مقالات, اصول تبرید, صنایع برودتی

محاسبه بار برودتی سردخانه

محاسبه بار برودتی سردخانه

برای طراحی یک سردخانه، باید تجهیزاتی انتخاب شوند که بتوانند در عمل دمای سردخانه را به نقطه مطلوب رسانده و ثابت نگهدارند. به این منظور در قدم اول باید بار برودتی سردخانه محاسبه شود تا بر اساس آن تجهیزات مناسب از جمله کمپرسور، اواپراتور، کاندانسور و شیر انبساط انتخاب شوند.

بار برودتی سردخانه که اصطلاحاً به آن ظرفیت سردخانه هم می‌گویند، میزان حرارتی است که در واحد زمان باید از فضای سردخانه خارج شود تا دمای آن به دمای مطلوب برسد. اگر ظرفیت تجهیزات سردخانه کمتر از میزان واقعی باشد، دمای سردخانه هرگز به نقطه مطلوب نمی‌رسد و این یعنی خرابی و فاسد شدن مواد داخل سردخانه. از طرفی اگر تجهیزات نسبت به ظرفیت مورد نیاز سردخانه بزرگتر انتخاب شوند، باعث مصرف بیهوده برق و افزایش هزینه ها خواهد شد. لذا محاسبه بار برودتی سردخانه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

امروزه برای محاسبه بار برودتی سردخانه می‌توان از نرم‌افزارهای کامپیوتری استفاده کرد. از معروف‌ترین آنها Refrig محصول شرکت Elite Software Development و نیز نرم‌افزار Cool Calc می‌باشند.

واحد بار برودتی

از نظر علم ترمودینامیک، بار برودتی سردخانه در حقیقت انرژی حرارتی است. لذا واحد آن کیلووات (KW) است. اما در صنعت از واحدهای دیگری نیز استفاده می‌شود، از جمله BTU بر ساعت و یا تن تبرید. برای تبدیل این واحدها می‌توان از روابط زیر استفاده کرد :

 1KW = 3412.14 BTU/hr

محاسبه بار برودتی سردخانه

محاسبات بار برودتی

بار برودتی سردخانه برابر است با مجموع بارهای :

  1. تلفات حرارتی از دیوارها
  2. تلفات حرارتی ناشی از ورود هوای بیرون به داخل
  3. بار حرارتی محصولات
  4. بارهای متفرقه

هر کدام از موارد فوق به طور جداگانه محاسبه و سپس با هم جمع می‌شوند.

تلفات حرارتی از دیوارها

دیواره‌های سردخانه اگر چه از جنسی انتخاب می‌شوند که عایق حرارت هستند و میزان نفوذ گرما به داخل را به حداقل می‌رسانند، اما این مقدار هرگز صفر نیست و همواره مقدار قابل توجهی حرارت از طریق دیوارها به داخل نفوذ می‌کند.

برای محاسبه بار حرارتی دیوارها از رابطه زیر استفاده می‌شود :

که:

:  مساحت دیوار

ΔT  :  اختلاف دمای دو سمت دیوار [℃]

U  :  ضریب انتقال حرارت کلی دیوار

برای بدست آوردن ضریب انتقال حرارت کلی دیوار، می‌توان از جداول مخصوص که بر حسب جنس دیوار وجود دارند، استفاده کرد. در صورتی که دیوار از چند لایه با جنس‌های مختلفی ساخته شده باشد، از رابطه زیر می‌توان استفاده کرد :

محاسبه بار برودتی سردخانه

که در آن x ضخامت لایه بر حسب متر و k ضریب انتقال حرارت هدایتی آن لایه به صورت زیر می‌باشد:

تلفات حرارتی ناشی از ورود هوای بیرون به داخل

با توجه به آنکه در طول مدت بارگیری، درب سردخانه باز باقی می‌ماند، هوای گرم بیرون به داخل راه پیدا می‌کند. برای محاسبه بار ناشی از ورود هوای بیرون به داخل از رابطه زیر استفاده می‌شود :

Q = N × H

که در آن :

N  :  نرخ ورود هوا [L/s]

H  :  حرارت حاصل از هر لیتر هوا [Kj/Lit]

برای بدست آوردن هر دو عدد جداول مخصوصی وجود دارند که باید از آنها استفاده کرد.

بار حرارتی محصولات

هر محصولی که وارد سردخانه می‌شود، اگر دارای دمایی بالاتر از دمای نگهداری باشد، باید حرارت محصول گرفته شود تا به دمای مطلوب نگهداری برسد. البته در مواردی دمای محصول ورودی، هم‌دما با دمای نگهداری است که در این صورت از این بار صرفه‌نظر می‌شود. همچنین بعضی محصولات دارای بار تنفسی هستد، مانند میوه و سبزیجات که باید در نظر گرفته شود.

در مرحله اول اگر محصول ورودی دمایی بالاتر از دمای نگهداری سردخانه داشته باشد، باید از روابط زیر استفاده شود.

1) کاهش دما تا نقطه انجماد محصول :

محاسبه بار برودتی سردخانه

:  جرم محصول

Kg

:گرمای ویژه محصول در دمای بالای انجماد

T∆  :  اختلاف دمای محصول تا دمای انجماد [℃]

2) گرمای نهان محصول برای انجماد :

محاسبه بار برودتی سردخانه

m  :  جرم محصول

Kg

:گرمای نهان محصول برای انجماد

3) کاهش دما تا نقطه نگهداری سردخانه :

محاسبه بار برودتی سردخانه

m  :  جرم محصول

Kg

:گرمای ویژه محصول در دمای پایین تر از انجماد

T∆  :  اختلاف دمای انجماد تا دمای نگهداری [℃]

لازم به ذکر است که اگر محصولات با بسته‌بندی وارد سردخانه می‌شوند، باید بار جعبه و بسته نیز لحاظ شود.

4) در مرحله بعدی بار تنفسی محصول نیز محاسبه می‌شود :

Q = m × HR

m  :  جرم محصول

Kg

HR  :  گرمای تنفسی محصول

در آخر نباید فراموش کرد که بار بدست آمده باید تقسیم بر مدت زمانی شود که برای رسیدن دمای محصول به دمای نگهداری سردخانه در نظر گرفته شده است. برای این منظور بار محصول را بر مدت زمان سرد شدن تقسیم میکنیم ( معمولا 24 ساعت یا کم‌تر).

لازم به یادآوری است که گرمای ویژه، گرمای نهان و گرمای تنفسی هر محصول را می‌توان از جداول مخصوص استخراج کرد.

بارهای متفرقه

بارهای حرارتی از جمله گرمای تولید شده توسط کارکنان، حرارت تولید شده توسط سیستم روشنایی، حرارت تولید شده توسط دستگاه‌های برقی مثل فن و همچنین دیفراست اواپراتور و … نیز باید در محاسبات لحاظ شوند.

1) بار ناشی از کارکنان :

Q = N × T × H

N  :  تعداد کارکنان

T  :  ساعات فعالیت در روز (مثلا 8 ساعت)

H  :  حرارت تولیدی هر نفر (معمولاً 0.407)

2) بار ناشی از روشنایی و یا فن اواپراتور و یا هر دستگاه برقی :

Q = N × P × T

N  :  تعداد

P  :  توان [W]

T  :  مدت زمان کارکرد

در اینجا هم باید بار بدست آمده بر مدت زمان مورد نظر تقسیم شود.

مثال عددی

در این جا برای روشن شدن روش محاسبه بار برودتی سردخانه به یک مثال عددی می‌پردازیم :

سردخانه‌ای به ابعاد 5 در 5 متر و ارتفاع 4 متر جهت نگهداری 2 تن گوشت منجمد با دمای اتاق 18- درجه مورد نياز است. عايق بكار رفته از نوع polyurethane به ضخامت 150 میلیمتر است. حداكثر دمای محيط بيرون 42 درجه است. سيستم برودتی برای كاركرد 18 ساعت در روز در نظر گرفته می‌شود. تعداد 5 عدد لامپ 100 وات در اتاق نصب شده و 2 نفر کارگر نیز در آنجا فعاليت می‌كنند.

1) بار ديوارها

مقدار ضریب انتقال حرارت polyurethane، برابر 0.02 است، پس :

محاسبه بار برودتی سردخانه

مساحت هر دیوار با توجه به ابعاد گفته شده :

تلفات حرارتی هر دیوار جانبی :

Q = U × A × ∆T = 0.133 × 20 × (42-(-18)) = 159.6W = 0.1596KW

چهار دیوار در مجموع :

Q = 4 × 0.1596 = 0.638KW

مساحت کف و سقف :

محاسبه بار برودتی سردخانه

تلفات حرارتی سقف و کف هر کدام :

Q = U × A × ∆T = 0.133 × 25 × (42-(-18)) = 199.5W = 0.1995KW

تلفات حرارتی سقف و کف در مجموع :

Q = 2 × 0.1995 = 0.399KW

کل تلفات حرارتی چهار دیوار و کف و سقف :

Q = 0.638 + 0.399 = 1.037KW

2) بار تعویض هوا

نرخ ورود هوا به داخل سردخانه با توجه به ابعاد سردخانه، 0.1203 لیتر بر ثانیه و مقدار هر لیتر هوا با توجه به دمای سردخانه و دمای هوای بیرون، دارای 7.9 کیلوژول حرارت خواهد بود.

Q = N × H = 0.1203 × 7.9 = 0.95KW

3) بار محصول

چون گوشت به صورت منجمد با دمای 3- درجه وارد می شود لذا فقط بار برودتی بعد از انجماد را حساب مي كنيم.

گرمای ویژه گوشت منجمد برابر 1.67 کیلوژول بر کیلوگرم درجه سانتی گراد است.

محاسبه بار برودتی سردخانه

 4) بار روشنایی

با توجه به آنکه از 5 لامپ 100 وات استفاده می شود :

5) بار کارگران

بار حرارتی هر کارگر در هر ساعت 0.407 کیلوژول می باشد، پس:

در مجموع بار برودتی برابر خواهد بود با حاصل جمع بارهای فوق تقسیم بر مدت زمان مورد نظر :

محاسبه بار برودتی سردخانه

جمع‌بندی

محاسبه بار برودتی سردخانه ، اولین قدم در طراحی سردخانه می‌باشد. دقت مقدار محاسبات نقش اصلی در انتخاب تجهیزات مناسب برای عملکرد صحیح سردخانه را دارد. در این مقاله با روش محاسبات انواع بارهای برودتی آشنا شدیم، و دیدیم برای محاسبات باید از جداول و استانداردهای مربوط به نوع محصولات و همچنین نوع تجهیزات موجود در سرخانه استفاده کرد. که این جداول را می‌توان از مراجع مربوطه تهیه کرد. و در آخر با بررسی یک مثال ساده با روش محاسبه بار برودتی در سردخانه بیشتر آشنا شدیم. امیدواریم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

*

code