محاسبه بار سرمایشی سردخانه مواد غذایی

بار سرمایشی سردخانه‌ها متشکل از مجموعه حرارت‌هایی است که از روش‌های مختلف و به وسیله‌ی منابع گوناگون تولید و به داخل سردخانه منتقل می‌شود. این بار تنها حاصل یک منبع و منشأ حرارتی نیست. منابع عمده‌ی تولید حرارت که بار سرمایشی در سردخانه‌ها را به وجود می‌آورند عبارتند از:

1-بار سرمایشی به علت انتقال حرارت از طریق دیوارها، سقف و کف سردخانه

انتقال حرارت از طریق دیوارها، سقف و کف سردخانه به دو شکل هدایت حرارتی و تشعشع انجام می‌گیرد. هدایت حرارتی ناشی از وجود اختلاف دما بین درجه حرارت فضای بیرون از سردخانه و دمای پایین فضای داخلی سردخانه است. اما انتقال حرارت تشعشعی مربوط به دیوارهای خارجی و سقف‌هایی از سردخانه است که طی روز در معرض تابش خورشید هستند و باید در محاسبات بار سرمایشی در نظر گرفته شوند.

هدایت حرارتی در جداره‌های سردخانه را می‌توان به کمک رابطه زیر محاسبه کرد:

Q̇=UA(Tᴏ-T¡)

در رابطه بالا U ضریب حرارتی کل، A سطح تبادل حرارت، To دمای محیط بیرون سردخانه و T¡ دمای نگهداری مواد در داخل سردخانه است. U جداره، با توجه به مصالح به کار رفته، جنس و ضخامت هرکدام از سطوح و همچنین شرایط هوای دو طرف جداره محاسبه می‌شود.

در طراحی-سردخانه‌ها اغلب از تابش مستقیم آفتاب جلوگیری می‌شود. به این منظور روی قسمت‌هایی که در معرض تابش آفتاب هستند، ایرانیت قرار داده و بین ایرانیت و جداره یک فاصله‌ی هوایی تعبیه می‌کنند، به گونه‌ای که هوای این قسمت به طور دائم تهویه شود. از طرف دیگر سعی می‌شود، از فضاهای مجاور دیوارهایی که در معرض تابش مستقیم آفتاب هستند، برای بخش‌های سرویس دهنده در سردخانه استفاده شود. در صورتی که دیوارها و سقف سردخانه در معرض  نور خورشید قرار گیرند، به منظور در نظر گرفتن اثر تشعشع با توجه به رنگ و جهت دیوار یا سقف، به اختلاف درجه حرارت(To-T¡) مقداری اضافه می‌شود.

2- بار سرمایشی ناشی از نفوذ هوای گرم به داخل سردخانه

هوای گرمی که وارد سردخانه می‌شود، باید تا دمای فضای داخل سردخانه خنک شود، بنابراین این بار سرمایشی آن به بار سردخانه اضافه می‌شود. عوامل متفاوتی باعث ورود هوای گرم به داخل سردخانه می‌شوند؛ باز ماندن درهای سردخانه به منظور رفت و آمد افراد و لیفتراک‌ها، نفوذ هوا از طریق درز درها و پنجره‌ها و لزوم تهویه اجباری هوای داخل سردخانه از جمله‌ی این عوامل هستند. لزوم تهویه هوا در داخل سردخانه به دلیل حضور افراد و نیاز آن‌ها به هوای تازه و در برخی مواقع که دلیل نوع محصولات نگهداری شده است. برای مثال در فضایی از سردخانه که فرایند تولید قارچ انجام می‌پذیرد، گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌شود. بنابراین افزون بر سرد نگه داشتن فضا، هوای داخل فضای مورد نظر باید تهویه‌ی مکانیکی نیز شود. همچنین در سردخانه‌های نگهداری انگور به منظور جلوگیری از خرابی محصول، برای ضد عفونی کردن آن از گاز گوگرد استفاده می‌کنند. از آنجا که گاز گوگرد سمی است، تهویه هوای داخل سردخانه ضروری است. همچنین در بعضی سردخانه‌ها فرایند عمل‌آوری موز سبز رنگ به کمک گاز استیلن انجام می‌گیرد. این گاز هم سمی و هم اشتعال‌زا می‌باشد و باید از فضای سردخانه با تهویه هوا خارج شود.

با توجه به مطالب بالا، لزوم محاسبه بار سرمایشی ناشی از نفوذ هوای گرم به داخل سردخانه احساس می‌شود. این بار برابر است با:

حرارت لازم برای هر لیتر هوا(kJ/lit) × دبی حجمی هوای نفوذی(lit/s)  =(Kw) Q̇

بار حرارتی نفوذی به سردخانه حاوی بخار آب است. این بخار آب همراه با هوای نفودی علاوه بر افزایش بار کویل اواپراتور، باعث تولید برفک روی کویل اواپراتور در فضاهای زیر صفر درجه می‌شود. نشست برفک روی کویل‌ها باعث دو پدیده نامطلوب می‌شود؛ نخست این که برفک به عنوان یک عایق خوب به شمار می‌آید و قرارگیری روی کویل باعث کاهش کارایی و ظرفیت سرمایشی اواپراتور می‌شود. دیگر این که برفک مسیر عبور هوا به درون کویل‌ها را بسته و از گردش هوا در لابه‌لای آن‌ها جلوگیری می‌کند. مجموعه‌ی این عوامل منجر به کاهش ظرفیت اواپراتور و در نتیجه افزایش توان مورد نیاز کمپرسور می‌شود.

با توجه به موارد گفته شده جلوگیری از  نفوذ هوا تا حد ممکن ضروری است. یکی از راه‌های جلوگیری از نفوذ هوا، استفاده از پرده‌ی هوا است. پرده‌های هوا در دو نوع افقی و عمودی موجود هستند.

3- بار سرمایشی محصولات گرم ورودی به سردخانه

هنگامی که یک محصول با دمای بیش‌تری از دمای فضای سرد وارد سردخانه می‌شود، باید مقداری حرارت از دست بدهد تا از دمای اولیه خود در زمان ورود به دمای نهایی سردخانه برسد. این میزان حرارت به عنوان بار حرارتی محصول مورد نظر شناخته می‌شود و میزان آن به دمای سردخانه، جرم، گرمای ویژه و دمای ورود محصول بستگی دارد. بنابراین:

Q=mC1(To-Tf) + mhˢᶠ + mC2 (Tf-T¡)

در این رابطه m جرم محصول ورودی و C1 و C2 به ترتیب گرمای ویژه محصول پیش و پس از انجماد است. درجه حرارت‌های To، Tf وT¡ هم به ترتیب دمای محصول در ورود به سردخانه، دمای انجماد و دمای نهایی که محصول در آن دما در سردخانه نگهداری می‌شود، هستند. hˢᶠ نیز گرمای نهان انجماد محصول است.

نکته‌ای که باید در مورد میوه‌ها و سبزیجات به آن توجه کرد بار حرارتی دیگری است که ناشی از تنفس آنها می‌باشد. میوه‌ها و سبزیجات پس از چیده شدن هنوز زنده‌اند و تنفس میکنند. طی این فرایند اکسیژن هوا با هیدرات‌های کربن محصول ترکیب شده و باعث آزاد شدن دی اکسید کربن و حرارت می‌شود. حرارت دفع شده از محصول، حرارت تنفسی نام دارد. هنگامی که در سردخانه مقدار قابل توجهی میوه یا سبزی در دمای بالاتری از دمای انجماد نگهداری می‌شود، باید این حرارت را به عنوان قسمتی  از بار محصول در نظر گرفت. این بار به صورت زیر محاسبه می‌شود:

حرارت ناشی از تنفس (W/kg)×جرم محصول (kg) =Q̇ حرارت تنفسی (W)

مطلب دیگری که باید به آن توجه کرد، در مورد بار سرمایشی ناشی از ظروف و مواد بسته بندی است. گاهی محصولات به همراه ظرف و محفظه نگهدارنده آن‌ها سرد می‌شوند، که از آن جمله می‌توان به سرد شدن شیر در بطری، تخم مرغ در شانه‌ها، و میوه و سبزیجات در جعبه‌ها اشاره کرد. بنابراین ظروف و مواد بسته بندی نیز در هنگام سرد شدن مقداری حرارت از دست می‌دهند که باید به طور جداگانه به عنوان قسمتی از بار محصول در نظر گرفته شود.

4- بارهای متفرقه

بارهای متفرقه شامل حرارت‌های تولید شده‌ی ناشی از حضور افراد در فضای سردخانه، چراغ‌ها، موتورهای الکتریکی، فن‌ها و دیگر تجهیزات الکتریکی و لیفتراک‌ها است. حرارت حاصل از لامپ‌ها به صورت زیر به دست می‌آید:

حرارت ناشی از موتورهای الکتریکی نظیر فن‌ها، رطوبت زن، لیفتراک و غیره به صورت زیر محاسبه می‌شود:

بار افراد نیز در سردخانه برابر است با:

بار سرمایشی کل سردخانه

پس از محاسبه اجزای مختلف بار سرمایشی همه را با هم جمع کرده و به میزان 5 تا 10 درصد به عنوان ضریب اطمینان به مجموع آن‌ها اضافه می‌شود. به این ترتیب بار سرمایشی کل سردخانه به دست می‌آید.

روش کوتاه محاسبه بار سردخانه

برای سردخانه‌های عمومی که بار محصولات آن‌ها مشخص نیست و هر روز تغییر می‌کند، نمی‌توان از روشی که گفته شد استفاده کرد. در چنین مواردی بار سرمایشی با استفاده از روش کوتاه محاسبه می‌شود.