Soğuk Odalar İçin Soğutma Yükü Hesabı

Bu yazıda, soğuk bir oda için soğutma yükünün nasıl hesaplanacağına bakacağız. Önce ısı kaynaklarına bakacağız ve ardından basitleştirilmiş bir örnekte soğuk oda soğutma yükü hesaplamasının nasıl yapılacağına dair işlenmiş bir örneğe bakacağız.

Soğuk Oda Nedir?

Et ve sebze gibi çabuk bozulan ürünleri, bozulmalarını yavaşlatmak ve mümkün olduğunca uzun süre taze tutmak için saklamak için soğuk bir oda kullanılır. Isı; bozulmalarını hızlandırır, soğuk odada ürünler ısıyı uzaklaştırarak soğutulur.

Ürünleri mümkün olduğunca uzun süre korumak için sıcaklığın doğru ve otomatik kontrolünü sağlayan bir soğutma sistemi kullanıyoruz.

Isıyı uzaklaştırmak için soğutma yükünün ne olacağını bilmemiz gerekir. Soğutma yükü gün boyunca değişir, bu nedenle çoğu durumda ortalama soğutma yükü hesaplanır ve buna uygun soğutma kapasitesi hesaplanır.

Soğuk Oda Isı Kaynakları

Çıkarmamız gereken tüm ısı nereden geliyor?

Tipik olarak %5-15’i iletim yüklerinden geçer. Bu, çatıdan, duvarlardan ve zeminden soğuk odaya aktarılan termal enerjidir. Isı her zaman sıcaktan soğuğa doğru akar ve soğuk odanın içi açıkçası çevresinden çok daha soğuktur, bu nedenle sıcaklık farkı nedeniyle ısı her zaman odaya girmeye çalışır. Soğuk hava deposu doğrudan güneş ışığına maruz kalırsa, ısı transferi daha yüksek olacağından, buna izin vermek için ek bir düzeltme yapılması gerekecektir.

Ardından, soğutma yükünün tipik olarak %55-75’ini oluşturan ürün yüklerimiz var. Bu, yeni ürünler girdiğinde soğuk odaya verilen ısıyı açıklar. Aynı zamanda soğutmak, dondurmak ve donduktan sonra daha da soğumak için gereken enerjidir. Ürünleri yalnızca soğutuyorsanız, yalnızca makul ısı yükünü dikkate almanız gerekir. Ürünü donduruyorsanız, bir faz değişikliği meydana geldiğinde gizli ısıyı da hesaba katmanız gerekir. Bu süre boyunca enerji kullanılır, ancak ürün sıvı ve buz hali arasında değişirken bir sıcaklık değişikliği görmezsiniz. Bu yiyeceği, yine hissedilir ısı olan donma noktasının altına daha da soğutmak için ek enerji gerekir. Ayrıca, doğal olarak soğutulacağı için ambalajı da hesaba katmanız gerekir. Son olarak, meyve ve sebzeleri soğutuyorsanız, bu ürünler canlıdır ve bir miktar ısı üreteceklerdir, bu nedenle bunu da ortadan kaldırmanız gerekir.

Dikkate alınması gereken bir sonraki şey, yaklaşık %10-20’yi oluşturan iç yüklerdir. Bu, soğuk odada çalışan kişilerin, aydınlatma ve forkliftler vb. ekipmanların verdiği ısıdır. Ürünleri hareket ettirmek için personel tarafından hangi ekipmanın kullanılacağını düşünmeniz gerekir.

Ardından, toplam soğutma yükünün yaklaşık %1-10’unu oluşturacak olan odadaki soğutma ekipmanını dikkate almamız gerekiyor. Bunun için fan motorlarının derecesini bilmek ve her gün için ne kadar çalışacaklarını tahmin etmek istiyoruz, ardından evaporatörün buzunun çözülmesinden boşluğa aktarılan ısıyı da hesaba katmak istiyoruz.

Dikkate almamız gereken son şey, yine soğutma yüküne %1-10 ekleyen sızmadır. Bu, kapı açıldığında meydana gelir, böylece hava yoluyla boşluğa bir ısı transferi olur. Diğer bir husus havalandırmadır. Meyve ve sebzeler karbondioksit saldığı için bazı mağazalar havalandırma fanına ihtiyaç duyar, bu havanın soğutulması gerekir ve bunu da hesaba katmanız gerekir.

Soğutma Yükü Hesaplama – Soğuk Oda Örneği

İletim Yükü

• Soğuk hava depomuzun boyutları 6m uzunluğunda, 5m genişliğinde ve 4m yüksekliğindedir.
• Ortam havası %50 bağıl nemde 30°C, iç hava %95 bağıl nemde 1°C
• Duvarlar, çatı ve zemin, U değeri 0.28W/m2.K olan 80mm poliüretan ile yalıtılmıştır.
• Zemin sıcaklığı 10°C’dir.

Sadece üreticinin size yalıtım panelleri için u değerinin ne olduğunu söylemesi gerektiğine dikkat edin, değilse, bunu hesaplamanız gerekecektir.

İletim yükünü hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanacağız.

Q = U x A x (Temp out – Temp in) x 24 ÷ 1000.

• Q= kWh/gün ısı yükü
• U = U izolasyon değeri (bu değeri bilmemiz gerekiyor) (W/m².K)
• A = duvarlar, çatı ve zeminin yüzey alanı (bu değeri hesaplayacağız) (m²)
• Temp in = Odanın içindeki sıcaklık (°C)
• Temp out = Ortam havası sıcaklığı (°C)
• 24 = Günün 24 saati
• 1000 = Watt değerinden kW değerine dönüşüm.

“A”yı hesaplamak oldukça kolaydır, sadece her bir iç duvarın boyutudur, bu nedenle her bir duvarın, çatının ve zeminin alanını bulmak için ölçüleri yazalım.

Yüzey 1 = 6m x 4m = 24m²
Yüzey 2 = 6m x 4m = 24m²
Yüzey 3 = 5m x 4m = 20m²
Yüzey 4 = 5m x 4m = 20m²
Çatı = 5m x 6m = 30m²
Zemin= 5m x 6m = 30m²

Daha sonra bu sayıları daha önce gördüğümüz formülde çalıştırabiliriz, zeminin altındaki sıcaklık farkı farklı olduğu için zemini duvarlar ve çatı için ayrı ayrı hesaplamanız gerekecek, dolayısıyla ısı transferi farklı olacaktır.

Duvarlar ve Çatı

Q = U x A x (Temp out – Temp in) x 24 ÷ 1000
Q = 0.28W/m².K x 113m² x (30°C – 1°C) x 24 ÷ 1000
Q = 22 kWh/gün

[113m² = 24m² + 24m² + 20m² + 20m² + 30m² + 30m² ]

Zemin

Q = U x A x (Temp out – Temp in) x 24 ÷ 1000
Q = 0.28W/m².K x 30m² x (10°C – 1°C) x 24 ÷ 1000
Q = 1.8 kWh/gün

Zemin yalıtılmamışsa, ampirik verilere dayalı farklı bir formül kullanmanız gerekecektir.

Toplam Günlük İletim Yükü = 22kWh/gün + 1.8kWh/gün = 23.8kWh/gün

Soğuk odanız doğrudan güneş ışığı alıyorsa, güneş enerjisini de hesaba katmanız gerekeceğini unutmayın.

Ürün Yükü – Ürün Değişimi

Daha sonra, daha yüksek sıcaklıktaki yeni ürünlerden soğuk odaya getirilen ürünlerin soğutma yükünü hesaplayacağız.

Bu örnek için elmaları depolayacağız, elmaların özgül ısı kapasitesine bakabiliriz, ancak ürünleri donduruyorsanız, ürünlerin soğutma, dondurma ve alt soğutma sırasında farklı bir özgül ısıya sahip olacağını unutmayın. Bunu hesaba katmamız ve bunu ayrıca hesaplamamız gerekiyor, ancak bu örnekte sadece soğutma yapıyoruz.

Her gün 5° C sıcaklıkta ve 3.65kJ/kg.°C özgül ısı kapasitesinde 4.000 kg yeni elma gelmektedir.

O zaman aşağıdaki formülü kullanabiliriz

Q = m x Cp x (Temp enter – Temp store) / 3600.

• Q = kWh/gün
• CP = Ürünün Özgül Isı Kapasitesi (kJ/kg.°C)
• m = Her gün yeni ürünlerin kütlesi (kg)
• Temp enter = Ürünlerin odaya giriş sıcaklığı (°C)
• Temp store = Odanın sıcaklığı (°C)
• 3600 = kJ değerinden kWh değerine dönüşüm.

Hesaplama

Q = m x Cp x (Temp enter – Temp store) / 3600
Q = 4,000kg x 3.65kJ/kg.°C x (5°C – 1°C) / 3600.
Q = 16kWh/gün

Ürün Yükü – Ürün Solunumu

Daha sonra ürün solunumunu hesaplıyoruz, bu meyve ve sebze gibi canlı ürünlerin ürettiği ısıdır. Bunlar hala canlı oldukları için ısı üretecek, bu yüzden bozulmalarını yavaşlatmak ve daha uzun süre korumak için onları soğutuyoruz.

Bu örnek için günde ortalama 1,9kJ/kg kullandım ancak bu oran zamanla ve sıcaklığa göre değişiyor. Bu örnekte, bu soğutma yükü kritik olarak kabul edilmediğinden, yalnızca hesaplamayı basitleştirmek için bir temel değer kuralı kullanıyoruz. Kritik bir yük için hesaplama yapacaksanız, daha fazla hassasiyet kullanmalısınız. Bu örnekte, mağaza 20.000 kg elma ambarına sahiptir.

Bunu hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanacağız.

Q = m x resp / 3600

• Q = kWh/gün
• m = Depodaki ürün kütlesi (kg)
• resp = Ürünün solunum ısısı (1.9kJ/kg)
• 3600 = kJ değerinden kWh değerine dönüşüm.

Q = m x resp / 3600
Q = 20,000kg x 1.9kJ/kg / 3600
Q = 10.5kWh/gün

Ürün bölümünde, toplam 26,5 kWh/gün ürün yükü elde etmek için 16kWh/gün ürün değişimi ve 10,5kWh/gün solunum yükünü bir araya getireceğiz.

Dahili Isı Yükü – İnsanlar

Ardından, insanlar ısı ürettiği için soğuk odada çalışan insanlardan gelen iç yükleri hesaplayacağız ve bunu hesaba katmamız gerekiyor.

Mağazada günde 4 saat çalışan 2 kişiyi tahmin edeceğiz ve bu sıcaklıkta saatte yaklaşık 270 Watt ısı vereceklerini görebiliriz.

Aşağıdaki formülü kullanacağız:

Q = people x time x heat / 1000

• Q = kWh/day
• people = Odadaki insanların sayısı
• time = Kişi başına her gün içeride geçirdikleri süre (Saat)
• heat = Kişi başına saatte ısı kaybı (Watts)
• 1,000 = W değerinden kW değerine dönüşüm.

Hesaplama:

Q = people x time x heat / 1000
Q = 2 x 4 hours x 270 Watts / 1000
Q = 2.16 kWh/gün

Dahili Isı Yükü – Aydınlatma

Sonra aydınlatmanın ürettiği ısıyı hesaplayabiliriz, bu oldukça basittir. Aşağıdaki formülü kullanabiliriz.

Q= lamps x time x wattage / 1000

• Q = kWh/gün,
• lamps = Soğuk odadaki lamba sayısı
• time = Gün boyu çalıştıkları saat
• wattage = Lambaların güç tüketimi
• 1000 = W değerinden kW değerine dönüşüm.

Her biri 100W’da günde 4 saat çalışan 3 lambamız varsa, hesaplama şöyle olur:

Q= lamps x time x wattage / 1000
Q= 3 x 4 hours x 100W / 1000
Q= 1.2kWh/gün

Toplam dahili yük için, insan yükünü (2,16 kWh/gün) ve aydınlatma yükünü (1,2kWh/gün) toplayarak 3,36kWh/gün değerini elde ederiz.

Ekipman Yükü – Fan Motorları

Artık evaporatördeki fan motorlarının ısı üretimini hesaplayabiliriz. Bunun için şu formülü kullanabiliriz:

Q = fans x time x wattage / 1000

• Q = kWh/gün
• fans = Fan sayısı
• time = Fanları günlük çalışma saati
• wattage = fan motorlarının nominal gücü (Watts)
• 1000 = W değerinden kW değerine dönüşüm.

Bu soğuk oda evaporatöründe her biri 200W değerinde 3 fan kullanacağız ve bunların günde 14 saat çalışacaklarını tahmin edeceğiz.

Hesaplama:

Q = fans x time x wattage / 1000
Q = 3 x 14 hours x 200W / 1000
Q = 8.4kWh/gün

Ekipman Yükü – Fan Motorları

Şimdi evaporatörün buzunun çözülmesinin neden olduğu ısı yükünü hesaplayacağız. Bunu hesaplamak için şu formülü kullanacağız:

Q = power x time x cycles x efficiency

• Q = kWh/gün,
• power = ısıtma elemanının nominal gücü (kW)
• time = buz çözme çalışma süresi (Hours)
• cycles = Defrost döngüsü günde kaç kez gerçekleşecek?
• efficiency = ısının % kaçı ortama aktarılır.

Bu örnekte, soğuk odamız 1,2kW değerinde bir elektrikli ısıtma elemanı kullanıyor, günde 3 kez 30 dakika çalışıyor ve tükettiği tüm enerjinin %30’unun soğuk odaya aktarıldığı tahmin ediliyor.

Q = power x time x cycles x efficiency
Q = 1.2kW x 0.5hours x 3 x 0.3
Q = 0.54kWh/gün

Toplam ekipman yükü, daha sonra fan ısı yükü (8,4kWh/gün) artı defrost ısı yükü (0,54kWh/gün), bu nedenle 8,94 kWh/gün’e eşittir.

Sızma Yükü

Şimdi hava sızmasından kaynaklanan ısı yükünü hesaplamamız gerekiyor. Basitleştirilmiş bir denklem kullanacağım, ancak hesaplamanızın ne kadar kritik olduğuna bağlı olarak, daha fazla kesinlik elde etmek için daha kapsamlı formüller kullanmanız gerekebilir. Aşağıdaki formülü kullanacağız:

Q = changes x volume x energy x (Temp out – Temp in ) / 3600

• Q = kWh/gün
• changes = günlük hacim değişikliği sayısı
• volume = soğuk hava deposunun hacmi
• energy = Santigrat derece başına metreküp başına enerji
• Temp out = Dış ortam sıcaklığı
• Temp in = Soğuk odanın içerisindeki hava sıcaklığı
• 3600 = kJ değerinden kWh değerine dönüşüm.

Kapının açık olması nedeniyle günde 5 hacim hava değişimi olacağını tahmin edeceğiz, hacim 120m3 olarak hesaplandı, her metreküp yeni hava 2kJ/°C sağlıyor, dışarıdaki hava 30°C ve hava içerisi 1°C kabul edilmiştir.

Q = changes x volume x energy x (Temp out – Temp in ) / 3600
Q = 5 x 120m³ x 2kJ/°C x (30°C – 1°C ) / 3600
Q = 9.67 kWh/gün

Toplam Soğutma Yükü

Toplam soğutma yükünü hesaplamak için sadece hesaplanan tüm değerleri toplayacağız.

İletim Yükü: 23.8kWh/gün
Ürün Yükü: 26.5 kWh/gün
İç Yükler: 3.36kWh/gün
Ekipman Yükü: 8.94 kWh/gün
Sızma Yükü: 9.67 kWh/gün
Toplam = 72.27 kWh/gün

Emniyet Faktörü

Ayrıca, tasarımdan kaynaklanan hataları ve varyasyonları hesaba katmak için hesaplamaya bir güvenlik faktörü de uygulamamız gerekir. Bunu kapsamak için hesaplamaya yüzde 10 ila 30 eklemek normaldir, bu örnekte %20 ile gittim. Soğutma yükünü 1,2 güvenlik faktörü ile çarpıp, 86,7 kWh/gün sonucuna ulaşabiliriz.

Soğutma Kapasitesi Boyutlandırma

Yapmamız gereken son şey, bu yükü kaldıracak soğutma kapasitesini hesaplamaktır, yaygın bir yaklaşım, toplam günlük soğutma yükünün ortalamasını soğutma ünitesinin çalışma süresine göre yapmaktır. Bunun için ünitenin günde 14 saat çalışacağını tahmin ediyorum ki bu bu büyüklük ve soğuk oda türü için oldukça tipiktir. Bu nedenle, 14 saate bölünen 86,7 kWh/gün toplam soğutma yükümüz, soğutma ünitemizin bu soğutma yükünü yeterince karşılayabilmesi için 6,2 kW kapasiteye sahip olması gerektiği anlamına gelir.

Kaynak: theengineeringmindset.com

About Author