Soğutma Yükü Hesabı Nasıl Yapılır

Soğutma Yükü Hesabı Nasıl Yapılır

Heat Load Calculation For cold room

Soğutma yükü hesabı yapmaktaki amaç  soğutma sistemi çevriminde yer alan ekipmanların doğru ve ekonomik bir şekilde seçebilmektir. Soğutma sistem elemanları doğru seçilirse sistem verimli ve bekleneni verecek şekilde uzun yıllar çalışması sağlanır.
Bu yazıda soğuk oda için soğutma yükünün nasıl hesaplanacağına anlatacağız. Önce ısı kaynaklarını inceleyeceğiz ve ardından basitleştirilmiş bir örnekte soğuk oda soğutma yükü hesaplamasının nasıl yapılacağına dair bir örneği inceleyeceğiz.

Soğutma Yükü Hesabı
Soğutma Yükü Hesabı

 

Soğutma Yükü 4 ana grupta hesaplanır

1- Soğutulan hacmi çevreleyen duvar , zemin ve tavanda oluşan ısı kayıpları
2- Kapı veya Havalandırma Esnasında soğuk depo içine giren sıcak hava veya hava kaçakları
3- Konulan ürünlerden gelen ısı yükü
4- Soğuk hava deposu içindeki ısı kaynaklarından gelen ısı.(İnsanlar, Aydınlatma , motor vs )

 

Tüm bu ısı yükleri hesaba katıldığında  soğuk hava deposu oluşturulurken  sandviç panel kalınlığı U değerine ve soğuk deponun yapılacağı ülkeye göre belirlenir. Bu ısı mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır. İzolasyon kalınlığı artırılarak ısı geçirgenlik oranı düşürülmesi soğutma yükünü azaltsa da kurulum maliyetini artıracaktır . Şartlara göre değişmekle birlikte oransal olarak % 5-15 aralığında soğutma ihtiyacı getirir.

Tasarım esnasında   soğuk oda kapısından veya başka sebeplerden ötürü oluşacak olan ısı kaybı hesaba dahil edilir. Hesabın doğru şekilde yapılabilmesi için soğuk deponun gerçek kullanımın bilinmesi ile saptanabilir . Bu oran toplam soğutma kapasitesinden  % 10-15 aralığındadır.

Soğutma yükünü etkileyen ana etmen ise soğuk depo içerisine konulan ürünlerdir. Soğutulacak olan ürünlerin paketlemelerinden kaynaklı oluşacak soğutma yükü de hesaba katılmalıdır . Ürünlerden gelen ısı toplam kapasitenin % 55-70   oranındadır.

Son olarak depo içerisindeki diğer  ısı yayan kaynaklar hesaba katılır . Bu kısım hesaplanırken çalışma süresi , çalışan kişilerden , defrost işlemi  , elektrik motorları  ve  aydınlatmadan gelen ısılar göz önüne alınmalıdır. Toplam soğutma kapasitesinin  % 10-15 buradan gelmektedir.

Soğutma yükü hesaplama örneği

LSoğuk depo ölçüsü 8,0*5,0*4,0 m ölçüsünde , günlük 6 Ton ürün konulan içerde 30 Ton elma sabit olarak depolanan örnek bir tasarım yapalım

Industrial Cold Room Floor Detail
Industrial Cold Room Floor Detail

 

1 -1 -İletim yükü hesabı

  • A• 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.
    • Endüstriyel depolarda zemin paneli kullanmak forklift geçişinden ötürü uygun olmayacağı için XPS yalıtım plakası kullanacağız. Kalınlık 80 mm U 0 :0,42 W / m2.K
    • 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= 8m x 4m = 32 m2
    2. Duvar = 8m x 4m = 32 m2
    3. Duvar = 5m x 4m = 20m2
    4. Duvar = 5m x 4m = 20m2
    Çatı = 5m x 8m = 40m2
    Kat = 5m x 8m = 40m2
    Zemini, duvar ve tavandan ayrı olarak hesaplamanız gerekir, çünkü sıcaklık farkı zeminin altında farklıdır, bu nedenle ısı transferi de farklı olacaktır.Duvarlar ve Tavan
    Q = U x A x (Dış sıcaklık – İç Sıcaklık) x 24 ÷ 1000
    Q = 0.28W / m2.K x 184 m2 x (30°C – 1°C) x 24 ÷ 1000
    Q = 35,8 kWh / gün
    [184m2 = 32m2 + 32m2 + 20m2 + 20m2 + 40m2 + 40m2]
    Zemin
    Q = U x A x (Dış sıcaklık – İç Sıcaklık) x 24 ÷ 1000
    Q = 0,42W / m2.K x 40m2 x (10°C – 1°C) x 24 ÷ 1000
    Q = 3,62 kWh / gün
    Toplam günlük iletim ısısı kazancı= 35,8 kWh/gün + 3,62 kWh/gün = 39,42 kWh/gün

    2- Soğuk Depoya Konulan Ürünlerden Gelen Isı

    Bu adımda depo içerisine konulan ürünlerden ötürü meydana gelen soğutma kapasitesini 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 10 °C’lik sıcaklıkta ve 0,87 kcal/kg’lık bir ısı kapasitesi olan 6.000 kg’lık elma depoya gelmektedir.
    Bu hesap için şu formülü kullanabiliriz:
    Q = m x Cp xDT (Ürün giriş sıcaklığı – Depo içi sıcaklık) / 860
    • 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)
    • 860 = kcal’den kWh’ye dönüştürme
    Hesaplama
    Q = m x C x (Ürün giriş sıcaklığı – Depo içi sıcaklık) / 860
    Q = 6.000 kg x 0,87 kcal / kg°C x (10°C – 1°C) / 860
    Q = 54,6 kWh / gün

     

    3-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 30.000 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 = 30.000kg x 1.9kJ/kg / 3600
    Q = 15,9 kWh / gün
    Yani depoya giren yeni üründen gelen soğutma yükü ve ürünün solunumu sebebiyle gelen soğutma yükünü hesapladığımızda; toplamda 70,5 kWh/gün’lük bir soğutma yükü elde etmiş oluruz.

    4 -İç Isı yükü – İnsanlardan Gelen Soğutma Yükü Hesabı

    Soğuk hava deposu içindeki çalışan insanların yaymış olduğu ısı miktarı depo sıcaklığına , depo hacmine göre değişmektedir.
    Tasarlamış olduğumuz elma deposu için 2 kişinin 4 saat çalışacağını hesaba katarsak formül aşağıda ki gibi olacaktır.
    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

     

    Calculating Heat Load
    Soğutma Yükü Hesabı

     

     

     

    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 120W’de 3 lamba varsa, günde 4 saat çalışırsa, hesaplama şöyle olur:
    Q = lamba x zaman x watt / 1000
    Q = 3 x 4 saat x 120W / 1000
    Q = 1.44 kWh/gün
    Toplam iç yük: İnsanlardan gelen ısı yükü (2.16 kWh / gün) ve aydınlatma ısı yükü (1.44kWh / gün) toplamda 3.6 kWh/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 300 W değerinde 3 fan kullanıyor ve günde 16 saat çalışacaklarını varsayıyoruz.
    Hesaplama:
    Q = fanlar x zaman x watt / 1000
    Q = 3 x 16 saat x 300 W / 1000
    Q = 14,4 kWh / 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, 1.5 kW değerinde rezistanslar kullanılıyor . Günde 3 kez, 20 dakika çalışıyor ve tükettiği tüm enerjinin % 30’u soğuk odaya aktarılıyor.
    Q = 1.5kW x 0.4 saat x 3 x 0.3
    Q = 0.54kWh / gün
    Toplam ekipman soğutma yükü ise fan ısı yükü (14,4 kWh/gün) artı defrost ısı yükü (0.54kWh/gün), 14.94 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 160m3 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 160m3 x 2kJ /°C x (30°C – 1°C) / 3600
    Q = 12.88 kWh / gün

     

     

    Heat Load Calculation Excell
    Heat Load Calculation Excell

     

    Toplam soğutma yükü

    Toplam soğutma yükünü hesaplamak için, sadece hesaplanan tüm değerleri toplayacağız.
    İletim yükü: 39,42 kWh / gün
    Ürün yükleme:70,5 kWh / gün
    İç yük: 3.6 kWh / gün
    Ekipman yükü: 14.94 kWh / gün
    Sızma yükü: 12.88 kWh / gün
    Toplam = 141,34 kWh / gün

     

    Emniyet Faktörü

    Tasarım ile uygulama arasında uyuşmazlık olabilmektedir. Bunu projeye göre değişmekle birlikte % 5- %25 arasında sapma eklenerek tolore etmek mümkündür.
    Bu örnekte % 10 emniyet faktörü kullanalım. Bu yüzden soğutma yükünü 1,1 emniyet faktörü ile çarptığımızda toplamda 155,47 kWh/gün soğutma yükü elde etmiş oluruz.

     

    Soğutma Kapasitesi Hesabı

     

    TYapmamız gereken en son şey, bu ısı kazancı yükünü ortamdan uzaklaştırmak için gerekli olan soğutma kapasitesini hesaplamaktır. Bunun için, hesaplanan toplam soğutma yükü, cihazın günde 16 saat çalışması hesap edildiği için, 16’ya bölünür. Bu, soğutma ünitemizin ihtiyaç duyacağı kapasitenin 155,47/16= 9,71 kw olması gerekir.