State-of-the-art Integrated Refrigeration Systems in Supermarkets : An Energy Efficiency Evaluation Based on Field Measurements Analysis and Computer Simulations

Supermarkets have become a vital feature of modern society. However, they have significant impact on the environment due to the large amount of refrigerants needed in the refrigeration system, and due to the large energy use in the supermarket, they are the commercial buildings with highest energy intensity. The largest energy-user in the supermarket is typically refrigeration systems; these systems consume and emit a large amount of high global warming potential (GWP) refrigerants. The impacts of the supermarket refrigeration systems on the environment has been under investigation, mainly in the recent decades. The solution to mitigate these two major impacts of high GWP refrigerant emissions, and high energy use is by building more energy efficient refrigeration systems that use environmentally friendly refrigerants. Refrigeration systems using CO2 as a refrigerant has been emerged and applied as a solution in the recent two decades. This PhD thesis explores methods to increase the energy efficiency of CO2 refrigeration systems in supermarkets. The objective is to present and evaluate technical solutions that make the system competitive with conventional systems in terms of energy, environment, and economics. This thesis focuses on design modifications and energy systems’ integration. This is based on computer simulations and field measurement analysis of a number of CO2 systems installed in Sweden. The conventional HFC solutions, as reference, and alternative cooling and heating systems are included in the comparative performance studies. As the starting point of this PhD thesis, the first study was to benchmark and compare the performance of emerging CO2 systems with conventional HFC systems, which was a completion of results from a previous project. To fulfil this objective, the field performance of five CO2 systems are compared with three HFC-based systems, all installed in Swedish supermarkets. The results show that the newer generation of CO2 systems are mo

Stormarknader har blivit ett viktigt inslag i det moderna samhället. De har emellertid betydande miljöpåverkan på grund av den stora mängden köldmedier som behövs i kylsystemet, och på grund av den stora energianvändningen i stormarknader; de är de kommersiella byggnader som har högst energiintensitet. Den största energianvändaren i stormarknader är vanligtvis kylsystemet; dessa system förbrukar och förlorar en stor mängd köldmedier med hög global uppvärmningspotential (GWP). Effekterna av kylsystemen i stormarknader på miljön har undersökts, främst under de senaste decennierna. Lösningen för att minska dessa två stora effekter, av utsläpp av köldmedium med hög GWP och hög energianvändning, är att bygga mer energieffektiva kylsystem som använder miljövänliga köldmedier. Kylsystem som använder CO2 som köldmedium har utvecklats och använts som en lösning under de senaste två decennierna. Denna doktorsavhandling undersöker metoder för att öka energieffektiviteten i CO2-kylsystem i stormarknader. Målet är att presentera och utvärdera tekniska lösningar som gör systemet konkurrenskraftigt med konventionella system när det gäller energi, miljö och ekonomi. Denna avhandling fokuserar på designändringar och integration i energisystemet utanför butiken. Detta baseras på datasimuleringar och fältmätningsanalyser av ett antal CO2-kylsystem installerade i Sverige. Konventionella HFC-lösningarna (som referens) och alternativa kyl- och värmesystem ingår i de jämförande prestandastudierna. Som utgångspunkt för denna doktorsavhandling var den första studien att jämföra prestandan hos nyutvecklade CO2-system med konventionella HFC-system, vilket var en komplettering av resultat från ett tidigare projekt. För att uppnå detta mål jämförs fältprestanda för fem CO2-system med tre HFC-baserade system, alla installerade i svenska stormarknader. Resultaten visar att den nyare generationen CO2-system är mer, eller lika, effektiva som avancerade HFC-systemlösningar. Viktiga systemparametrar