Energieeinsparung bei der Obstlagerung

Transkript

1 KOB Energieeinsparung bei der Obstlagerung KOMPETENZZENTRUM OBSTBAU - BODENSEE D Ravensburg-Bavendorf Josef Streif Daniel Neuwald Dominikus Kittemann

2 Entwicklung der Strompreise in Deutschland (Privat-Haushalte) % Anstieg bezogen auf das Jahr 2000 (=100%) JAHR 2000 : 13,94 Strompreis Brutto je kwh 2004 : 17,96 Strompreis Brutto je kwh 2008 : 21,65 Strompreis Brutto je kwh 2012 : 25,74 Strompreis Brutto je kwh

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4 Wärmebelastung eines Apfellagerraums (Osterloh, 1996) ~16% ~6% Abkühlung bei Einlagerung Atmungswärme ~8% gelagerter Äpfel ~70% Wärmeeinfall durch gedämmte Wände sonstige

5 Maßnahmen zur Energieeinsparung bei der Obstlagerung 1) Technische und bauliche Maßnahmen, die eine effiziente Wärme/Kälte-Nutzung ermöglichen 2) Lager-strategische Maßnahmen, die zusätzlich zur tiefen Temperatur die Fruchtreife im Lager hemmen (CA-Lagerung, usw.)

6 Technische und bauliche Maßnahmen Isolierung/ Dämmung (Boden, Wände, Decke) Kältebrücken vermeiden Kältemaschine (Abwärmenutzung) Abtauen der Verdampfer Ventilatoren/Luftführung CO 2 -Adsorber, N 2 -Generator

7 Wärme/Kälte-Dämmung (Isolierung) der Lagerhülle Eine gute Raumisolierung ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Erhaltung der Fruchtqualität bei sparsamem Energieverbrauch -verringerte Wärmeübertragung zwischen gekühltem Raum und Außenluft -reduzierte Laufzeit der Kälteanlage -reduzierte Wasserverluste der eingelagerten Äpfel Empfohlene Isolierstärken: 120 mm Paneele an den Wänden 140 mm Paneele an der Decke wenn möglich Isolierung der Böden Bodenisolierung bringt neben Energieeinsparung vor allem eine Verbesserung der Qualität bodennaher Früchte (geringerer Wasser- und Festigkeitsverlust

8 Kältebrücken vermeiden Unterbrochene Kältebrücke am Türrahmen

9 Kältebrücken führen zu Kälteverlust und starker Kondenswasserbildung U-Profil auf der Bodenplatte Schlecht isoliertes Kontrollfenster in der Lagertüre

10 Die Kühlung von Obstlagerräumen: direkte Kühlung indirekte Kühlung 12 Der Verdampfer kühlt direkt in einem den Vorratsspeicher Lagerraum ein Glykol- Wasser- Direkte Indirekte Kühlung: Gemisch, das durch den Lagerraum gepumpt wird und den Raum kühlt Glykol-Wasser-Gemisch Expansions - ventil Wärmetauscher mit Ventilator Kältetauscher Verdampfer Kältemittel z.b. R22, R134, R404a... Verdampfer Flüssigzone Wärmestrom vom Kondensator an Außenluft Dampfzone Wärmestrom vom Kühlgut zum Verdampfer Verdichter (Kondensator) Kompressor Direkte Kühlung: - geringere Investitionskosten - höhere Entfeuchtung KÜHLRAUM Indirekte Kühlung: -höhere Investitionskosten (~20-25%) -Energieverbrauch z.t. höher - Höhere Luftfeuchte im Lagerraum

11 Möglichkeiten zur Energieeinsparung im Bereich der Kälteanlage Problem: Bei Einlagerung/Lagerbeginn 100% Auslastung der Kältemaschine, dann ca. 30% Auslastung (Kapazität der Kältemaschine ist auf den Spitzenbedarf ausgelegt!) -Richtige Dimensionierung sowie Abstimmung der Kälteanlage (z.b. Leistung der Kompressoren ~180 Watt/to Verdampfergröße~ 2 m 2 /to) - Ventilation optimieren (Leistung ~40-60 faches Leerraumvolumen/h) - Auf gute Luftführung im Lager achten (Stapeln!) - Verwendung stromsparender Ventilatoren - Nachlaufzeit der Ventilatoren optimieren - Abschotten der Verdampfer/Ventilatoren um Luftzirkulation zu verbessern - Dauerlauf der Ventilatoren nur wenn unbedingt notwendig -ausreichende Dämmung (> 120 mm, evtl. auch Bodendämmung) - Nutzung der Abwärme

12 Richtige Abstimmung der Kälteanlage Kontrolle der Kühltakte und Laufzeiten (Kühltakte ca. 20/Tag; Laufzeit der Kälteanlage bei 180 Watt/to nicht mehr als 4-6 h/tag) Abtauwassermessung Wasserabgabe innerhalb gewisser Grenzen notwendig (~0,2-0,5% Gewichtsverlust/Monat = 3% während Gesamtlagerzeit) zur Verminderung von physiologischen Erkrankungen z.b. Schalenbräune: z.b. bei Elstar ca. 3-4 Liter/t + Monat Jonagold ca. 2 Liter/t + Monat

13 Nutzung der Abwärme mittels Wärmetauscher Heißwasser Verdampfer Gasförmiges Kältemittel Kompressor Flüssiges Kältemittel Kondensator Kaltwasser

14 Nutzung der Abwärme mittels Wärmetauschern Wärmetauscher Brauchwasser Heizung Plattenwärmetauscher Kondensator direkt im Raum

15 Verbesserte Luftführung im Lager produktgerechte Wärmeabfuhr verbesserte Wirkung der Kälteanlage verbessertes Raumklima (Temperatur und Luftfeuchte!) Schlechte Luftführung VerbesserteLuftführung durch Luftleitblech und Abschotten der Verdampfer 1 2 Versuch: Abkühlen von Frucht 1 (an Türe) sowie Frucht 2 (unter Verdampfer) während 26 Stunden bei Einlagerung von 14 C auf 3,1 C (Frucht 1) bzw. 7,1 C (Frucht 2)

16 Maßnahmen zur Verbesserung der Luftführung Luftleitblech (Spoiler) Stapelplan beachten! Abschotten der Verdampfer

17 Abtauen der Verdampfer Vereisung behindert den Wärmeaustausch zwischen Verdampfer und Raumluft Wirkungsgrad der Anlage sinkt (Energieaufwand steigt) Soll- Temperatur kann nicht mehr erreicht werden (Laufzeiten stark verlängert) Möglichkeiten zum Abtauen der Verdampfer: (rot: sehr energieaufwendig grün: sparsam) 1 Elektrische Abtauung: => effizient aber energieaufwendig z.b. bei Verdampfer mit 25 KW Leistung und dt= 6 K, ~ 12 KWh/ Tagfür Abtauheizung 2 Lüfternachlauf: => günstige Variante, aber nur bis ca. 0,5 C möglich Lüfter läuft bei abgeschaltetem Verdampfer ca Minuten nach 3 Heißgasabtauung:=> energetisch günstig, aber höherer technischer Aufwand + anfälliger)kurzzeitige Umkehrung des Kältekreislaufes heißes Kältemittel wird kurzzeitig in den Verdampfer gepumpt 4 Wasserabtauung: => energetisch am günstigsten, aber rel. hohe Investitionskosten Warmwasser wird durch Abwärme am Kondensator erzeugt und zum Abtauen der Verdampfer verwendet

18 Kann beim CO2- Adsorbern Energie gespart werden? Technisch wenig Einsparpotential vorhanden. Entscheidend: richtige Einstellung und Dimensionierung Wartung der Anlage (Aktivkohle darf nicht feucht werden) Bei niedrigen CO 2 -Sollwerten nimmt die Adsorberlaufzeit exponentiell zu, daher CO 2 nicht tiefer als notwendig reduzieren Bei sehr niedrigen CO 2 -Konzentrationen den Adsorber durch Zugabe von Kalkhydrat entlasten N 2 -Generatoren: N 2 - Generatoren - Separatoren PSA-Technik (Druckwechsel-Adsorption) energetisch günstiger als Hohlfaser (Membran) Separator-Technik VPSA- Generatoren nutzen sauerstoffärmere Lagerluft und sind daher energetisch noch sparsamer (bis zu 30% )

19 Lagerstrategische Maßnahmen zur Energieeinsparung durch Verlangsamung der Fruchtreife Vorkühlung der Früchte (Nutzen tiefer Nachttemperaturen) Stapelplan konsequent umsetzen Türen bei laufender Kälteanlage schließen Konsequente ULO- Lagerung (1% O 2 für nahezu alle Sorten möglich) DCA-Lagerung ist die intensivste Form der ULO-Lagerung - vermindert die Fruchtatmung (Atmungswärme) - kompensiert höhere Temperaturen CO 2 ist eine Reifebremse und sollte nicht tiefer als notwendig abgesenkt werden. Adsorber-Laufzeiten werden reduziert Anwendung von SmartFresh erlaubt eine Lagerung bei höheren Temperaturen (~2 C höher) als üblicherweise empfohlen. Dazu sind die Anwendungs- Empfehlungen für SmartFresh aber korrekt einzuhalten: Richtiger Erntetermin; schnelle Behandlung der Früchte nach der Ernte

20 Energieeinsparung durch Lagerung bei höheren Temperaturen in Kombination mit dem Einsatz von SmartFresh Versuchs-Ergebnisse

21 Einfluss verschiedener Temperaturen auf die Fruchtfleischfestigkeit von Elstar mit und ohne SmartFresh (1-MCP) Frucht tfestigkeit (kgxcm 2 ) ohne MCP ohne MCP ohne MCP mit MCP mit MCP Mit MCP Bei Anwendung von SmartFreshist es für die Erhaltung der Fruchtfestigkeit bis 10 Wochen im Lager ohne Bedeutung, ob die Äpfel bei hoher oder tiefer Temperatur gelagert wurden. Wie groß ist dabei die mögliche Einsparung des Energieverbrauchs?

22 Lager mit Verbund-Kälteanlagen (Praxisversuche): Berechnung des Energieverbrauchs eines CA-Lagers durch Summierung des Verbrauchs der einzelnen Lager-Aggregate errechnet aus Laufzeiten x Stromaufnahme oder: Kühlung+ Kondensator Ventilatoren CO 2 -Adsorption Abtauung

23 Lagerräume mit jeweils eigener Kältemaschine (KOB): Direkte Erfassung des Verbrauchs der einzelnen Aggregate von jedem Lager ULO Vent.; ULO Def.; DCA Vent.; DCA Def. MCP Vent.; MCP Def.; Komp. 3; Komp. 4 Abtau-Wassermessung VersuchsLager Kondensator Erfassung des Stromverbrauchs

24 Praxisversuche 2008/09 und 2009/10 mit Gala Äpfeln (OGM-Oberkirch, Lager mit Verbundanlage) Grokisten a 300 kg Anzahl Herkünfte Lagerdauer (Monate) mit SmartFresh ohne SmartFresh 2009/10 mit SmartFresh ohne SmartFresh alle 6 Wochen erfolgten alle 6 Wochen erfolgten Reife- und Qualitätsanalysen

25 Energieverbrauch und Kosten für kommerzielle CA-Lagerung von Gala während 5,5 Monaten bei verschiedenen Temperaturen mitund ohnesmartfresh(1-mcp) ( jeweils210 t / ~700 Großkisten) Energiever rbrauch (kwh) Gesamte Energiek kosten ( ) ULO bei 1,5 C ULO+MCP bei4 C Ventilation Abtauung CO2-Adsorption *Berechnet mit 11,2 Cent/kWh b e i 4 C, m i t M C P b e i 1, 5 C, o h n e M C P Differenz: 35%

26 Wird die Qualität der Äpfel durch MCP+höhere Lagertemperatur negativ beeinflusst? Fruchtf festigkeit (kg/cm 2 ) Sä äuregehalt (g/l) NEIN: In beiden Versuchsjahren waren Fruchtfestigkeit und Säuregehalt nach 5 Monaten Lagerung plus Nachlagerung leicht besser. Ebenso waren die Gewichtsverluste etwas vermindert. Bei Verkostung wurden die behandelten Früchte etwas besser bewertet Wochen im CA-Lager plus 10 Tage Nachlagerung bei 20 C Säuregehalt: in 1,5 C, ohne MCP Säuregehalt: in 4 C, mit MCP Fruchtfestigkeit: in 1,5 C, ohne MCP Fruchtfestigkeit: in 4 C, mit MCP Consumer judgement (1:very bad 5: very good) Bewertung (1=sehr schlecht; 5=sehr gut) /09 Geschmack Taste Texture Wiederkauf Repeat Buy at 1.5 bei 1,5 C C, without ohne SmartFresh at 4.0 bei 4,0 C C, with mit SmartFresh

27 Praxisversuch 2011/12 mit Jonagold (BayWa-Ailingen) Sorte: Jonagold Herkünfte: 3 Lagerbedingungen: Raum 14: ULO, 1,4 C ohne MCP Raum 16: ULO, 3,3 C mit 1-MCP Auslagerung : (+ 7 Tage Nachlagerung bei 20 C) Festigkeit Nachlagerung ( ) Fruchtfleischfestigkeit [kg/cm²] C 3 C 1 C 3 C 1 C 3 C ohne MCP mit MCP Betrieb 1 Betrieb 2 Betrieb 3

28 Versuche am KOB 2010/11: Vergleich von drei Lagerverfahren mit jeweils 11 t Lagerkapazität nach 7 Monaten Lagerdauer Lager 7 ULO Lager 8 DCA Lager 9 ULO + MCP %O 2 + % CO 2 1,0 + 3,0 0,6 + 1,5 1,0+3,0 Temperatur C Gesamt kwh 1790 kwh 1514 kwh 386 kwh Gesamt-Kosten (kwh~15 Cent) Gewichtsverlust % 4,6 3,4 3,0 (in 209 Tagen Mittelwert von Jonagold, Topaz, Pinova und Golden Delicious) Energie-Verbrauch Energy consumption (relativ zu Raum 7, (%) ULO = 100%) ,8 36,8 Raum Room 7 ULO Raum Room 8 DCA Raum Room 9 MCP

29 Wiederholungsversuch im Folgejahr 2011/12 Vergleichvon dreilagerverfahren (mitwechselder Räume): mit jeweils 11 t Lagerkapazität nach 7 Monaten Lagerdauer Lager 7 DCA Lager 8 ULO Lager 9 ULO + MCP %O 2 + % CO 2 0,6 + 1,5 1,0 + 3,0 1,0 + 3,0 Temperatur C Energie-Verbrauch (relativ zu Raum 7, ULO = 100%)

30 Warumwarendie Ergebnissein den beidenversuchsjahrenso unterschiedlich? Kühlraum Lagerhalle- -Sortierraum Raum 7 Raum 8 Raum 9 Lagerhall le-außenwand Lagerhalle-Gang Der mittlere Raum ist von der Kühlung bevorzugt, da er 3 kalte Wandseiten (+ Türe) hat. Dies hat einen Einfluss auf die Laufzeiten der Kälteanlage!!!

31 Zusammenfassung: Maßnahmen zur Energieeinsparung Technische/ bauliche Maßnahmen Richtige Dimensionierung der Kälteanlage Nutzung der Abwärme (z.b. Wärmetauscher) Stromsparende Ventilatoren auf gute Luftführung achten (Stapelplan!!!) Verschmutzte Verdampfer bzw. Kondensatoren reinigen Ausreichende Dämmung Bodenisolierung Wahl des Abtauverfahrens Richtige Dimensionierung und Wartung des CO 2 -Absorber /N 2 -Generators Lagerstrategische Maßnahmen Vorkühlen der Früchte Türen schließen konsequente ULO- Lagerung CO 2 nicht tiefer als notwendig Erhöhung der Temperatur bei ULO-Lagerung um ~0,5 C SmartFresh+ Kühllagerung als Alternative zu ULO Lagerung bei höheren Temperaturen + SmartFresh/ (DCA?)

32 Vielen Dank für Ihr Interesse!