Jäätävää menoa kylmäalalla

Salla Sorokin
Ekologisuuden vaatimus haastaa teollisuusyrityksiä, jotka ovat riippuvaisia jäähdyttävistä prosesseista.

Kylmätekniikka on yllättävän tärkeä nykyisen elintason ylläpidossa. Internet on täysin riippuvainen datasalien jäähdytyksestä. Elintarvikkeiden valmistus, kuljetus ja varastointi vaatii tiukan kylmäketjun. Kodeissa ja ravintoloissa hurisee jääkaappeja, pakastimia ja kylmiöitä. Sisätilojen viilennys parantaa asumisen viihtyvyyttä ja työn tuottavuutta, jäähallit ja luisteluradat tarvitsevat jäähdytystä ja niin edelleen.

Kylmäenergian tuotanto on 2020-luvulla murroksessa monella tavalla. Ilmastonmuutoksen torjunta edellyttää irtautumista vanhoista tavoista ja uusien omaksumista. Kylmäntuotannon ja lämmityksen yhdistävät hybridiratkaisut sekä sähkön kysyntäjousto avaavat uusia kiinnostavia bisnesmalleja. Lainsäädäntö pakottaa uusimaan tekniikkaa ja vanhoja tapoja.

Kylmäenergiaa tehdään poistamalla lämpöenergiaa jäähdytettävästä kohteesta lämpöpumpputeknologian avulla. Prosessiin tarvitaan kylmäainetta ja sen liikuttamiseen työtä eli sähköenergiaa. Kohteessa kylmäaine höyrystyy ja sitoo itseensä lämpöä. Sitten kylmäaine imetään kompressoriin, joka nostaa sen painetta ja lämpötilaa entisestään. Kolmannessa vaiheessa aine viedään lauhduttimeen, jossa se muuttuu takaisin nesteeksi ja luovuttaa lämmön pois. Lauhduttimen jälkeen nesteytynyt kylmäaine virtaa painetta alentavan paisuntalaitteen kautta höyrystimeen ja ympyrä sulkeutuu.

Prosessin energiatehokkuus on monen asian summa. Kompressorin sähkönkulutus ratkaisee paljon. Mitä pienempi ero höyrystymis- ja lauhtumislämpötiloilla on, sitä vähemmän kompressori joutuu tekemään työtä – eli kuluttamaan sähköä. Mitä matalammassa lämpötilassa kylmäaine saadaan lauhtumaan, sitä vähemmällä kompura pääsee.

Yhden celsiusasteen lasku kylmäaineen lauhtumislämpötilassa parantaa lämpökerrointa (COP) noin kolme prosenttia. Vastaavasti yhden asteen nousu höyrystymislämpötilassa parantaa lämpökerrointa kolme prosenttia. Pienilläkin lämpötilaeroilla on siis yllättävän suuri merkitys, varsinkin kun kylmäkoneet puksuttavat usein tauotta vuorokauden ympäri.

Kylmälaitoksen lauhduttimessa syntyvä lauhde-energia päätyy harmillisen usein hukkalämpönä taivaalle – eli käsitellään ikään kuin jätteenä. Viime aikoina hukkalämmön hyödyntäminen on alkanut kuitenkin kiinnostaa aivan uudella tavalla. Motiivina on hiilijalanjäljen pienentäminen, energiaremonttien tuet sekä tietenkin lämpö- ja sähkölaskussa säästäminen. Lämpöpumppujen paraneva tekninen suorituskyky antaa lisää potkua tälle kehitykselle, kun yhä haaleammat lämpötilat voidaan valjastaa hyötykäyttöön.

Lauhdelämpöä voidaan usein hyödyntää suoraan esimerkiksi tilojen lämmitykseen. Hybridiratkaisu vähentää puolestaan suoraan ostolämmön tarvetta. Tulevaisuudessa kylmätekniikka tullaan integroimaan entistä laajemmin osaksi lämmöntuotantojärjestelmiä, eikä näitä kahta ajatella enää erillisinä prosesseina. Hybridilämmitykselle on lupaavat näkymät varsinkin teollisuuslaitoksissa, joissa kylmätekniikkaa on paljon ja energiavirrat ovat suuria. Tarvitaan uutta teknologiaa ja osaamista, jotta lämmön talteenotto onnistuu mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella.

Kylmälaitoksen tärkein tehtävä on toki aina tuottaa riittävä jäähdytysteho, jolla tietty lämpötilataso saadaan pidettyä yllä. Lämmön talteenotto ja muut lisätoiminnot tulevat vasta tämän jälkeen.

Sähkön kysyntäjousto tarjoaa kylmälaitoksille eräänlaisen sivubisnesmallin. Erityisesti elintarviketeollisuudessa ja kaupan alalla on hyvät mahdollisuudet hyödyntää kysyntäjoustoa. Esimerkiksi pakkasvarasto voidaan jäähdyttää edullisen yösähkön aikana hieman tarvittavaa kylmemmäksi. Silloin jäähdytystä tarvitaan vähemmän päivällä, kun sähkö on kalliimpaa. Kompressorit voivat levätä osan päivästä tai toimia pienemmällä teholla.

Osa pakkasvarastoista on hyödyntänyt kysyntäjoustoa jo vuosia. Tulevaisuudessa kylmälaitokset tulevat olemaan yhä useammin osa suurempaa kysyntäjoustokokonaisuutta. Palkinto näkyy sähkölaskussa.

 Myös jäähdytyksessä käytettävät kylmäaineet muuttuvat. Perinteisesti on käytetty paljon HFC-aineita eli fluorihiilivetyjä, joilla on korkea GWP-arvo (global warming potential). Ne ovat siis karkuun päästessään voimakkaita kasvihuonekaasuja. Esimerkiksi R404A-fluorihiilivedyllä GWP-arvo on 3 922. Vertailun vuoksi hiilidioksidin GWP-arvo on yksi. Toisin sanoen kilo R404A-kylmäainetta lämmittää ilmastoa lähes 4 000 kertaa enemmän kuin yksi hiilidioksidikilo. Pahamainen hiilidioksidi on siis kylmäaineena varsin ilmastoystävällinen. Vielä ekologisempi kylmäaine on teollisuuden kylmälaitoksissa käytetty ammoniakki, jonka GWP-arvo on nolla.

Euroopan unionin F-kaasuasetuksen tavoitteena on vähentää HFC-yhdisteiden aiheuttamia päästöjä merkittävästi. Yksi asetuksen ohjauskeinoista on asettaa kiintiöitä HFC-yhdisteiden valmistamiselle ja maahantuonnille. Mitä korkeampi GWP-arvo, sitä enemmän se kuluttaa kiintiötä. Sääntelymekanismi nostaa korkean GWP-arvon kylmäaineiden hintoja ja vaikeuttaa niiden saatavuutta.

Käytännössä asetus pakottaa kylmäalaa vauhdilla kohti ympäristöystävällisiä kylmäprosesseja. Vanhoja kylmäjärjestelmiä joudutaan uusimaan, mikä tarkoittaa isoja saneerauksia tuhansissa kohteissa. Monissa kohteissa voi olla fiksua uusia samalla valaistusta, ilmanvaihtoa ja muuta talotekniikkaa.

Kirjoittaja on kylmätekniikan DI ja myyntipäällikkö, joka auttaa LeaseGreenin teollisuusasiakkaita muuttamaan hukkalämmön hyödyksi.

Takaisin ylös