EN
Supermarkety i detaliczna sprzedaż żywności: Szybka wdrożenie systemów chłodniczych z dwutlenkiem węgla
Czynniki regulacyjne: Wpływ zakazów stosowania HFC na wykorzystanie systemów chłodniczych z dwutlenkiem węgla
Wymuszone wycofanie HFC, przyspieszone poprawką Kigali do Protokołu Montrealu, zmusiło supermarkety do rezygnacji z czynników chłodniczych o wysokim potencjale ocieplenia globalnego. Ostatnio dwutlenek węgla (R744) stał się naturalnym czynnikiem chłodniczym preferowanym w celu spełnienia tych przepisów, ponieważ jego wpływ na ocieplenie globalne wynosi 1, a jego potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP) jest równy zero – przynajmniej wśród większych czynników chłodniczych. Obecnie główne sieci detaliczne stoją przed surowymi terminami realizacji wymogów zgodności w UE, USA i Wielkiej Brytanii. W konsekwencji przejście na systemy chłodnicze z dwutlenkiem węgla stało się strategiczną koniecznością zapewnienia zgodności z przepisami oraz zabezpieczenia systemów przed coraz bardziej rygorystycznym środowiskiem regulacyjnym.
Przewaga wydajnościowa: Efektywność energetyczna transkrytycznych systemów chłodniczych z dwutlenkiem węgla w zastosowaniach średniej temperatury
W zastosowaniach w sektorze mleczarskim, delikatesów oraz napojów i wystawek w sklepach systemy dwutlenku węgla (CO₂) w trybie transkrytycznym zapewniają wyższą wydajność dla działów mleczarskich i delikatesów. W tych zastosowaniach analizy przypadków pokazują, że systemy transkrytyczne CO₂ zużywają o 30% mniej energii niż starsze systemy z hydrofluorowęglowodorami (HFC) działające w tych samych warunkach. Przewaga CO₂ pod względem wydajności energetycznej oraz właściwości termodynamicznych staje się jeszcze bardziej widoczna w sytuacji, gdy inne systemy wykorzystują zintegrowane systemy odzysku ciepła. Systemy te są wyposażone w architekturę równoległego sprężania, umożliwiającą obsługę zakresów temperatur. Systemy z architekturą równoległego sprężania charakteryzują się stałą i optymalną wydajnością energetyczną.
Rzeczywisty wpływ: Wdrożenie systemów chłodniczych z CO₂ w sieci dużego brytyjskiego detaliści skutkowało obniżeniem potencjału ocieplenia globalnego (GWP) o 99% oraz zmniejszeniem zużycia energii o 12%. Duży detaliści w Wielkiej Brytanii zmodernizował systemy chłodnicze w ponad 200 sklepach, stosując technologię transkrytyczną CO₂. Projekt został potwierdzony niezależną oceną cyklu życia. Wdrożenie eliminuje 99% bezpośredniego wpływu na GWP wynikającego z zastosowania czynników chłodniczych oraz obniża zużycie energii elektrycznej na poziomie obiektu o 12%, co przekłada się na roczną oszczędność kosztów w wysokości 740 000 USD na sklep (Ponemon Institute, 2023). Przejście to zostało dokonane bez przestoju w działaniu obiektów, co świadczy o łatwości wdrażania nowoczesnych rozwiązań opartych na CO₂ oraz dojrzałości tej technologii. Przetwórstwo spożywcze i chłodnie: Skalowanie systemów chłodniczych z CO₂ w celu spełnienia wymagań niskotemperaturowych Wymóg operacyjny: Łańcuchy dostaw mrożonek napędzają inwestycje w niskotemperaturowe systemy chłodnicze z CO₂ Dla branży żywności mrożonej kluczowe jest posiadanie systemów chłodniczych charakteryzujących się wyjątkową stabilnością i wysoką efektywnością energetyczną oraz zdolnością obsługi serwisowej bez przekraczania temperatury powyżej -25 °C – czyli docelowej wartości określonej w polityce branżowej dla żywności mrożonej na poziomie -18 °C. Tak niski poziom chłodzenia uznawany jest obecnie za konieczny, ponieważ produkcja żywności mrożonej rośnie obecnie o 7% rocznie (Food Logistics, 2023). Popyt na posiłki gotowe do spożycia oraz białka pochodzenia roślinnego zwiększa zapotrzebowanie na żywność mrożoną przy temperaturze niższej niż -15 °C; przekroczenie tej granicy (-15 °C) zagraża całej produkcji.
Systemy chłodnicze z CO₂ w układzie kaskadowym i obiegu wtórnym do pracy przy temperaturze –40°C
System chłodniczy z CO₂ w układzie kaskadowym i obiegu wtórnym zapewnia maksymalną precyzję i bezpieczeństwo w różnorodnych zastosowaniach, w tym w przechowywaniu produktów w stanie liofilizowanym lub kriogenicznym, wynikającym z zastosowań głębokiego zamrażania, takich jak szybkie zamrażanie. Układy kaskadowe wykorzystują amoniak lub węglowodory w połączeniu z CO₂ w obwodach dwustopniowych, umożliwiając pracę przy temperaturze –40°C przy utrzymywanej fluktuacji temperatury na poziomie ±0,5°C oraz cyklu odmrażania przekraczającym 40% czasu pracy systemu. W układach z obiegiem wtórnym CO₂ krąży w zamkniętym obiegu, a czynnik chłodniczy jest oddzielony od stref kontaktu z żywnością, co zapewnia zgodność z wymaganiami FDA i BRCGS dotyczącymi kontroli zanieczyszczeń. Przy temperaturze –35°C ten konkretny układ osiąga współczynnik wydajności energetycznej (COP) o 130% wyższy niż inne systemy niskotemperaturowe wykorzystujące HCF-y (pianki o wysokiej zawartości węgla). Ponadto podgrzewanie skraplaczy układu kaskadowego poprawia efektywność energetyczną systemu.
Farmaceutyki i przemysł mleczarski: systemy chłodnicze z CO₂ do precyzyjnego chłodzenia wymaganego w celu zapewnienia zgodności z przepisami
Dyrektwa regulacyjna: FDA i EMA preferują systemy chłodnicze z CO₂ o właściwościach niekorozjiwnych i nietłuszczonych
Procesy produkcyjne farmaceutyków i produktów mleczarskich są ściśle kontrolowane przez różne organy nadzorujące, takie jak FDA i EMA, które zwracają uwagę na stosowanie czynników chłodniczych w środowiskach sterylnych i spożywczych, gdzie nie mogą one być palne ani toksyczne. Ponieważ dwutlenek węgla (R744) jest naturalnym czynnikiem chłodniczym, nie istnieje ryzyko zanieczyszczenia w przypadku wycieku czynnika chłodniczego. Systemy chłodnicze z CO₂ stanowią rozwiązanie spełniające wymagania określone w poprawce kigalijskiej do porozumienia montrealskiego dotyczącej globalnego stopniowego wycofywania fluorowanych węglowodorów (HFC) oraz wymagania stawiane produkcji leków do wstrzykiwania i produktów biologicznych, fermentowanych produktów mleczarskich oraz mleka pasteryzowanego.
Stabilność procesu: systemy chłodnicze z CO₂ zapewniają precyzyjną (±0,3 °C) kontrolę temperatury podczas procesów pasteryzacji i wytwarzania produktów biologicznych
Przemysł farmaceutyczny i mleczarski wymaga porównywalnego poziomu bezpieczeństwa i skuteczności, który można osiągnąć wyłącznie dzięki stałej kontroli temperatury. Systemy chłodnicze z dwutlenkiem węgla (CO₂) zapewniają stabilność temperatury na poziomie do ±0,3 °C, co zapobiega denaturacji białek w wysokoprzepustowych procesach napełniania i uzupełniania składników szczepionek, pasteryzacji linii HTST z dializą oraz niszczeniu mikroorganizmów w przemyśle mleczarskim. Zapobieganie denaturacji jest możliwe dzięki wyjątkowej zdolności CO₂ do precyzyjnej kontroli temperatury – nawet podczas uruchamiania systemu lub przy dużym obciążeniu systemu wynikającym z jego zapotrzebowania. W fazie zamrażania w układach kaskadowych z wykorzystaniem CO₂ stabilna temperatura −40 °C chroni integralność formulacji przeciwciał monoklonalnych przed uszkodzeniami spowodowanymi zamrażaniem. CO₂ zmniejsza również odsetek odrzucanych partii i buduje zaufanie klientów poprzez ograniczanie występowania uszkodzeń spowodowanych zamrażaniem w wysokiej klasy składnikach mleczarskich.
Centra logistyczne i dystrybucyjne: integracja systemów chłodniczych z CO₂ w wielostrefowych instalacjach chłodniczych
Elastyczność systemu: hybrydowe systemy CO₂/NH₃ oraz systemy wyłącznie z wykorzystaniem CO₂ do zasilania centrów dystrybucji wielotemperaturowej
Zasilanie nowoczesnych centrów logistycznych wymaga jednoczesnego utrzymywania wielu stref temperatur, począwszy od obszarów o temperaturze otoczenia (15–25 °C), przez chłodnie (2–8 °C), magazyny mrożone (−25 °C) aż po magazyny ultra-mrożone (−40 °C) – wszystko w ramach jednego rozwiązania centrum logistycznego. Hybrydowe systemy CO₂/amoniak wykorzystują maksymalnie wysoką sprawność amoniaku przy zadaniach niskotemperaturowych oraz wysoką sprawność CO₂ przy zadaniach średnio- i niskotemperaturowych, eliminując tym samym zagrożenie krzyżowego zanieczyszczenia czynnikami chłodniczymi. Z drugiej strony, rozwiązania oparte wyłącznie na CO₂ z wykorzystaniem układów kaskadowych łączą rozwiązania chłodnicze nadkrytyczne i podkrytyczne. Projektowane rozwiązania hybrydowych systemów CO₂ oferują również trzy cechy, które powinny charakteryzować modułowe rozwiązania projektowe, w tym następujące trzy cechy:
- Optymalizacja dla poszczególnych stref: Wydzielone obwody chłodnicze minimalizują przepływ ciepła, zapewniając integralność łańcucha chłodniczego w jednostkach do przechowywania produktów świeżej i mrożonej.
- Skalowalna pojemność: Rozproszone jednostki z CO₂ pozwalają dopasować pojemność do przepustowości jednostki oraz jej rozwoju.
- Zintegrowane odzyskiwanie energii: Energia tracona przez sprężarki zamrażarki jest wykorzystywana do odmrażania i ogrzewania wnętrza jednostki.
Tradycyjnie każda z tych rozwiązań projektowych pozwala na obniżenie całkowitych rocznych kosztów energetycznych o 15–20% w porównaniu do wielostrefowych systemów chłodniczych oraz jednocześnie na zmniejszenie zapasu czynnika chłodniczego, jego wycieków oraz kosztów związanych z zgodnością prawno-regulacyjną, wynikających z dłuższego procesu uszczelniania systemu.
Często zadawane pytania
Dlaczego CO₂ jest preferowane w stosunku do HFC w systemach chłodniczych?
CO₂ jest preferowane ze względu na bardzo niski potencjał ocieplenia globalnego (GWP) wynoszący 1, zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej oraz zgodność z międzynarodowymi przepisami regulującymi stopniowe wycofywanie HFC. Stanowi ono przyjazne dla środowiska i wydajne rozwiązanie alternatywne.
Jakie są korzyści płynące z zastosowania układów CO₂ w trybie transkrytycznym w supermarkietach?
Układy CO₂ w trybie transkrytycznym stanowią ulepszenie tradycyjnych układów z HFC, zużywając około 30% mniej energii i opierając się na zasadach termodynamiki o istotnie wyższej jakości, a ponadto zapewniając lepsze możliwości odzysku energii.
Jakie są zalety układów chłodniczych z CO₂ w sektorach farmaceutycznym i mleczarskim?
Układy chłodnicze z CO₂ spełniają wymagane normy i przepisy dzięki bezpiecznym rozwiązaniom chłodniczym, które są nietoksyczne, niepalne oraz chemicznie obojętne. Dodatkowo zapewniają precyzyjną kontrolę temperatury, co gwarantuje zachowanie integralności produktów oraz bezpieczeństwo.