Skuteczne zarządzanie bilansem energetycznym w magazynie

Magazyny zużywają ogromne ilości energii. Od oświetlenia, poprzez ogrzewanie, aż po zasilanie sprzętu – wszystko to jest niezbędne do utrzymania produktywności, a rachunki za energię stanowią jedno z największych obciążeń finansowych obsługi magazynu. W długoterminowej perspektywie, koszty nośników energii nadal będą wzrastać – zarówno w wyniku sytuacji geopolitycznej, jak i nowych regulacji. Nowy system handlu emisjami EU ETS2, który ma zostać wkrótce wprowadzony i osiągnie pełną operacyjność w 2027 roku, obejmie także sektory budownictwa i transportu drogowego, co spowoduje wzrost cen dla konsumentów.

Musimy również pamiętać o inicjatywie Fit for 55, uruchomionej przez Komisję Europejską, której celem jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz przeciwdziałanie zmianom klimatu w Unii Europejskiej. Program ten zakłada redukcję emisji o co najmniej 55% do 2030 roku w stosunku do poziomów sprzed 1990 roku i osiągnięcie do 2050 roku neutralności klimatycznej. Nowy pakiet klimatyczny obejmuje 13 projektów regulacji, w tym wymieniony wcześniej system ETS 2 rozszerzający handel emisjami, a także dyrektywę EPBD potocznie nazywaną dyrektywą budynkową.

W długoterminowej perspektywie, koszty nośników energii nadal będą wzrastać – zarówno w wyniku sytuacji geopolitycznej, jak i nowych regulacji. 

Dyrektywa ta stawia wymóg, by nowo budowane obiekty niemieszkalne od 2030 roku były zeroemisyjne, a do roku 2040 wszystkie kotły na paliwa kopalne zostały wycofane z użycia.

Optymalizacja zużycia energii

Jedną z kluczowych strategii, którą można zastosować zarówno w nowo budowanych obiektach, jak i istniejących magazynach, są systemy zarządzania energią. Już samo wprowadzenie systemów pomiaru i monitoringu pozwala na pełną analizę zużycia energii w budynku oraz funkcjonowania poszczególnych elementów automatyki. Dane pozyskane z pomiarów pomagają w zidentyfikowaniu trendów i wzorców, ale także rozpoznaniu anomalii w pracy urządzeń, czy identyfikację tych, które działają nieefektywnie. To z kolei jest pomocne zarówno przy podejmowaniu decyzji o wymianie lub naprawie urządzeń, jak i optymalizacji zużycia energii i kosztów działalności. Warto pamiętać, że tego rodzaju systemy umożliwiają także efektywne monitorowanie emisji CO2 związanej ze zużyciem energii w halach magazynowych i produkcyjnych. Taka funkcjonalność wspiera przedsiębiorstwa w działaniach z obszaru ESG i ochrony środowiska.

Modernizacja systemu oświetlenia

Oświetlenie odpowiada średnio za około 65% kosztów energii w magazynach. W obiektach, gdzie nadal używane są tradycyjne świetlówki, warto rozważyć ich zastąpienie nowoczesnymi lampami LED. Cechują się one dłuższą trwałością i wyższą efektywnością, zapewniają lepsze oświetlenie w porównaniu do starych świetlówek i lamp fluorescencyjnych, a przede wszystkim mogą przynieść oszczędności w zużyciu energii sięgające nawet 80%. Dziś wszystkie nowo realizowane obiekty magazynowe klasy „A” są standardowo wyposażone w oświetlenie LED, a większość starszych obiektów przechodzi modernizacje obejmujące wymianę starych opraw oświetleniowych.

W okresie grzewczym w obiektach magazynowych często dochodzi do zjawiska warstwowania się powietrza, które może podnieść koszty ogrzewania nawet o 25%. 

Rozważając kolejne kroki w optymalizacji kosztów energii, warto wziąć pod uwagę system zarządzania oświetleniem. W wielu przypadkach okazuje się, że istnieją obszary, w których nie jest konieczne ciągłe sztuczne oświetlanie. Wyłączenie go w tych przestrzeniach i maksymalne wykorzystanie światła dziennego to prosty i bez kosztowy sposób na ograniczenie zużycia energii. Nowoczesne systemy sterowania umożliwiają precyzyjne zarządzanie oświetleniem w określonych obszarach magazynu, takich jak np. alejki między regałami. Inwestycja w automatyczne czujniki może obniżyć koszty oświetlenia nawet o 30% lub więcej. Na rynku dostępne są m.in. czujniki obecności, które wykrywają ruch i automatycznie zarządzają oświetleniem czy tzw. fotokomórki, regulujące poziom sztucznego oświetlenia w odpowiedzi na dostępną ilość światła dziennego. Musimy jednak pamiętać, że typowe obiekty magazynowe posiadają jedynie od 2% do 4% świetlików w stosunku do powierzchni dachu. Oznacza to ograniczone możliwości redukcji sztucznego oświetlenia, dlatego w nowo projektowanych obiektach warto rozważyć zwiększenie ilości świetlików lub zastosowanie pasów świetlnych. Osiągnięcie parametru powierzchni przeszklonej na poziomie 12,5%, może znacząco zmniejszyć potrzebę doświetlania powierzchni magazynowej w ciągu dnia, co nie tylko przyśpiesza zwrot z inwestycji, ale także korzystnie wpływa na samopoczucie i komfort pracowników.

Ogrzewanie

Duża części energii w obiektach magazynowych jest wykorzystywana na ogrzewanie. Magazyny wysokiego składowania są projektowane z uwzględnieniem temperatury 15,9°C, co wynika z możliwości zastosowania mniej rygorystycznych wymagań dotyczących izolacyjności termicznej przegród zewnętrznych przy temperaturze poniżej 16°C. Wyższe temperatury projektowe wymagają zastosowania bardziej rygorystycznych parametrów izolacyjności dla ścian zewnętrznych i dachu. Jednocześnie często spotykam się sytuacją, kiedy temperatura w magazynie w okresie grzewczym przekracza 20°C, podczas gdy każdy dodatkowy stopień ogrzania kubatury powietrza wiąże się z bardzo wysokimi kosztami. Optymalna temperatura zapewniająca komfort pracy to około 16°C, którą w przypadku intensywnej aktywności fizycznej można obniżyć nawet do 13°C. Gdy w magazynie przechowywane są towary rzadko rotujące, a pracownicy nie przebywają w nim stale, możliwe jest obniżenie temperatury do 6°C, co jest wystarczające, aby zapobiec zamarzaniu wody w instalacjach tryskaczowych i hydrantowych.

Dane pozyskane z pomiarów pomagają w zidentyfikowaniu trendów i wzorców, ale także rozpoznaniu anomalii w pracy urządzeń, czy identyfikację tych, które działają nieefektywnie.  

Pompy ciepła

W większości obiektów magazynowych stosuje się ogrzewanie promiennikami gazowymi. Energia cieplna uzyskiwana jest dzięki spalaniu gazu w rurach promieniujących oddających ciepło. Choć ogrzewanie promiennikowe jest jednym z najefektywniejszych rozwiązań stosowanych w obiektach logistycznych i magazynowych, to jednak opiera się na paliwach kopalnych, co uniemożliwia osiągnięcie zeroemisyjności obiektu. Alternatywnym rozwiązaniem są powietrzne pompy ciepła, które wykorzystują energię cieplną pobraną z powietrza znajdującego się na zewnątrz budynku. Pompy ciepła mogą efektywnie ogrzać obiekt magazynowy, jednak istnieją okresy, w których ich wydajność się zmniejsza – dzieje się tak, kiedy temperatura na zewnątrz spada do kilkunastu stopni poniżej zera. Przy projektowaniu nowych lub przebudowie starszych obiektów magazynowych, warto rozważyć obniżenie temperatury projektowej np. do 12°C. Zabieg ten pozwala na ograniczenie kosztów inwestycji, która często zwraca się w ciągu 5 lat. Jeśli jednak obniżenie temperatury podczas ekstremalnych mrozów nie jest możliwe, można zastosować dodatkowe źródła ciepła wspomagające działanie pomp. Montaż pomp ciepła jest możliwy zarówno w nowych, jak i istniejących obiektach, choć w przypadku starszych magazynów konieczne może okazać się wzmocnienie dachu.

Efektywne zarządzanie ciepłem i wentylacja

W okresie grzewczym w obiektach magazynowych często dochodzi do zjawiska warstwowania się powietrza, które może podnieść koszty ogrzewania nawet o 25%. Efektywnym rozwiązaniem jest zastosowanie wentylatorów destratyfikacyjnych. Zainstalowanie wysokiej jakości wentylatorów o dużej wydajności i niskiej prędkości, to świetny sposób na regulację przepływu ogrzanego powietrza w całym magazynie. Wentylatory zapobiegają gromadzeniu się ciepłego powietrza pod dachem, kierując je w stronę posadzki magazynu i zmniejszając tym samym potrzebę dodatkowego ogrzewania. Często niedocenianym aspektem w projektowaniu magazynów, który w sposób znaczący wpływa na straty energii, jest system wentylacji. W standardowych obiektach magazynowych, które są projektowane na 0,5 wymiany powietrza na godzinę do wysokości 4 metrów od poziomu posadzki, tracimy ogromne ilości ogrzanego powietrza. Dla magazynu o powierzchni 5 tysięcy mkw. jest to 10 000 m3 odprowadzanego już ogrzanego powietrza z obiektu do atmosfery. Wentylacja w obiektach magazynowych realizowana jest poprzez napływ powietrza przez nieszczelności obiektu magazynowego i odprowadzenie go poprzez wentylatory zainstalowane w połaci dachu. Prosta wentylacja grawitacyjna wspomagana wentylatorami dachowymi jest standardem na polskim rynku magazynów wysokiego składowania od 20 lat. Tymczasem alternatywą, zarówno w nowych, jak i istniejących obiektach, jest zastosowanie urządzeń, które pozwalają na rekuperację i znacznie zwiększają efektywność energetyczną magazynu. Inwestycja polega na wymianie wentylatorów dachowych na centrale wentylacyjne wyposażone w rekuperatory, pozwalające na odzysk energii termicznej z wytłaczanego powietrza, która jest następnie wykorzystywana do ogrzania świeżego powietrza. Wymienniki ciepła, które są kluczowym elementem rekuperatorów, zapewniają skuteczną wymianę termiczną, a odpowiednio zaprojektowane kanały powietrzne, oddzielające strumienie powietrza, pozwalają na efektywny transfer ciepła bez mieszania się strumieni.

Należy regularnie kontrolować stan techniczny uszczelnień bram fartuchowych, które chronią przed wpływami atmosferycznymi podczas przeładunku.

Poprawa szczelności doków

Kolejnym integralnym elementem poprawy efektywności obiektu jest zwiększenie szczelności, w szczególności przy dokach załadunkowych, gdzie dochodzi do największych infiltracji powietrza z zewnątrz. Utrzymanie stabilnej temperatury w strefach przeładunkowych jest niezwykle ważne zarówno dla ograniczenia zużycia energii, jak i zapewnienia komfortu pracowników narażonych na nagłe zmiany temperatur. Można to osiągnąć przez zastosowanie prostych uszczelnień szczotkowych, osadzonych w kątownikach hydraulicznych pomostów przeładunkowych, zapewniając tym samym izolację termiczną. Ważną kwestią jest również odpowiednie zarządzanie użytkowaniem bram dokowych, które powinny być otwierane wyłącznie podczas dokowania samochodów ciężarowych i tylko na czas przeładunku. Dodatkowo, należy regularnie kontrolować stan techniczny uszczelnień bram fartuchowych, które chronią przed wpływami atmosferycznymi podczas przeładunku. Warto również rozważyć zastosowanie pneumatycznych uszczelnień dokowych, które, mimo że są kosztowne i wrażliwe na uszkodzenia mechaniczne, zapewniają całkowitą szczelność poprzez nadmuchiwanie specjalnych poduszek otaczających zaparkowany pojazd. To rozwiązanie jest szczególnie przydatne w magazynach wymagających utrzymania określonych reżimów temperaturowych.

Szczelność obiektów magazynowych

W przypadku nowo powstających obiektów warto zwrócić szczególną uwagę na szczelność budynku, określaną również jako szczelność obudowy. Definiowana jest ona jako odporność na przenikanie powietrza do wnętrza lub na zewnątrz budynku poprzez niezamierzone punkty lub obszary nieszczelności w jego strukturze. Nieszczelności w budynku można wykrywać i eliminować, niestety badanie szczelności magazynów za pomocą testu Blower Door nie jest jeszcze w Polsce powszechnie stosowaną praktyką, choć stanowi ono ważny krok w procesie planowania optymalnej przepuszczalności powietrza i osiągnięcia wysokiej efektywności energetycznej obiektu.

Osiągnięcie parametru powierzchni przeszklonej na poziomie 12,5%, może znacząco zmniejszyć potrzebę doświetlania powierzchni magazynowej w ciągu dnia, co nie tylko przyśpiesza zwrot z inwestycji, ale także korzystnie wpływa na samopoczucie i komfort pracowników. 

Energia odnawialna

Aby osiągnąć zeroemisyjność przy wykorzystaniu np. pomp ciepła warto zwrócić również uwagę na energię odnawialną. Skuteczną długoterminową inwestycją są w szczególności panele fotowoltaiczne przekształcające światło słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną, co pozwala na ogromne oszczędności w porównaniu z zakupem energii elektrycznej od komercyjnych dostawców. Magazyny są doskonałym wyborem do wykorzystania energii słonecznej, dzięki dużym powierzchniom dachów oraz ze względu na mniejsze ryzyko zacienienia z uwagi na ich wysokość. Nowo budowane obiekty, nawet jeśli nie są od razu wyposażone w panele słoneczne, w większości są już przystosowane do ich montażu w przyszłości. Inaczej wygląda sytuacja w starszych obiektach, gdzie konstrukcja dachu nie była pierwotnie zaprojektowana z myślą o dodatkowym obciążeniu panelami słonecznymi. Brak takiego przygotowania często zniechęca do inwestycji w fotowoltaikę. W ramach mojej praktyki realizowałem wiele projektów związanych z przygotowaniem konstrukcji magazynów wysokiego składowania pod montaż paneli słonecznych. Większość dachów tych magazynów w Polsce wykonana jest z dźwigarów stalowych, które mogą być wzmocnione poprzez dodanie dodatkowych profili stalowych i wzmocnienie węzłów konstrukcyjnych, co umożliwia przeniesienie dodatkowych obciążeń. Wbrew pozorom, koszty takich działań są stosunkowo niewielkie w kontekście całej inwestycji. Jedyną niedogodnością jest konieczność udostępnienia przestrzeni magazynu pod dźwigarami do prac spawalniczych, co może chwilowo ograniczyć jego użytkowanie. Nie zawsze trzeba wzmacniać całą konstrukcję – często wystarczy skoncentrować się na wybranych obszarach dachu. Szacowany czas zwrotu inwestycji w panele słoneczne może być różny, jednak zazwyczaj wynosi od 7 do 10 lat.

Podsumowanie

Zarządzanie energią w magazynach jest zadaniem skompilowanym i złożonym. Chociaż obiekty magazynowe mają prostą konstrukcję, osiągnięcie wysokiej efektywności obiektu wymaga uwzględnienia wielu czynników. Ważne jest zatem, aby rozpatrywać magazyn jako całość. Od nieszczelności powłoki budynku, przez przestarzałą technologię HVAC, po zły projekt oświetlenia – magazyny tracą energię na wiele sposobów. Nieefektywne magazyny mogą generować znacznie wyższe koszty eksploatacyjne w porównaniu do tych, w których zastosowano energooszczędne rozwiązania. Straty ciepła, zimna, słaba wentylacja i nieefektywne oświetlenie składają się, na wysokie koszty eksploatacyjne. Z kolei praca w budynku, w którym efektywnie zarządza się bilansem energetycznym, w środowisku z wysokowydajnym oświetleniem, dobrą wentylacją, kontrolą temperatury i wydajnym sprzętem, poza wymiernym ograniczeniem kosztów, przyczynia się również do poprawy komfortu pracy i zadowolenia pracowników.

Większość systemów i technologii stosowanych dla poprawy efektywności energetycznej budynków znajduje zastosowanie również w obiektach logistyczno-magazynowych. Można je podzielić na te pasywne i aktywne. Do tej pierwszej grupy zaliczamy rozwiązania wpływające na ograniczenie zapotrzebowania na energię, czyli na przykład obudowy budynków o wysokich parametrach termicznych. Ich odpowiednia jakość pozwala uzyskać komfort cieplny bez konieczności zużywania nadmiernych ilości energii na grzanie czy chłodzenie wnętrza. Równie ważny jest dostęp do światła dziennego – im większa przezierność paneli fasadowych, tym mniejsza potrzeba sztucznego doświetlania hali. Ze względu na specyfikę rozwiązań pasywnych, ich wdrożenie jest jednak dość trudne w już istniejących obiektach, dlatego warto wziąć je pod uwagę na etapie prac projektowo-budowlanych. Drugim rodzajem są rozwiązania aktywne. Mowa tu o inteligentnych systemach sterowania ogrzewaniem i chłodzeniem, pompach ciepła, które w połączeniu z instalacjami fotowoltaicznymi pozwalają znacznie ograniczyć koszty eksploatacyjne oraz ślad węglowy, czy wreszcie oświetleniu LED o odpowiednim natężeniu mocy. Wydawałoby się, że to kluczowe elementy, jednak sama ich implementacja nie wystarczy. Nawet najlepsze rozwiązania, jeśli nie będą utrzymywane w pełnej sprawności i poddawane regularnym przeglądom technicznym, mogą powodować duże straty energii. Dlatego w CTParks wdrażamy, ale także dzięki pracy naszego wewnętrznego zespołu zarządzania, odpowiednio często sprawdzamy systemy budynkowe.

Tomasz Mądry – Head of Project Management, SpaceFactory