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食品冷藏不论是在过去还是现在一直都是一场关于天然制冷剂使用的革新。在中欧山区,使用冰雪储存食物。这种冷藏方法一直延续到 20 世纪。

Certified engineer Achim Frommann
注册工程师 Achim Frommann

天然冰的贸易早在 18 世纪就开始了,其始于北美,然后流传到欧洲。这为一项近 100 年的重要工业的奠定了基础。“白金”的运输是通过世界各地的贸易路线进行的,这标志着巨大的进步。这种天然制冷剂的开采和多样化应用带来了工作、全年新鲜食品的供应以及啤酒厂或肉类加工厂的连续生产加工。

最初,19 世纪的工业化实现了冰块的机械化生产,其后采用含有(乙醚、氨、二氧化碳或二氧化硫等)制冷剂的冷却能源。这些生产加工不受地理位置限制。这也最终导致了冰块贸易的终结。然而,有一些毁灭性的事故是由冰箱和空调制冷系统泄露引起的,这促使美国通用汽车公司在 1928 年开发了首个 CFC 制冷剂。很长一段时间里,人们都认为它们是安全的;然而,大约 50 年后,它们破坏臭氧层的潜力和对温室效应的影响变得不容忽视。

今天,第四代合成产生的制冷剂已经以 HFO 的形式存在。迄今为止,还没有一种能够提供理想结果的制冷剂出现。此外,合成物质和天然物质正在变得越来越相似。商业制冷已经回到了它的起源,现在新的系统只使用天然制冷剂二氧化碳和碳氢化合物。

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对于我们的社会和全球商品贸易,商业制冷是必不可少的。这是让产品从生产到销售保持新鲜的唯一方法。今天零售业的关键在于可持续和高效的制冷方法,以保护地球的气候,并确保系统运行的低消耗、低成本和可持续性。

贸易集团多年前就意识到,政治家所预期的潜在二氧化碳减排主要可以通过制冷剂来实现。因此,在德国和许多其它欧洲国家,大中型商店普遍使用以天然制冷剂为基础的复合制冷系统。特别是,超市和自助服务商店运营商在低温和中温应用中使用跨临界二氧化碳增压系统。喷射技术正越来越广泛地被用于进一步提高能源效率。这使得在较高环境温度下系统能够更高效地工作。比泽尔提供的可选方案是新的 EXPANDER,它不仅适用于新系统,还适用于改装。在 32°C 的环境温度下,在标准配打系统设计中,它的制冷量提高 20% 以上。

除了大型复合系统,一些制造商现在还提供小型的二氧化碳冷凝机组。因此,低温应用中冷量为1 ~ 10 kW,中温应用中冷量为 2 ~ 16 kW,只需一台风冷式气体冷却器即可满足对制冷量 的要求。安装非常简单,类似于分体式空调系统。目标群体为几乎没有冷库的小型食品店、自助式商店、加油站商店、肉店以及餐厅和酒店。

今天,碳氢化合物被用作第二种长期解决方案。1993 年,第一台异丁烷系列冰箱进入市场。不久后,即用型柜式机组、饮水机、即插即用机组和携带丙烷的机组相继面世。超市和低价超市现在在分散式制冷系统中使用这些易燃制冷剂,并在中温应用和低温商店中使用新的冷柜。它们的主要制冷回路要么在机房的中心点,要么在商店和冷藏陈列柜中。利用热交换器通过二次回路(也称为“水回路”)将热能释放到环境中。

该行业在气候保护方面发挥了主导作用。多年来,欧洲各地的经营者一直在重点投资节能商店和分店翻新。除了新型消费者友好商店的概念,一切都围绕减少照明、供暖、空调和制冷等能源消耗展开。因此,在食品零售连锁店中,能源成本在净销售额中所占的份额仅为 1.4%。就用电量而言,到目前为止,制冷占比最大,达到 47%。

其中一个原因就是从使用天然制冷剂到使用现代制冷系统的转换。根据科隆 EHI 零售研究所最近的一项调查显示,41% 的食品零售商在过去 5 年里在节能措施上的投资均超过 2500 万欧元。多年来,商用建筑的装修率一向惊人,其一直高达 10%,与住宅建筑仅为 1% 的情况形成了鲜明对比。总之,自 1990 年以来,50% 的商用制冷对减少二氧化碳排放起到了显著的作用,因此已经超过了联邦政府设定的至 2030 年的气候保护目标。根据德国零售协会 (Handelsverband Deutschland e. V., HDE) 提供的信息,在这方面的投资已超过 5 亿欧元。

多年来,能源管理也一直是商用制冷投资规划和可持续发展战略的一部分。这是因为,根据自 2017 年 3 月起纳入国家立法的《欧洲企业社会责任准则》(2014/95/EU),大型企业必须考虑其社会和生态行为。这涉及所有以资本市场为导向的公司。这些公司拥有 500 多名员工,其资产负债表总额超过 2000 万欧元,或总收入超过 4000 万欧元。EHI 表示,60% 接受调查的食品零售企业发布了一份可持续发展报告,其中当然包括降低二氧化碳水平的措施。

因此,许多欧洲国家的商用制冷正在向前发展。与此同时,值得注意的是,这些国家正在制定长期计划。2013 年年中,麦德龙公司决定停止使用含氟气体。自此,只要技术上可行,新的和改造过的系统都使用天然制冷剂。与此同时,欧洲各地有 170 多家商店使用二氧化碳进行中低温应用。最新的例子是麦德龙现购自运奧地利有限公司 (Metro Cash & Carry Österreich GmbH)。它在奥地利城市圣保罗的试点项目包括建造一个零排放批发商店,其中大量使用了可持续材料。批发商店采用无外部热量输入、混凝土核心激活和自然通风的制冷概念。在冬季,利用来自跨临界二氧化碳制冷系统和喷射器的废热进行供暖。所有实施的措施能确保能源需求至少为 115 kWh/㎡ 零售空间。

REWE 集团表示已经在 2008 年启动了一项计划:与 2006 年相比,至 2022 年每平方米零售空间的二氧化碳总排放量将减半。根据其 2017 年最新的可持续发展报告,约 40.3% 的目标已经实现。2009 年 11 月,该贸易公司在德国柏林开设了第一家二氧化碳中性商店。制冷系统使用二氧化碳作为中低温应用的制冷剂,使用丙烷作为即用型柜式装置的制冷剂。供暖系统利用在二氧化碳冷却过程中释放的热量。

2017 年,瑞士东部的米格罗斯公司 (Migros) 更进一步,在瑞士的祖兹威尔镇开设了第一家“能源补给”商店。该项目旨在于建立一个能够满足自身能源需求的分支机构。这是通过一系列措施实现的,包括利用制冷系统的废热,并使用冷藏陈列柜,在 +2°C 至 +4°C 的理想环境温度下,将蒸发温度升高至恒定的 0°C 而无需解冻。这家商店是米格罗斯公司内部 2020 年气候和能源战略的一部分,该战略计划至 2020 年将温室气体排放量减少 20%、用电量减少 10%。作为一个合作贸易集团,艾德卡集团 (Edeka Group) 在许多商店也依赖二氧化碳作为制冷剂。Edeka Regionalgesellschaft Minden-Hannover 最近因其结合使用调制二氧化碳喷射器和制冷剂泵而获奖。该项目在位于索尔陶的一个自助式商店中实施,从而进一步降低了能耗,提高了能效。

除大型超市运营商外,低价超市也使用天然制冷剂。自 2006 年以来,阿尔迪南部公司 (Aldi Süd) 已经为柜体配备了二氧化碳制冷剂或丙烷复合系统。阿尔迪北部公司 (Aldi Nord) 正在使用“水循环”系统对复合系统中的丙烷进行测试,其市场竞争对手历德公司 (Lidl) 于 2009 年开始在整体系统中使用丙烷。冷却装置可直接安装在预制的冷藏陈列柜中,或者作为单独的蒸发器装置安装在冷藏室或冷库中。

由此,商用制冷找到了回归其自然起源的道路。这是一个对未来具有可持续性的发展,最好的结论是:

“尚未找到满足所有上述要求的理想制冷剂,未来可能也无法找到。因此,大家可能必须从一个案例到另一个案例,看到最重要的需求正在得到满足,并尽可能充分利用那些无法满足的需求。”

《制冷手册》“Handbuch der Kältetechnik” (Manual of Refrigeration) 是制冷先驱出版的最广泛、最重要的系列出版物之一。Rudolf Plank 博士(注册工程师)—— 著于 60 多年前!

撰文:Dipl.-Ing.Achim Frommann (注册工程师)