Energiescan Landrust Energie zuinig fruittelen F.G. van de Geijn Rapport nr. 12560
Colofon Titel Energiescan Landrust Auteur(s) F.G. van de Geijn Nummer Nvt ISBN-nummer Nvt Publicatiedatum april 2015 Vertrouwelijk OPD-code Goedgekeurd door Wageningen UR Food & Biobased Research P.O. Box 17 NL-6700 AA Wageningen Tel: +31 (0)317 480 084 E-mail: info.fbr@wur.nl Internet: www.wur.nl Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, hetzij mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. De uitgever aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele fouten of onvolkomenheden. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system of any nature, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior permission of the publisher. The publisher does not accept any liability for inaccuracies in this report. 2 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
Abstract Deze rapportage beschrijft de bevindingen van de energiescan van Fruitteeltbedrijf Landrust binnen het project Energiezuinig Fruittelen onderdeel van de demonstratieprojecten Schoon en zuinig 2012, is uitgevoerd. De energiescan is uitgevoerd vanuit de beschikbare geregistreerde data. Het doel was om lopende dit project op kleine schaal te experimenteren met elektra verbruik meters voor de belangrijkste energieverbruikers/groepen binnen dit bedrijf. Door het verbruik op te splitsen, direct te digitaliseren en hierna te koppelen aan gebruik, is een beter inzicht te verkrijgen. Juist bij bestaande bedrijven zou dit het bewustzijn van energieverbruik moeten vergroten. De technische uitvoering van de elektra verbruik meters is uitgevoerd in opdracht van Landrust. Lopende dit project is het uitlezen van alle tussenmeters technisch moeilijk gebleken. Hierdoor is specifiek voor de belangrijkste verbruiker (koeltechnische installatie) het inzicht in het verbruik uitgebleven. Alleen het totaal verbruik binnen het bedrijf is in beeld gebracht. Overigens is duidelijk dat het belangrijkste elektra verbruik op dit bedrijf gevormd wordt door de koel- en CA- (Controlled Atmosphere) installatie. Op basis van data uit het verleden (regionaal project) en technische opmerkingen, zijn tijdens de contactmomenten verbeteringen aangebracht in instellingen. Hiernaast zijn specifieke aanbevelingen gedaan met betrekking tot het vervangen van een verdamper in één van de cellen. Voor de bestaande koel- en CA-installatie worden naast instellingsverbeteringen ook technische aanbevelingen gedaan voor het vervangen van specifieke onderdelen met als doel het energie verbruik te reduceren. Met betrekking tot technische renovatie in verband met de koudemiddelen situatie wordt in deze rapportage een aanbeveling gedaan. Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 3
Inhoudsopgave Abstract 3 1 Inleiding 5 2 Bedrijfsinformatie 6 2.1 Algemeen 6 2.2 Beschrijving koelfaciliteit Landrust 7 2.3 Beschrijving componenten bewaartechnische installatie 7 2.4 Registratie bedrijf specifieke elektraverbruik 8 3 Resultaten 10 3.1 Aandachtspunten installatie gebruik 10 3.1.1 Verdamperventilatoren 10 3.1.2 Koelacties 13 3.1.3 Ontdooi instellingen 13 3.1.4 Benutting verdamper 13 3.1.5 Regeling centrale compressor unit 15 3.1.6 Instellingen CA apparatuur 16 3.1.7 Algemene aanbevelingen 16 3.2 Energiebesparingen door investeringen 17 4 Conclusies 18 4 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
1 Inleiding Binnen het project Energiezuinig fruittelen onderdeel van de demonstratieprojecten Schoon en zuinig 2012, zijn bij een drietal bedrijven energiescans uitgevoerd. Hiernaast zijn de bedrijven zo mogelijk gemonitord in omgang met de installatie. Het betreft bedrijven die allen een specifieke rol in het project hebben. 1) Fruitteeltbedrijf Landrust te Werkhoven, introductie zonnepanelen en opsplitsing van energieregistratie van verschillende verbruikers binnen het bedrijf. 2) Fruitbedrijf de Ruiter te Erichem, koelinstallatie met natuurlijk koudemiddel installatie met moderne registratie van energie 3) Fruitbedrijf Bert Jongerius, koelfaciliteit voor grootste deel gevoed met energievoorziening vanuit zonne-energie. De energiescan is uitgevoerd vanuit de beschikbare geregistreerde data. Het projectdoel is om een normverbruik te registreren en deze te toetsen aan het landelijk verbruik. Hiernaast worden de belangrijkste verbruikers binnen het bedrijf en specifiek binnen de koelfaciliteit in beeld gebracht en mogelijkheden besproken om dit verbruik te beperken. De mogelijkheden om het elektra verbruik te beperken, richt zich zowel op het op een andere wijze inregelen van installatie(onderdelen) als op alternatieve technische oplossingen (vervanging van onderdelen). Op het huisadres van Fruitteeltbedrijf Landrust zijn de volgende voorzieningen aanwezig: - Koelfaciliteit met opslagcapaciteit van ruim 900 ton - Sortering (meest eigen productie) - Huisaansluiting en verkooppunt (huisverkoop) - Kalverenmesterij De energiescan richt zich op de rol van de koel- en CA(Controlled Atmosphere)-installatie op het energieverbruik. De overige elektraverbruikers (huis, sorteren, mesterij) worden vanwege een beperktere invloed op het totale verbruik buiten beschouwing gelaten. Uit eerdere studies (Novem 1996, LAMI 2006, Fruitpact 2010 en Fruitpact 2012) bleek het verbruik van de bewaartechnische installatie op een fruitbedrijf tussen de 70 en 90 % van het totale verbruik in te nemen. Op dit bedrijf schatten we in dat maximaal 20 % van het totale verbruik aan overige verbruikers wordt besteedt. Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 5
2 Bedrijfsinformatie 2.1 Algemeen Op fruitteeltbedrijf Landrust zijn naast de centrale registratie van de elektra (meter toeleverancier) ook diverse groep-meters geplaatst. Onder andere in de kalveren mesterij. Lopende het project blijkt de stabiliteit van het netwerk om deze metingen uit te lezen, te beperkt. Hierdoor is het verbruik en het effect van wijziging van instellingen niet duidelijk. Wel is in een eerdere energie analyse op dit bedrijf gevonden dat het elektraverbruik t.b.v. de koeltechnische installaties op deze locatie ongeveer 20-25 % hoger ligt dan het landelijk gemiddelde. Het landelijk gemiddelde ligt rond de 0.55 kwh per ton per dag voor een bewaarmaand. Het verbruik lag indertijd op 0.7 kwh per ton per dag. Deze energiescan richt zich op de geplaatste installatieonderdelen en de specifieke instellingen die het verbruik bepalen. Lopende het project zijn er tijdens de contactmomenten adviezen gegeven gericht op het kwaliteitsbehoud enerzijds en anderzijds op het beperken van het energieverbruik. Een bestendige uitlezing van de energieverbruiken en directe koppeling naar het koeltechnisch gebruik is op de locatie De Ruiter, één van de andere projectdeelnemers, wel ingericht. Deze voorziening is direct bij de nieuwbouw opgenomen. Tijdens één van de bijeenkomsten is het verbruik van deze installatie toegelicht waarbij ook het directe effect van instellingswijzigingen op het energieverbruik is te constateren. 1,6 Energie verbruik seizoen 2013-2014, 1050 ton 1,4 1,2 KWh/ton per dag 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 17-sep 17-okt 17-nov 17-dec 17-jan 17-feb 17-mrt 17-apr 17-mei Figuur 1: Elektra verbruik in kwh per ton per dag 6 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
Figuur 1 toont een registratie van het aantal kwh per ton per dag op locatie De Ruiter. De grafiek toont een duidelijk hoger verbruik tijdens het inkoelen (periode 17 september tot 17 oktober). Hierna stabiliseert het verbruik op een relatief hoog niveau van ongeveer 0.5 kwh per ton per dag. Verfijningen in instellingen voor de bewaarfase brengen het verbruik terug naar het niveau van 0.35 kwh per ton per dag. Door het verhogen van de luchtcirculatietijden (van 600 naar 750 minuten) neemt het verbruik direct na 17 december toe tot ongeveer 0.45 kwh per ton per dag. Het bewust zijn van de toename van elektraverbruik door wijzigen in instellingen maakt ook de afweging ten behoeve van de kwaliteit duidelijk. Deze bevindingen zijn ook in de diverse project bijeenkomsten toegelicht. 2.2 Beschrijving koelfaciliteit Landrust Fruitteeltbedrijf Landrust beschikt over totaal 9 cellen met een variatie aan celafmetingen en tonnage. De totale opslagcapaciteit is 920 ton appels en peren. De cellen zijn meest opgebouwd uit sandwichpanelen met PUR kern. De cellen zijn geplaatst in een temperatuur neutrale loods (deels geïsoleerd) waar diverse bedrijfsactiviteiten plaats vinden: sorteren, opslaan fust (zowel opslag- als verpakkingsfust), kantine, opslag voor winkel. De cellen zijn geschikt voor CA (Controlled Atmosphere) bewaring. De bewaarduur op dit bedrijf is variabel. Vooral cel 1 en 2 worden vroeg geopend en als werkcel gebruikt ten diensten van huisverkoop. 2.3 Beschrijving componenten bewaartechnische installatie De koelinstallatie op fruitteeltbedrijf Landrust is als volgt te beschrijven: CA installatie: 1) Perslucht compressor ten behoeve van persluchtvoorziening CO 2 -scrubberkleppen, vermogen 3 kwatt, onduidelijkheid over draaiuren 2) BAT V4 (400 kg kool) met 1.6 kwatt, draaiuren in te schatten 3) N2 machine (28 m3/uur) met 7.5 kwatt, draaiuren variabel Koelinstallatie met koudemiddel R507a: 1) Compressor set bestaande uit: a. Bock HGX 5 725-4 -10/+40, 50Hz frequentie geregeld 36.6 kwatt koelvermogen, 13.2 kwatt opgenomen vermogen b. Bock HGX 6 1240-4 -10/+40, 50 Hz 62.6 kwatt koelvermogen, 22.6 kwatt opgenomen vermogen 2) Condensor Güntner 2 ventilatoren elk 4 kwatt waarvan 1 frequentie geregeld 3) Verdamper ventilatoren a. Cel 1 7 stuks elk 0.25 kwatt b. Cel 2 7 stuks elk 0.25 kwatt Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 7
c. Cel 3 7 stuks elk 0.25 kwatt vervangen door nieuwe verdamper met 6 stuks 0.31 kwatt d. Cel 4 3 stuks elk 0.52 kwatt e. Cel 5 8 stuks elk 0.25 kwatt f. Cel 6 6 stuks elk 0.18 kwatt g. Cel 7 4 stuks elk 0.25 kwatt h. Cel 8 2 stuks elk 0.83 kwatt i. Cel 9 2 stuks elk 0.83 kwatt 4) Verwarmingslint Naast beschreven componenten zijn een aantal voorzieningen opgenomen om het elektraverbruik te verminderen. De koelinstallatie is voorzien van een systeem om de persgassen te onderkoelen en een frequentie regeling van één van de compressoren (kleinste). De thermostaat-, ontdooi- en ventilatie regeling is uitgevoerd in de vorm van een computer regeling van VDH 785 PC. Deze thermostaat heeft diverse functies die het mogelijk maken energie zuinige instellingen te doen. 2.4 Registratie bedrijf specifieke elektraverbruik Gezien de geplaatste elektrische vermogens en de gebruiksuren van deze apparatuur, is de koeltechnische installatie op dit bedrijf de belangrijkste elektrische gebruiker. Binnen dit project is voor dit bedrijf het doel een eenvoudig en geautomatiseerd inzicht te krijgen in het elektra verbruik. Bij voorkeur opgesplitst voor de belangrijkste gebruiksgroepen binnen het bedrijf. Op fruitbedrijf Landrust is deze registratie inderdaad geautomatiseerd. Voor diverse groepen is een kwh meter geplaatst. Helaas blijkt een sluitende registratie, juist voor de belangrijkste E- verbruiksgroep (voeding koelinstallatie) niet te functioneren. De oorzaak is van technische aard. Door het elektraverbruik, te koppelen met het gebruik van de installatie, is dit te vergelijken met de sector normen. Binnen diverse energiescans is gebruik gemaakt van handmatige registratielijsten waarop de elektra afname van het net (per gebruiksgroep o.a. voeding koeling) wekelijks of dagelijks wordt geregistreerd (zie figuur 2). Weeknummer KWh KWh Opmerkingen (dag) (nacht) Specifiek gebruik van overige energie gebruikers anders dan koeling Figuur 2: Registratielijst kwh handmatig 8 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
Hiernaast is het gebruik van de gekoelde ruimte bepalend voor het energieverbruik. Hiervoor is een lijst met de inhoud/tonnage van de cellen versus het gebruik nodig (figuur 3). Gebleken is dat een koelcel, in de bewaarfase een min of meer vast elektraverbruik heeft. Het verbruik kan dus in kwh per ton per tijdseenheid (dag) worden uitgedrukt mits de (warmte)belasting van de cel gelijk is. Tijdens inslag (zie ook figuur 1) is het elektraverbruik uiteraard hoger. Weeknummer Opslagvolume/ - tonnage Tonnage M 3 Cel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 36 37 38 39 40 Figuur 3: Registratielijst kwh handmatig Door het totaliseren van de geregistreerde data is onderstaand overzicht te maken met het verbruik in kwh per ton per dag. Datum KWh KWh Totaal verbruik Tonnage kwh per ton per dag (dag) (nacht) (kwh) 14-1-2009 82 88 170 490 0,35 15-1-2009 92 108 200 490 0,41 16-1-2009 70 80 150 490 0,31 Figuur 4: Uitwerking verzamelde data Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 9
3 Resultaten Door het ontbreken van de geregistreerde data, is het verbruik van de koeltechnische installatie van fruitbedrijf Landrust niet in beeld gebracht. Wel is, vanuit een eerdere scan op basis van handmatige registratie (geheel bedrijf) een beeld van het verbruik bekend. Dit verbruik lag met 0.7 kwh per ton per maand op een relatief hoog niveau in vergelijk met het landelijk elektraverbruik van fruitbewaarcellen. In onderstaande grafieken zijn enkele normaalverdelingen weergegeven van de variatie van het elektraverbruik in de bewaarfase van fruitinstallaties. Deze data zijn verzameld in eerdere projecten. Figuur 5: Verdeling energieverbruik landelijke energiescans Het gemiddeld energieverbruiksniveau ligt rond de 0.55 tot 0.65 kwh per ton per dag. De spreiding in verbruik tussen bedrijven met gelijke functie (opslaan van fruit) is groot (factor 2.5 tot 3). 3.1 Aandachtspunten installatie gebruik Op basis van de ervaringen bij andere installaties hebben bij fruitteeltbedrijf Landrust de volgende zaken aandacht gehad. De effecten van aanbevelingen op het elektraverbruik zijn zoals aangegeven niet vastgelegd. Wel zijn een deel van de zaken wel op andere bedrijven, o.a. op fruitbedrijf de Ruiter, getoetst en geregistreerd. Ondanks het feit dat de installatieopbouw anders is en het verbruiksniveau op een ander niveau ligt, zijn toch enkele resultaten bruikbaar voor fruitteeltbedrijf Landrust. 3.1.1 Verdamperventilatoren Energieverbruik van verdamperventilatoren bepalen in hoge mate het totale energieverbruik. Het totaal geïnstalleerd elektrisch vermogen van de ventilatoren ligt op 14.3 kwatt (stuks x vermogen) voor een opslaghoeveelheid van 920 ton appels en peren (15.5 Watt per ton product). In vergelijk met de compressor vermogens van 35.8 kwatt onder standaard 10 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
bedrijfsomstandigheden, is dit vermogen beperkt. Echter de draaitijden van de ventilatoren bepaalt uiteindelijk de verbruikte hoeveelheid energie. In vergelijk met o.a. het ventilator vermogen (elektrisch) van fruitbedrijf De Ruiter (18 kwatt op 1090 ton peren = 16.5 Watt ventilator vermogen per ton product) is het elektrisch vermogen van de ventilatoren bij Landrust beperkt. Specifiek op de locatie Landrust spelen de volgende zaken: 1) Verbeterde verdeling van geproduceerde lucht ten behoeve van uniformering van klimaat binnen de koelcel 2) Selectie vervangende koeler cel 3 3) Bepalen van benodigde ventilator draaitijden Ad 1) Gegeven de vorm van de cellen, vooral de lange, smalle cellen (7 t/m 9), is de verdeling van de lucht een uitdaging. Uit bovenstaande blijkt dat het geïnstalleerd vermogen van de ventilatoren gemiddeld over de gehele opslagcapaciteit met 15.5 Watt niet hoog is. Hiermee zal het debiet (m3/uur) lucht logischerwijs ook minder zijn. Zeker voor de diepere cellen is de worp van de lucht en de uitblaassnelheid versus de aanzuigkracht van de ventilatoren een uitdaging. Tijdens de inslag van 2013 is een meting uitgevoerd van de luchtstroming (cel 7) en zijn hierbij ten opzichte van de technische data geen afwijkingen geconstateerd. Wel lijkt de lucht volgens indicatie met rook de neiging te hebben onder een hoek, links georiënteerd, (vanuit de koeler gezien) de koeler te verlaten. Te overwegen is een ventilator te vervangen door een links versus rechts draaiende ventilator. De luchtworp wordt sterk beïnvloedt door de stapeling. Door het afdekken van de bovenzijde van de kisten (zijwand tot zijwand), wat al wordt toegepast, is de luchtstroming effectief te beïnvloeden. Dit afdekken dient bij voorkeur tot 2/3 van de celdiepte te worden uitgevoerd. Hiernaast kan de ruimte tussen de kist en de wand aan beide zijden van de cel worden geblokkeerd met stevig zeil (of noppenfolie). Zonder een juiste luchtverdeling is het beperken van het luchtdebiet, door bijvoorbeeld minder lang te circuleren, risicovol omdat hier de nadelen van plaatselijk afwijkende temperaturen worden versterkt. Ad 2) Ten behoeve van de vervanging van de oude koeler in cel 3 is binnen de beschikbaarheid (levertijd) een selectie gemaakt van een koeler. O.a. de ventilatorvermogens zijn hierbij uitgangspunt geweest. De originele verdamper was uitgevoerd met 7 stuks ventilatoren elk 250 Watt. De nieuwe verdamper is uitgevoerd met 6 x 300 Watt ventilatoren. Het luchtdebiet is met Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 11
de nieuwe verdamper wel 10-15 % vergroot. Instellingen in draaitijden kunnen hierop worden aangepast. Hiernaast is het oppervlakte van de koeler beoordeeld en is een type gekozen met de grootste lameloppervlakte en koelercapaciteit om de koeltijd zoveel mogelijk te beperken. Ad 3) In de praktijk blijkt het variëren van verdamperdebiet (m 3 per uur) door in tijd ventilatoren aan en uit te schakelen (intervalcirculatie) het meest effectief. Andere manieren o.a. door sterdriehoekschakeling, deelcirculatie (enkele ventilatoren aan en rest uit), lager toerental ventilatoren leiden tot een onduidelijk effect op de luchtstroming. Het debiet van de ventilatoren en de karakteristiek waaronder de worp, verandert sterk met het toerental. Het advies is om na het inkoelen met 100 % ventilator capaciteit de draaitijden aan te passen: Na inkoelen: Bewaarfase: 5 minuten na koelactie, 8 minuten puls, 2 minuten pauze 3 minuten na koelactie, 5 minuten puls, 5 minuten pauze Werkcellen kunnen met minimale luchtcirculatie werken. In deze cellen is een maximale gelijkheid in producttemperatuur minder belangrijk. Er zijn inmiddels ervaringen om al tijdens het inkoelen met interval circulatie te starten. Hierdoor zou sneller een uniforme producttemperatuur binnen de cel te realiseren zijn. Het advies is om deze instelling te proberen als de producttemperaturen warm en koud teveel uitelkaar liggen. In de bewaarfase kan de puls circulatietijd worden verkort en de pauzetijd worden verlengd zolang er geen variatie in de producttemperaturen optreedt. Om een beeld te geven in het verschil in energieverbruik door enerzijds de lagere draaiuren van de ventilatoren en anderzijds de lagere warmtebelasting van de koelcellen door minder ventilatorvermogen is, gebruik makend van de registratie van fruitbedrijf De Ruiter, het volgende overzicht gegeven. 0,5 E-verbruik 2013-2014 0,4 0,3 0,2 0,1 0 15-nov 22-nov 29-nov KWh/ton per maand 6-dec 13-dec 20-dec 27-dec 3-jan 10-jan 17-jan 24-jan 31-jan 7-feb 14-feb Figuur 6: Energieverbruik (variatie circulatie tijden ventilatoren) 12 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
Van 21 november tot 18 december is de ventilatordraaitijd per 24h gemiddeld 600 minuten geweest. Hierna is door specifieke wensen van de bewaarder de draaitijd vergroot naar 750 minuten. Door 150 minuten per etmaal extra circuleren neemt het elektraverbruik op deze locatie met ruim 20 % toe. 3.1.2 Koelacties Als uitgangspunt voor fruitbewaring geldt één koelactie per uur (ongeveer 25 per etmaal). Zorg ervoor dat bij beperkte koeltijden de tijd per koelactie niet korter wordt dan 2-3 minuten. Anders moeten de koelacties per etmaal verkleind worden. Onregelmatige koelvraag betekent veel meer schakelmomenten van compressoren. Zeker door de aanwezigheid van werkcellen (i.v.m. huisverkoop) is het risico op extra koelvraag groter. Accepteer in deze cellen meer (lucht)temperatuur variaties om hiermee de onrust in de koelinstallatie te voorkomen. Hiermee kan in veel gevallen toch de 25 acties per etmaal bereikt worden. 3.1.3 Ontdooi instellingen Bewaarcellen boven de 1.5 graad producttemperatuur kunnen zonder energetische ontdooiing ijsvrij gehouden worden. Hier kan met ventilatorwarmte worden volstaan. Werkcellen of cellen met lagere producttemperaturen vragen een energetische ontdooiing. De frequentie varieert door het gebruik van de koelcel, maar meestal is één actie per etmaal voldoende. Visuele controle van verdamperoppervlakte op aanwezigheid van ijs aan het einde van een ontdooiactie is belangrijk. IJsvorming vermindert de koelercapaciteit en betekent een toename van de koeluren. De nadelen van de extra ontdooiacties wegen hier niet tegenop. De ontdooibeëindigingstemperatuur dient zodanig ingesteld te worden dat de verdamper op het koudste punt net ijsvrij is. Visuele inspectie is noodzakelijk voor optimale instellingen. 3.1.4 Benutting verdamper Het benutten van het verdamperoppervlakte is essentieel. Het hele systeem wordt immers opgestart om in zo kort mogelijke tijd de ruimte/product op gewenste temperatuur te brengen. Door een mindere benutting van de verdamper (= oververhitting) nemen de koeluren (en de ontvochtiging) toe. De oververhitting leidt tot hogere zuiggastemperatuur en geeft een nadelig effect op het rendement van de compressor en totale installatie. Door de langere koeltijden draaien ook de ventilatoren langer. Als een expansieventiel 5% minder koudemiddel inspuit kan dit meer dan 10 % extra energieverbruik opleveren. Alle maatregelen die een betere benutting van het verdamperoppervlak geven zijn uit energie oogpunt gewenst. Wijzigingen van instellingen dienen in nauw overleg met koelinstallateur te worden gedaan. Getracht moet worden de zogenaamde oververhitting tot een minimum te beperken. Hiernaast is het belangrijk dat elke sectie van de verdamper evenredig aan het verdampingsproces deelneemt. Voldoende druk voor het verdeelpunt is een belangrijk uitgangspunt. Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 13
Binnen dit project is vanwege de toenemende belangstelling voor natuurlijk koudemiddel installaties bij een collega fruitbewaarder (C. Uijttewaal t Goy) een uitgebreide meting verricht aan een propaan-co 2 installatie. Hierbij is specifiek de verdeling van het koudemiddel over de circuits vastgelegd. In onderstaande figuur wordt de registratie van een koelactie getoond op basis van oude instellingen, middels de uitlezing van voelers op verschillende plaatsen op de koeler. De voelers K5, 6 en 7 zijn van onder (aanvoerzijde CO 2 ) naar boven aan de ventilatorzijde van de koeler geplaatst. De voelers K8, 9 en 10 zijn aan de uitblaaszijde van de koeler geplaatst. 8,00 6,00 4,00 2,00 temperature 0,00-2,00-4,00-6,00-8,00-10,00 03-03-2015 10:37:15 03-03-2015 10:37:37 03-03-2015 10:37:59 03-03-2015 10:38:21 03-03-2015 10:38:43 03-03-2015 10:39:05 03-03-2015 10:39:27 03-03-2015 10:39:49 03-03-2015 10:40:11 03-03-2015 10:40:33 03-03-2015 10:40:55 03-03-2015 10:41:17 03-03-2015 10:41:39 03-03-2015 10:42:01 03-03-2015 10:42:23 03-03-2015 10:42:45 03-03-2015 10:43:07 03-03-2015 10:43:29 03-03-2015 10:43:51 03-03-2015 10:44:14 03-03-2015 10:44:36 03-03-2015 10:44:58 03-03-2015 10:45:20 03-03-2015 10:45:42 03-03-2015 10:46:04 K5 ('C) K6 ('C) K7 ('C) K8 ('C) K9 ('C) K10 ('C) Figuur 7: Verdeling koudemiddel CO 2 verdamper 14 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
Duidelijk is dat de voelers (K5 en K8) aan de onderzijde (toevoerzijde verdamper) direct na de start van de koelactie (10:37:15) afkoelen tot de verdampingstemperatuur van het systeem. De overige voelers blijven hoger in temperatuur. De voeler K9 aan de uitblaaszijde van de koeler, heeft een variabele temperatuur waarbij op momenten oververhitte CO 2 en verdampende CO 2 wordt gemeten. De overige posities meten alleen oververhitte CO 2. Duidelijk is dat deze koeler, met de oude instellingen, niet optimaal wordt benut voor het verdampingsproces. Door temperatuurmetingen per circuit is meer inzicht in de benutting van de koeler te verkrijgen. Hierna kan met wijzigingen in systeem of instelling een verbetering worden gerealiseerd. 3.1.5 Regeling centrale compressor unit Middels het optimaliseren van de regeling van de centrale compressor unit zijn beperkte energieverbruik voordelen te behalen. Het rendement van de compressor wordt beïnvloedt door de zuig- en persdruk van de installatie. Deze drukken hangen direct samen met de verdamping- en condensatietemperatuur. Het verkleinen van het verschil tussen verdamping- en condensatietemperatuur bespaart per graad bijna 2 % energie als gevolg van een rendementsverbetering van de compressor. Afstemming van gewenste verdampingstemperatuur op compressorniveau op de gewenste waarden op celniveau is dus één manier van energiebesparing. Bij het optimaliseren van zuigdrukken moet voldoende rekening gehouden worden met leidingverlies. Soms is een centrale verdampingstemperatuur van -12 o C nodig om op verdamperniveau op -7 o C te verdampen. Een dergelijke situatie kan alleen met vernieuwen van de installatie worden opgelost. Juist bij het uitbreiden van installaties bestaat het risico dat door te krappe leidingen en oplopende belastingen, drukverschillen toenemen. Het verlagen van de condensatietemperatuur levert eveneens bijna 2 % energie voordeel op. Vooral in de bewaarperiode (winter) kan vanwege de lagere buitentemperaturen, een lagere condensatietemperatuur worden aangehouden. Let wel dat de uiteindelijke druk voor de verdamper (in verband met de verdeling van het koudemiddel) niet te laag wordt. In dit geval zullen door een mindere verdeling van koudemiddel over de koeler de koeluren toenemen. Door meer grip op de koelvraag kan deze afgestemd worden op de compressorcapaciteit. Op fruitteeltbedrijf Landrust wordt gebruik gemaakt van een estafette regeling (VDH 785 PC) waarbij de koelvraag van individuele cellen zoveel mogelijk na elkaar wordt georganiseerd. Belangrijk is om de enige variatie in zuigdruk te accepteren om te voorkomen dat de frequentie geregelde compressor niet continu wordt op en af getoerd. Door de verschillende verdampercapaciteiten (verschillende celafmetingen) en functies van de koelcellen is het bij fruitbedrijf Landrust lastig om de koelvraag en het bij- en afschakelgedrag van de compressoren te optimaliseren. Tijdens het inkoelen kan het gewenst zijn de extra koelcapaciteit uit de compressor te halen door deze op te toeren naar 60 Hz maar helaas gaat dit ten koste van het rendement van de installatie. Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 15
3.1.6 Instellingen CA apparatuur Per cel of CA installatie is met een absorptie- en regeneratietijd de benutting van de actieve kool van een scrubber in te stellen. Omdat elke absorptieactie warme lucht inde cel brengt, is het zo effectief mogelijk benutten van de kool belangrijk. Nodeloos rondpompen van lucht terwijl de kool al verzadigd is, dient voorkomen te worden. Geeft het verkorten van de absorptietijd in de registratie van de acties per etmaal over een periode van minimaal één week, geen structureel extra scrubacties, dan stond de absorptie tijd te lang. Op deze wijze is ook de regeneratietijd te optimaliseren. Bij veel meet- en regelsystemen voor de CA installatie is de brandbreedte voor het regelen van het zuurstofpercentage te smal. Hierdoor wordt bijvoorbeeld op dezelfde dag belucht (O 2 te hoog) en N 2 geïnjecteerd (O 2 te laag). Naast de bandbreedte dienen ook de tijden van beluchten en N 2 injecteren op elkaar te worden afgestemd. Frequenter meten (minimaal om de 2 uur) en kortere regelacties vergroten de stabiliteit van de condities. Een hoog energieverbruik is vaak het gevolg van veel stikstofgebruik om lekke cellen of slecht werkende CA apparatuur op regime te houden. Een oplossing is het verbeteren van de lekdichtheid van de cellen. Per dag 15 minuten injecteren kost al snel 3% van het gemiddelde verbruik. Op fruitbedrijf Landrust is door frequent openen van CA cellen het weer op regime brengen een reden van het hogere energieverbruik. 3.1.7 Algemene aanbevelingen Werkcellen die frequent worden geopend, vragen aandacht voor de warmtebelasting door de deuropening. Vaak is een deurschakelaar gekoppeld aan de koeling al voldoende. Eventueel kan voor een strokengordijn worden gekozen om de luchtwisselingen te minimaliseren. Het beperken van de warmte instraling wordt gerealiseerd met een voldoende dikte isolatiemateriaal van de cellen. Een deel van de warmte wordt echter ook door niet geïsoleerde scrubber leidingen, bufferlongen en warme beluchtingslucht in de cel gebracht. Door ook het gebouw waarin de cellen en onderdelen geplaatst zijn zo koel mogelijk te houden, is de instralingswarmte verder te beperken. Deze aanbeveling is alleen relevant in nieuwbouw situaties. In bestaande situaties kan alleen met een voldoende (nachtventilatie) getracht worden ingestroomde warmte te ventileren met koudere buitenlucht. Elke 5 graden verlaging heeft een gelijke waarde als 2 cm isolatiemateriaal (PUR/PIR). Een optimale vulling van cellen voorkomt niet alleen verkeerde en inefficiënte luchtstroom, ook geeft het direct een gunstiger elektra verbruik per ton per dag. Feitelijk heeft een lege gekoelde cel (met enkele pallet) zeker zoveel energieverbruik als een gevulde cel. Gebrek aan buffering, en meestal een frequentere deuropening vormt een deel van de verklaring. Minimaliseer het aantal momenten en de periode dat cellen niet geheel gevuld, toch gekoeld worden of besluit in deze cellen een zeer ruime temperatuurvariatie te accepteren. Juist bij fruitteeltbedrijf Landrust is het 16 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek
gebruik van de cellen als voorraad koelcel voor huisverkoop een reden voor hogere energieverbruiken. Zowel verdampers als condensor vragen om een regelmatige schoonmaakbeurt. Zeker de binnen geplaatste condensor en de verdampers in de cellen die voor de huisverkoop worden gebruikt vervuilen snel. Vervuiling van lamellen leidt direct tot hogere energieverbruik en inefficiënt koelen. 3.2 Energiebesparingen door investeringen Naast het optimaliseren van instellingen van de bestaande installatie, kan ook met technische investeringen een lager verbruik worden gerealiseerd. Uiteraard komen deze maatregelen alleen tot hun recht als opnieuw met registratie en optimaliseren van instellingen de installatie kritisch beoordeeld blijft. Voor de installatie van fruitteeltbedrijf Landrust zijn de volgende zaken relevant: Automatisering en visualisering van de koel- en CA-regelingen Meer direct inzicht in het energieverbruik van de belangrijkste energie verbruikende (koel)installaties leidt tot beter geoptimaliseerde instellingen. Uiteraard moet het inzicht gevolgd worden door maatregelen in de vorm van instellingen of hardware. Toepassen van elektronische expansieventielen Het verlagen van de persdruk en verhogen van de zuigdruk is het beste mogelijk bij installatie uitgevoerd met elektronische ventielen. Uiteraard moet de gehele installatie inclusief de vloeistofverdeling van de verdamper geschikt zijn om optimaal te functioneren bij deze zuinige condities. Inzicht in de benutting van het verdamperoppervlak door metingen zoals eerder beschreven helpen in het optimaliseren van instellingen (koelinstallateur). Helaas zijn er in installaties nog geen standaard temperatuur opnemers geplaatst. Energiezuinige ventilatoren Weliswaar met hoge investeringen maar met mogelijkheden tot een flinke besparing in energieverbruik kunnen gelijkstroomventilatoren worden ingezet. Zowel voor de condensor als op de verdampers. Gegeven de huidige ventilatoren is het huidige elektrisch vermogen van de verdamper ventilatoren laag te noemen. Aangezien het in tijd uitschakelen van ventilatoren mogelijk is zonder verstoring van de producttemperaturen (warm en koud), is het huidige debiet blijkbaar toereikend. De terugverdientijden van EC (gelijkstroom) ventilatoren voor verdampers is beperkt, zeker gezien de steeds kortere ventilator draaitijden. Bij condensorventilatoren is het zeer zeker te overwegen. Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 17
4 Conclusies Voor Fruitteeltbedrijf Landrust was het doel om lopende het project een energieregistratie te ontwikkelen waarop een energiescan kon worden uitgevoerd. De inrichting van de energieregistratie is lopende het project gerealiseerd maar heeft voor de belangrijkste gebruikersgroep binnen de elektra aansluiting (koeltechnische installatie) geen data opgeleverd. Hierdoor is het interpreteren van het bedrijfsspecifieke elektraverbruik niet mogelijk geweest. Wel is op basis van bevindingen, bij andere deelnemende bedrijven, informatie gebruikt om het belang van specifieke instellingen toe te lichten. Bij fruitbedrijf De Ruiter is door het inzichtelijk maken van het verbruik versus gebruik van de koeltechnische installatie op diverse vlakken aangetoond dat inzicht in energieverbruik een meer kritische houding geeft met instellingen. In technische zin zijn er vanuit de toeleverende industrie nog wel stappen te nemen in het vereenvoudigen van de data-analyse. Zonder sterke motivatie van de installatie-eigenaar, geven de huidige registratiesystemen onvoldoende inzicht. De systemen vragen nog teveel data behandeling voordat een duidelijk overzicht verkregen wordt. Op basis van de ervaringen bij fruitteeltbedrijf Landrust maar ook andere bedrijven zijn de volgende opmerkingen te maken: 1) KWh registratie klopt niet in veel gevallen Bij meerdere elektriciteit groepen klopt de optelling van registratie van verbruiken van verschillende groepen niet met de registratie van de elektra toeleverancier. Het is onduidelijk en lastig te controleren welke metingen niet klopt. 2) Systemen zijn niet stabiel Digitale uitlezing van kwh blijkt in de praktijk lastig. Netwerken zijn niet altijd stabiel en met regelmaat ontbreken datafiles. 3) Koppeling met (installatie) gebruik ontbreekt Naast het registreren van verbruiken op centraal of elektra groep niveau is voor de belangrijkste elektra groepen (meest de voeding koeltechnische installatie) de koppeling met het gebruik (o.a. hoeveel koelcellen zijn nog in gebruik uitgedrukt in m 3 gekoelde ruimte of ton opslag capaciteit). De huidige kwh registratie stopt met het meten van de verbruiken. 4) Afspraken energie verbruik Op een enkele uitzondering na is de koelinstallatie branche nog niet bereid om afspraken te maken over een verwacht energieverbruik. 18 Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek