محاسبه بار برودتی سردخانه

محاسبه بار برودتی سردخانه اولین قدم در طراحی سرد خانه و انتخاب تجهیزات مربوط به آن است. ظرفیت سرمایی سیستم تبرید سردخانه بیان کننده میزان حرارتی است که می‌تواند از محیط داخل به خارج انتقال دهد. برای محاسبه بار برودتی سردخانه‌ها چهار پارامتر بار جداره‌ها، بار محصول، بار ناشی از تعویض هوا و بارهای متفرقه در نظر گرفته می‌شود که در ادامه به بررسی هر یک می‌پردازیم.

بار دیوارها

حرارتی است که از طریق دیوار، کف و سقف سردخانه به دلیل اختلاف دمای محیط داخل و خارج به آن منتقل می‌شود و بستگی به جنس جداره‌ها دارد. استفاده از ساندویچ پانل با ضخامت مناسب در جداره‌ها موجب کاهش تلفات حرارتی و کم شدن بار برودتی سردخانه می‌شود. مقدار حرارتی که در واحد زمان از جداره‌ها عبور کرده و وارد سردخانه شده از رابطه زیر به دست می‌آید.

Q=A.U [t1 – t2 +Δtr]

Q بار سرمایی حاصل از هدایت جداره بر حسب BTU/hr

A مساحت جدار خارجی بر حسب ft²

U ضریب انتقال حرارت کلی برحسب BTU/hr.ft².°F

t1 درجه حرارت خارج سردخانه بر حسب F°

t2 درجه حرارت داخل سردخانه بر حسب F°

Δtr اثر تششع خورشید به جدار خارجی

در رابطه بالا هر چه جنس مصالح به کار رفته در جداره سردخانه بهتر باشد و هم‌چنین از ساندویچ پانل استفاده شود مقدار U کوچک‌تر شده و بار سردخانه کاهش می‌یابد.

f ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی داخل وخارج محیط سردخانه

X ضخامت هر یک از جداره‌ها

K ضریب انتقال حرارت هدایتی هر یک از دیوار‌ها

دمای داخل سردخانه (t2) به‌نوع محصول و مدت زمان نگهداری آن بستگی دارد و دمای خارج سردخانه (t1) در صورتی که جداره مورد نظر در معرض محیط بیرون قرار داشته باشد برابر دمای خشک تابستانی شهر احداث سردخانه در نظر گرفته می‌شود. در صورتی که دیوار یا سقف سردخانه در سمت فضای داخلی با دمای مشخص (مانند دیوار شرقی در سمت انبار یا محیط اداری قرار گرفته باشد) باید t1 دمای فضای داخلی آن محیط در محاسبات منظور شود. اگر جداره‌های خارجی سردخانه در معرض تابش مستقیم آفتاب قرار گیرند بر اثر تششع دمای آن‌ها افزایش پیدا می‌کند که می‌توان این مقدار اضافی(Δtr) که بستگی به رنگ آن داشته با توجه به جدول 1 در نظر گرفت.

جدول1- Δtr

در صورتی که سردخانه روی زمین بنا شده باشد برای محاسبه اتلاف حرارتی از کف، دمای زمین را 25 درجه فارنهایت کم‌تر از درجه حرارت خشک تابستانی در نظر می‌گیرند. البته در سردخانه‌های دما پایین به منظور جلوگیری از یخ زدن زمین زیر سردخانه از عبور جریان هوای گرم یا از المنت حرارتی استفاده می‌کنند که در این صورت دمای زمین را در طراحی 10°C در نظر می‌گیرند.

بار محصول

بار محصول شامل دو بخش است یکی میزان حرارتی که از محصول گرفته می‌شود تا از دمای ورودی به دمای سردخانه برسد بدیهی است اگر دمای ورودی محصول کم‌تر از سردخانه باشد از این بخش صرفنظر می‌شود و بخش دوم حرارت تنفسی است که برخی محصولات مانند میوه و سبزیجات در سردخانه تولید می‌کنند.

اگر دمای نهایی محصول (T2) بالاتر از دمای انجماد آن (Tf) باشد مقدار حرارتی که باید از محصول گرفته شود تا به دمای سردخانه برسد برابر است با: Q=mC1(T1-T2)

که m وزن محصول و C1 گرمای ویژه محصول در دمای بالای انجماد است. اگر دمای سردخانه پایین‌تر از دمای انجماد محصول باشد باید حرارت نهان انجماد آن را نیز در محاسبات در نظر گرفت.

Q=mC1(T1-Tf) + ml + mC2(Tf –T2)

که l گرمای نهان انجماد و C2 گرمای ویژه محصول بعد از انجماد است. برای محاسبه‌ی دقیق‌تر بار برودتی سردخانه باید حرارتی که از جعبه یا بسته‌بندی محصول گرفته می‌شود را در نظر گرفت. در صورت نیاز می‌توان از مقادیر 2.5 KJ/KG °C و 1.4 KJ/KG °C به عنوان گرمای ویژه چوب و کارتن مقوایی استفاده کرد.

برای بدست آوردن بار محصول مقدار Q را بر مدت زمان سرد شدن تقسیم می‌کنیم ( معمولا 24 ساعت یا کم‌تر) هم‌چنین برای محاسبه بار تنفسی ضریب آن را که در منابع مختلف آورده شده در جرم محصول ضرب کرده و بر مدت زمان سرد شدن در سردخانه تقسیم می‌کنیم.

بار ناشی از تعویض هوا

بار ناشی از تعویض هوا در اثر ورود هوای گرم بیرون به داخل سردخانه ایجاد می‌شود و به عواملی چون حجم سردخانه،دما و رطوبت داخل و خارج سردخانه،تعداد دفعات باز و بسته شدن درب سردخانه بستگی دارد و محاسبه‌ی دقیق آن ممکن نیست ولی می‌توان از روابط زیر استفاده کرد:

Q=ρ0.Vi .N.(h0 – hi)= Vi .N.(h0′ – hi’)

ρ0 وزن مخصوص هوای گرمی که وارد سردخانه می‌شود.

Vi حجم داخلی سردخانه بر حسب ft³

N تعداد تعویض هوا در 24 ساعت

hi آنتالپی هوای داخل سردخانه بر حسب BTU/Ib

h0 آنتالپی هوای خارج سردخانه بر حسب BTU/Ib

h0′ گرمای هوای خارج بر حسب BTU/ft³

hi’ گرمای هوای داخل بر حسب BTU/ft³

جدول 2- تعویض هوا در 24 ساعت (سردخانه بالای صفر)

جدول 3- تعویض هوا در 24 ساعت (سردخانه زیر صفر)

هم‌چنین جداول 4 و 5 مقدار حرارت هوای ورودی به سردخانه را نشان می‌دهد.

جدول 4 – مقدار حرارت هوای ورودی به سردخانه بالای صفر

جدول 5 – مقدار حرارت هوای ورودی به سردخانه زیر صفر

برای کاهش مقدار بار تعویض هوا در سردخانه‌ها می‌توان جلوی درب پرده‌ی پلاستیکی یا پرده‌ی هوا نصب کرد و یا در صورت امکان استفاده از محفظه‌ بارگیری تا از ورود هوای بیرون به داخل سردخانه جلوگیری شود.

بار‌های متفرقه

ناشی از عوامل متفاوتی مثل حرارت ناشی از موتور فن اواپراتور که از رابطه‌ زیر به دست می‌آید.

که P توان موتور بر حسب وات،t زمان کارکرد موتور فن و n تعداد موتورهاست.

حرارت ناشی از افرادی که در سردخانه حضور دارند با توجه به جدول 6 تعیین می‌شود.

جدول 6- بار ناشی از افراد

حرارت ناشی از چراغ‌های سردخانه :

که P توان لامپ بر حسب وات،t زمان کارکرد لامپ و n تعداد لامپ‌ها است.

معمولا بسته به دقت محاسبات می‌توان مقدار 5 تا 10 درصد ضریب اطمینان برای جمع محاسبات قبل(بارجداره،بار محصول،بار تعویض هوا و بارهای متفرقه) در نظر گرفت. نکته‌ی دیگری که باید در محاسبات بار برودتی سردخانه‌ها به آن توجه کرد زمان برفک زدایی سیستم سردخانه است. در سردخانه‌ها به خصوص زمانی که دمای سطح اواپراتور زیر صفر است رطوبت تقطیر شده روی آن منجمد شده و ایجاد برفک می‌کند در این مواقع سیستم تبرید باید زمانی از روز را به برفک زدایی اختصاص دهد و چون طی این فرایند برودتی تولید نمی‌شود به منظور جبران باید بار برودتی سردخانه را در 24 ساعت ضرب و بر ساعت کارکرد دستگاه در شبانه‌روز(16 تا 20 ساعت) تقسیم کرد.

می‌توان برای سهولت و سرعت در محاسبات بار برودتی سردخانه از نرم‌افزارهای coolpack یا cold room calc استفاده کرد.

محاسبه سریع بار برودتی سردخانه:

در این روش محاسبه بار برودتی به دو قسمت بار حرارتی دیوارها و سایر بارهای حرارتی تقسیم می شود.

بار حرارتی ناشی از دیوارها:

این محاسبات با توجه به ضخامت ساندویچ پانل 10 سانتیمتری با چگالی 40 کیلوگرم بر متر مکعب انجام میگیرد.

– در ابتدا نیاز است تا مجموع مساحت دیوارهای سردخانه محاسبه شود. A
به طور مثال برای سردخانه 10*12*3 مساحت برابر 372 متر مربع خواهد بود.

– سپس اختلاف دمای داخل و خارج سردخانه در گرمترین فصل سال بایستی محاسبه شود. dT

به طور مثال برای سردخانه با دمای 4 درجه سانتیگراد دوای هوای تابستانی 50 درجه سانتیگراد این عدد 46 درجه خواهد بود.

– بار برودتی W بر حسب وات از رابطه زیر حاصل می شود:

W=A x dT x 1.2

سایر بارهای حرارتی:

مجموع سایر بارهای گرمایی وارد بر سردخانه را می‌توانبر اساس اختلاف درجه حرارت داخل و خارج و حجم سردخانه و نوع نگهداری مواد، از جدول زیر استخراج نمود.

“برگرفته از کتاب تهویه و تبرید دکتر بهمن خستو”