Inteligentna technologia chłodnicza DC w przechodzącym przemianę detalicznym handlu artykułami spożywczymi

Zmieniające się społeczeństwo w dobie cyfryzacji i globalizacji stawia nowe wymagania wobec detalicznego handlu artykułami spożywczymi. Rynek urządzeń chłodniczych związany z handlem detalicznym artykułami spożywczymi dzięki wykorzystaniu inteligentnych technologii otrzymuje związane z tym szanse. Inteligentne układy chłodzenia mebli i komór chłodniczych obejmują trzy istotne cechy, takie jak sprężarki z silnikami prądu stałego regulowane zmianą prędkością obrotową za pośrednictwem inwerterów, elektroniczne zawory rozprężne napędzane silnikami krokowymi i inteligentna regulacja na poziomie użytkownika, zarządzania i chmury.

Rys. 1: Komponenty technologii DC – współpraca pomiędzy sprężarką z silnikiem prądu stałego i inwerterem, zaworem rozprężnym i inteligentnym regulatorem.

Do roku 2050 68% ludności świata będzie żyła w miastach (zgodnie z BPB). Styl życia konsumentów zmieni się na korzyść częstszych mniejszych zakupów, tzw. "mały koszyk zakupowy“. Intensyfikacja formatów typu „small box“ (sklepy osiedlowe typu „convenience“, dyskonty) i handlu sieciowego staną się istotną częścią przyszłego krajobrazu zakupowego. Wzrastająca liczba sklepów małoformatowych stawia sieci handlu detalicznego przed nowymi wyzwaniami, aby zagwarantować wysoką rentowność przez obniżenie kosztów eksploatacji, utrzymanie jakości artykułów spożywczych przez stałe temperatury chłodzonych produktów i zrównoważony rozwój przez przyjazny dla środowiska sposób ich prowadzenia, w każdym z poszczególnych sklepów oraz dla całej ich sieci.

Rys. 2: heos (high efficiency h2o-solution) Waterloop – chłodzone wodą meble chłodnicze w układzie plug-in w systemie kompleksowego obiegu wody

Wyżej wymienione wymagania pozwalają wykorzystać smart-technologie do chłodzenia. Chodzi tu o te same cechy, które przyczyniają się do obniżenia kosztów energii i które gwarantują także znakomitą jakość chłodzonych produktów: przepływ masowy czynnika chłodniczego ze stałą regulacją, co umożliwiają sprężarki DC i zawory rozprężne z silnikiem krokowym. Ponadto powiązana z nimi zdigitalizowana, inteligentna aparatura kontrolno-pomiarowa i automatyka z połączeniem w chmurze zapewnia stuprocentową przejrzystość dla dalszej optymalizacji procesu chłodzenia.

Rys. 3: Przykład zastosowania „hecu“ (high efficiency condensing unit) – zestaw do upłynniania z technologią DC do sklepów typu „convenience“

Skutki digitalizacji

Digitalizacja odgrywa istotną rolę w urządzeniach chłodniczych, pozwalając obniżyć koszty eksploatacji całego systemu, zwłaszcza usług i energii. W odniesieniu do optymalizacji systemu digitalizacja otwiera drogę dla przyszłych kierunków rozwoju, zwłaszcza gdy wygenerowany zbiór danych może posłużyć do podejmowania strategicznych decyzji. Z tego względu należy zagwarantować przepustowość danych, tzn.: dane muszą przepływać od czujnika przez lokalny system nadzoru do chmury i tam zostać poddawane analizie za pomocą odpowiednich aplikacji.

Pobrane dane stają się informacjami (np. za zimno lub za ciepło) i w oparciu o te informacje możliwe jest podejmowanie decyzji i realizowanie działań, które zapewniają spełnienie celów i wymagań  jak np. stabilność eksploatacji, obniżenie kosztów lub lepsza jakość chłodzonych produktów.  Za sprzętem elektronicznym kryje się oprogramowanie, które odzwierciedla zebraną wiedzę termodynamiczną i doświadczenia specjalistów z dziedziny termodynamiki i udostępnia je każdemu użytkownikowi systemu.

Rys. 4: Multi-Pack DC do dyskontów i supermarketów do Qo = 35 kW (NK) oraz 10 kW (TK)

Korzyści dla działów technicznych sprzedawców detalicznych

W detalicznym handlu produktami spożywczymi w niektórych krajach europejskich, w obrębie sektora urządzeń chłodniczych, istnieją wyzwania związane z przepisami unijnymi np. stopniowe ograniczanie produkcji gazów cieplarnianych. Stawia to kierowników działów technicznych sieci supermarketów przed złożonymi wyzwaniami opracowywania innowacyjnych rozwiązań w zakresie urządzeń chłodniczych, zarządzania energią i usług bazujących na danych, aby zwiększyć rentowność poszczególnych oddziałów i całej sieci.

Jednym z rozwiązań jest konsekwentna digitalizacja i stopniowe wprowadzanie technologii inwertera/sprężarki DC w połączeniu z elektronicznymi zaworami rozprężnymi dla stałej regulacji przepływu masowego przy naturalnych czynnikach chłodniczych lub czynnikach posiadających niski współczynnik GWP. Technologia ta nie stanowi jeszcze zastępstwa dla konwencjonalnych centralnych zespołów urządzeń wykorzystujących CO2 jako czynnik chłodzący, jest jednak rozwiązaniem komplementarnym do stosowania w sklepach małych i średnich formatów.

Techniczne cechy technologii DC

Technologia DC gwarantuje wysoki współczynnik sprawności przy użytkowaniu z częściowym obciążeniem przez większość czasu eksploatacji. Dzięki szerokiemu spektrum modulacji wydajności chłodniczej możliwe jest stosowanie w różnych zakresach wydajności i zastosowań (patrz Rys. 5).

Sprężarki DC mogą dostosować swoją wydajność do rzeczywistego zapotrzebowania i w ten sposób obsługiwać zapotrzebowanie na zimno w dowolnym punkcie eksploatacji, a jednocześnie uzyskiwać oszczędności nawet do 40% w porównaniu z rozwiązaniami typu ON/OFF lub sprężarkami z regulacją stopniową. Ponieważ silnik z magnesami stałymi sprężarki nie wymaga zasilania prądem, możliwe jest uzyskanie większych oszczędności.

Technologia DC daje układowi chłodniczemu możliwość modulowania wydajności chłodzenia odpowiednio do rzeczywistego wymaganego obciążenia. Sprężarki z magnesem stałym o zmiennej prędkości obrotowej i inteligentne napędy DC umożliwiają wysoki współczynnik sprawności we wszystkich warunkach obciążenia.  Zastosowanie chłodnicze eksploatowane jest przez większość czasu przy obciążeniu częściowym. I właśnie w tym obszarze urządzenia technologii DC pracują najefektywniej. Potencjał zwiększenia efektywności realizowany jest przez najdłuższy okres eksploatacji (użytkowanie z obciążeniem częściowym). Natomiast systemy, które nadal użytkowane są w trybie on/off, swój największy współczynnik sprawności osiągają tylko przy pracy z pełnym obciążeniem, która występuje rzadko. Cykl on/off również  nie jest efektywny, ponieważ cyrkulacja zimna wymaga czasu, aby osiągnąć nominalny współczynnik sprawności, co nie dotyczy pracy w trybie DC.

Rys. 5: Współczynnik sprawności urządzeń technologii DC jest najwyższy przy pracy z obciążeniem częściowym, co dotyczy większości czasu eksploatacji.

Sprężarka napędzana jest elektrycznie przez inwerter, który z kolei zintegrowany jest z inteligentną elektroniką. Regulator wyposażony w CPU, który zawiera zaawansowane algorytmy do optymalizacji obiegu czynnika chłodniczego, steruje całym układem.

System wspomaga elektroniczny zawór rozprężny o płynnej modulacji wydajności (typu krokowy), przeznaczony do każdego typu parownika i wymogu w pełni kontrolowanego przepływu masowego czynnika chłodzącego. Precyzyjne i ciągłe sterowanie przepływem czynnika chłodniczego w parowniku umożliwia optymalny stopień jego napełniania, dokładne sterowanie, a tym samym stabilną regulację temperatury i szybki powrót do wartości zadanej po odszranianiu.

Wspieranie czynników chłodniczych stosowanych w przyszłości

W nawiązaniu do przepisów w celu zastąpienia gazów cieplarnianych przez naturalne czynniki chłodnicze i wykazujące niski GWP niezbędne jest ukierunkowanie w szczególności CO₂ i propan. Technologia inwertera w ostatnich latach podlegała szybkiej konsolidacji, aby w pełni wspierać wymagania dotyczące perspektywicznych czynników chłodniczych. Dotychczas stosowano technologię inwerterową DC w różnych zastosowaniach komercyjnych z czynnikami chłodzącymi, np. CO₂ (R744) i propanem (R290) oraz czynnikami HFO (R448/R449).

 

Obszary stosowania technologii DC

• Rozwiązania dla mebli chłodniczych chłodzonych wodą lub powietrzem (odpowiednie dla każdego formatu marketu);
• Rozwiązania dla zestawów skraplających (idealne dla małych sklepów, stacji benzynowych i komór chłodniczych);
• Rozwiązania dla chłodziarek na napoje i innych urządzeń stosowanych w handlu.
• Rozwiązania dla mini-zestawów urządzeń (przede wszystkim dla formatu typu dyskont);

 

Usługi bazujące na danych

Uzupełnieniem technologii inwertera DC i jej zastosowań w wyżej wymienionych obszarach jest platforma IoT, która umożliwia nowe usługi. Zebrane dane są dzięki niej stosowane do optymalizacji i przekształcane w przydatne informacje do zastosowania w różnych obszarach, np. w zarządzaniu energią, zarządzaniu usługami, zarządzaniu zimnem itd.

Rys. 6: Sztuczna inteligencja sprawia, że wszyscy mogą korzystać z doświadczenia o wiedzy ekspertów.

Zapisane dane termodynamiczne, energetyczne i pozostałe przygotowywane są w postaci zrozumiałych informacji, grafik i tablic oraz przedstawiane w sposób przyjazny dla użytkownika. Dane przechowywane są przez długi czas i mogą być wykorzystane także przez przyszłe aplikacje umożliwiające optymalizację. Może się tym zajmować jednostka wewnętrzna lub usługodawca zewnętrzny.

Wnioski

Zadaniem kompletnego systemu składającego się z technologii DC i usług bazujących na danych jest spełnienie przyszłych wymagań rynku oraz zwiększenie zysku i opłacalności  każdej pojedynczej filii sklepu oraz całej sieci. Ponadto centralne zarządzanie musi mieć możliwość uzyskania za pośrednictwem benchmarkingu na bazie chmury informacji o tym, które markety prowadzone są w szczególnie korzystny, a które w mniej udany sposób.

Technologia DC została już przetestowana i jest dostępna. Przyczynia się do wykorzystania potencjałów efektywności energetycznej i usług oraz zrównoważonego rozwoju w detalicznym handlu artykułami spożywczymi. Zwłaszcza przed firmami wyspecjalizowanymi w technologiach chłodniczych otworzył się nowy obszar działalności, który odciąży je w kontekście braku specjalistów.

Źródło: Carel