia instalacja może nie dawać sobie rady. Ograniczenie pracy nawet o jedną sprężarkę na krótkie, kilkuminutowe okresy i ciągła praca wentylatorów skraplacza pozwoli na utrzymanie ciągłości pracy układu chłodniczego, choć może to powodować wzrost temperatury w meblach. Jednak wzrost ten i tak będzie znacznie niższy niż w przypadku wyłączenia całkowitego instalacji. Czyli jak na razie super, niezależnie od typu awarii, układ na centralnym agregacie skraplającym zapewnia nam większe bezpieczeństwo. Czy aby na pewno? Nie. Każda awaria powodująca zatrzymanie pracy agregatu skraplającego lub agregatu sprężarkowego powoduje, że wszystkie meble podłączone do danego układu, podobnie jak i komory, nie mogą utrzymać zadanych parametrów, a temperatura w nich będzie stopniowo rosła. Jakie to awarie? W pierwszej kolejności to wyciek czynnika chłodniczego. Jest to najgroźniejsza awaria, jaka może wystąpić na układzie centralnym, ale oczywiście nie jedyna. Problemem mogą też być kłopoty z zasilaniem elektrycznym, szczególnie w okresie upałów. W przypadku pojedynczych mebli można się ratować, wyłączając kilka mebli, by pozostałe pracowały.

W przypadku układów centralnych o wyłączeniu sprężarek decydują czujniki zaniku faz, które w przypadku zbyt niskiego zasilania wyłączają układ sterowania. Największy pobór prądu następuje przy załączeniu sprężarki. W przypadku pojedynczych mebli z własnymi agregatami mamy do czynienia z małymi sprężarkami, a ich załączenia są rozłożone w czasie. Dodatkowo rzadko które takie meble są wyposażone w czujniki zaniku faz, a i sam spadek napięcia w czasie załączenia jednej małej sprężarki nie jest tak odczuwalny. Przy układach centralnych sprężarki są większe, a co za tym idzie, w trakcie ich załączenia następuje znacznie większy pobór prądu. W normalnych warunkach nie ma to oczywiście żadnego znaczenia, ale przy ograniczeniach w dostawach prądu, spadek napięcia w czasie startu sprężarki poniżej progu czujnika zaniku faz, spowoduje wyłączenie sterowania i zatrzymanie wszystkich sprężarek. A po ich zatrzymaniu wzrośnie napięcie, załączając przez czujnik zaniku faz układ sterowania.

Po upływie określonego czasu następuje rozruch pierwszej lub ewentualnie kolejnej sprężarki i ponownie napięcie spada poniżej progu czujnika faz, co powoduje ponowne wyłączenie wszystkich sprężarek. Jeśli nawet wyłączenie następuje przy załączeniu kolejnej sprężarki, to i tak efekt chłodzenia będzie mizerny – mamy jedynie możliwość ręcznego zablokowania startu kolejnych sprężarek, by chociaż jedna pracowała. Jeśli jednak już załączenie pierwszej sprężarki powoduje problem, to jedynym ratunkiem będzie szybkie podłączenie zasilania dla układu sprężarek z innego źródła energii elektrycznej, np. agregatu prądotwórczego. By zwiększyć bezpieczeństwo układów centralnych w ekstremalnych sytuacjach i awariach, wykonuje się nie jeden centralny układ chłodniczy dla danej temperatury odparowania, ale dzieli się go na co najmniej dwa układy. Ale o tym powiem w szczegółach dalej.

Meble chłodnicze a inne instalacje w sklepie

(...)

Wentylacja

(...)

Podsumowanie

Na zakończenie artykułu wrócę jeszcze do kwestii bezpieczeństwa i dzielenia układów chłodniczych. Przy układach centralnych największym zagrożeniem jest awaria uniemożliwiająca pracę zespołu sprężarkowego lub też wyciek czynnika chłodniczego. O ile awaria powodująca całkowite zatrzymanie zespołu sprężarkowego występuje bardzo rzadko i tak naprawdę jest to zespół kilku awarii wynikających jedna z drugiej lub też kilka awarii, które wystąpiły jednocześnie, o tyle wyciek czynnika może wystąpić jako samodzielna awaria, i to wynikająca zarówno ze względów technicznych (błąd w budowie instalacji i rozszczelnienie się połączeń czy pęknięcie rur, zużycie instalacji itp.), jak i wskutek działania sił zewnętrznych czy też błędu człowieka (rozszczelnienie pod wpływem siły lub uderzenia w rurociąg, chłodnicę lub mebel, wbicie czegoś w parownik czy rurociąg). A wyciek czynnika zatrzymuje całą instalację. Niewielkie wycieki są trudne do znalezienia, lecz pozwalają na wykrycie faktu wycieku, gdy jeszcze instalacja pracuje, a dopuszczenie czynnika chłodniczego (jeśli jest to czynnik jednorodny lub mamy sporo szczęścia) pozwala na zachowanie cyklu chłodzenia przez kolejnych kilka godzin, czy nawet dni, a w niektórych przypadkach nawet tygodni. Pozwala to na odpowiednie przygotowanie się do znalezienia i usunięcia wycieku, zatrzymania instalacji bez ryzyka uszkodzenia towaru oraz zrobienia odpowiednich prób ciśnieniowych po zakończeniu naprawy.

W przypadku nagłych i dużych nieszczelności nie mamy wprawdzie problemu ze znalezieniem wycieku, ale nie mamy też czasu na przygotowanie się do naprawy. Musimy szybko usunąć nieszczelność i błyskawicznie włączyć instalację, często zaniedbując wymagane czynności, czy też skracając je znacznie poniżej bezpiecznego minimum. Ale nie mamy wyboru – w meblach i komorach mamy towar. Rozwiązaniem jest zastosowanie nie jednego układu dla danej temperatury odparowania, ale dwóch lub, dużo rzadziej, trzech. Pozwala to w ekstremalnych przypadkach na przeniesienie towaru z nie pracujących mebli i komór, do mebli i komór drugiego układu, który pracuje normalnie. Oczywiście wiąże się to z dużym nakładem pracy, jak i spadkiem sprzedaży, ale pozwala na uratowanie towaru i naprawę instalacji gwarantującą skuteczne usunięcie awarii. 

Jak dzielimy instalację? Jeśli mamy instalację z kilkoma komorami chłodniczymi, warto tak rozplanować podział, by na każdej z instalacji była mniej więcej równa ilość komór chłodniczych. Pojemność komór jest dużo większa od pojemności mebli. Jeśli mamy jedną instalację z meblami i wszystkimi komorami, a drugą tylko z meblami, to w przypadku awarii drugiej instalacji nie będzie żadnego problemu z towarem, ale w przypadku awarii pierwszej instalacji może być to spory problem. Meble drugiej instalacji, nawet jeśli są one wydajnościowo odpowiadające całości pierwszej instalacji, mają mniejszą pojemność niż meble wraz z komorami. W efekcie w razie awarii, mimo podzielenia układów, nie mamy gdzie zmagazynować towaru. Jedynym pocieszeniem jest to, że komory nie otwierane i nie używane dużo dłużej utrzymają niską temperaturę niż meble chłodnicze. Jeśli są jeszcze pełne, okres ten będzie jeszcze dłuższy. Ale nie pozwoli to na spokojne i profesjonalne usunięcie awarii, a jedynie na szybkie i powierzchowne uruchomienie instalacji.

Sprawa wygląda inaczej w przypadku, gdy mamy jedną lub ewentualnie dwie komory chłodnicze. Wtedy warto zamontować oddzielny agregat (lub agregaty) tylko do obsługi tej (tych) komór. Przy sklepie z jedną komorą pojemność mebli chłodniczych najczęściej pozwala na zmagazynowanie towaru z komory, wprawdzie będzie to upchnięte, ale powinno się udać. Tym bardziej, że nie wszystkie towary umieszczone w meblach chłodniczych wymagają ciągłego chłodzenia, niektóre z nich mogą być, póki są szczelnie zapakowane, poza meblem chłodniczym przez pewien czas.

Jak to wygląda w przypadku układów mroźniczych? Większość sklepów, jeśli posiada mroźnię, to tylko jedną. Tylko duże sklepy posiadają dwie mroźnie, większa ilość to już naprawdę rzadkość. Ze względów bezpieczeństwa co najmniej jedna z mroźni powinna mieć niezależny agregat. Jest to o tyle ważne, że o ile w przypadku towarów chłodzonych, wzrost temperatury nie powoduje ich natychmiastowego uszkodzenia lub zepsucia, a wpływa jedynie na skrócenie terminu przydatności do spożycia, o tyle rozmrożenie produktów zamrożonych powoduje, że nie nadają się one do powtórnego zamrożenia. Można je co najwyżej natychmiast przygotować do spożycia, choć w przypadku np. lodów, trzeba to zrobić jeszcze przed ich rozmrożeniem (no, chyba, że ktoś woli spożywać rozpuszczone lody). Lody są zresztą najgorszym z produktów, bo nawet niewielki wzrost temperatury powoduje, że się zaczynają rozmrażać. A jak mamy dwie komory mroźnicze? Można wtedy jedną podłączyć pod układ zasilający meble chłodnicze, ale warto jednak zastanowić się, czy i tej drugiej jednak nie zasilać z oddzielnego układu chłodniczego. Często jest możliwość zamontowania oddzielnych agregatów skraplających blisko komór mroźniczych, co znacznie obniża koszty ich instalowania, często nawet wychodzi to taniej niż podłączenie pod centralny zespół, a ich niewielka wielkość i niewielkie ilości ciepła nie powinny wpłynąć znacząco na ogólny bilans cieplny układu wentylacji sklepu, nawet w przypadku, gdy są one zamontowane na zapleczu sklepu czy też nawet na sali sprzedaży, a nie w garażu dla klientów czy na zewnątrz budynku.

Nie dopuszczalnym ze względów bezpieczeństwa jest stosowanie jednego agregatu sprężarkowego z wspólnym skraplaniem dla układu mroźniczego i chłodniczego, a oddzielnymi kolektorami ssącymi i dwiema temperaturami odparowania. Awaria typu wyciek czynnika powoduje, że cały sklep zostaje pozbawiony układu chłodzenia. Dlaczego się jednak takie układy spotyka? Głównym elementem jest cena – taki układ jest tańszy, zarówno w inwestycji, jak i w eksploatacji. Jedna linia cieczowa to mniej czynnika w instalacji, mniej filtrów, mniej rurociągów cieczowych, niższa cena samego zespołu sprężarkowego, jak i niższa cena skraplacza czy też całego agregatu skraplającego. Jest też tańszy do wykonania układ odzysku ciepła, ponieważ zamiast kilku wymienników wystarczy, że zamontujemy tylko jeden wymiennik, a i zestaw automatyki mamy wprawdzie większy, ale tylko jeden komplet, a nie dwa. Kolejne oszczędności to układ sterowania, linia olejowa, jak i rozdzielnia sterująco – zasilająca. Jedyna zaleta nie związana z oszczędnością to rozwiązanie stosowane przy niektórych tego typu zespołach, które pozwala na przełączenie sprężarek z układu niskotemperaturowego na wysokotemperaturowy, lub odwrotnie, jeśli jest taka potrzeba po stronie jednego układu i możliwość (zapas mocy) po stronie drugiego układu. Jednak takie rozwiązanie powoduje wzrost ceny zespołu sprężarkowego, a że takie rozwiązania są stosowane głównie z oszczędności (lub niewiedzy, co jest chyba jeszcze gorsze), to raczej nie jest to spotykane. Co do oszczędności, zawsze pozostaje pytanie, czy oszczędza inwestor, czy też jest nieświadomy tego, że oszczędza instalator. No i kwestia tego, czy świadomy oszczędności inwestor lub/ i instalator jest świadomy zagrożenia, jakie za tym idzie? Te pytania pozostawiam bez odpowiedzi.

* * *

W następnym artykule przeniesiemy się w pierwszej kolejności z sali sprzedaży sklepu na jego zaplecze, a więc do komór chłodniczych. Powiem też więcej na temat dodatkowej automatyki stosowanej w układach chłodniczych projektowanych i budowanych dla potrzeb marketów. Nie zapomnę wspomnieć o sposobach prowadzenia rurociągów instalacji chłodniczych w marketach, jak i o instalacji odprowadzenia skroplin. Kilka słów będzie poświęconych samemu bilansowi cieplnemu tego typu instalacji, jak i największemu problemowi, czyli zachowaniu ciągu chłodniczego w transporcie do marketów, jak i na terenie samego marketu. Natomiast w kolejnych artykułach wrócimy do kwestii odzysku ciepła, zajrzymy do agregatów sprężarkowych i skraplających, przy okazji omawiając czynniki chłodnicze, no i omówimy układy pośrednie w sklepach i marketach. Już dziś serdecznie zapraszam do lektury.

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