냉동 창고 및 냉동 보관 창고 산업은 미국에서 상업용 전기 에너지를 가장 많이 사용하는 산업 중 하나입니다. 남부 캘리포니아 에디슨 전기 회사의 에너지 효율 솔루션 연구에 따르면 냉동 보관 기업들은 월간 전기 비용의 70% 이상을 냉동 및 냉장 장치 가동에 지출합니다. 일반적으로 이 업계는 연간 평방피트당 40~60킬로와트시(kWh)를 소비하는데, 이는 엄청난 양의 전기 에너지입니다.
냉동 보관 시설 운영자라면 이 통계가 놀랍게 다가올 것입니다. 특히 면적이 넓은 창고를 관리하는 경우 에너지 간접비로 많은 비용을 지불하고 있음을 의미합니다. 그러나 연구에 따르면 냉동고 스페이서(Freezer spacers)를 통해 에너지와 비용을 절약할 기회가 있으며, 이는 귀사의 수익에 희소식입니다.
냉동 및 냉장 시설 관리 경험이 있으시다면 전력 요금에 대해 할 수 있는 일이 거의 없다는 것을 아실 것입니다. 전기 요금에는 위치, 피크 기간, 전력 공급업체의 에너지 부족 또는 과잉 등 많은 변수가 있습니다. 예상치 못한 비용 변동을 피하기 위해 고정 가격제를 적용받을 수도 있습니다. 상업용 비즈니스 요금이 주거용 요금보다 낮을 가능성이 높습니다.
전기 요금 납부는 피할 수 없지만, 냉동 공정 효율성 개선을 위해 할 수 있는 일은 분명히 있습니다. 한 가지 방법은 최신 에너지 효율 장비로 인프라를 개조하는 것입니다. 냉각 부하를 최소화하거나 제어 시스템을 개선할 수도 있습니다. 그러나 에너지 투자에 대한 가장 단순하고 최고의 수익 중 하나는 냉동 효율 향상을 위한 냉동고 스페이서 구매입니다.
업계의 다양성으로 인해 창고 및 냉동고 에너지 사용 통계에 대한 발표된 구체적인 통계나 세부 사항을 찾기는 어렵습니다. 냉동 보관 시설은 규모가 다양하며 이는 운영 비용에 큰 영향을 미칩니다. 당연히 대형 시설이 소형 창고보다 더 많은 전기를 사용합니다. 그러나 총 전기 비용과 건물 면적 사이에는 구체적인 관계가 없습니다. 효과적인 제어 냉동, 즉 총 냉동 효율성에 달려 있습니다.
또 다른 캘리포니아 조사에 따르면 냉동 시설의 단위 에너지 소비량(SEC)은 일반적으로 창고 부피가 증가함에 따라 감소했습니다. 냉각 및 단열 기술, 에너지 효율적인 냉동고 스페이서 등 많은 에너지 소비 요소를 고려한 웹 기반 벤치마크를 개발했습니다. SEC를 연간 전력 소비량(kWh)을 시설 저장 부피(입방피트)로 나눈 값으로 정의하는 공식을 따랐을 때, SEC 값이 창고 면적 증가에 따라 명확하게 감소하는 것으로 나타났습니다.
이는 600만 입방피트 규모의 냉동 창고가 20만 입방피트 창고보다 전력 비용 측면에서 비례적으로 더 저렴하다는 규모의 경제를 나타냅니다. 연구 참여자들은 대형 시설이 냉기 흐름을 최대한 활용하여 제품을 급속 냉동(Blast freezing)하고 있음을 확인했습니다. 이들의 급속 냉동 공정의 핵심은 포장 제품을 냉동고 스페이서로 분리하는 것이었습니다. 냉동고 스페이서가 에너지 효율적임이 명백해졌습니다.
또 다른 연구는 냉장 창고의 구체적인 에너지 절감에 초점을 맞췄습니다. 이들의 임무는 냉동 보관 및 포장 산업에서 에너지 효율적인 냉동 기술과 모범 비즈니스 관행을 식별, 촉진, 개발하는 것이었습니다. 급속 냉동은 한 부문이었으며 엄청난 에너지 절감 잠재력을 보였습니다. 상위 10개 목록이 연간 기가와트시(gWh/y) 단위 에너지 소비를 분석했습니다. 상위 10개 냉동 식품 산업의 gWh/y 전기 소비량 순위는 다음과 같습니다.
기가와트시는 연간 시간당 10억 와트를 의미합니다. 비교하자면 킬로와트시는 1,000, 메가와트는 100만입니다. 급속 냉동 냉동 보관 부문이 어떤 의미에서든 가장 높은 전기 소비자는 아니지만, 연구에 따르면 급속 냉동은 연간 4,150억 와트를 소비합니다. 비교를 위해 미국 에너지 정보청(EIA)은 미국 평균 가정이 연간 10,766킬로와트시를 소비하며, 킬로와트당 18센트 비용이 든다고 보고합니다. 추가 맥락을 위해 일반 냉동 보관 및 급속 냉각 시설은 연간 평균 1조 9,290억 와트를 사용합니다.
상위 10개 연구는 각 냉장 산업 부문의 잠재적 에너지 절감을 추정했습니다. 급속 냉동 작업이 전기 비용의 20~30%를 잠재적으로 절약할 수 있다고 결론지었습니다. 이는 연간 125기가와트시에 달하는 엄청난 양입니다. 킬로와트당 18센트 미만의 상업 요율로도 매년 냉동고 스페이서 투자로 귀사의 에너지 비용을 크게 절약할 수 있습니다.
냉동고 스페이서가 에너지 비용을 낮춘다는 데는 의심의 여지가 없습니다. 냉동고 스페이서로 적은 자본 투자로 비용을 절감할 수 있습니다. 냉동고 스페이서는 포장된 식품 층 사이에 배치되어 초저온 공기가 제품 주변 360도 자유롭게 흐르도록 합니다. 극저온 공기를 고속으로 상자 주위에 불어넣는 것을 일반적으로 급속 냉동(Blast freezing)이라고 합니다.
급속 냉동 기술은 1950년대부터 존재해 왔습니다. 이 공정은 제2차 세계대전 후 세계 식량 공급이 부족했을 때 뉴질랜드에서 처음 시작되었습니다. 뉴질랜드는 가축 사육과 채소 재배에 완벽한 장소였으나 유럽과 미국에서 멀리 떨어져 있어 운송을 위한 실용적인 보존 방법은 냉동이었습니다. 냉동 시간을 단축하고 식품 품질을 더 잘 보존하기 위해 기발한 기업가들이 급속 냉동을 개발했고, 그와 함께 냉동고 스페이서도 발명되었습니다.
급속 냉동 방식과 함께 사용되는 냉동고 스페이서는 공정 시간을 크게 단축하여 에너지 및 비용을 절약합니다. 오늘날 급속 냉동은 일반적이며, 지난 50년간 공정 기초는 크게 변하지 않았습니다. 기본 원리는 여전히 동일합니다. 극도로 차갑고 강제된 공기를 사용하여 제품을 빠르게 냉각하는 것입니다.
공기 급속 냉동은 영하 30°F(-35°C) ~ 영하 50°F(-45°C) 사이의 공기 온도를 사용하여 공정 시간을 12~24시간으로 단축합니다. 이는 대부분의 냉동 시설에서 사용하는 온도보다 훨씬 낮습니다. 또한 블록 냉동(Block-freezing) 공정의 약 절반 시간이 소요됩니다. 이는 상당한 에너지 절감이며, 공기 분사 방식과 냉동고 스페이서를 함께 사용하면 비용을 더욱 절감할 수 있습니다.
급속 냉동 공정의 일부는 공기를 이동시키는 팬이 필요합니다. 과학은 공기 급속 냉동을 강제 대류(Forced convection)라는 범주로 분류합니다. 대류를 열전달과 연관 지어 냉동 사이클의 일부가 아니라고 생각할 수 있습니다. 그러나 열은 항상 차가운 곳으로 이동한다는 물리 법칙이 있습니다.
급속 냉동에서는 급속 냉동실로 반입되는 따뜻한 제품에서 열이 방출되는 속도를 증폭시킵니다. 육류, 가금류, 해산물, 생선, 농산물 등 어떤 제품이든 비교적 따뜻한 신선 포장 상태입니다. 신선도, 맛, 외관, 전반적인 품질을 보존하기 위해 제품의 중심 온도를 가능한 한 빨리 낮춰야 합니다.
이는 열 부하(Heat load)를 제거함으로써 이루어집니다. 열 부하는 물체가 열을 보유, 전달, 방출하는 능력을 나타내는 표현입니다. 급속 냉동실에서는 포장 제품이 지속적으로 열 부하를 초저온 이동 공기로 전달합니다. 제품 블록에서 정적으로 열을 방출하는 대신, 적재된 제품을 더 작은 단위로 나눕니다.
급속 냉동 성공의 열쇠는 냉동고 스페이서입니다. 냉동고 스페이서는 제품을 개별 단위로 분리하고 냉각 공기가 패키지의 상단, 하단, 측면 360도 주변을 흐르도록 하여 훨씬 더 넓은 노출 표면적을 냉기에 제공합니다. 그 결과 단일 덩어리 상태보다 훨씬 빠른 열 부하 교환이 일어납니다.
저렴한 플라스틱 냉동고 스페이서나 알루미늄 냉동고 스페이서를 포장 제품 사이에 삽입하는 것만으로도 에너지 소비에 대한 주요 수익을 실현할 수 있습니다. 냉동고 스페이서 에너지 비용 절감은 급속 냉동의 한 가지 이점일 뿐입니다. 급속 냉동을 통해 더 높은 품질의 제품을 제공할 수 있으며, 이는 더 높은 시장에서 판매하고 더 나은 이익을 얻는 것을 의미합니다. 냉동고 스페이서로 전기 요금을 절약할 뿐만 아니라 매출도 늘릴 수 있습니다. 이것이 냉동고 스페이서가 에너지와 비용을 절약하는 방식입니다.
급속 냉동은 제어된 환경에서 초저온 공기를 제품 주위에 불어넣어 제품 온도를 빠르게 낮추는 간단한 공정으로 작동합니다. 그러나 냉동 과학에는 그 이상의 것이 있습니다. 냉동은 분자 수준에서 작동합니다.
급속 냉동에서는 제품 자체가 아닌 제품 내부에 포함된 물을 얼리는 것입니다. 물은 32°F(0°C)에서 액체에서 고체로 얼거나 변합니다. 이 온도 이하에서는 제품 내부의 물이 얼음으로 변합니다. 채소나 고기를 다루든 음식 전체에 얼음이 형성됩니다. 이는 박테리아 활동을 멈추거나 크게 늦추는데, 이는 유기물을 분해하는 자연의 방식입니다.
냉동 식품은 모두 동일하게 처리되지 않습니다. 느린 냉동 방식은 물 분자가 정돈된 격자 패턴으로 얼거나 결합하게 하여 얼음 결정이 집중되고 다른 세포 식품 물질이 활성 상태로 남게 합니다. 느린 냉동은 효소 작용이나 박테리아 증식을 빠른 냉동처럼 제어하지 못합니다.
빠른 냉동은 영하 30°F(-35°C) 이하의 매우 낮은 온도에 의존합니다. 사실, 대부분의 애플리케이션에서 더 추운 것이 더 좋습니다. 많은 급속 냉동기는 영하 40~50°F(-40~-45°C)로 냉각된 공기를 제품 위와 주위로 통과시킵니다. 냉동고 스페이서는 이러한 극한 환경을 견뎌야 하며, 그렇게 설계되었습니다.
플래시 프리징(Flash freezing)과 급속 냉동 모두 식품 분자가 다르게 작용하게 합니다. 격자 구조처럼 균일하게 정렬되는 대신 분자는 조직할 시간이 없어 무작위 패턴으로 머물며 큰 얼음 결정 형성을 방지합니다. 효소와 박테리아의 다른 분자들도 급격한 온도 하강에 반응하여 활동을 멈추고 식품 제품이 수확 당시의 최상의 품질을 유지하도록 합니다.
냉동고 스페이서 없이는 급속 냉동이 제대로 작동하지 않습니다. 제품을 둘러싸고 충분한 찬 공기를 순환시켜 분자 수준에서 냉동을 제어할 방법이 없기 때문입니다. 냉동고 스페이서는 이동하는 공기가 최소한의 제한으로 통과할 수 있는 독특한 설계를 가지고 있습니다. 알루미늄 냉동고 스페이서나 플라스틱 스페이서 중 무엇을 사용하든, 이 단순하고 저렴한 장치가 냉동 시간과 제품 품질에 모든 차이를 만듭니다. 냉동고 스페이서로 에너지를 절약하고 비용을 절감하여 수익에 긍정적인 영향을 미칩니다.
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제조공정
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