Unlocking the Heat Recovery Potential of Food Retail Stores

Abstract

På grund av sin höga energi- och köldmedieanvändning har livsmedelsbutiker länge varit av intresse för forskare. Livsmedelsbutiker står för cirka 3-4% av den årliga elanvändningen i industrialiserade länder och energiintensiteten är bland de högsta inom kommersiella byggnader. Upp till 50% av elanvändningen i butiker kommer från kylsystemen. De stora mängder köldmedium som används i butikerna orsakar dessutom betydande direkta koldioxidutsläpp. Fluorerade köldmedier används fortfarande i stor utsträckning, men i egenskap av att vara starka växthusgaser fasas de successivt ut genom olika regelverk, exempelvis EU:s F-gas förordning, och ersätts med mer hållbara alternativ. Koldioxid (CO₂) som köldmedium är ett vanligt alternativ med låg miljöpåverkan för kommersiella kylsystem, och CO₂ boostersystem är idag standard vid nyinstallationer i skandinaviska livsmedelsbutiker. Dessa system har visat sig vara energieffektiva och kan dessutom anpassas för värmeåtervinning och luftkonditionering med en verkningsgrad som är högre än, eller jämförbar med, konventionella värmepumpar.

CO₂-system kan således modifieras till integrerade energisystem, vilka tillgodoser alla termiska energibehov i en livsmedelsbutik. Ofta finns även möjlighet att exportera överskottsvärme eller kyla till andra aktörer i samma eller närliggande byggnader. Med hjälp av fältmätningar, datormodellering och simuleringar utvärderar denna avhandling de tekniska och ekonomiska effekterna av värmeåtervinning i ett antal svenska fallstudier. Dessutom används den svenska databasen för energideklarationer för att ta fram en generell uppskattning av potentialen för värmeåtervinning i svenska livsmedelsbutiker.

Resultaten visar att butiker effektivt kan tillgodose hela sina värmebehov med värmeåtervinning från kylsystemen, med ett säsongsbaserat COP för uppvärmning mellan 3–6. För en genomsnittlig livsmedelsbutik kan detta innebära betydande ekonomiska besparingar på omkring 10 000–15 000 € per år, motsvarande 20–50% av de sammanlagda kostnaderna för livsmedelskyla och uppvärmning, jämfört med ett system baserat på fjärrvärme. Med lämpliga styrstrategier kan dessutom överskottsvärme exporteras och säljas till fastighetsägare, vilket skapar ytterligare ekonomiska vinster om 7-35%. På nationell nivå uppskattas potentialen för värmeåtervinning till 670-1840 GWh/år, beroende på grad av värmeexport, vilket motsvarar 1.0-2.5% av Sveriges totala värmebehov. Värmeåtervinningen uppnås till ett säsongsbaserat COP om 4-5.

Tidigare forskning visar dock att denna potential i stor utsträckning är outnyttjad, vilket tyder på ett gap mellan möjlig och faktisk energieffektivitet. Syftet med denna doktorsavhandling är att undersöka detta gap, identifiera dess bakomliggande orsaker och föreslå åtgärder för att överbrygga det. Genom kvalitativa studier baserade på platsbesök, möten, informella intervjuer och workshops, identifieras flera betydande barriärer till värmeåtervinning. Dessa omfattar bland annat delade ekonomiska incitament, begränsad tillgång till kapital, osäkerhet och bristande information samt avsaknaden av tillgängliga affärsmodeller. Fallstudierna visar också att livsmedelsbutiker har mycket varierande förutsättningar när det gäller storlek, geografiskt läge, tekniska system, organisationsstruktur, angränsande byggnader samt typer av hyresavtal. Avhandlingen tar hänsyn till denna variation och föreslår riktlinjer för värmeåtervinningslösningar och lämpliga affärsmodeller anpassade efter olika förutsättningar. Dessa riktlinjer bygger på det som identifieras som bästa praxis inom dagligvaruhandeln, baserat på observationer från fallstudierna.

De viktigaste faktorerna för att övervinna hindren är standardiserade samarbetsavtal mellan livsmedelsbutiker och fastighetsägare, mer systematisk energihantering, lättillgängliga affärsmodeller samt alternativa finansieringslösningar, exempelvis genom tjänstefiering. Fyra affärsmodeller föreslås för lämpliga hyresavtal och tekniska system. Affärsmodellerna analyseras i simuleringar såväl som i operationella livsmedelsbutiker. Vid kallhyra kan exempelvis en butik som genom ett modifierat kylaggregat tillgodoser alla sina värme- och kylbehov realisera besparingar om 14 000 €/år, motsvarande 49% av de kombinerade kostnaderna för uppvärmning och livsmedelkyla. Å andra sidan kan en sälj-och-köp-tillbaka-modell motverka delade ekonomiska incitament vid varmhyra, vilket uppskattas resultera i ekonomiska besparingar om 6400 €/år och 2300 €/år för livsmedelsbutik respektive fastighetsägare, motsvarande 36% respektive 9% av energikostnader.

Sammanfattningsvis belyser denna avhandling den stora men underutnyttjade potentialen för värmeåtervinning i livsmedelsbutiker med CO₂-baserade kylsystem. Resultaten kan användas av både livsmedelsföretag och fastighetsägare för att uppskatta möjliga energi- och kostnadsbesparingar i enskilda projekt, men också som underlag för klimatmål och politiska beslut på samhällsnivå. De föreslagna lösningarna kan bidra till energiomställningen genom att minska koldioxidutsläppen från både uppvärmnings- och kylsektorn samt från dagligvaruhandeln.

Link to DiVA