1. ICE-E, MCE 2012 1
ICE-E consumo e risparmio energetico
nei magazzini refrigerati
Marco Corradi
Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Padova
2. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 2
Perché ICE-E?
• Il settore della catena del freddo è responsabile per circa il 2,5% delle
emissioni globali di gas serra attraverso le emissioni dirette ed indirette.
• Circa il 50% dell’energia viene impiegata per la refrigerazione, il
congelamento e la conservazione.
• Settore con elevate fughe di refrigerante, circa il 17% (5÷25%).
• Presenza di circa 60-70 milioni m3 di magazzini frigoriferi in Europa.
• In molti magazzini frigoriferi il consumo di energia per la refrigerazione può
raggiungere valori pari al 60-70% dell’energia totale.
3. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 3
Perché ICE-E?
• Le precedenti survey hanno evidenziato un enorme potenziale di riduzione dei
consumi energetici (spesso del 30-40% fino al 60%).
• Le opzioni per la riduzione dei consumi energetici sono spesso specifiche di un
determinato impianto e non generalizzabili.
4. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 4
Perché ICE-E?
• Valori “molto dispersi” dell’energia consumata dai magazzini frigoriferi.
B. Prakash and Singh, R. Paul.
2008. Energy Benchmarking of
Warehouses for Frozen Foods.
Public Interest Energy
Research (PIER) Program
Contract and Research Project
Reports. California Energy
Commission, PIER Program.
• Informazioni limitate sul consumo di energia dei magazzini frigoriferi europei.
5. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 5
ICE-E (Improving Cold storage Equipment in Europe)
• Progetto che nasce con il fine di individuare e mettere in atto delle strategie per la
razionalizzazione ed ottimizzazione del consumo energetico dei magazzini
frigoriferi in Europa, nonché per ridurre le emissioni di gas serra.
• Finanziato dall'Agenzia europea EACI (Executive Agency for Competitiveness
and Innovation).
• Coinvolti otto partner europei:
LSBU (London South Bank University) KHLim, vzw Katholieke Hogeschool Limburg
Danish Teknologisk Institut (DTI) Cold Chain Experts (CCE)
Carbon Data Resources Ltd (CDR) Food Research Institute Prague (VUPP)
Università di Padova, Dipartimento di Fisica Tecnica Technical University of Sofia (TUS)
6. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 6
ICE-E (Improving Cold storage Equipment in Europe)
1. Accedere al sito www.ice-e.eu;
2. Registrarsi;
3. Utilizzare gli strumenti per ridurre il consumo energetico e le perdite di refrigerante
nei magazzini frigoriferi.
7. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 7
Survey
Compilando la survey (durata tra i 3 ed i 25 minuti) sarà possibile:
1. Confrontare l'efficienza energetica del proprio magazzino frigorifero con quella
degli altri presenti nella banca dati;
2. Individuare le potenzialità di risparmio energetico che potrebbero essere
implementate nel proprio magazzino frigorifero;
3. Accedere alla survey in qualsiasi momento per aggiornare i propri dati e/o
verificare cosa è cambiato nel Benchmark;
4. Richiedere un audit energetico del proprio magazzino frigorifero.
Tutti i dati sono confidenziali, inoltre è possibile compilare la survey in modo anonimo.
8. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 8
Dati di input
• Informazioni di base
• Sistema di refrigerazione
• Derrate
• Attrezzature
• Impianto frigorifero
Cinque i dati essenziali per accedere al Benchmark:
• Volume del magazzino frigorifero in m3
• Superficie del magazzino frigorifero in m2
• Temperatura di conservazione in °C
• Volume delle derrate trattate in tonnellate/anno
• Consumo energetico in kWh/anno
9. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 9
Benchmark
Consente di confrontare l’efficienza
energetica del proprio magazzino
frigorifero rispetto agli altri magazzini
frigoriferi presenti nella banca dati.
Il confronto può essere fatto secondo:
• Volume del magazzino;
• Superficie del magazzino;
• Volume delle derrate trattate;
• Temperatura di set-point;
• Tipo di utilizzo del magazzino;
• Tipo di derrate trattate;
• Tipo di refrigerante impiegato.
10. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 10
Benchmark – magazzini derrate fresche
MWh/year Chilled foods
20,000
NZ
Europe
16,000
IIR min
IIR max
12,000 Model
8,000
4,000
0
0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000
Room volume (m3)
11. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 11
Benchmark – magazzini surgelati
MWh/year Frozen foods
20,000
NZ
Europe
16,000
IIR min
IIR max
12,000 Model
8,000
4,000
0
0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000
Room volume (m3)
12. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 12
Benchmark – magazzini derrate fresche e surgelati
MWh/year Mixed chilled and frozen foods
20,000
NZ
Europe
16,000
IIR min
IIR max
12,000
8,000
4,000
0
0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000
Room volume (m3)
13. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 13
Benchmark – volume delle derrate trattate
kWh/m3/year
450
Frozen
400
Chilled
350
Mixed
300
250
200
150
100
50
0
0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000
Throughput (tonnes/year)
• Ad un volume delle derrate trattate più elevato non corrisponde un maggior
consumo energetico specifico;
• Elevata variabilità del consumo energetico specifico per piccoli volumi delle
derrate trattate. Possibili cause: magazzini inefficienti di grandi dimensioni poco
utilizzati, magazzini efficienti di piccole dimensioni fortemente utilizzati.
14. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 14
Benchmark – temperatura di set-point
kWh/m3/year
450
Chilled
400
Frozen
350
Mixed chilled
300 Mixed f rozen
250
200
150
100
50
0
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
Temperature (°C)
• A minori valori di temperatura di conservazione delle derrate non corrisponde
sempre un maggior consumo energetico specifico;
• Alcuni magazzini frigoriferi per surgelati consumano la stessa energia specifica
dei magazzini per la conservazione delle derrate fresche;
• Elevata variabilità del consumo energetico specifico nei magazzini per surgelati.
15. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 15
Benchmark – consumo energetico specifico
• Valori “molto dispersi” dell’energia
specifica consumata nei magazzini kWh/m3/anno
frigoriferi;
Valore Media min Media max
• Consumo energetico specifico di medio 10% 10%
alcuni magazzini frigoriferi per
surgelati simile a quello dei Prodotti
54.6 15.2 98.3
magazzini per la conservazione freschi
delle derrate fresche; Surgelati 106.0 21.9 355.6
• Dai dati si evince che c’è un grande
potenziale per ridurre il consumo Misti 66.7 26.1 129.5
energetico specifico dei magazzini
frigoriferi europei.
16. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 16
Moduli di e-learning
Saranno disponibili sei moduli di
e-learning come strumento di
formazione:
• Introduzione alla refrigerazione;
• Introduzione alla conservazione refrigerata;
• Costi ambientali ed aspetti legislativi legati
alla riduzione delle emissioni di CO2;
• Assistenza e manutenzione per ridurre le
emissioni;
• Retrofit e riduzione dei consumi;
• Miglioramento dei consumi a seguito di
analisi on-site.
17. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 17
Web tools
Saranno sviluppati due modelli
di calcolo:
• Un modello semplice per gli
utenti finali (già disponibile);
• Un modello più dettagliato
per i tecnici e gli utenti più
esperti.
Entrambi i modelli permetteranno di identificare il potenziale di risparmio
energetico di nuove attrezzature e tecnologie e di valutare i tempi di ritorno
dell’investimento.
Questi modelli saranno scaricabili gratuitamente dal sito web e resteranno
disponibili anche dopo la conclusione del progetto.
18. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 18
Casi studio
Sarà possibile prendere visione di
diversi Casi Studio ricavati dagli audit
e dalle precedenti esperienze dei
partner europei coinvolti nel progetto.
I Casi Studio riporteranno esempi
concreti di risparmio energetico
evidenziando i costi-benefici delle
diverse tecnologie.
19. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 19
Casi studio: esempi
1 Nuova installazione, refrigerante: R404A, temperatura di conservazione
positiva, derrate: pasta fresca, magazzino privato, volume 60 m3;
2 Vecchia installazione, refrigerante: R717, temperatura di conservazione positiva
e negativa, derrate: miste, magazzino pubblico, volume 15.000 m3;
3 Nuova installazione, refrigerante: R744, temperatura di conservazione positiva
e negativa, derrate: miste, magazzino privato, volume 2.500 m3.
20. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 20
1 - R404A: caratteristiche della cella
DIMENSIONI:
• esterne: 7.30 x 3.00 x (2.88 h) m;
• interne: 7.14 x 2.84 x (2.80 h) m.
CARATTERISTICHE PANNELLI:
• materiale: schiuma di poliuretano;
• densità: 39 kg/m3;
• conduttività termica (@ 23° 0.029 W/(m·K);
C):
• spessore: 80 mm.
PORTA:
• dimensioni: 1.4 x (2.2 h) m;
• protezione: tenda a strisce.
UNITA’ FRIGORIFERA:
• potenza frigorifera nominale: 10 kW;
• sbrinamento elettrico;
• ventilatori condensatore a velocità variabile.
24. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 24
Modello semplice di calcolo
Tale modello di calcolo considera:
• Calore attraverso le pareti;
• Infiltrazioni;
• Temperatura esterna;
• Temperatura di stoccaggio;
• Carichi derivanti dagli alimenti;
• Carichi fissi dovuti a luci, sbrinamento e ventilatori;
• Altri carichi derivanti da personale e carrelli elevatori;
• Efficienza energetica del sistema frigorifero (COP).
25. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 25
1 - R404A: validazione del modello di calcolo
Totale calcolato = 2.42 kWh Valore reale = 2.18 kWh
1.2
1.01
1.0
Electrical power (kW)
0.8
0.64
0.60
0.6
0.4
0.2
0.10
0.06
0.01 0.00
0.0
st
r
s
r
g
ns
ns
he
ht
so
fr o
in
fa
fa
Ot
Lig
at
es
De
r
or
he
pr
so
at
m
en
or
r
Co
po
Flo
nd
a
Co
Ev
26. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 26
2 – R717: caratteristiche del magazzino frigorifero
• Refrigerante: ammoniaca;
• Temperatura positiva e negativa;
• Vecchia installazione;
• Evaporatori allagati con circolazione forzata;
• Sbrinamento ad acqua;
• Condensazione per mezzo di acqua di pozzo.
32. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 32
3 – R744: caratteristiche del magazzino frigorifero
• Refrigerante: anidride carbonica;
• Funzionamento subcritico e transcritico;
• Temperatura positiva e negativa;
• Recupero di calore subcritico e transcritico;
• Raffreddamento dei gas cooler con
nebulizzazione d’acqua.
33. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 33
3 – R744: unità frigorifera di media temperatura
11
Number Unit
P
(1) Compressor
(2) Heat Recovery
2
(3) Gas cooler
3 (4) First throttling valve
(5) Liquid separator
1
(6) Back pressure valve
(7) Regenerative heat exchanger
M (8) Expansion valve
(9) Evaporators
4 (10) Oil cooler
P
(11) Water spray device
6
5
9
Medium temperature plan
8
7 Nominal conditions
ambient temperature 33 °C
evaporation temperature -10 °C
walk-in freezers temperature -12 ÷ 0 °C
Cooling capacity 90 kW
Compressors (medium temperature unit)
Number Type Stage Swept volume lubricant type
3
n° - n° m /h -
4 Semi-hermetic, reciprocating 1 10.7 PAG oil
34. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 34
3 – R744: unità frigorifera di bassa temperatura
11
Number Unit
P
(1) Compressor
2 (2) Heat Recovery
(3) Gas cooler and Inter-cooler
(4) First throttling valve
10
(5) Liquid separator
3
1
(7) Regenerative heat exchanger
(8) Expansion valve
(9) Evaporators
M
(10) Oil cooler
(11) Water spray device
4
P
5
Low temperature plan
9
Nominal conditions
ambient temperature 33 °
C
7 evaporation temperature -33 °
C
8
walk-in coolers temperature -24 °
C
Cooling capacity 50 kW
Compressors (low temperature unit)
Number Type Stage Volume ratio Swept volume lubricant type
3
n° - n° - m /h -
3 Semi-hermetic, reciprocating 2 (with intercooling) 2.3 10.3 PAG oil
35. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 35
3 – R744: problematiche di gestione
• Ottimizzazione dell’alta pressione
durante il funzionamento transcritico;
• Ottimizzazione del sottoraffreddamento
del condensato durante il funzionamento
subcritico;
• Gestione del recupero di calore per il riscaldamento;
• Gestione del raffreddamento dei gas cooler per mezzo di nebulizzazione
d’acqua.
36. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 36
3 – R744: gestione del recupero di calore
35.0 200
24 ore – funzionamento invernale 190
30.0 180
170
25.0 160
150
20.0 140
C]
130
Pressure [bar]
Temperature [°
15.0 120
110
10.0 100
90
5.0 80
70
0.0 60
50
-5.0 40
30
-10.0 20
03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00
external T Condensing T Gas Cooler Outlet T Discharge P Intermediate P Suction P
38. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 38
Concludendo… visitate il sito www.ice-e.eu
39. ICE-E, MCE 29 Marzo 2012 39
Per ulteriori informazioni:
Marco Corradi Claudio Zilio
Università degli Studi di Padova Università degli Studi di Padova
Tel: +39 049 8276882 Tel: +39 049 8276893
Email: marco.corradi@unipd.it Email: claudio.zilio@unipd.it
