در این آموزش از واحد دستگاه بین المللی (S.I.U) برای اندازه گیری کمیت ها استفاده می شود.

انرژی حرارتی: حرارت نوعی انرژی است که در اثر اختلاف دما بین دو جسم (یا دو محیط) از جسم گرمتر به جسم سردتر منتقل می شود و موجب سریعتر شدن سرعت حرکت مولکولهای جسم سردتر می شود.

یادآور می شویم که انرژی حرارتی قابل تبدیل به انرژیهای دیگر است و واحد آن در دستگاه (SI) ژول (Joul) می باشد.

دما: دما شدت گرمایی یک جسم می باشد و مقیاس سنجش حرکت مولکولهای آن جسم است، دما یک مقدار نسبی است.

واحد دما در دستگاه (SI) درجه کلوین می باشد که در این آموزش معیار را با توجه به رابطه زیر بر حسب درجه سانتی گراد قرار داده ایم.

(1)                            K=°C+273

گرمای ویژه:

گرمای ویژه مقدار گرمایی است که به واحد جرم ماده ای داده می شود تا دمای آن را یک درجه تغییر دهد.

یادآور می شویم چون گرم کردن و سرد کردن در فشار ثابت می باشد، لذا منظور از گرمای ویژه در فشار ثابت است.

بنابراین برای مقدار گرمایی منتقل شده به (m) کیلوگرم از یک ماده در موقع تغییر دما از t1 به t2 از رابطه زیر محاسبه می گردد:

(2)                      (Q=m.cp(t2-t1

که:

Q = مقدار گرمای تبادل یافته بر حسب j

m = جرم جسم بر حسب کیلوگرم

Cp= گرمای ویژه متوسط در فشار ثابت بین دمای t1 و t2 برحسب ژول بر درجه کلوین(j/kg°k)

t1 و t2 = دمای اولیه و ثانویه برحسب کلوین

گرمای نهان:

گرمای نهان مقدار گرمایی است که به یک جسم داده می شود تا آن تغییر حالت بوجود آید که در این تغییر حالت دما و فشار ثابت می باشند.

انتالپی:

تغییر فیزیکی انتالپی: انتالپی برابر مجموع انرژی داخلی و انرژی حرکت جسم یا ماده می باشد.

(3)                          h=u+pv

که:

h = انتالپی برحسب ژول بر کیلوگرم (j/kg)

u = انرژی داخلی برحسب ژول بر کیلوگرم (j/kg)

P = فشار برحسب پاسکال (نیوتن بر مترمربع)

v = حجم مخصوص برحسب مترمکعب بر کیلوگرم

تغییرات انتالپی برابر است با گرمایی که در فشار ثابت از یک جسم گرفته می شود یا به جسم داده می شود.

(4)                 q(p)=h2-h1

تبرید:

تبرید به معنی تولید برودت در یک جسم یا فضا می باشد، در واقع همان مقدار حرارتی است که از جسم یا فضا گرفته می شود تا دمای آن از t2 به t1 کاهش یابد.

7-1- تن تبرید:

در صنایع برودتی تن تبرید به کار گرفته می شود. یک تن تبرید مقدار حرارتی است که در مدت 24 ساعت بایستی از یک تن (1000 کیلوگرم) آب صفر، درجه سلسیوس جذب گردد تا آنرا به یک تن یخ در همان دما تبدیل نماید.

ظرفیت سردخانه:

الف) ظرفیت وزنی سردخانه: منظور از ظرفیت وزنی مقدار کالایی است که برحسب تن (1000 کیلوگرم) می توان در سردخانه انبار نمود.

ب) ظرفیت حجمی سردخانه: منظور از ظرفیت حجمی، آن فضایی است که در سردخانه می توان کالا انبار نمود.

ج) ظرفیت برودتی: منظور از ظرفیت برودتی، قدرت دستگاههای تولید برودت در شرایط حرارتی موجود در سردخانه می باشد.

انتقال حرارت:

جریان حرارت از جسم یا فضای با دمای بیشتر به جسم یا فضای با دمای کمتر را انتقال حرارت گویند.

توضیح: چون در محاسبات انتقال حرارت همیشه بدترین شرایط جوی محل و همچنین دما داخل سالنها ثابت در نظر گرفته می شود، لذا محاسبات بر مبنای جریان یکنواخت حرارت عمل می گردد.

انتقال حرارت به سه طریق انجام می پذیرد: 
1- انتقال حرارت به طریق هدایت

2- انتقال حرارت به طریق جابجائی یا وزش

3- انتقال حرارت به طریق تشعشع

در طریقه انتقال حرارت به طریق هدایت، هر جسمی که دارای انرژی حراراتی بیشتر است، مقداری از انرژی خود را به جسم مجاور داده و آنرا گرمتر می نماید. در محاسبات عملی مقدار گرمای انتقالی از طریق هدایت به صورت فرمول ذیل انجام می گیرد:

(5)                              Q=AuΔt

Q = مقدار حرارت منتقل شده در واحد زمان برحسب وات (w)

A = سطح تبادل حرارات برحسب مترمربع(m³)

Δt= اختلاف دما برحسب درجه کلوین(°K)

u = ضریب انتقال حرارتی مقدار گرمایی است که از واحد سطح در واحد زمان به ازاء یک درجه اختلاف دما انتقال یابد برحسب وات بر مترمربع بر درجه کلوین. (w/m²°K)

محاسبات بار سرمایی:

برای سادگی محاسبات بار سرمایی، بار سرمایی کل را نسبت به منابع حرارتی اعمال کننده بار، به تعدادی بار مجزا تقسیم می کنند که بار تبرید، مجموع کل آنهاست.

مراحل محاسبات بار سرمایی در این پروژه که بر اساس اصول استانداردهای موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران و همچنین جداول کتبی همانند اصول تبرید تدوین و انتخاب گردیده است، به صورت زیر تشریح می گردد:

بار حاصل از جداره ها:

بار حاصل از جداره ها یا بار نشت دیوار عبارت است از میزان حرارتی که به طریق هدایت، از سطوح خارجی به فضای سرد شونده وارد می شود. مقدار حرارتی که در واحد زمان به وسیله دیوارها به فضای سرد شونده وارد می شود تابعی از سه عامل می باشد که رابطه آنها در معادله زیر نشان داده شده است:

(6)                         (Q=(A)(u)(ΔT

که:

Q = شدت حرارت انتقال یافته برحسب وات (w)

A = سطح خارجی دیوار برحسب مترمربع(m²)

U = ضریب کلی انتقال حرارت برحسب وات بر مترمربع (w/m²)

میزان U با توجه به رابطه شماره 7 بدست می آید و میزان k در رابطه فوق با توجه به اجناس جداره موردنظر به تفکیک با در نظر گرفتن میزان ضخامت موردنظر که در این پروژه در صفحات بعدی به همراه ديتيل تشریح و محاسبه گردیده است.

(7) 

که:

fi = ضریب کنوکسیون فیلم هوای داخلی

Δx= ضخامت بر حسب (m)

k= ضریب هدایتی بر حسب (w/m°k)

fο = ضریب کنوکسیون فیلم هوای خارجی

Δt= میزان اختلاف دمای دو طرف دیوار برحسب درجه کلوین برآورد مي گردد که در این پروژه با توجه به رابطه زیر درجه سلسیوس در نظر گرفته ایم.

(8)                         °c=°k-273

2-2- بار تعویض هوا:

هنگامی که درِ فضای سرد شونده ای باز می شود مقداری از هوای گرم بیرون جایگزین هوای سرد می گردد.

حرارتی که می باید از هوای گرم ورودی گرفته شود تا دما و رطوبت آن به شرایط داخل فضا برسد، قسمتی از بار سرمایی کل تجهیزات تبرید می باشد و بار تعویض هوا نامیده می شود.

بر اساس اصول مندرج در کتاب اصول تبرید میزان بار تعویض هوا از رابطه زیر محاسبه می گردد:

(9)                          (Q=m(h0-hi

که:

Q = بار تعویض هوا برحسب کیلووات (kw)

m = جرم هوای ورودی برحسب کیلوگرم بر ثانیه (kg/s)

hο = انتالپی هوای خارج برحسب کیلوژول بر کیلوگرم (kj/kg)

  hi= انتالپی هوای داخلی برحسب کیلوژول بر کیلوگرم (kj/kg)

(10) 

که:

Q = بار تعویض هوا برحسب وات (w)

V = حجم سالن موردنظر برحسب مترمکعب (m³)

a = تعداد دفعات تعویض هوا

ρ = مقدار ثابت     (1/169)

h0-hi : براي بذست آوردن میزان h0 و hi را با داشتن دما (DB) و رطوبت نسبی (%RH) محل موردنظر به سایتومتریک مراجعه می کنیم و مقدار را می خوانیم و پس از آن هر یک را با استفاده از رابطه زیر تبدیل به بی تی یو بر پوند (Btu/Lb) می کنیم و در رابطه شماره 10 قرار می دهیم.

(11) 

محاسبه بار محصول:

هنگامی که محصول با دمایی بیشتر از دمای فضای سرد، وارد سردخانه می شود تا رسیدن به دمای فضا، مقداری حرارت از دست می دهد که میزان آن به دمای فضا، جرم، گرمای ویژه و دمای ورود محصول بستگی دارد. در صورتی که دمای فضای سردخانه بالاتر از نقطه انجماد محصول باشد، مقدار حرارت دفع شده توسط محصول از معادله زیر محاسبه می شود:

(12) 

که:

Q = مقدار حرارت دفع شده برحسب کیلوژول (kj)

m = جرم محصول برحسب کيلوگرم (kg) ، این میزان با توجه به پالت بندی سالن و جرم هر محصول در پالت محاسبه می گردد.

 C= گرمای ویژه بالای نقطه انجماد برحسب درجه کلوین می باشد

Δt = تغییر دمای محصول در سردخانه

هنگامی که محصول ما فرآورده های گوشتی باشد و نیاز به انجماد دارد حرارت گرفته شده از محصول در سه مرحله محاسبه می گردد:

1) مقدار حرارت گرفته شده از محصول برای سرد شدن از دمای ورود تا دمای انجماد

(13) 

2) مقدار حرارت گرفته شده در طول انجماد

(14) 

که:

hif = حرارت نهان انجماد برحسب کیلوژول بر کیلوگرم 3) مقدار حرارت گرفته شده از محصول برای سرد شدن از دمای انجماد تا دمای نهایی نگهداری

(15) 

* توضیحاتی مهم و مختصر در رابطه با بار برودتی ناشی از کالا با توجه به استانداردهای بار برودتی سردخانه مواد غذایی:

الف) محاسبه بار برودتی ناشی از کالا بر اساس بار ورودی روزانه محصول محاسبه می گردد. بار ورودی روزانه محصول برای سالنهای بالای صفر با ظرفیت بیش از 200 تن 8 درصد و کمتر از 200 تن 10 درصد ظرفیت کل سالن منظور می گردد.

بار ورودی روزانه محصول برای سالنهای زیر صفر با ظرفیت بیش از 200 تن 10 درصد و کمتر از 200 تن 15 درصد ظرفیت کل سالن می باشد و برای سردخانه های اختصاصی (شیلات، کشتارگاه، ترانزیتی و مشابه) تا 20 درصد ظرفیت کل سالن محاسبه می شود.

ب) سردخانه هایی که بار ورودی بار ورودي خود را از طريق سالنهای انجماد مستقیما می پذیرند، بار ورودی ناشی از کالا محاسبه نمی گردد.

حال جهت بدست آوردن میزان بار محصول سالنهای گوشت

(16) 

حرارت تنفسی:

میوه ها و سبزیجات پس از چیده شدن نیز زنده هستند و تغییراتی می یابند. مهم ترین این تغییرات به وسیله تنفس آنها بوجود می آید که طی آن اکسیژن هوا با هیدراتهای کربن محصول ترکیب و موجب ازاد شدن دی اکسیدکربن و حرارت می شود، حرارت دفع شده از محصول حرارت تنفس نام دارد و مقدار حرارت حاصل از تنفس، به نوع و دمای محصول بستگی دارد و از رابطه زیر بدست می آید:

(17) 

محاسبه بارهای متفرقه:

محاسبه بار روشنایی:

بار برودتی در اثر روشنایی از فرمول زیر محاسبه می گردد:

طبق استانداردهای سردخانه برای محاسبه میزان توان روشنایی به ازای هر مترمربع 8 تا 10 وات در نظر می گیریم. در این پروژه برای سالن 8 وات و برای راهروهای منتهی به سالن ها 10 وات در نظر گرفته ایم.

بار برودتی در اثر موتور و فن داخل سالن از فرمول زیر محاسبه می گردد:

که:

توان خروجی موتور را با توجه به میزان دمای سالن و با انتخاب نوع اوپراتور و موتورهاي به کار رفته در سالن هاي سردخانه از داخل کاتالوگ مربوطه می خوانیم. ضریب معادل حرارتی را می توان از جدول شماره 13-10 بخوانیم.

ساعت کارکرد با توجه به جدول 8-10، 9-10، 10-10 برای هر محصول با رنج زمان سرد کردن معین گردیده

 

محاسبه بار افراد:

بار برودتی در اثر افراد از فرمول زیر محاسبه می گردد:

(18)   

طبق استانداردهای محاسبه بار برودتی سردخانه مواد غذایی، تعداد کارگران برای سالنهای نگهداری کمتر از 200 مترمربع 2 تا 3 نفر و بیش از 200 متر 3 تا 4 نفر در نظر گرفته می شود.

حرارت معادل هر فرد با توجه به جدول شماره 12-10 با داشتن دمای سالن مورد نظر بدست می آید.

ساعات حضور در سردخانه را با توجه به نسبت حجم کار در سردخانه 16 ساعت (دو شیفت کاری 8 ساعته) در نظر گرفتیم.

بار حاصل از لیفتراگ:

بار برودتی در اثر لیفتراگ از فرمول زیر محاسبه می گردد:

(19) 

ضریب اطمینان:

پس از محاسبه بار گرمایی کل حدود 5 تا 10 درصد به عنوان ضریب اطمینان به آن اضافه می کنند.

در پایان با استفاده از رابطه زیر می توان ظرفیت دستگاهها را بدست آورد:

(20)