SOĞUK HAVA DEPOSU SOĞUTMA YÜKÜ HESABI NASIL YAPILIR

Soğutma Yükü Nasıl Hesaplanır?  Soğuk oda nedir?

Soğuk oda, meyve sebzeler ve et gibi çabuk bozulan ürünlerin, bozulmalarını yavaşlatmak ve mümkün olduğu kadar uzun süre taze tutmak için kullanılır. Isı ürünlerin bozulmalarını hızlandıran bir etmendir. Bu sebeple, soğuk odalarda ortamda bulunan ısı kaldırılarak, ürünlerin soğuması sağlanır.

Isıyı ortamdan uzaklaştırmak, depolanan ürünlerin mümkün olduğu kadar uzun süre saklanabilmesini sağlamak için, sıcaklığın doğru ve otomatik olarak kontrol edilmesini sağlayan soğutma sistemlerine ihtiyaç vardır.

Isıyı ortamdan kaldırmak ve uygun bir soğutma işleminin gerçekleştirilebilmesi için soğutma yükünün ne olacağının hesaplanması gerekir. Soğutma yükü; depoda saklanan ürün, deponun kurulacağı alan, deponun kullanılma şekline göre gün boyunca değişir, bu nedenle çoğu durumda ortalama soğutma yükü hesaplanır ve kurulacak olan sistemin soğutma kapasitesi buna göre hesaplanır.

Soğuk Oda Isı Kaynakları

Soğuk odalarda ısı kazanımı genellikle % 5-15 oranında iletim yüklerinden geçer. Yani deponun çatısından, duvarlarından ve zemininden soğuk odaya akan termal bir enerji vardır.

Isı her zaman sıcaktan soğuğa akar ve soğuk odanın iç kısmı çevredeki ortamdan çok daha soğuktur, bu nedenle ısı her zaman bu sıcaklık farkı nedeniyle alana girmeye çalışır. Eğer soğuk depo doğrudan güneş ışığına maruz kalırsa, ısı transferi daha yüksek olacaktır.

Soğutma yükünü etkileyen diğer bir etmen ise, depoya konulan ürünlerden gelen yüklerdir. Ürünlerden gelen soğutma yükleri, toplam ısı kazancının  % 55-75’ini oluşturur. Ayrıca, ürün soğuduktan sonra ikinci bir şoklama, dondurma veya ileri soğutma gibi işlemler yapılacaksa bu da ek soğutma yükü oluşturacaktır.

Isı kazancı hesabı yaparken paketlemeyi de hesaba katmak gerekir, çünkü ürünün paketi de depoda soğutmaya maruz kalacaktır.

Ayrıca, meyve ve sebzeleri soğutma işlemi yapılacaksa, bu ürünler canlı olması ve solunumla ortamda bir miktar ısı üretmeleri sebebiyle, buradan gelecek ısı kazancının da hesaba katılması gerekir.

Dikkate alınacak bir sonraki şey, yaklaşık % 10-20 civarında olan iç yüklerdir. Bu, soğuk odada çalışan kişiler tarafından verilen ısılar, forklift, aydınlatma gibi ekipmanlardan gelen ısı kazançlarıdır. Bu nedenle, ürünleri depoya yüklemek ve depodan çıkarmak için kullanılacak ekipmanlar, depoda çalışacak personel sayısı, yükleme/boşaltma için harcanacak süre gibi etmenler ısı kazancı hesabına dahil edilmelidir.

Bunların yanında, toplam soğutma yükünün yaklaşık % 1-10’unu oluşturacak olan odadaki soğutma ekipmanını dikkate almamız gerekiyor. Bunun için fan motorlarının derecesini ve her gün yaklaşık olarak ne kadar süre çalışacağını bilmek ve evaporatörün defrost yaparken ortama vereceği ısıyı da bu hesaba dahil etmek gerekir.

Dikkate alınması gereken son şey, soğutma yükünün tekrar % 1-10’unu etkileyen odaya sızan havadır. Bu durum, soğuk oda kapısı açıldığında meydana gelir. Diğer husus ise havalandırmadır. Meyve ve sebzeler karbondioksiti açığa çıkardığı için, bazı depolarda havalandırma fanı gerektirir. Bu havanın da soğutulması gerektiği için ısı kazancı hesabına dahil edilmelidir.

Soğutma yükü hesaplama örneği

Soğuk bir oda için basitleştirilmiş bir soğutma yükü hesaplama örneği yapalım:

İletim yükü hesabı

• Soğuk depomuzun boyutları 6m uzunluğunda, 5m genişliğinde ve 4m yüksekliğinde olsun.
• Ortam havası (deponun bulunduğu lokasyon) % 50 bağıl neme sahip 30°C, İç hava (deponun içerisinde olması istenilen hava koşulu) % 95 bağıl nemde 1°C.
• Duvarlar, çatı ve katlar, U 0.28W / m2.K değeri olan 80 mm poliüretan ile yalıtılmıştır.
• Zemin sıcaklığı 10°C’dir.

İletim yükünü hesaplamak için şöyle bir formülü kullanacağız:

Q = U x A x (Dış Sıcaklık – İç Sıcaklık) x 24 ÷ 1000

• Q =kWh / g ısı yükü
• U =U yalıtım değeri (bu değeri zaten biliyoruz) (W / m2.K)
• A = Duvarların, çatı ve zemin yüzey alanı (bunu hesaplayacağız) (m2)
• İç Sıcaklık =Odanın içindeki hava sıcaklığı (° C)
• Dış Sıcaklık =Ortam dış hava sıcaklığı (° C)
• 24 =Bir gündeki saat sayısı
• 1000 =Watt’tan kW’ye dönüşüm.

“A” yı hesaplamak oldukça kolaydır:

1. Duvar= 6m x 4m = 24m2
2. Duvar = 6m x 4m = 24m2
3. Duvar = 5m x 4m = 20m2
4. Duvar = 5m x 4m = 20m2

Çatı = 5m x 6m = 30m2

Kat = 5m x 6m = 30m2

Zemini, duvar ve tavandan ayrı olarak hesaplamanız gerekir, çünkü sıcaklık farkı zeminin altında farklıdır, bu nedenle ısı transferi de farklı olacaktır.

Duvarlar ve Çatı

Q = U x A x (Dış sıcaklık – İç Sıcaklık) x 24 ÷ 1000

Q = 0.28W / m2.K x 148m2 x (30°C – 1°C) x 24 ÷ 1000

Q = 28,8 kWh / gün

[148m2 = 24m2 + 24m2 + 20m2 + 20m2 + 30m2 + 30m2]

Zemin

Q = U x A x (Dış sıcaklık – İç Sıcaklık) x 24 ÷ 1000

Q = 0.28W / m2.K x 30m2 x (10°C – 1°C) x 24 ÷ 1000

Q = 1,8 kWh / gün

Toplam günlük iletim ısısı kazancı= 28.8kWh/gün + 1.8kWh/gün = 30,6 kWh/gün

Ürün Yükleme – Ürün Değişiminden Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Sonraki adımda, soğutma yükünü, soğuk odaya yeni gelen ürün değişiminden gelen ısıya göre hesaplayacağız.

Bu örnek için elmaları depolayacağız. Ürünleri soğutmanın yanında dondurma, ileri soğutma gibi işlemler yapacaksanız, bunların ısı kazancı hesaplarını da ayrı ayrı yapmanız gerekir. Biz bu örnekte sadece soğutma yapıyoruz.

Her gün 5°C’lik sıcaklıkta ve 3.65 kJ/kg’lık bir ısı kapasitesi olan 4.000 kg’lık yeni elma depoya gelmektedir.

Bu hesap için şu formülü kullanabiliriz:

Q = m x Cp x (Ürün giriş sıcaklığı – Depo içi sıcaklık) / 3600

• Q =kWh / gün
• CP =Ürünün Özgül Isı Kapasitesi (kJ/kg.°C)
• m = Yeni eklenen ürünlerin kütlesi (kg)
• Ürün giriş sıcaklığı =Ürünlerin giriş sıcaklığı (°C)
• Depo içi sıcaklık =Depo içindeki sıcaklık (°C)
• 3600 =kJ’den kWh’ye dönüştürme

Hesaplama

Q = m x Cp x (Ürün giriş sıcaklığı – Depo içi sıcaklık) / 3600

Q = 4.000 kg x 3,65 kJ / kg°C x (5°C – 1°C) / 3600

Q = 16kWh / gün

Ürün Solunumundan Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Bir sonraki adım ürün solunumundan gelen soğutma yükü hesabı.  Bu örnekte, ürün solunum ısısını ortalama olarak günlük 1.9kJ/kg kullanalım, ancak bu oran zamanla ve sıcaklıkla değişir. Bu örnekte, bu soğutma yükü kritik kabul edilmediğinden, yalnızca hesaplamayı basitleştirmek için bir tek değeri uyguluyoruz. Bu örnekte, depoda 20.000 kg’lık bir elmayı muhafaza edilmektedir.

Bunu hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanacağız:

Q = m x resp / 3600

• Q =kWh / gün
• m =Depodaki ürün miktarı (kg)
• resp =Ürünün solunum ısısı (1.9kJ / kg)
• 3600 =kJ’yi kWh’ye dönüştürür.

Q = m x resp / 3600

Q = 20.000kg x 1.9kJ/kg / 3600

Q = 10,5 kWh / gün

Yani depoya giren yeni üründen gelen soğutma yükü ve ürünün solunumu sebebiyle gelen soğutma yükünü hesapladığımızda; toplamda 26.5 kWh/gün’lük bir soğutma yükü elde etmiş oluruz.

İç Isı yükü – İnsanlardan Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Bir sonraki adımda depoda çalışan insanlardan gelen ısı yüklerini hesaplayacağız. Soğuk depoda günde 4 saat çalışan 2 kişi olduğunu varsayarsak ve bu kişilerin saatte 270 Watt ısı yaratabileceklerini öngörebiliriz.

Aşağıdaki formülü kullanacağız:

Q = çalışan sayısı x zaman x ısı / 1000

• Q =kWh / gün
• Çalışan sayısı = Depo içinde çalışan kişi sayısı
• Zaman =Kişi başına, depo içinde harcadıkları zamanın uzunluğu (Saat)
• Isı =Saatte kişi başı ısı kaybı (Watt)
• 1000= Sadece watt’ı kW’ye çevirir

Hesaplama:

Q = çalışan sayısı x zaman x ısı / 1000

Q = 2 x 4 saat x 270 Watt / 1000

Q = 2,16 kWh/gün

İç ısı yükü – Aydınlatmadan Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Sonraki adımda aydınlatma tarafından üretilen ısıyı hesaplayacağız. Bu oldukça basittir ve aşağıdaki formülü kullanabiliriz.

Q = lamba x zaman x watt / 1000

• Q =kWh / gün,
• Lambalar =soğuk odadaki lamba sayısı
• Saat =günde kullanım saati
• Watt =lambaların güç derecesi
• 1000 =Watt’ı kW’ye dönüştürür.

Her biri 100W’de 3 lamba varsa, günde 4 saat çalışırsa, hesaplama şöyle olur:

Q = lamba x zaman x watt / 1000

Q = 3 x 4 saat x 100W / 1000

Q = 1.2kWh/gün

Toplam iç yük:  İnsanlardan gelen ısı yükü (2.16 kWh / gün) ve aydınlatma ısı yükü (1.2kWh / gün) toplamda 3.36kWh/gün değerini elde ediyoruz.

Ekipman yükü – Fan motorlarından Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Şimdi, evaporatörlerin fan motorlarından gelen ısı kazancını hesaplayalım.

Q = fanlar x zaman x watt / 1000

• Q =kWh/gün
• Fanlar =Fan sayısı
• Zaman =Fanın günlük çalışma süresi (saat)
• Watt =Fan motorlarının nominal gücü (Watt)
• 1000 =Watt’tan kw’ye dönüştürün.

Bu soğuk oda evaporatöründe, her biri 200W değerinde 3 fan kullanıyor ve günde 14 saat çalışacaklarını varsayıyoruz.

Hesaplama:

Q = fanlar x zaman x watt / 1000

Q = 3 x 14 saat x 200 W / 1000

Q = 8.4kWh / gün

Ekipman yükü – Fan Motorları Defrostundan Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Şimdi evaporatörün buzunun çözülmesinden kaynaklanan ısı yükünü hesaplayacağız. Bunu hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanırız:

Q = güç x zaman x defrost döngüsü x verimlilik

• Q =kWh / gün,
• Güç = Isıtma elemanının güç derecesi (kW)
• Zaman =Defrost çalışma süresi (Saat)
• Defrost döngüsü =Defrost döngüsünün günde kaç kez gerçekleştiği
• Verimlilik =Ortama transfer edilen ısı yüzdesi

Bu örnekte, soğuk odamızda, 1.2kW değerinde bir elektrikli ısıtma elemanı kullanılıyor. Günde 3 kez, 30 dakika çalışıyor ve tükettiği tüm enerjinin % 30’u soğuk odaya aktarılıyor.

Q = 1.2kW x 0.5 saat x 3 x 0.3

Q = 0.54kWh / gün

Toplam ekipman soğutma yükü ise fan ısı yükü (8.4kWh/gün) artı defrost ısı yükü (0.54kWh/gün), 8.94 kWh / gün’e eşittir.

İnfiltrasyondan Gelen Soğutma Yükü Hesabı

Şimdi ısı yükünü hava infiltrasyonundan(sızmasından) hesaplamamız gerekiyor. Basitleştirilmiş bir formülü kullanırsak:

Q =  hacim x enerji x değişim x (Dış Sıcaklık – İç Sıcaklık) / 3600

• Q =kWh / d
• Değişim =Gün içindeki hacim değişimi sayısı
• Hacim =Soğuk depo hacmi
• Enerji =metreküp başına enerji Santigrat derece
• Dış Sıcaklık =Dış ortam hava sıcaklığı
• İç Sıcaklık= Soğuk oda sıcaklığı
• 3600= sadece kJ’den kWh’ye dönüşür.

Depoya ürün giriş çıkışı sebebiyle, kapının günde 5 hacim hava değişimi yaratacağını varsayarsak, hacim 120m3 olarak hesaplanır, her bir metreküp yeni hava 2kJ /°C, dışarıdaki hava 30°C ve depo içindeki hava 1°C

Q =  değişim x hacim x enerji x (Dış Sıcaklık – İç Sıcaklık) / 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: 28.8kWh / gün

Ürün yükleme: 26.5 kWh / gün

İç yük: 3.36kWh / gün

Ekipman yükü: 8.94 kWh / gün

Sızma yükü: 9.67 kWh / gün

Toplam = 77.27 kWh / gün

Emniyet Faktörü

Tasarımdaki hata ve varyasyonları hesaba katmak için hesaplamaya bir emniyet faktörü de uygulamalıyız. Bunu hesaplamak için % 10 ila %30’luk bir sapma eklenebilir.

Bu örnekte % 20 emniyet faktörü kullanalım. Bu yüzden soğutma yükünü 1,2 emniyet faktörü ile çarparsak toplamda 92.7 kWh/gün soğutma yükü elde etmiş oluruz.

Soğutma Kapasitesi Hesaplama

Yapmamız gereken en son şey, bu ısı kazancı yükünü ortamdan uzaklaştırmak için gerekli olan soğutma kapasitesini hesaplamaktır. Bunun için, hesaplanan toplam soğutma yükü, cihazın günde 14 saat çalışması baz alınarak, 14’e bölünür. Bu, soğutma ünitemizin ihtiyaç duyacağı kapasitenin 92,7/14= 6,6kw olması gerektiği anlamına gelir.