Современные энергоэффективные технологии в холодоснабжении позволяют ритейлерам серьезно сэкономить и направить дополнительные ресурсы на развитие сети. В своей прошлой статье технический директор компании «Лэнд» Сергей Плешанов рассказал о 7 энергосберегающих технологиях, которые быстро окупаются – до 3 лет – и должны использоваться во всех технических заданиях при оснащении современных магазинов. В новом материале он описывает топ-3 технологии, которые уже начали применяться и в ближайшем будущем будут широко использоваться в России. Рознице стоит всерьез к ним присмотреться.
Технологии ближайшего будущего
На рисунке выше показаны три основные технологии, которые только начинают использоваться на торговых объектах. Такие решения, безусловно, найдут свое широкое применение, поэтому вопрос технологического перехода – в ближайшем будущем.
1. Холодильная установка на диоксиде углерода
Наиболее эффективной и экологически чистой альтернативой повсеместно применяемым холодильным агентам является диоксид углерода (СО2).
Перспективы хладагента CO2 в ритейле и кейсы «Метро», «Ашан», dark store «Перекресток Впрок» уже были подробно рассмотрены в одной из прошлых статей.
Для повсеместного применения СО2 в качестве основного хладагента в магазиностроении есть множество основополагающих причин, рассмотрим лишь основные.
- РФ приняла Кигалийскую поправку к Монреальскому протоколу по веществам, оказывающим влияние на глобальное потепление климата нашей планеты. Поправка вступит в силу для России с 1 января 2021 года, предусматривая индивидуальный план поэтапного сокращения применения фреонов – по 5% ежегодно. В Европе этот путь уже пройден, как результат – стоимость хладагента R404 выросла в несколько раз (см. таблицу 1). Все это повышает интерес к использованию диоксида углерода в качестве хладагента в России.
|
|
Стоимость хладагента R404A в руб/кг |
|||
|
Хладагент
|
23.03.2017 |
01.06.2017 |
02.10.2017 |
01.12.2018 |
|
R404A |
5 868 |
10 944 |
20 504 |
22 149 |
Таблица 1. Стоимость фреона R404A в Дании в разные годы в рублях, по курсу ЦБ.
- СО2 нетоксичен и невзрывоопасен, а также полностью безопасен для окружающей среды. Главное, СО2 производится в России в неограниченных количествах и доступен практически в любом регионе нашей огромной страны по цене значительно ниже фреона. Для примера можем сказать, что средняя цена R404A на рынке составляет порядка 500–600 руб/кг, в то время как 1 кг СО2 обходится в 25 руб/кг. Разница в стоимости хладагентов представлена в таблице 2.
|
Средняя цена в России, руб/кг |
Средняя заправка гипермаркета, л |
Итого, руб. |
|
|
R404A
|
600 |
1000 л |
600 000 |
|
СО2 |
25 |
25 000 |
Таблица 2. Стоимость заправки гипермаркета различными хладагентами.
- Диоксид углерода обладает высокой теплоемкостью, что в случае его применения в качестве хладагента позволяет добиваться превосходных показателей эффективности – в среднем от 15 до 27% по сравнению с системами на R404A. На примере ГМ «Ашан Пушкино» технологии СО2 позволяют экономить до 422 тыс. кВт/ч в год, или 2 млн 745 тыс. руб. при эксплуатации.
|
Параметр |
Традиционная фреоновая схема.
Фреон R404a
|
СО2 система базового уровня. |
СО2 система с жидкостным эжектором |
|
Средний СОР |
|||
|
СТ контур |
3,10 |
3,70 |
4,38 |
|
НТ контур |
1,63 |
4,65 |
4,06 |
|
Снижение энергопотребления |
|||
|
Годовая экономия, кВт/ч |
- |
239 355 |
422 208 |
|
Годовая экономия, % |
- |
15% |
27% |
Холодильное оборудование на СО2 для «Ашан Пушкино»
Отличительной чертой холодильного цикла на диоксиде углерода является возможность получать существенно больше тепла по сравнению с фреоновым циклом, при этом не увеличивая показатели потребления электроэнергии. На рисунке ниже приведен график стоимости различных источников теплоты за 1 кВт.
Стоимость различных источников тепла для отопления
В настоящее время диоксид углерода находит применение в больших розничных форматах – супер- и гипермаркетах, при этом максимальный эффект энергосбережения достигается на низкотемпературном холоде и при использовании теплоты рекуперации от холодильной установки для обогрева торгового зала или горячего водоснабжения.
Опыт компании «Лэнд» показывает, что стоимость оборудования на СО2 ежегодно снижается, при этом стоимость фреоновых систем постоянно растет. С учетом принятых экологических поправок уже в ближайшем будущем это создаст все условия для использования диоксида углерода в массовом сегменте на форматах дискаунтер. При условии сокращения срока возврата инвестиций на малых форматах до 3–5 лет мы получим повсеместное использование СО2 в магазиностроении, как это сейчас происходит в Европе.
Григорий Расщепкин, руководитель направления эксплуатации и реконструкции холодильных систем, Metro Cash&Carry, рассказал: «Наша компания уже несколько лет назад приняла решение о применении диоксида углерода. С одной стороны, это было сделано с целью сокращения негативного влияния на окружающую среду. С другой стороны, мы видим в переходе на природные хладагенты дает возможность получить конкурентные преимущества в будущем. Первые объекты мы запускали по субкритической схеме, где СО2 применяется только для низкотемпературных потребителей, что позволяло значительно снизить количество фреона в системе и подготовить плавный переход на транскритические системы. Сегодня мы видим, что транскритические технологии позволяют повысить уровень энергоэффективности системы, обеспечивая магазин отоплением и горячим водоснабжением. Для компании Metro Cash&Carry проект в магазине в Солнцево дает хорошую возможность на практике проверить теоретические расчеты, оценить особенности комплексного использования преимуществ транскритической системы на СО2 и принять решение об оптимальной конфигурации системы для последующих магазинов в рамках действующего графика снижения потребления ГФУ хладагентов».
2. Тепловой насос и обогрев магазина
Дефицит электрических мощностей и отсутствие доступного источника тепла являются наиболее часто встречающимся препятствием для принятия положительного решения об открытии магазина даже в географически привлекательной локации. Такой факт вынуждает владельцев магазинов обращать внимание на альтернативные способы отопления и получения горячей воды. Вариантов тут может быть много: это и утилизация теплоты конденсации, и электрокотлы, и использование теплового воздушного или геотермального насоса.
Как показывает практика, наиболее эффективным способом отопления является тепловой насос.
Стоимость различных источников тепла для отопления: 1 – отопление котлом; 2 – использование теплоты конденсации от холодильной установки; 3 – отопление тепловым насосом.
Вариант 1. Энергопотребление электрокотла настолько высоко, что экономия за счет снижения давления конденсации холодильной установки зимой практически незаметна внутри суммарного энергопотребления.
Принцип работы теплового насоса
Вариант 2. Использование теплоты конденсации для частичной компенсации теплопотерь значительно снижает энергопотребление электронагревателей и суммарное энергопотребление систем, несмотря на перерасход, вызванный работой холодильной установки с повышенным давлением конденсации. Однако в случае использования энергосберегающих закрытий на холодильной мебели, подразумевающих снижение тепловой нагрузки на холодильное оборудование, а следовательно, и количества теплоты конденсации, эффективность этого варианта также снижается.
Вариант 3. Наиболее привлекательный с точки зрения теории. Наличие теплового насоса позволяет холодильной установке работать в максимально экономичном режиме. Эффективность воздушного теплового насоса хоть и снижается при понижении температуры наружного воздуха, все же его энергопотребление оказывается гораздо ниже, чем при отоплении от электрокотла.
Тепловой насос, затрачивая 1 кВт электроэнергии, позволяет снимать до 4,2 кВт тепла. Электрический обогрев на тех же условиях, затрачивая 1кВт электроэнергии, позволяет получить 0,9 кВт тепла. Система с тепловым насосом может работать при температуре наружного воздуха до (-30оС), что делает ее применимой для достаточно широкого ряда регионов Российской Федерации.
Электронная система управления «Данфосс» позволяет максимально упростить настройку и избежать необходимости в дополнительных регулировках в процессе эксплуатации, а также обеспечивает точное поддержание требуемых температур во всех контролируемых зонах обогрева помещения. Такие решения уже находят широкое применение на действующих объектах.
Совместные разработки компаний «Лэнд» и «Данфосс» были направлены на снижение капитальных затрат и, тем самым, снижение срока окупаемости новых магазинов и объектов полной реконструкции.
Известно, что требуемая холодопроизводительность оборудования снижается на 30% в осенне-весенний период и на 70% в зимний период, таким образом, часть компрессорного оборудования находится временно или постоянно в отключенном состоянии. В то же время в магазине возникает существенная потребность в тепле, которую можно компенсировать за счет освобожденной мощности компрессоров на холод. В летний период все компрессоры работают на охлаждение, при этом отопление не требуется. В осенний период появляется потребность в тепле, которая существенно возрастает в зимний период, при этом холодильная нагрузка снижается.
Таким образом возникает возможность реорганизовать работу оборудования с целью оптимального использования ресурсов, когда освободившаяся в зимний период мощность от холодильного оборудования идет на отопление магазина.
Общий вид холодильной установки с интегрированным тепловым насосом.
На рисунке представлена централь с интегрированным тепловым насосом, на базе поршневых компрессоров Dorin, обеспечивающая холодоснабжение и отопление магазина. Система не имеет аналогов в России и в настоящий момент проходит ее патентование. Широкий модельный ряд дает возможность закрыть все потребности малых и средних форматов магазинов.
На Всероссийском конкурсе лучших проектов в области систем холодоснабжения и кондиционирования воздуха, проходившем в рамках выставки «Мир климата 2020», решение компании «Лэнд» по интеграции систем отопления и холодоснабжения было выбрано экспертами как наиболее привлекательное и получило награду в номинации «Лучший энергоэффективный тепловой насос».
Награда в номинации «Лучший энергоэффективный тепловой насос.
Решение с тепловым насосом позволяет полностью отопить магазин с использованием только электричества, но значительно эффективнее, чем отопление электрокотлами.
Окупаемость отдельного теплового насоса составляет в среднем 2,5–3 года, а при использовании интегрированного теплового насоса с холодильной установкой окупаемость не превышает 2,5 года.
Все сказанное про тепловой насос также хорошо совмещается с применением СО2 в качестве хладагента, который обеспечивает еще более высокий потенциал тепла по сравнению с фреонами. Поэтому, заглядывая в более далекое будущее, можно ожидать максимального энергетического эффекта от совмещения холодильной системы на СО2 и теплового насоса.
Дмитрий Медведев, начальник инженерно-технического обеспечения X5 Retail Group, принимавший непосредственное участие в разработке решения, отмечает: «Опыт эксплуатации показал, что использование теплового насоса позволяет снизить энергопотребление магазина на 50% по сравнению с электрическим обогревом. Представленная комбинированная установка полного отопления и холодоснабжения магазина – это третье поколение системы отопления магазинов за счет воздушного теплового насоса, который зарекомендовал себя как надежное и эффективное решение в нашей сети. Система имеет ряд существенных преимуществ – снижение капитальных затрат за счет оптимального использования ресурсов мощности компрессора, подключение к централизованной системе диспетчеризации позволяет оптимизировать режим ее работы и использовать совместно с другими системами магазина. В данной схеме впервые была применена оттайка горячим газом внешнего воздухоохладителя теплового насоса, что позволит существенно снизить эксплуатационные затраты и увеличить скорость прохождения оттайки. Рассчитываем, что подобная система позволит не просто решить проблему с отоплением, возникающую при подборе торговых площадей, но принесет существенную экономическую выгоду при эксплуатации объектов».
3. Умный магазин
Замыкает список технологий, которые уже эффективно применяются и в ближайшее время получат статус стандартных решений, концепция «умного» магазина.
Современный магазин розничной торговли помимо холодильного оборудования представляет собой комплекс инженерных систем, включающих систему кондиционирования, освещения и отопления. Зачастую управление данными системами осуществляется вручную, персоналом магазина. Такой вид управления не является энергоэффективным, так как не позволяет адаптировать работу систем к изменяющимся внешним условиям – уличная температура и освещенность.
В современных условиях система комплексной автоматизации инженерных систем продуктового магазина, позволяющая реализовать концепцию «Умный магазин», является дополнительной возможностью снизить эксплуатационные затраты, а значит, получить конкурентные преимущества на рынке розничной торговли продуктами питания.
Для управления тепловыми завесами, кондиционерами, системой вентиляции, наружным и внутренним освещением применяется программируемый логический контроллер Danfoss MCX.
Управление тепловыми завесами осуществляется по температуре и расписанию с возможностью блокировки режима нагрева в теплый период года. Для кондиционеров торгового зала предусмотрены календарный график работы, суточное расписание и блокировки изменения уставок персоналом, а также блокировка запуска при определенных температурах уличного воздуха. Дополнительно предусмотрена возможность переключения между режимами нагрева и охлаждения в зависимости от сезона.
Система вентиляции управляется по индивидуальному графику с возможностью остановки во время закрытия магазина.
Внешнее освещение и вывеска магазина управляются по астрономическому таймеру в зависимости от времени восхода и заката солнца в месте расположения магазина; внутреннее освещение магазина – по индивидуальному графику с возможностью продления времени работы при необходимости. Также предусмотрен специальный режим «Инвентаризация», для которого можно заранее указать требуемую дату.
Максимальной экономии энергоресурсов в случае магазина малого формата можно достичь, используя в том числе возможности, которые предоставляет организация комбинированной системы охлаждения с интегрированным тепловым насосом. Применение интегрированных решений как на уровне системы управления, так и на уровне гидравлической схемы холодильной установки позволяет в наиболее полном объеме реализовать концепцию «умный магазин», а значит, достичь высокого уровня эффективности работы инженерного оборудования магазина.
Следует отметить гибкость системы управления и алгоритмов, что открывает широкие перспективы для дальнейшей оптимизации под нужды магазина. В заключение хочется сказать, что создание «умного магазина», применение диоксида углерода в качестве хладагента, а также использование потенциала тепла, предоставляемого холодильной системой, являются шагами на пути к цели создания магазина с нулевым энергетическим балансом.
Исходя из расчетных данных, организация интегрированной системы управления позволит достичь снижения энергопотребления порядка 20–25% с возвратом инвестиций до двух лет. Такие решения уже находят широкое развитие в крупных федеральных сетях.
Руководитель направления технической экспертизы и аудита торговой сети «Пятерочка» Иван Борисов рассказал о применении системы «умный магазин»: «Наша компания тщательно подходит к вопросам эффективности магазинов. Как известно, большая часть электроэнергии, потребляемой магазином, приходится на холодильное оборудование. Поэтому процесс оптимизации энергопотребления мы начали с этого типа потребителей. И достигли в этом плане значительных успехов. На этом мы не остановились и стали искать возможности получения дополнительной экономии за счет оптимизации работы других инженерных систем, таких как система освещения, вентиляции, кондиционирования и отопления. Как выяснилось, управление данными системами в ручном или полуавтоматическом режиме приводит к перерасходу электроэнергии. Тогда мы решили пойти по пути организации комплексной системы автоматизации инженерных систем магазина, что позволило снизить его энергопотребление в среднем на 15–20%. Но это лишь часть пути: мы продолжаем исследовать дополнительные возможности для экономии, как на уровне алгоритмов управления, так и в плане внедрения новых технологий. На сегодняшний день принято решение об установке системы на каждом из открываемых нами магазинов».
В завершение следует сказать, что каждое из представленных выше решений неоднократно апробировано и показывает максимально эффективный результат в снижении эксплуатационных расходов магазина. Для своих заказчиков компания «Лэнд» в обязательном порядке проводит технико-экономический анализ с предоставлением окупаемости, чтобы заказчик мог всесторонне оценить и сделать правильной выбор в пользу тех или иных решений.
