The art of air blast freezing: Design and efficiency considerations

The second part of the experiment was to test effects of fan
speed control on both freezing time and energy use. Tests for three
fan schedules were performed:
Trial 1
all 3 fans come to full speed within 45 min. After 3.5 h, the fans are
slowed to 75% speed for the remainder of the freezing period.
Trial 2
fans came to full speed slightly faster than trial 1. Fan speed was
halved after 7 h. Of these two trials, the first saved more energy and
would be the preferred option.
Trial 3
the three fans started at 30 min intervals. After 4 h the centre fan
was switched off, reducing fan power by 1/3. This method does not
require the use of VFDs.
The results for the three trials are shown on
Table 4
. Trial 1
performed the best reducing the maximum freezing time by an
hour (8%) and reduced total energy use by 22%, based on the room
performance prior to modifications.
13. Energy usage and best practice guide for blast freezing
Air blast freezing consumed 8.1 GWh of electricity in New Zealand
in 2005
[45]
and is the most energy intensive operation in the frozen
storage industry. Apparent energy use for blast freezing was calcu-
lated as 133 kWh/tonne from regression analysis. This is 50% higher
than the predicted value from theoretical best practice consider-
ations. The New Zealand Cold Storage Industry identified blast
freezing as an area where a 15% saving could be achieved for many
sites, particularly related to reduction in fan power due to improved
air flow design. Comparison with overseas survey results showed the
NZ use was similar on average. If all facilities surveyed met the
theoretical best practice energy consumption limit for blast freezing,
this would represent an average energy saving of 33% per tonne of
blast frozen product. This figure is supported by a survey on energy
efficiency of food refrigeration operations funded by the UK
Government Department for Environment, Food and Rural Affairs
(defra), who identified blast freezing as an area where a 20e30%
energy saving could be achieved
[46]
. The New Zealand survey
covered 13 sites that carried out blast freezing and recorded data over
the duration of at least one year. These sites have a wide range of
refrigeration systems from multi-stage pump circulation ammonia to
single-stage direct expansion fluorocarbon systems. The most
common refrigerant was ammonia, used at 71% of the sites.
The following measures were identified as potential energy
saving solutions:
 Reduce discharge pressure set points
 Raise suction pressure set points
 Variable speed drives (VSD’s) for fans
 Improved door protections and management
 Optimise defrost frequency and duration
Other measures to improve blast freezing efficiency include:
 Improve air
flow design to reduce fan power for the same
effective air velocity over the product, e.g. use of air turning
vanes, flat inlet and outlet cones, baffles to prevent air flow
short circuiting away from the product
 Increase the time available to freeze the product so can operate
the freezer at lower air velocities and higher air temperatures
 Once freezing is completed, reduce fan speeds and increase
temperature set points to storage temperature until unloading
can occur
 Load product so that the air
flow distribution remains uniform
throughout the freezer
 Defrost coils a short period of time after loading a batch freezer
so that the coils operate lightly frosted for most of the time
Declining profit margins are forcing cold storage companies to
employ energy savings initiatives, load management strategies and
more efficient technologies. The most common energy saving
measure is the use of off-peak electricity. Variable speed drives
(VSDs) on compressors and blast freezer fans were identified as the
most easily implemented energy saving new technology. Ambient
air defrost systems are becoming more common rather than water
or hot gas.
Table 5
summarises the findings of a report on best practise
guide to industrial refrigeration produced by Sustainability
Victoria
[52]
. The report emphasised taking the “whole-system”
approach when designing new systems as this presents the
greatest opportunity to incorporate energy efficiency throughout
the whole process, unhindered by the constraints that may be
posed by existing equipment. The whole-system approach entails
considering the system operation as a whole rather than just
focusing on individual components as each component has flow-
on effects that impact on other components, and therefore the
efficiency of the system as a whole. The report recommends the
use of a control system that is responsive to the compressor head
pressure. Electronic expansion valves should be used where
possible and have their controls linked to the head pressure
control system.
Table 3
Effect of baffling on blast freezer cell
[32]
.
Max. time
Min. time
Difference
Fan energy
(kWh)
Total energy
(kWh)
Unbaffled
12.5
8.7
3.8
282
1054
Baffled
10.6
9
1.6
266
924
Difference
1.9
L0.3
2.2
16
130
Table 4
Results (averages) for fan loading trials
[32]
.
Max. time
Min. time
Difference
Fan energy
(kWh)
Total energy
(kWh)
Trial 1
11.4
7.9
3.5
151
819
Trail 2
11.4
7.4
4
167
873
Trial 3
11.9
7.4
4.5
197
847
Table 5
Potential energy savings for industrial refrigeration systems
[52]
.
Method
Potential saving
(energy, unless stated otherwise)
Electronic expansion valves
20%
VSD on compressor motors
20%
VSD condenser fans
2e3% of total refrigeration cost
Reduced temperature lift
3e4% improvement for 1

C reduction
Conversion from liquid injection
to external oil coolers
Over 3%
Refrigeration system replacement
If over 10 years old
Up to 30e40%
Refrigerant selection
3e10%

tải về 1.05 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: