طراحی سیستمهای تبرید و سردخانه

Transcript

1 طراحی سیستمهای تبرید و سردخانه منابع 1- اصول تبرید )طراحی و محاسبات سیستمهای سرد کننده( مترجم: مهندس اصغر حاج سقطی انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران سرفصل درس تعاریف و مفاهیم پایه مشخصات هوای مرطوب تبرید و سیکل تراکمی تبخیری کاربردهای تبرید محاسبات بار سرمایی اواپراتورها کمپرسورها و کندانسورها 1

2 گرما طبق نظریه جنبشی - مولکولی همه اجسام از ذرات ریزی به نام مولکول تشکیل شده اند چون مولکول های اجسام حرکت می کنند انرژی جنبشی دارند و به سبب وضع و حالتی که گرم میکنیم پتانسیل انرژی و جنبشی انرژی انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی مولکول هاست. واحد اندازهگیری گرما در سیستم SI ژول (J) مولکولهای است. نسبت آن به یکدیگردارند انرژی پتانسیل نیز دارند. وقتی جسمی را جنبشی نظریه طبق مییابد. افزایش مجموع گرما مولکولی Btu یک تقریبا برابر گرمایی است که از سوختن یک چوب کبریت آزاد میشود. دما )درجه حرارت( وقتی به جسمی گرما میدهیم سرعت مولکولها و انرژی داخلی آنها افزایش مییابد. این افزایش به صورت افزایش دما بروز میکند. با گرفتن گرما )انرژی( از جسم سرعت مولکولها و دمای جسم کاهش مییابد. دما معرف میزان سرعت حرکت مولکولهای یک جسم است. گرما نه تنها نشان دهنده میزان سرعت حرکت مولکولهاست بلکه تعیین کننده تعداد مولکولهایی است که تحت تاثیر آن قرار گرفتهاند. یک قاشق مسی )100 گرمی( که دمای آن 800 است به اندازه یک شمش مسی 5 کیلوگرمی که تا 200 گرم شده است گرما ندارد ولی از آن گرمتر است. ابزار اندازهگیری دما دماسنج شیشهای دماسنج عقربهای 2

3 دماسنج الکترونیکی دماسنج جیوهای: متداول ترین نوع دماسنج دماسنج مایع در شیشه است و دارای لوله شیشه باریک و آب بندی شده با پیازی است که با جیوه الکل )معموال به رنگ قرمز است که مشاهده آن را به سادگی امکان پذیر می کند( یا بعضی مواد مایع دیگر پر شده است. همانطور که دما افزایش می یابد مایع منبسط می شود و در لوله باال می رود. کاهش دما باعث می شود مایع منقبض شده و سطح آن در لوله پایین می آید. دماسنج عقربهای: این دماسنج دارای نواری است که نوار از مواد فلزی متفاوت )فلزات یا آلیاژهای فلزی( است. نوار معموال در فرم مارپیچی یا میلهای است در یک انتها ثابت است. هنگامی که دما تغییر می کند مواد فلزی بیش از دیگران منبسط یا منقبض می شوند که باعث می شود تا نوار بپیچد یا نپیچد یا خم شود. عقربه متصل شده به انتهای آزاد نوار دما را نشان می دهد. نوارهای دوفلزی به طور گسترده ای در دماسنج های عقربه ای و در ترموستات ها استفاده می شوند. نوع دیگر دماسنج که از فلزات غیرمشابه بهره می برند ترموکوپل است. واحدهای سنجش دما: K = سلسیوس کلوین K فارنهایت = 100 R = + 459/67 رانکین R فشار (Pressure) فشار عبارتست از مقدار نیروی وارد بر سطح: P = F A در جامدات تحت عنوان تنش شناخته میشود. نکته: فشار در سیال به صورت مولفه عمودی نیرو بر واحد سطح تعریف میشود. مشخص در تمام جهات یکسان است. فشار در یک سیال ساکن در هر نقطه 3

4 (Absolute) (Gauge) انواع فشار فشار مطلق فشار نسبی P g = P a P 0 نکته: فشار سنج فشار نسبی را نشان میدهد. 1 Pa = 1 N m 2 واحدهای اندازهگیری فشار (atm) بار (bar) اتمسفر psi 4

5 گرمای محسوس: به گرمایی که سبب باال رفتن دمای جسم شود گرمای محسوس گویند. گرمای نهان: به گرمایی که در دمای ثابت به یک جسم داده میشود تا سبب تغییر حالت آن جسم شود گرمای نهان گفته میشود و به صورت گرمای نهان ذوب و گرمای نهان تبخیر وجود دارد. Q Lf = m h if Q Lv = m h fg Q Lf m جرم h if Q Lv m جرم h fg مقدار گرمای آزاد شده حین ذوب گرمای نهان ذوب مقدار گرمای آزاد شده حین تبخیر گرمای نهان تبخیر نمودار دما حجم مخصوص 5

6 سیکل تبرید مهمترین کاربرد صنعت تبرید نگهداری از مواد غذایی است. سرعت فاسد شدن مواد غذایی با کند شدن حرکت مولکولی در نتیجه سرما کاهش مییابد زیرا کند شدن حرکت مولکولی رشد باکتری فاسد کننده مواد غذایی را کم میکند. تبرید )سرد سازی( تبرید عبارت است از گرفتن گرما از محلی که میخواهیم آنرا خنک کنیم و انتقال آن به محیطی بزرگتر که تغییر محسوسی در دمای آن ایجاد نمیشود. تن تبرید برای اندازهگیری قدرت سرمایی در دستگاههای سرد کننده کوچک از وات و در دستگاههای بزرگتر از کیلووات استفاده میشود. واحد دیگری که برای ارزیابی قدرت دستگاههای سرد کننده کوچک وجود دارد بیتییو در ساعت است. W KW Btu hr واحد دیگری که برای سنجش قدرت دستگاههای سرد کننده وجود دارد تن تبرید میباشد که امکان مقایسه آنها را فراهم میسازد. TR یک تن تبرید معادل سرمایی است که یک تن یخ در اثر ذوب شدن در 24 ساعت تولید میکند و معادل بیتییو در ساعت است. 6

7 چرخه تبرید سیال فعال در سیکل یخچال مبردی مانند R 134a یا آمونیاک است. حرارت در تبخیر کننده به مبرد انتقال مییابد که فشار و دمای آن کم است. در کمپرسور فشار و دمای مبرد افزایش مییابد. در چگالنده حرارت از مبرد با فشار و دمای باال منتقل میشود. طی عبور از شیر اختناق یا لوله مویین فشار افت میکند. (انرژی قابل فروش) Q L (انرژی هزینه ساز) W β = 1 Q L = = Q H Q L Q H Q L 1 7

8 نمایش تغییرات فشار و دما در چرخه تبرید ساده اواپراتور یخچال خانگی یخچال خانگی لوله مویین و فیلتر درایر کولر گازی 8

9 مشخصات هوای مرطوب )سایکرومتریک( اجزای تشکیل دهنده هوای خشک: %78 حجمی نیتروژن %21 حجمی اکسیژن %1 دیاکسید کربن و مقادیری جزیی از هیدروژن هلیوم نئون و آرگون دمای نقطه شبنم Point) (Dew : دمایی را که در آن بخارآب موجود در هوا به صورت اشباع در میآید دمای نقطه شبنم دمای نقطه شبنم هوا همواره برابر با دمای اشباع در فشار جزیی بخار آب میباشد. با معلوم بودن فشار مینامند. (DP) جزیی بخار آب میتوان از جداول بخار دمای نقطه شبنم و بالعکس با معلوم بودن دمای نقطه شبنم میتوان فشار جزیی بخار آب را تعیین نمود. رطوبت نسبی Humidity) (Relative : رطوبت نسبی (RH) نمودار نمایش نقطه شبنم بر حسب درصد بیان میشود و عبارتست از نسبت فشار جزیی واقعی بخار آب موجود در هوا به فشار جزیی اعمال شده به وسیله بخار آب در دمای اشباع: رطوبت نسبی با فشار جزیی واقعی بخار در مخلوط فشار جزیی در دمای اشباع RH = 100 = P v P g 100 (φ) نیز نشان داده میشود. رطوبت نسبی طبق نمودار شکل زیر عبارتست از: RH = P 1 P

10 رطوبت نسبی را میتوان با استفاده از قانون گاز کامل به صورت زیر نیز بیان نمود: RH = P v P g 100 = v g ρ v 100 = ρ v ρ g 100 (PV = mrt, P = ρrt) خواص بخار و مایع اشباع آب 10

11 خواص بخار و مایع اشباع آب )ادامه( مثال: رطوبت نسبی هوای 26 با نقطه شبنم 10 چقدر است حل: فشار جزیی واقعی را میتوان با استفاده از نقطه شبنم تعیین نمود. زیرا در دمای 10 شبنم تعیین میشود. با استفاده از خط فشار ثابت نقطه با استفاده از جدول بخار در دمای نقطه شبنم 10 فشار جزیی بخارآب برابر با 0/01227 bar 0/0336 bar میباشد. پس میتوان نوشت: و در دمای 26 برابر RH = P v 10 P g = 0/01227 نسبت رطوبت % 36/5 = 100 0/0336 نسبت رطوبت یا رطوبت ویژه (W) به صورت زیر تعریف میشود: 11

12 W = جرم بخارآب = m v جرم هوای خشک m a به ازای فشار بارومتریک معین نسبت رطوبت تنها تابعی از دمای نقطه شبنم است. به ازای نقطه شبنم معین نسبت رطوبت با تغییر فشار بارومتریک کل تغییر کرده و با کاهش آن افزایش مییابد. با استفاده از قانون گاز کامل برای هوای خشک و بخارآب میتوان نوشت: بنابراین نسبت رطوبت را میتوان به صورت زیر بیان نمود: W P v P a P tot مثال: نسبت رطوبت فشار جزیی بخارآب در دمای نقطه شبنم فشار جزیی هوای خشک فشار بارومتریک نسبت رطوبت هوای 26 با نقطه شبنم 10 در فشار بارومتریک استاندارد چقدر است حل: با استفاده از جدول بخار در دمای نقطه شبنم 10 فشار جزیی بخارآب برابر با 0/01227 bar میباشد. P v = 0/01227 bar P tot = pa = 1/01325 bar W = 0/622 0/01227 نسبت اشباع: = 0/00762 kg/kg 0/ /01325 نسبت اشباع یا درصد رطوبت به صورت زیر تعریف میشود: نسبت رطوبت واقعی = نسبت رطوبت مخلوط اشباع در همان دما و فشار = نسبت اشباع W = 0/622 W sat = 0/622 RH P g P tot RH P g P g P tot P g W W sat 12

13 مثال: 0/1 MPa دمای 35 مخلوط هوا بخارآب در فشار و رطوبت نسبی %70 داریم. نسبت رطوبت نقطه شبنم 100m 3 جرم هوا و جرم بخار را محاسبه نمایید. حل: DP = 28/6 نقطه شبنم دمای اشباع در فشار P v است. از جداول ترمودینامیکی: برای محاسبه جرم بخار از رابطه گاز ایدهآل نیز میتوان استفاده نمود. دمای خشک دمایی که به وسیله یک دماسنج معمولی اندازه گرفته میشود دمای خشک هوا دمای مرطوب هوا (DB) (WB) میباشد. به وسیله دماسنج یا کپسول تر اندازه گرفته میشود. دماسنج تر یک دماسنج معمولی است که کپسول آن در داخل کیسه یا فتیله پارچهای خیسی قرار گرفته است. هنگامی که هوای غیراشباعی با کپسول انتهایی دماسنج تماس یابد آب با شدتی متناسب با اختالف فشار بین فشار بخار هوا و فشار بخار آب موجود در هوا تبخیر میشود. بنابراین آب فتیله تبخیر شده و باعث خنک شدن آب باقیمانده در فتیله می- شود تا دما کمتر از دمای DB شود. در هوای صددرصد اشباع دماهای DB و WB با یکدیگر برابر میباشند. 13

14 دمای مرطوب هوا به دمای خشک و مقدار بخارآب موجود در آن بستگی دارد. دمای مرطوب شاخصی از گرمای کل هوا )انتالپی( است. حرارت یا انتالپی هوا حرارت کل هوا در هر شرایطی مجموع حرارتهای محسوس و نهان میباشد. حرارت محسوس هوا تابعی از دمای DB است. حرارت نهان هوا تابعی از دمای نقطه شبنم حرارت کل تابعی از دمای WB است. است. (DP) حرارت محسوس هوا حرارت محسوس هوا از رابطه زیر تعیین میشود: H s = mc p (DB) H s = mh s m جرم هوای خشک C p DB h s گرمای ویژه متوسط هوا در فشار ثابت دمای هوای خشک انتالپی ویژه هوای خشک )حرارت محسوس به ازای هر کیلوگرم هوای خشک( حرارت محسوس تنها تابعی از DB است. هنگامی که جرم معینی از هوا بین دماهای خشک اولیه و نهای گرم یا سرد شود مقدار حرارت محسوس منتقل شده به صورت زیر بیان میگردد: Q s = mc p ( DB) Q s حرارت محسوس منتقل شده DB اختالف بین دماهای DB اولیه و نهایی مثال: حرارت محسوس حل: 12 kg هوا با دمای خشک 26 و نسبت رطوبت 0/01 kg/kg و دمای نقطه شبنم 14 را تعیین نمایید. C p = 1 kj/kg K H s = mc p (DB) = = 312 kj مثال: حرارت محسوس الزم برای گرم کردن حل: 20 kg هوای 15 تا دمای 50 را تعیین نمایید. Q s = mc p ( DB) = 20 1 (50 15) = 700 kj حرارت نهان هوا حرارت نهان هوا صرفا به حرارت نهان تبخیر آب در دمای اشباع بخارآب بستگی دارد. 14

15 چون دمای اشباع بخارآب دمای نقطه شبنم هوا نیز میباشد دمای نقطه شبنم نه تنها جرم بخارآب بلکه مقدار حرارت نهان تبخیر را نیز تعیین میکند. حرارت نهان تنها با تغییر نقطه شبنم تغییر میکند. H L = m W sat h w H L حرارت نهان جرم معینی از هوای خشک m جرم هوای خشک W sat h w نسبت رطوبت در دمای اشباع انتالپی ویژه بخارآب موجود در هوا حرارت نهان مخصوص را میتوان به صورت زیر بیان نمود: h L = W sat h w حرارت نهان ) L Q) منتقل شده در اثر افزودن یا گرفتن بخارآب از جرم معینی از هوا را میتوان با رابطه زیر محاسبه نمود: مثال: حرارت نهان 10 کیلوگرم هوا با دمای خشک 30 و دمای نقطه شبنم 20 را تعیین کنید. Q L = m(h L2 h L1 ) h L1 = W sat1 h w1 h L2 = W sat2 h w2 Q L = m(w sat2 h w2 W sat1 h w1 ) حل: h g,20 = 2538/2 kj/kg P g,20 = 2337 pa P atm = pa P g 2337 W sat = 0/622 = 0/622 = 0/01468 kg/kg P tot P g H L = m W sat h w = 10 0/ /2 = 372/6 kj مثال: در هر دقیقه 45 kg هوا با دمای خشک 35 و دمای نقطه شبنم 20 از کویل سرمایی عبور میکند و تا دمای خشک نهایی 12 خنک میشود. با فرض اشباع بودن هوای خروجی از کویل )برابر بودن دماهای DW DB و )DP و نسبت رطوبت 0/01468 kg/kg در دمای 20 و 0/00872 kg/kg در دمای 12 موارد زیر را محاسبه کنید: الف( جرم بخار تقطیر شده بر حسب کیلوگرم ب( حرارت نهان منتقل شده بر حسب کیلوژول بر ثانیه )کیلووات( حل: h w1,20 = h g,20 = 2538/2 kj/kg h w2,12 = h g,12 = 2523/6 kj/kg 15

16 m = 45 kg/min = 0/75 kg/s الف( = m (W 1 W 2 ) = 0/75(0/ /00872) = 0/00447 kg/s جرم بخارآب تقطیر شده در هر ثانیه = 16/09 kg/hr Q L = m (W 2 h w2 W 1 h w1 ) = 0/75(0/ /6 0/ /2) = 11/44 kj/s ب( = 11/44 kw حرارت کل هوا حرارت کل هوا )انتالپی( مجموع حرارت محسوس )انتالپی هوای خشک( و حرارت نهان )انتالپی بخارآب( است و برای هر کیلوگرم هوا میتوان نوشت: h t = h s + h L kj/kg kj/kg انتالپی هوای مرطوب برحسب انتالپی هوای خشک بر حسب انتالپی بخارآب بر حسب kj/kg h t h s h L برای m کیلوگرم هوا میتوان نوشت: H t = mh t Q t = m(h t2 h t1 ) ρ s = 1/2 kg/m 3 v s = 0/833 m 3 /kg T s = 21 حرارت کل ) t (Q هوای استاندارد منتقل شده یا گرفته شده از هوا به دلیل گرم یا سرد شدن را میتوان با رابطه زیر بیان نمود: مشخصات هوای استاندارد عبارتست از: با استفاده از معادالت زیر میتوان حجم استاندارد هوا را در هر شرایطی به دست آورد: V s = V a v s v a V s = V a T s T a V s حجم هوای استاندارد V a حجم واقعی هوا )v s = 0/833 m 3 /kg( حجم ویژه هوای استاندارد v s v a حجم ویژه واقعی هوا 16

17 T s T a دمای هوای استاندارد (K 294) مثال: دمای واقعی هوا حجم هوای استاندارد معادل 150m 3 هوا با دمای خشک 15 را تعیین نمایید. حل: نمودار مشخصات هوای مرطوب )نمودار سایکرومتریک( در این نمودار خطوط عمودی بیانگر دمای خشک هوا میباشند. خطوط افقی بیانگر دمای نقطه شبنم و نسبت رطوبت ثابت هستند. خطوط مورب نزدیک به هم دمای مرطوب هوا را نشان میدهند. خطوط مورب فاصلهدار حجم ویژه ثابت میباشند. T s V s = V a = = 153 m3 T a خطوط منحنی که از قسمت پایین سمت چپ نمودار به قسمت باالی سمت راست آن کشیده شدهاند رطوبت نسبی را نشان میدهند. آخرین منحنی سمت چپ از خطوط رطوبت نسبی رطوبت نسبی %100 است ومنحنی اشباع نامیده میشود. خطوط منحنی دیگری که در نمودار وجود دارند بیانگر خطوط انحراف انتالپی میباشند. انحراف انتالپی اختالف بین انتالپی ویژه واقعی یا حقیقی هوا در هر شرایطی با انتالپی ویژه هوای اشباع در همان دمای مرطوب میباشد. دمای خشک با حرکت عمودی به سمت پایین به دست میآید. نقطه شبنم با حرکت افقی از نقطه شرایط هوا به سمت چپ در محل تالقی آن با منحنی اشباع به دست میآید. نسبت رطوبت با حرکت افقی از نقطه شرایط هوا به سمت راست در محل تالقی آن با محور عمودی به دست میآید. انتالپی ویژه هوای اشباع در هر دمای مرطوبی با حرکت در امتداد خط دمای مرطوب به طرف منحنی اشباع از روی مقیاس انتالپی تعیین میشود. رطوبت نسبی حجم مخصوص و انتالپی تعیین میشوند. انحراف انتالپی با میان یابی بین خطوط رطوبت نسبی حجم مخصوص و انحراف انتالپی واقعی هوا در هر شرایطی با جمع جبری انحراف انتالپی و انتالپی ویژه اشباع به دست میآید. 17

18 18

19 مثال: شکل ساده نمودار سایکرومتریک با استفاده از نمودار سایکرومتریک نسبت رطوبت دمای نقطه شبنم حجم ویژه تقریبی انتالپی ویژه اشباع انحراف انتالپی w = kg هوای خشک kg DP = 19 4 هوای خشک v = m 3 kg h t = 75 4 kj kg 0 = انحراف انتالپی 62 kj kg 75 = انتالپی ویژه = RH = 32% kj kg انتالپی ویژه واقعی را در دمای خشک 39 و دمای مرطوب 25 بیابید. حل: 19

20 فرایندهای متفاوتی که برای یک مخلوط هوا بخارآب اتفاق میافتد در نمودار سایکرومتریک زیر نشان داده شدهاند. در فرایند سرمایش در فشار کلی ثابت فشار بخار تا نقطه شبنم ثابت میماند. این فرایند که از نقطه 1 آغاز شده بر روی خط نسبت رطوبت ثابت پیش میرود تا به نقطه شبنم در حالت 2 برسد. خطی که نقطه 2 بر روی آن قرار دارد منحنی نسبت رطوبت حداکثر میباشد. اگر سرمایش همچنان ادامه یابد نسبت رطوبت حداکثر کاهش مییابد و بخشی از بخار تقطیر میگردد در حالی که بخار موجود در مخلوط همواره اشباع است بنابراین فرایند بر روی خط اشباع )رطوبت نسبی %100( تا نقطه 3 پیش خواهد رفت. در نقطه 3 فشار جزیی برابر با با این بخار در حالت تعادل خواهد بود. P g بوده و مایع در حالت 5 P v W = 0/622 P tot P v ثابت = W ثابت = v P 20

21 مثال: در یک فرایند هوای خشک 35 با رطوبت نسبی 40% = φ باید به حالت دمای 25 و نسبت رطوبت = 0/01 W برسد. آیا آب باید اضافه شود یا گرفته شود. حل: نسبت رطوبت بیانگر میزان بخار موجود درمخلوط است: DB = 25 v = 0/8583 m 3 /kg h = 50/5 kj/kg WB = 17/9 DP = 14/2 RH = 70/3 % W = 0/0141 kg/kg v = 0/8638 m 3 /kg بنابراین برای رسیدن به = 0/01 W رطوبت باید گرفته شود. مثال: با استفاده از نمودار سایکرومتریک مقادیر نامعلوم را در فشار کلی 100 kpa الف( 50% = RH و = 0/01 W ب( 25 = DB و 21 = WB حل: الف( ب( بیابید. 21

22 h = 60/6 kj/kg DP = 19/4 مخلوط هوا B یکی از تحوالت سایکرومتریک مخلوط شدن دو یا چند جریان هوا با شرایط اولیه مختلف میباشد. اگر دو جریان A با و یکدیگر مخلوط شوند و مخلوط C را به وجود آورند خواهیم داشت: m C = m A + m B چون اختالط جریانهای هوا به صورت آدیاباتیک )بدون جذب یا اتالف حرارت( و بدون جذب یا اتالف رطوبت انجام میشود: H s,c = H s,a + H s,b H L,C = H L,A + H L,B H t,c = H t,a + H t,b m C W C = m A W A + m B W B W C = m A W A + m B W B m C چون حین اختالط رطوبت ثابت میماند: طبق تعریف: H s,c = m C C P T C H s,a = m A C P T A H s,b = m B C P T B m C C P T C = m A C P T A + m B C P T B T C = m AT A + m B T B m C مثال: هوا با دمای خشک 27 و نسبت رطوبت با 10 kg هوا با دمای خشک 35 0/01 kg/kg مخلوط میشود. دمای خشک هوا و نسبت رطوبت مخلوط حاصل را تعیین کنید. و نسبت رطوبت 20 kg 0/02 kg/kg 22

23 حل: m C = m A + m B m C = = 30 kg T C = m AT A + m B T B = = 29/67 m C 30 W C = m A W A + m B W B 20 0/ /02 = = 0/0133 kg/kg m C 30 ضریب میانبر کویل اگر تمام هوای خشک عبوری از روی یک کویل گرمکن با سطح آن تماس نزدیک یابد و به قدر کافی با آن در تماس بماند دمای DB هوای خروجی از کویل با دمای سطح گرمکن تقریبا برابر خواهد بود. اما بخشی از هوای عبوری از کویل گرمکن با سطح کویل تماس نمییابد و تحت تاثیر کویل قرار نمیگیرد. این قسمت از هوا را که بدون تماس با سطح کویل از آن عبور میکند هوای میانبر و نسبت آن به مقدار کل هوا را ضریب میانبر کویل (BPF) مینامند. اگر نقطه حالت B که شرایط هوای خروجی از کویل گرمکن را نشان میدهد به عنوان شرایط مخلوط حاصل از اختالط هوای با شرایط A و C در نظر بگیریم ضریب Factor) BFP(ByPass از رابطه زیر محاسبه میشود: BPF = T C T B T C T A T A دمای خشک هوای ورودی به کویل T B دمای خشک هوای خروجی از کویل T C دمای موثر متوسط سطح کویل مثال: در صورتی که هوای با دمای خشک 21 وارد کویل شده و با دمای خشک 33 از آن خارج شود و دمای موثر متوسط سطح کویل مورد استفاده برای گرمایش برابر 36 باشد ضریب میانبر را محاسبه نمایید. حل: BFP = T C T B = ضریب حرارت محسوس کویل = 0/ T C T A نسبت حرارت محسوس به کل حرارت منتقل شده ضریب حرارت محسوس کویل میشود: (Coil Sensible Heat Factor) نامیده CSHF = Q s Q t 23

24 تبرید و سیستم تراکمی تبخیری System) (Vapor Compression سیکل تراکمی تبخیری ساده از چهار تحول زیر تشکیل شده است: 1- انبساط )شیر انبساط یا لوله مویین( 2- تبخیر )اواپراتور یا تبخیر کننده( 3- تراکم )کمپرسور( 4- تقطیر )کندانسور یا چگالنده( تبرید سیستم تبرید تراکمی تبخیری ساده به هر تحولی که در آن حرارت گرفته میشود تبرید میگویند. به شاخهای از علم که در آن به کاهش و ثابت نگه داشتن دمای یک ماده یا فضا در دمای پایینتر از دمای محیط پرداخته میشود تبرید اطالق میگردد. لزوم استفاده از عایقهای حرارتی در تبرید چون امکان انتقال گرما از محل گرمتر به محیط سردتر وجود دارد برای جلوگیری از این روند معموال محیط سردشونده را به وسیله عایق حرارتی بار برودتی 24 (Thermal insulation) از محیط جدا میکنند. شدت جذب حرارت از یک ماده یا فضا را برای به وجود آوردن شرایط دمایی مورد نظر و اثبت نگه داشتن آن بار برودتی (Refrigeration load) مینامند. بار سرمایی کل تجهیزات تبرید مجموع حرارتهای حاصل از چندین منبع مختلف میباشد: حرارت منتقل شده از طریق دیوارهای عایق کاری شده به وسیله هدایت 1( حرارتی که به وسیله هوای گرم ورودی از درزها و دربها وارد سردخانه میشود 2( حرارتی که باید از جسم سردشونده ورودی گرفته شود تا دمای آن به دمای سردخانه برسد 3( حرارت حاصل از کار افراد موتورها المپها و سایر وسایل گرمازای داخل سردخانه 4( عامل سرمایی در تحوالت برودتی ماده جذب کننده حرارت یا عامل سرمایی را مبرد (Refrigerant) یا ماده سرمازا مینامند.

25 کاربردهای تبرید کاربردهای تبرید به شش گروه اصلی تقسیم میشوند: 1- تبرید خانگی 2- تبرید تجاری 3- تبرید صنعتی 4- تبرید حمل و نقل 5- تهویه مطبوع ساختمانها 6- تهویه صنعتی وظیفه سیستمهای تهویه مطبوع صنعتی عبارتند از: الف( کنترل میزان رطوبت مواد مرطوب ب( کنترل شدت واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی ج( محدود نمودن میزان تغییرات مواد ظریف از لحاظ انبساط و انقباض حرارتی د( فراهم نمودن هوای تمیز و تصفیه شده که اغلب برای کار راحت و تولید محصوالتی با کیفیت بهتر الزم میباشد. نگهداری غذا نگهداری مواد فاسد شدنی به ویژه مواد غذایی یکی از رایجترین کاربردهای تبرید است. فاسد شدن مواد غذایی منظور از نگهداری مواد غذایی بدون توجه به روش به کار رفته جلویگری یا کند کردن فساد آنها میباشد. کیفیت محصول درجات مختلفی دارد و تمام مواد فاسد شدنی قبل از این که کامال غیرقابل مصرف شوند باید از مراحل مختلف فاسد شدن بگذرند. در نگهداری مواد غذایی نه تنها الزم است محصول در شرایط قابل خوردن نگه داشته شوند بلکه باید در شرایط کامال نزدیک به بهترین کیفیت از نظر ظاهر بو طعم و میزان ویتامین باشد یعنی در شرایط کامال نزدیک به حالت تازه اولیه. فاسد شدن مواد غذایی در اثر مجموعهای از تغییرات شیمیایی پیچیده انجام میشود که معموال پس از چیدن یا کشتار شروع میگردد. این تغییرات شیمیایی به وسیله عوامل داخلی و خارجی انجام میشود. عوامل داخلی آنزیمهایی هستند که در تمام مواد آلی وجود دارند در حالی که عوامل خارجی میکروارگانیسمهایی هستند که در خارج یا داخل سطوح مواد غذایی رشد میکنند. آنزیمها آنزیمها گروه خاصی از پروتئینها میباشند و در واکنشهای شیمیایی که در بدن موجودات زنده صورت میگیرد نقش کاتالیزور را ایفا مینمایند و سرعت واکنشهای شیمیایی را افزایش میدهند. میکروارگانیسمها اصطالح میکروارگانیسم به گروه وسیعی از گیاهان و حیوانات ریز میکروسکوپی اطالق میگردد که در نگهداری مواد غذایی سه نوع زیر حایز اهمیت هستند: 25

26 1- باکتریها 2- مخمرها 3- کپکها باکتری باکتریها صورت سادهای از زندگی گیاهی هستند و تنها از یک سلول زنده تشکیل شدهاند. تولید مثل آنها به وسیله تقسیم سلولی میباشد. خوشبختانه مدت زندگی باکتریها نسبتا کوتاه است )در حد دقیقه یا ساعت( و حتی در شرایط ایدهآل نیز نمیتوانند به سرعت تکثیر شوند. مخمرها مخمرها گیاهان تک سلولی ساده از خانواده قارچها هستند و از نظر میکروسکوپی قدری بزرگتر و پیچیدهتر از سلولهای باکتری میباشند. تکثیر مخمرها معموال از طریق جوانه زدن میباشد. مخمرها برای رشد به هوا غذا و رطوبت نیاز دارند و نسبت به دما و میزان PH محیط حساس هستند. کپکها کپکها نیز مانند مخمرها گیاهان سادهای از خانواده قارچها میباشند ولی ساختمانی به مراتب پیچیدهتر از باکتریها و مخمرها دارند. کپکها در مقایسه با باکتریها نسبت به افزایش دما مقاومت کمتری دارند ولی در مقابل کاهش آن تحمل بیشتری از خود نشان میدهند. نگهداری محصول به وسیله تبرید مواد غذایی را میتوان به منظور نگهداری به دو شاخه عمده تقسیم نمود: 1( محصوالتی که در زمان نگهداری و توزیع زنده )فعال( هستند نظیر سبزی و میوهها 2( محصوالتی که غیرفعالند نظیر گوشت مرغ و ماهی فرایند فساد را میتوان با قرار دادن محصول در فضای سرد و کاهش فعالیت آنزیمهای طبیعی کنترل نمود به این فضای سرد سردخانه گفته میشود. به طور کلی هر چه دمای سردخانه پایینتر باشد زمان نگهداری محصول بیشتر خواهد بود. سردخانهها به سه دسته عمده تقسیم میشوند: 1- سردخانههای کوتاه مدت و موقت 2- سردخانههای بلند مدت 3- سردخانههای انجماد در سردخانههای کوتاه مدت و بلند مدت محصول تا دمایی باالتر از نقطه انجمادش سرد میشود ولی در سردخانههای انجماد محصول منجمد شده و در دماهای بین 12 تا 23 درجه سانتیگراد نگهداری میشود )دمای 18 معموال مورد استفاده قرار میگیرد(. 26

27 نام محصول نوع ذخیره سازی بیشترین زمان ذخیره دادههای سرمایی گرمای ویژه گرمای نهان ذوب محتوای آب % نقطه انجماد بیشترین سرعت حرکت هوا در اتاق نوع واحد ترجیحی m/s نام محصول نوع ذخیره سازی بیشترین زمان ذخیره دادههای سرمایی )دما زمان و ضریب سرد کردن( گرمای ویژه گرمای نهان ذوب محتوای آب % نقطه انجماد بیشترین سرعت حرکت هوا در اتاق نوع واحد ترجیحی m/s شرایط نگهداری محصول شرایط بهینه نگهداری کوتاه مدت و بلند مدت محصول بستگی به نوع زمان نگهداری و شرایط محصول از نظر بسته بندی دارد. به طور کلی شرایط کوتاه مدت از شرایط بلند مدت انعطاف پذیرتر میباشند. شرایط نگهداری موقت و بلند مدت پیشنهادی و عمر تقریبی محصوالت مختلف در جداول 10 9 تا کتاب Dossat به همراه سایر اطالعات الزم ارایه شده است. گرمای نهان تخمینی kj/kg نسبت رطوبت پیشنهادی g/kg شرایط طراحی اتاق رطوبت دما نسبی کوتاه بلند خرما 1/ /92 2/2 3 6 ماه 0/23 0/12 1/ /5 0/75 0/75 یا B یا B S S 1 دمای نگهداری محصول با بررسی جداول مشاهده میگردد که دمای بهینه نگهداری محصوالت مگر در چند مورد استثنایی کمی بیشتر از نقطه انجماد آنهاست. بعضی از میوهها و سبزیجات به دمای نگهداری حساسیت خاصی دارند و هنگامی که در دمای باالتر یا پایینتر از دمای بحرانی نگهداری شوندبه مرض سردخانهای مبتال میشوند. مثال هنگامی که موز در دمای کمتر از 13 نگهداری شود پوست آن خراب میشود در حالی که اگر کرفس در دمای باالتر از نگهداری شود میگندد. گرمای نهان تخمینی kj/kg نسبت رطوبت پیشنهادی g/kg شرایط طراحی اتاق رطوبت دما نسبی سبز نگهداشتن کوتاه بلند موز کرفس 13/5 1/ /75 3/82 3/38 10 روز 2 4 ماه 3/25 تا 1 1/25 0/45 0/45 0/30 S S B یا S 27

28 رطوبت و حرکت هوا در سردخانهها نگهداری تمام مواد فاسد شدنی در حالت طبیعی خود )بدون بسته بندی( نه تنها به کنترل دقیق دما بلکه به رطوبت و سرعت حرکت هوا بستگی دارد. یکی از دالیل اصلی فساد مواد غذایی تازه نظیر گوشت مرغ و ماهی دفع رطوبت به وسیله تبخیر از سطوح جانبی آنها به هوای اطراف میباشد. این عمل خشک شدن نامیده میشود. با کاهش رطوبت نسبی و افزایش سرعت هوا دفع رطوبت از محصول شدت میگیرد. بالعکس با زیاد بودن میزان رطوبت فضای سردخانه و کم بودن سرعت هوا دفع رطوبت به حداقل خواهد رسید. بنابراین هوای ساکن با رطوبت نسبی 100 درصد شرایط ایدهآل برای جلوگیری از خشک شدن محصول را فراهم مینماید ولی متاسفانه این شرایط سبب رشد سریع کپک و تشکیل لجن بر روی محصول میگردد. همچنین برای سرد کردن مناسب محصوالت جریان خوب هوا در فضای سردخانه و اطراف محصوالت ضرروی است. رطوبت نسبی و سرعت هوای پیشنهادی برای نگهداری محصوالت مختلف در جداول 10 9 تا کتاب ارایه گردیدهاند. Dossat مثال مطابق جدول صفحه قبل رطوبت نسبی و سرعت هوای سردخانه برای موز %92 و 0/45 m/s و برای نگهداری کوتاه مدت کرفس %90 و 0/45 m/s میباشد هنگامی که محصوالت در ظروف ضد آب نگهدار میشوند رطوبت نسبی و سرعت هوا مشکل آفرین نخواهد بود. محصوالتی نظیر میوههای خشک تمایل به جذب آب دارند لذا به سردخانهای با رطوبت نسبی پایین نیازمندند. سردخانههای مختلط نگهداری محصوالت مختلف در شرایط بهینه نیاز به سردخانههای مجزایی دارد که از نظر اقتصادی امکان پذیر نمیباشد. در اکثر کاربردهای عملی محصوالت مختلفی با شرایط نگهداری متنوع در یک سردخانه نگه داشته میشوند. طبعا اختالف در شرایط نگهداری محصوالت در عین آن که طراحی فضای نگهداری مشترک آنها معموال ثابت است مشکالتی را به وجود خواهد آورد. به طور کلی شرایط نگهداری محصول دمای بهینه برای بعضی از محصوالت بیشتر است. در چنین سردخانههایی به یک مصالحه نیاز دارد و معموال دمای نگهداری قدری از علت استفاده از دمای بیشتر در این گونه سردخانهها این است که تغییراتی که موجب فساد محصوالت حساس میشود به حداقل برسد زیرا این محصوالت اگر در دمایی پایینتر از دمای بحرانی خود نگه داشته شوند به امراض سردخانهای مبتال میشوند. برای نگهداری بلند مدت محصوالت بیشتر سردخانههای بزرگ تجاری دارای تعدادی فضای مجزا هستند. در این موارد محصوالت مختلف را گروه بندی مینمایند و آنهایی را که شرایط نگهداری سردخانه نگهداری میکنند. مشکل دیگری که در سردخانههای مختلط پیش میآید بو میگیرند نباید حتی برای مدت کوتاه در کنار یکدیگر نگهداری شوند. تقریبا یکسانی دارند در یک فضای مشترک از گرفتن محصول میباشد لذا محصوالتی که بو میدهند یا بو 28

29 حساسیت محصوالت لبنی نسبت به جذب بو از سایر محصوالت موجود در سردخانه بیشتر است. از طرف دیگر سیب زمینی تمایل شدیدی به انتشار بو به سایر محصوالت دارد و هرگز نباید با میوهجات تخم مرغ محصوالت لبنی و... در یک جا نگهداری شود. شرایط محصول در ورود به سردخانه یکی از فاکتورهای اساسی تعیین کننده عمر محصول سرد شونده شرایط ورود آن به سردخانه میباشد. باید توجه نمود که تبرید صرفا از فرایندهای طبیعی فساد جلوگیری نموده یا آن را به تاخیر میاندازد و نمیتواند محصولی را که قبال فاسد شده به شرایط خوب برگرداند. همچنین قادر نیست از محصولی با کیفیت اولیه پایین محصولی با کیفیت باال فراهم نماید. برای اطمینان از طوالنی بودن عمر محصوالت با حداقل افت در کیفیت آنها باید محصول پس از چیده شدن یا کشتار سریعا تا دمای نگهداری سرد شود یا در صورت طی مسافت طوالنی بایستی خنک شده و انتقال آن با وسایل یخچالدار صورت گیرد. سرد کردن یا پیش سرد کردن محصول سرد کردن یا پیش سرد کردن با نگهداری محصول از این جهت متمایز است که محصول دردمایی باال )معموال دمای برداشت یا کشتار( وارد اتاق سرد کن (chilling room) یا پیش سردکن (precooler) دمای نگهداری سرد شود. محصول پس از رسیدن به آن دما از اتاق سردکن نگهداری قرار میگیرد. شرایط پیشنهادی برای اتاقهای سردکن محصول در جداول 8-10 تا کتاب پیش از ورود محصول گرم به اتاق سردکن دمای اتاق سردکن باید در مقدار میشود و بایستی با سرعت هر چه بیشتر تا خارج و برای نگهداری در سردخانه در سالن Dossat chill finish ارایه شدهاند. قرار داشته باشد. حین بارگذاری و بخش ابتدایی زمان سردکردن دما و اختالف فشار بخار بین محصول و هوای اتاق سردکن باید به اندازه کافی زیاد باشد تا محصول حرارت و رطوبت خود را با شدت زیادی از دست بدهد. در این زمان دما و رطوبت اتاق سردکن به مقدار حدی خود که در جدول با Chill-start Chill-finish افت میکند. نشان داده شده است افزایش مییابد. در پایان کار دمای اتاق سردکن مجددا به شرایط این امر خیلی مهم است که تجهیزات تبرید ظرفیت کافی برای جلوگیری از افزایش اضافی دمای اتاق سردکن در طول زمان سرد کردن را داشته باشد. روشهای انجماد مواد غذایی ممکن است بطور آهسته یا سریع منجمد شوند. در انجماد آرام محصول در اتاقی با دمای پایین قرار میگیرد و معموال در هوایی ساکن بطور آرام منجمد میشود. در این روش دمای فضا بین 18 تا 40 میباشد.چون جریان هوا در روش انجماد آرام به صورت جابجایی طبیعی است زمان انتقال حرارت از محصول از 3 ساعت تا 3 روز تغییر میکند. نمونهای از موارد استفاده آرام انجماد گوشت گاو مرغ جعبهای ماهی میوه جعبهای و تخم مرغ میباشد. انجماد سریع ترکیبی از روشهای زیر است: 1( غوطهور نمودن 2( تماس غیرمستقیم 3( وزش هوا 29

30 انجماد با وزش هوا در این روش برای ایجاد شدت انتقال حرارت زیاد از اثر ترکیبی دمای پایین و سرعت هوای زیاد استفاده میشود. انجماد با تماس غیرمستقیم انجماد غیرمستقیم معموال در فریزرهای صفحهای انجام میشود. در این فریزرها محصول روی صفحات فلزی که از داخل آنها مبرد عبور میکند قرار میگیرد. در این روش چون محصول در تماس حرارتی مستقیم با صفحه سرد شونده میباشد انتقال عمده حرارت از محصول به شیوه هدایت انجام میشود و راندمان انجماد تا حد زیادی به سطح تماس بستگی دارد. این روش در مواردی که مقدار محصول منجمد شونده کم میباشد مناسب است. انجماد غوطهور در این روش انجماد با غوطهور نمودن محصول در محلول آب نمک با دمای پایین که معموال کلرید سدیم یا شکر میباشد انجام میشود. چون مایع سرد شده هادی خوبی است و با محصول تماس حرارتی خوبی دارد انتقال حرارت سریع بوده و محصول در مدت زمان کوتاه کامال منجمد میشود. مزیت دیگر انجماد غوطهور این است که محصوالت در واحدهای مستقلی منجمد میشوند و روی هم انباشته نمیگردند. عیب اصلی روش انجماد غوطهور تمایل خروج عصاره محصول در اثر خاصیت اسمزی است که به آلودگی و رقیق شدن محلول انجماد منجر میشود. همچنین در صورت استفاده از محلول کلرید سدیم امکان نفوذ نمک اضافی به محصول نیز وجود خواهد داشت ولی در صورت استفاده از شکر نفوذ شکر به میوه کامال سودمند است. 30

31 محاسبات بار سرمایی بار سرمایی عمدهترین منابع حرارتی که به فضای سرد شونده بار وارد میکنند عبارتند از: حرارت ورودی از دیوارهها و سایر سطوح به داخل فضای سرد شونده حرارت ورودی از طریق تشعشع از شیشهها یا سایر مواد شفاف حرارت حاصل از هوای گرم ورودی از دربهای باز یا درز پنجرهها و درها حرارت حاصل از محصوالت گرم ورودی به فضا حرارت حاصل از افراد داخل فضا حرارت حاصل از هر یک از وسایل مولد حرارت واقع در داخل فضا مانند موتورهای الکتریکی المپها تجهیزات الکترونیک قهوه جوشها لولههای بخار و غیره زمان کار تجهیزات تبرید به دلیل برفک زدن اواپراتورها و نیاز به برفک زدایی طراحی سیستمهای تبرید برای کار مداوم نمیباشد. ساعته امکان پذیر 24 در صورتی که محاسبه بار تبرید بر اساس 24 ساعت امکان پذیر نباشد بار سرمایی مستقیما بر حسب کیلووات تعیین و در ضریب مناسبی به صورت زیر ضرب میشود تا برای زمان کار مورد نظر تصحیح گردد: Q = 24 RT (q t) Q RT q t ظرفیت الزم تجیزات بر حسب کیلووات زمان کار بر حسب ساعت بار سرمایی کل بر حسب کیلووات )مجموع بارهای حرارتی( محاسبات بار سرمایی برای سادگی بار سرمایی کل را نسبت به منابع حرارتی اعمال کننده بار به چهار دسته زیر تقسیم میکنند: بار حاصل از دیوارها و سقف بار تعویض هوا بار محصوالت بارهای اضافی یا متفرقه عوامل تعیین کننده بار حاصل از دیوارها بار حاصل از دیوارها یا بار نشت دیوار عبارتست از میزان حرارتی که به طریق هدایت از سطوح خارجی به فضای سرد شونده وارد میشود. مقدار حرارتی که در واحد زمان به وسیله دیوارها به فضای سردشونده وارد میشود تابعی از سه عامل میباشد که با رابطه زیر بیان میگردد:

32 Q = (A)(U)(TD) Q شدت حرارت انتقال یافته بر حسب وات A سطح خارجی دیوار بر حسب مترمربع U ضریب کلی انتقال حرارت بر حسب (W) (m 2 ) (W m 2. K) TD مثال: اختالف دمای دو طرف دیوار بر حسب در صورتی که ضریب (K) U برای دیواری به ابعاد 6 3 متر برابر طرف دیگر 35 باشد شدت عبور حرارت را بر حسب وات تعیین کنید. حل: تعیین ضریب U با معلوم بودن ضریب هدایتی مواد 0/37 w m 2. K بوده و دمای یک طرف آن 4 و دمای A = 3 6 = 18m 2 TD = 35 4 = 31 Q = (A)(U)(TD) = 18 0/37 31 = 206 W = 0/206 kw (k) به کار رفته در ساختمان دیوارها میتوان ضریب کلی انتقال حرارت آنها را به راحتی محاسبه نمود. ضریب هدایتی بعضی از موادی که غالبا در ساختمان دیوارهای سردخانه به کار میرود در جدول 1-10 کتاب Dossat هدایت حرارتی ارایه شده است. (C) به ازای ضخامت معینی از مواد با استفاده از رابطه زیر تعیین میگردد: C = k X C X ضخامت ماده بر حسب متر به دلیل این که انتقال حرارت در قسمتهای مختلف مواد غیرهمگن مثل بلوکهای سیمانی متفاوت است ضریب مواد غیرهمگن به وسیله آزمایش تعیین میشود که در جدول 1-10 ارایه گردیدهاند. برای مقاومت حرارتی کل دیوار عکس ضریب انتقال حرارت میباشد بلوک سیمانی با مخلوط ماسه R = 1 U 32 R مقاومت حرارتی کل یا = X k مقاومت حرارتی یک ماده بخصوص 1 C

33 برای تعیین مقاومت حرارتی کل در انتقال حراررت از یک طرف به طرف دیگر مقاومت هوا در هر دو طرف دیوار نیز باید در نظر گرفته شود. گردیدهاند. ضرایب هدایتی فیلم هوا یا هدایت سطحی در سرعتهای متوسط در جدول ارایه Dossat کتاب 1-10 در صورتی که دیواری از چند الیه مختلف ساخته شده باشد مقاومت حرارتی کل دیوار از رابطه زیر محاسبه میشود: 1 U = 1 + X 1 + X X n + 1 f i k 1 k 2 k n f o 1 U = 1 + X 1 + X X n + 1 f i k 1 k 2 k n f o f i ضریب جابجایی فیلم هوای داخلی دیوار سقف یا کف و f o ضریب جابجایی فیلم هوای خارجی دیوار یا بام است. توجه: در صورت استفاده از مواد غیرهمگن باید از به جای C/1 X/k استفاده شود. 33

34 مثال: هدایت حرارتی پلی یورتان به ضخامت 125 میلیمتر را محاسبه کنید. حل: از جدول 1-10: مثال: با فرض سرعت باد حل: k = 0/025 W m. K C = k X = 0/025 0/125 = 0/2 W m2. K 3/35 m/s 200 دیواری با U ضریب میلیمتر بلوک سیمانی ماسهای عایقکاری شده با پلییورتان که داخل آن با الیهای از سیمان به ضخامت 13 میلیمتر پوشانیده شده است را محاسبه نمایید. با استفاده از جدول 1-10 خواهیم داشت: میلیمتر 75 بلوک سیمانی C = 5/11 پلی یورتان k = 0/025 سیمان k = 0/72 f i = 9/37 f o = 22/7 هوای ساکن باد با سرعت 3/35 m/s 1 U = 1 X پلی یورتان 1 سیمان X + بلوک سیمانی + 1 f i C + + پلی یورتان k سیمان k f o 1 U = 1 22/ /11 + 0/075 0/ /013 0/ = 0/ / / /107 = 3/37 9/37 1 U = 3/37 = 0/297 W m2 K در سردخانهها برای محاسبه ضریب U اغلب فقط ماده عایق به کار رفته در دیوارها در نظر گرفته میشود و از ضرایب الیههای هوا و سایر مواد موجود در دیوارها که اثر ناچیزی دارند صرفنظر میشود زیرا مقاومت حرارتی ماده عایق در مقایسه با مقاومت حرارتی الیههای هوا و سایر مصالح به کار رفته در ساختمان دیوار خیلی بیشتر است. برای سهولت کار ضرایب کلی انتقال حرارت یا ضرایب U برای انواع مختلف دیوارها تهیه و در جداول ارایه شدهاند که نمونه- ای از آن برای دیوار کف و سقف و بام سردخانهها در جدول 2-10 درج شده است. 34

35 جدول 2-10 مثال: ضریب U دیواری متشکل از 150 میلیمتر آجر سفالی با 150 میلیمتر عایق چوب پنبهای را با استفاده از جدول 2-10 تعیین کنید. حل: 2-10 ضخامت عایق 150 mm 0/043 W/mK k از جدول 1-10 ضریب برای چوب پنبه میباشد. در جدول به ازای از ستون سمت چپ مقدار مربوطه را از ستون زیر ضریب هدایت حرارتی 0/045 W/mK عبارتست از: قرائت میکنیم که این مقدار U = 0/267 W/m 2 K اختالف دمای دیوارهای سردخانه اختالف دمای طرفین دیوار سردخانه معموال برابر اختالف دمای طرح داخل و خارج در نظر گرفته میشود. دمای طراحی داخل دمای فضای سرد شونده است و معموال به نوع محصول انبار شونده و مدت نگهداری آن بستگی دارد. درجات حرارت توصیه شده برای نگهداری محصوالت مختلف در جداول 8-10 تا ارایه شده است. دمای طراحی خارج سردخانه به محل استقرار آن بستگی دارد و در مورد سردخانههایی که در داخل ساختمان قرار میگیرند دمای داخل ساختمان به عنوان دمای محیط خارج سردخانه در نظر گرفته میشود. 3b هنگامی که دیوارهای سردخانه در فضای آزاد قرار میگیرند دمای محیط خارج از جداول 10-3a به عنوان دمای طرح خارج سردخانه محسوب میشود. جدول 10-3a: شرایط آب و هوایی ایران نام شهر طول جغرافیایی عرض جغرافیایی ارتفاع از سطح دریا زمستان تابستان متوسط D.B. R.H. % روزانه R.H. % D.B /3 81 5/ بجنورد 57 35

36 36

37 37

38 38

39 39

40 اختالف دمای سقف و کف سردخانه هرگاه سردخانه در داخل ساختمان طوری قرار گیرد که بین سطح فوقانی آن و سقف ساختمان فضای کافی برای جریان آزاد هوا وجود داشته باشد سقف سردخانه مانند یک دیوار داخلی در نظر گرفته میشود. هنگامی که سطح فوقانی سردخانه با محیط خارج در تماس باشد مانند یک دیوار خارجی در نظر گرفته میشود. دمای زمین که برای تعیین تغییرات دما در کف اتاقهای سردخانه به کار میرود بر اساس دمای خشک هوای بیرون در زمستان تعیین میشود که در جدول 4-10 کتاب 40 Dossat ارایه شدهاند. جدول 4-10( دمای زمین برای سردخانهها دمای طراحی خارجی دمای طراحی زمین در زمستان

41 تاثیر تشعشع خورشیدی اگر دیوارهای سردخانهای در معرض تشعشع حرارتی خورشید یا سایر منابع حرارتی قرار گرفته باشند دمای سطوح خروجی آنها به طور قابل مالحظهای از دمای محیط بیشتر میگردد. چون هرگونه افزایش در دمای سطح خارجی دیوار باعث افزایش اختالف دما میشود در دیوارهای آفتابگیر برای احتساب تاثیر خورشید باید اختالف دما تصحیح شود. ضرایب تصحیح دیوارهای آفتابگیر در جدول 5-10 کتاب Dossat درج شدهاند. ضرایب تصحیح دیوارهایی که در جهات درج شده در جدول نیستند از طریق میانیابی جهات موجود به دست میآید. مقادیر حاصل از جدول 5-10 جهت تصحیح اثر خورشید بوده و به اختالف دمای معمولی دیوار افزوده میشود. جدول 5-10: تصحیح تشعشع خورشیدی محاسبه بار حاصل از دیوار در محاسبه بار حرارتی حاصل از دیوار سردخانهها حرارت حاصل از تمام دیوارها از جمله سقف و کف در نظر گرفته می- شود. هنگامی که چند دیوار و یا قسمتهایی از دیوار دارای ساختار متفاوتی بوده و ضرایبی مختلفی داشته باشند نفوذ حرارت از قسمتهای مختلف بطور جداگانه محاسبه میشود.. میتوان دیوارهایی که ضرایب هدایت یکسانی دارند به شرط یکسان بودن اختالف دمایشان با هم در نظر گرفت. دیوارهایی که ضرایب انتقال حرارت U آنها به مقدار جزیی با هم اختالف داشته یا داری مساحت کمی باشند صرفنظر از تفاوت یا اختالف ضرایب U در محاسبه نفوذ حرارت دریک گروه دسته بندی میشوند. 41

42 مثال: سردخانهای با ابعاد متر در گوشه جنوب شرقی انباری در محلی که دمای خشک طراحی هوای بیرون آن در تابستان و زمستان به ترتیب 35 و 6 میباشد قرار گرفته است )مطابق شکل(. دیوارهای جنوبی و شرقی سردخانه با انبار مشترک است. ارتفاع انبار 4 متر میباشد به طوری که بین سطح فوقانی سردخانه و سقف انبار یک متر فاصله وجود دارد. انبار تهویه میشود و دمای داخل آن تقریبا 26 است. دمای طراحی داخل سردخانه 2 میباشد. دیوارهای شمالی و غربی داخلی کف و سقف با 75 میلیمتر و دیوارهای جنوبی وشرقی با 100 میلیمتر پلی استایرن فشرده شدهاند. بار حاصل از دیوارها را بر حسب کیلووات تعیین کنید. (smooth) عایق کاری حل: از جدول 1-10 برای پلی استایرن: k = 0/029 W/m K چون مقاومت حرارتی ماده عایق در مقایسه با مقاومت حرارتی الیههای هوا و سایر مصالح به کار رفته در ساختمان دیوار خیلی بیشتر است برای محاسبه ضریب از جدول میشود لذا 42 U U ضریب 2-10 در سردخانهها اغلب فقط ماده عایق به کار رفته در سردخانهها در نظر گرفته برای دیوارهای شمالی غربی سقف و کف با ضخامت 75mm و k 0/03 W/m K داریم: از جدول 2-10 ضریب U برای دیوارهای جنوبی و شرقی با ضخامت 100mm و تقریبی U 1 = 0/346 W/m 2 K k تقریبی 0/03 W/m K داریم: U 2 = 0/267 W/m 2 K از جدول 4-10 دمای طراحی زمین بر اساس دمای خشک هوای خارج 6 در زمستان تقریبا 25 است از جدول میشود( به ترتیب 2 تصحیح تشعشع خورشیدی برای دیوارهای جنوبی و شرقی )که به اختالف دمای داخل و خارج افزوده میباشد. و 3 برای دیوارهای شمالی غربی و سقف مقدار حرارت انتقالی عبارتست از: برای دیوار جنوبی: Q 1 = (U 1 )(A 1 )(TD 1 ) = 0/346 ( ) (26 2) = 589/6 W

43 Q 2 = (U 2 )(A 2 )(TD 2 ) = 0/267 (5 3) [(35 + 2) 2] = 140/2 W Q 3 = (U 3 )(A 3 )(TD 3 ) = 0/267 (7 3) [(35 + 3) 2] = 201/9 W Q 4 = (U 4 )(A 4 )(TD 4 ) = 0/267 (7 5) (25 2) = 215 W Q = 589/ / / = 1146/7 W برای دیوار شرقی: برای کف: بنابراین مقدار کل برابر است با: محاسبه بار تعویض هوا محاسبه دقیق بار حاصل از تعویض هوا به جز در مواردی که مقدار معینی از هوا به منظور تهویه وارد فضا میشود کار مشکلی است. هنگامی که دبی جرمی هوای ورودی به فضا معلوم باشد میتوان حرارت حاصل از تعویض هوا را با استفاده از رابطه زیر محاسبه نمود: Q = m(h o h i ) Q m h o h i بار تعویض هوا )کیلووات( جرم هوای ورودی به فضا )کیلوگرم بر ثانیه( انتالپی هوای خارج )کیلوژول بر کیلوگرم( انتالپی هوای داخل )کیلوژول بر کیلوگرم( به منظور ساده کردن محاسبات تغییر انتالپی حرارت حاصل از هر لیتر هوای ورودی در شرایط مختلف داخل و خارج در جداول 10-6a و 6b کتاب Dossat درج شده است. 43

44 جهت تعیین بار تعویض هوا )بر حسب کیلووات( شدت نفود هوا )بر حسب لیتر بر ثانیه( را در ضریب تغییر انتالپی مناسبی که از جداول 10-6a و 6b کتاب Dossat به دست میآید ضرب میکنند. با استفاده از ضرایب جدولهای 6-10 و 7-10 حرارت حاصل از نفوذ هوا را میتوان با معادله زیر تعیین نمود: مثال: شدت نفوذ هوا به فضای سردخانهای (تغییر انتالپی (kj L (شدت نفوذ هوا L) s = بار تعویض هوا (kw) 8 L/s ترتیب 30 و %50 باشند بار تعویض هوا را بر حسب کیلووات تعیین کنید. حل: با میان یابی در جدول 10-6a ضریب تغییر انتالپی 0/0598 kj/l به دست میآید میباشد. اگر دمای داخل سردخانه 2 و دمای خشک و رطوبت نسبی خارج به = 0/478 kw 0/ = بار تعویض هوا به جز موارد معدودی که به منظور تهویه سالن مقداری هوا عمدا وارد فضای سرد شونده میگردد تعویض هوا صرفا با نفوذ از درها انجام میشود و مقدار آن به اندازه و محل درها و نیز دفعات باز و بسته شدن آنها بستگی دارد. جدول 7-10 کتاب توجه شود(. Dossat شدت تقریبی نفوذ هوا را برای اندازههای مختلف سردخانهها نشان میدهد )به زیرنویس جدول 44

45 جدول مثال: در سردخانههای با اتاق سردکن اولیه مقادیر حاصل از جدول %50 کم و در کاربردهای سنگین %50 به مقادیر جدول اضافه میشود. طبق کتاب راهنمای ASRE استفاده متوسط و سنگین از سردکنها را به صورت زیر تعریف میشود. استفاده متوسط شامل مواردی میشود که دما و حجم مواد غذایی قرار داده شده در سردکن کم است مثال یخچالهای آزمایشگاهی و کلوپها. کاربرد سنگین شامل مواردی نظیر یخچالهای فروشگاهها آشپزخانههای رستورانها و هتلها میباشد که دمای اتاق احتماال زیاد است و به دلیل زیاد باز و بسته شدن در یخچال بار سنگینی به آن وارد میشود و اغلب مقادیر زیادی غذای گرم داخل یخچال قرار میگیرد. سردخانهای دارای ابعاد خارجی متر میباشد. دمای بیرون 25 رطوبت نسبی %50 دمای داخل سردخانه 2 و نوع کاربرد متوسط است. دیوارهای سردخانه تقریبا دارای ضخامت کیلووات محاسبه کنید. حل: 150 میلیمتر میباشد. بار تعویض هوا را بر حسب چون ضخامت دیوارهای سردخانه 150 میلیمتر میباشد ابعاد داخلی سردخانه از ابعاد خارجی = 0/3m 0/15 2 کمتر خواهد بود. بنابراین حجم داخلی = 47 m 3 2/7 4/7 3/7 میباشد. از جدول 7-10 شدت نفوذ هوا برای حجم داخلی 7/3 L/s با میانیابی 47 m 3 میتوان نوشت: میباشد. با میانیابی در جدول 10-6a ضریب انتالپی هوا 0/0451 kj/l به دست میآید. لذا (kw) بار تعویض هوا = (L s نفوذ هوا (شدت (kj L = 0/0451 7/3 = (تغییر انتالپی 0/329 kw

46 محاسبه بار محصول هنگامی که محصول با دمایی بیشتر از دمای فضای سرد وارد سردخانه میشود تا رسیدن به دمای فضا مقداری حرارت از دست میدهد که میزان آن به دمای فضا جرم گرمای ویژه و دمای ورود محصول بستگی دارد. مقدار حرارت دفع شده توسط محصول از معادله زیر محاسبه میشود: Q = mc T Q C مقدار حرارت دفع شده بر حسب کیلوژول m جرم محصول بر حسب کیلوگرم T گرمای ویژه بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم کلوین تغییر دمای محصول در سردخانه بر حسب درجه کلوین مثال: روزانه 3500 کیلوگرم گوشت تازه گاو با دمای 39 به سردکنی وارد میگردد وتا 7 سرد میشود. بار محصول را بر حسب کیلوژول محاسبه نمایید. حل: از جدول 8-10 گرمای ویژه گوشت گاو قبل از انجماد 3/14kJ/kg K میباشد لذا میتوان نوشت: Q = mc T = /14 (39 7) = kj توجه: در معادله باال عامل زمان وجود ندارد لذا نتیجه حاصل مقدار حرارتی است که که محصول به هنگام سرد شدن تا دمای محیط از دست میدهد. در بیشتر موارد زمان سرد کردن ممکن است کمتر از 24 ساعت باشد. در این گونه موارد بار محصول یا شدت سرد کردن از معادله زیر تعیین میشود: مثال: حل: Q = m C T زمان سرد کردن مورد نظر برحسب ثانیه با فرض این که گوشت گاو مثال قبل در مدت 20 ساعت سرد شود شدت بار محصول را برحسب کیلووات تعیین نمایید. ضریب سردکردن در است. Q = m C T = /14 (39 7) = 4/88 kw زمان سرد کردن مورد نظر برحسب ثانیه سردخانهها در شروع سرد کردن محصول بار تجیزات تبرید به طور قابل مالحظهای از بار متوسط محاسبه شده بیشتر به دلیل اختالف دمای بیشتری که در شروع سرد کردن بین محصول و فضای سرد وجود دارد شدت سرمایش بیشتر بوده و و بار محصول تمایل دارد در اوایل دوره سرمایش متمرکز شود. 46

47 بنابراین اگر انتخاب تجهیزات بر اساس توزیع یکنواخت بار محصول صورت پذیرد معموال تجهیزات انتخابی ظرفیت کافی برای تحمل بار در مراحل اولیه سرمایش که بار محصول حداکثر است نخواهند داشت. به منظور جبران توزیع غیریکنواخت بار در شروع سرد کردن محصول ضریبی به نام ضریب سرد کردن در نظر گرفته میشود. ضرایب سرد کردن محصوالت مختلف در جداول 8-10 تا درج شدهاند. طبق جدول ضریب سرد کردن برای گوشت گاو 0/67 Chilling Rate Factor (CR Rate Factor) درج گردیده است. میباشد. با در نظر گرفتن ضریب سرد کردن معادله قبل به صورت زیر نوشته میشود: مثال: بار محصول مثال قبل را با استفاده از ضریب سرد کردن مجددا محاسبه نمایید. حل: از جدول 8-10 ضریب سرد کردن گوشت گاو 0/67 میباشد بنابراین: ضریب سرد شدن در جدول تحت عنوان Q = m C T (زمان سرد کردن مورد نظر برحسب ثانیه) (ضریب سرد کردن) Q = m C T = /14 (39 7) 0/ = 7/3 kw ضرایب سرد کردن معموال برای اتاقهای سرد کن محصول تنها درصد کوچکی از کل بار را تشکیل میدهد. (زمان سرد کردن مورد نظر برحسب ثانیه) (ضریب سرد کردن) (Chilling Room) مورد استفاده قرار میگیرند زیرا در سردخانهها بار محصوالتی که تازه برداشت یا کشتار شدهاند پس از رسیدن به دمای مورد نظر در اتاق سرد کن به سالن سردخانه منتقل میگردند. انجماد و نگهداری محصول هنگامی که محصول را منجمد و در دمایی کمتر از دمای انجمادش نگهداری میکنند حرارت گرفته شده از محصول در سه مرحله محاسبه میگردد: مقدار حرارت گرفته شده از محصول برای سرد شدن از دمای ورود تا دمای انجماد مقدار حرارت گرفته شده در طول انجماد مقدار حرارت گرفته شده از محصول برای سرد شدن از دمای انجماد تا دمای نگهداری نهایی روش محاسبه مقدار حرارت حاصل از کاهش دما )مراحل 1 و 3( قبال توضیح داده شده است مقدار حرارت حاصل از انجماد )مرحله 2( با معادله زیر محاسبه میشود: m جرم محصول بر حسب کیلوگرم Q = m h if h if گرمای نهان انجماد kj/kg از جداول 8-10 تا برای تعیین بار کل محصول بر حسب kw مجموع حرارتهای سه مرحله قبل به زمان انجماد بر حسب ثانیه تقسیم میشود. 47

48 مثال: 300 کیلوگرم گوشت مرغ در دمای 5 وارد سردخانه میگردد و در مدت 12 ساعت تا دمای نهایی 15 سرد و منجمد میشود. بار محصول را بر حسب کیلووات محاسبه کنید. حل: از جدول 8-10: = 3/18 kj/kg K گرمای ویژه محصول قبل از انجماد = 1/55 kj/kg K گرمای ویژه محصول بعد از انجماد = 246 kj/kg گرمای نهان انجماد 3 = دمای انجماد محصول 1( حرارت گرفته شده در مرحله سرد کردن گوشت مرغ از دمای ورودی تا دمای انجماد با استفاده از معادله زیر Q = 300 3/18 [5 ( 3)] = 7632 kj محاسبه میشود: 2( حرارت گرفته شده در مرحله انجماد کامل: حرارت گرفته شده برای سرد کردن محصول از دمای انجماد تا دمای نهایی: Q = m h if = = kj )3 Q = 300 1/55 [ 3 ( 15)] = 558 kj حرارت کل دفع شده: Q = = kj = بار معادل محصول حرارت تنفسی = 2/01 kw میوهها و سبزیجات پس از چیده شدن نیز زنده هستند و دچار تغییر میشوند. مهمترین این تغییرات به وسیله تنفس آنها به وجود میآید که طی آن اکسیژن هوا با هیدراتهای کربن محصول ترکیب و موجب آزاد شدن دی اکسید کربن و حرارت میشود. حرارت دفع شده از محصول حرارت تنفس نام دارد و بایستی آن را به عنوان قسمتی از بار محصول در نظر گرفت. مقدار حرارت حاصل از تنفس به نوع و دمای محصول بستگی دارد و در جدول کتاب بار تنفسی از رابطه زیر محاسبه میگردد: Dossat درج شده است. حرارت تنفس( w/kg ) جرم محصول( kg ) Q = 48

49 49

50 ظروف و مواد بستهبندی هنگامی که محصوالت به همراه ظرفشان سرد میشوند نظیر سرد شدن شیر در بطری و کارتن تخم مرغ در شانهها و میوه و سبزیجات در جعبهها و بستهها ظروف و مواد بستهبندی نیز در موقع سرد شدن از دمای ورودی تا دمای فضا مقداری حرارت پس میدهند که بایستی به صورت جداگانه به عنوان قسمتی از بار محصول در نظر گرفته شوند. محاسبه بارهای متفرقه بارهای متفرقه عمدتا از حرارت دفع شده به وسیله المپها موتورهای الکتریکی و افراد داخل فضای سردخانه ایجاد میشوند. حرارت حاصل از المپها بر حسب وات از تقسیم حاصلضرب توان المپ در ساعت کارکرد روزانه بر 24 ساعت به دست میآید: حرارت حاصل از موتورهای الکتریکی و افراد به ترتیب در جداول و کتاب روابط زیر میتوان مقدار حاصل از آنها را محاسبه نمود: ساعت کارکرد روزانه توان (وات) 24 ساعت Q = Dossat ارایه شدهاند و با استفاده از ساعت کارکرد موتور Q ضریب از جدول توان خروجی موتور( kw ) = (کیلووات) 24 ساعت ساعات حضور در سردخانه افراد Q ضریب از جدول تعداد افراد = (کیلووات) 24 ساعت 50

51 ضریب اطمینان پس از محاسبه بار گرمایی کل که مجموع حرارتهای محاسبه شده در بخشهای قبل است حدود 5 تا 10 درصد به عنوان ضریب اطمینان در نظر گرفته میشود که معموال 10 از مقدار 10 درصد استفاده میشود. پس از افزودن ضریب اطمینان بار گرمایی کل را در 24 ساعت ضرب و بر زمان کارکرد دستگاهها در 24 ساعت در هر شبانه روز تقسیم میکنیم تا بار گرمایی متوسط به دست آید. مبنای انتخاب تجهیزات بار گرمایی متوسط میباشد. روش کوتاه محاسبه بار سردخانه هنگامی که از روش محاسبه کوتاه استفاده میشود بار گرمایی کل به دو قسمت تقسیم میشود: 1( بار حاصل از دیوارها )سطوح(: حرارت حاصل از دیوارها با استفاده از روابط قبل محاسبه میگردد. 2( بار سرویس: بار سرویس با استفاده از رابطه زیر تعیین میشود: ضریب سرویس از جدول TD ضریب سرویس ) 2 (m حجم داخل سردخانه = (w) بار سرویس کتاب تبرید Dossat بر حسب حجم داخلی و نوع کاربرد )متوسط یا سنگین( میشود که نوع کاربرد متوسط یا سنگین قبال در بخش مربوط به محاسبه بار تعویض هوا تعریف گردیده است: استخراج استفاده متوسط شامل مواردی میشود که دما و حجم مواد غذایی قرار داده شده در سردکن کم است مثال یخچالهای آزمایشگاهی و کلوپها. کاربرد سنگین شامل مواردی نظیر یخچالهای فروشگاهها آشپزخانههای رستورانها و هتلها میباشد که دمای اتاق احتماال زیاد است و به دلیل زیاد باز و بسته شدن در یخچال بار سنگینی به آن وارد میشود و اغلب مقادیر زیادی غذای گرم داخل یخچال قرار میگیرد. برای سرویس متوسط و سنگین بار محصول بر اساس وارد شدن محصول با دمای 5 باالتر از دمای یخچال میباشد. در محاسبه بار گرمایی با استفاده از روش کوتاه ضریب اطمینان در نظر گرفته نمیشود. برای به دست آوردن بار متوسط جهت انتخاب تجهیزات بایستی بار گرمایی محاسبه شده را در 24 ساعت ضرب و بر ساعات کارکرد روزانه سردخانه تقسیم نمود. مقادیر درج شده در جدول مقادیر متوسط تجربی هستند و در استفاده از آنها باید دقت نمود. 51

52 مثال: در سردخانهای با ابعاد 3/4 4 6 متر که با 100 میلیمتر پشم شیشه عایقکاری شده و ضخامت کلی دیوار 200 میلیمتر است دمای بیرون 30 و سرویس متوسط است روزانه 1250 کیلوگرم سبزیجات مخلوط و تر از دمای 25 به دمای 5 سرد میشود. بار گرمایی را بر اساس 16 ساعت کار روزانه بر حسب کیلووات تعیین کنید. حل: = 116 m / / = مساحت سطح خارجی = 60/5 m 3 3 3/6 5/6 = 0/2) 2 (3/4 0/2) 2 (4 0/2) 2 (6 = حجم داخلی ضریب k برای پشم شیشه از جدول 1-10: k = 0/039 W/m 2 K بر این اساس از جدول 2-10: U = 0/3384 W/m 2 K با میانیابی در جدول 7-10 شدت نفوذ هوا برای حجم داخلی 60/5 متر مکعب برابر 8/13 L/s و با فرض رطوبت نسبی %50 ضریب تغییر انتالپی از جدول 10-6a برابر 0/0536 kj/l و گرمای ویژه سبزیجات مخلوط از جدول 9-10 برابر 3/77 kj/kg K و حرارت تنفس سبزیجات از جدول برابر 0/097 W/kg میباشد. 52

53 = U A TD = 116 0/3384 (30 5) = 981/4 W = 0/9814 kw بار حاصل از دیوارها (kw) بار تعویض هوا = (L s نفوذ هوا (شدت (kj L = 0/0536 8/13 = (تغییر انتالپی 0/43 kw m C T = /77 (25 5) = 1/09 kw = بار محصول زمان سرد کردن مورد نظر برحسب ثانیه = 121/25 W = 0/121 kw 0/ = بار تنفس = Q = 0/ /43 + 1/09 + 0/121 = 2/62 kw مجموع بارهای حرارتی = 10% ضریب اطمینان = 2/885 kw 2/62 1/1 = بار سرمایی کل 2/ = 4/327 kw مثال: = ظرفیت تجهیزات تبرید با استفاده از روش کوتاه بار تبرید سردخانه مثال قبل را محاسبه نمایید. حل: = U A TD = 116 0/3384 (30 5) = 981/4 W = 0/9814 kw بار حاصل از دیوارها = 60/5 m 3 حجم داخلی با میان یابی در جدول ضریب سرویس سردخانه 0/642 W/m 2 K خواهد بود. TD = 60/5 0/642 (30 5) = 971 W ضریب سرویس ) 2 (m حجم داخل سردخانه = (w) بار سرویس = 0/971 kw = 1/953 kw مجموع بارهای حرارتی 1/ = 2/93 kw مثال: = بار تجهیزات سردخانهای به ابعاد 4 m 10 6 برای سرد کردن روزانه 3400 kg گوشت گاو 7 تا دمای 2 مورد استفاده قرار می- گیرد. به جز دیوار شرقی (m 4 6) که با اتاقی همدما با سردخانه همجوار است بقیه دیوارها با فضای تهویه نشده 30 و رطوبت نسبی %50 مجاور هستند. دیوارها از 100mm بتن و 100mm عایق چوب پنبه و کف سردخانه که روی فضای تهویه نشدهای واقع شده است از 125mm بلوک بتنی و 100mm عایق چوب پنبه و نهایتا 75mm بتن و سقف که زیر فضای تهویه نشدهای قرار دارد از 100mm بتن با تراورسهای چوبی و 100mm عایق چوب پنبهای ساخته شده است. روزانه دو نفر کارگر به مدت 4 ساعت در داخل سردخانه کار میکنند سرویس متوسط بار روشنایی 500 وات و المپها 4 ساعت در روز روشن هستند. ظرفیت الزم تجهیزات بر اساس 20 ساعت کار روزانه چقدر است حل: از جدول 1-10 برای تمام دیوارها سقف و کف با عایق چوب پنبه داریم: k = 0/045 W/m K از جدول 2-10 برای دیوارها سقف و کف با عایق چوب پنبه به ضخامت 100mm داریم: 53

54 U = 0/383 W/m 2 K = 224 m = سطح خارجی = 188 m 3 3/5 9/6 5/6 = حجم داخلی = 13/5 L/s شدت نفوذ هوا = 0/0577 kj/l ضریب تغییر انتالپی شدت نفوذ هوا از جدول 7-10: ضریب تغییر انتالپی از جدول 10 6a: حرارت حاصل از هر نفر از جدول 14-10: = 261 W حرارت حاصل از هر نفر c = 3/14 kj/kg K = 2402 W = 2/402 kw 2) (30 0/ = بار حاصل از دیوار = 0/779 kw 0/ /5 = بار تعویض هوا /14 (7 2) = 0/618 kw = بار محصول = بار المپها = 0/083 kw = بار افراد = 87 W = 0/087 kw 24 = 4 kw 0/087 = 2/ / / /083 + مجموع بارهای حرارتی 54 گرمای ویژه گوشت تازه گاو از جدول 8-10: = 0/4 kw ده درصد ضریب اطمینان = 4/4 kw 0/4 = 4 + بار سرمایی کل = ظرفیت تجهیزات تبرید 4/ = 5/28 kw مثال: روزانه 2300 لیتر بستنی با دمای 4 در اتاقی به ابعاد 3 m 5 3 تا دمای 28 سرد و سفت میشود. ضخامت کل دیوارها سقف و کف اتاق 250mm میباشد که 150mm رطوبت نسبی %50 است. با فرض دانسیته متوسط بستنی برابر آن را عایق پلی یورتان تشکیل میدهد. دمای محیط 32 و گرمای ویژه پس از انجماد و 2/1 kj/kg K و 0/6 kg/l حل: حرارت نهان انجماد متوسط 233 kj/kg بار ساعتی متوسط را بر اساس 18 ساعت کار روزانه تعیین کنید. = 78 m = سطح خارجی = 28 m 3 2/5 4/5 2/5 = حجم داخلی k = 0/025 W/m K از جدول 1-10 برای عایق پلی یورتان داریم:

55 U = 0/153 W/m 2 K از جدول 2-10 برای عایق پلی یورتان به ضخامت 150mm داریم: شدت نفوذ هوا از جدول 7-10: = 4/44 L/s شدت نفوذ هوا ضریب تغییر انتالپی از جدول 10 6b: مثال: = 0/1104 kj/l ضریب تغییر انتالپی = 716 W = 0/716 kw ( 28)) (32 0/ = بار حاصل از دیوار = 0/49 kw 0/1104 4/44 = بار تعویض هوا = kj ( 28)) ( 4 2/1 0/ = بار سرد کردن محصول = m h if = /6 2/1 233 = kj بار انجماد محصول = 4/53 kw = بار کل محصول = 5/74 kw 4/53 = 0/ /49 + مجموع بارهای حرارتی = 0/574 kw ده درصد ضریب اطمینان = 6/3 kw 0/574 = 5/74 + بار سرمایی کل 6/3 24 = ظرفیت تجهیزات تبرید 18 = 8/4 kw در طول 15 روز برداشت محصول روزانه 200 جعبه سیب با دمای 30 وارد سردخانهای به ابعاد 3/4 m شده و در دمای 2 نگهداری میشود. دیوارها سقف و کف در هر دو طرف از تختههایی به ابعاد 25 mm ساخته شده و با 100 mm پشم معدنی (Mineral wool) میباشد. وزن متوسط خالص هر جعبه سیب 27 kg و وزن متوسط جعبهها حل: عایق کاری شدهاند. همه دیوارها در سایه قرار داشته و دمای محیط 30 2 kg و گرمای ویژه آن 2/5 kj/kg K است. بار روشنایی 500 وات به مدت 3 ساعت در روز میباشد. دو نفر با یک دستگاه لیفتراک باطری دار با توان 4/17 kw روزانه به مدت 3 ساعت در داخل سردخانه کار میکنند. بار متوسط تجهیزات بر اساس 16 ساعت کار روزانه چقدر است محاسبات بار بر اساس بار ماکزیمم که در روز پانزدهم حاصل میشود انجام خواهد شد. از جدول 1-10 برای عایق پشم معدنی داریم: با در نظر گرفتن تختههای چوبی در دو طرف خواهیم داشت: = 574/4 m / / = سطح خارجی = 570 m 3 3/1 11/7 15/7 = حجم داخلی k = 0/039 W/m K k = 0/045 W/m K 55

56 U = 0/383 W/m 2 K از جدول 2-10 برای عایق پشم معدنی به ضخامت 100mm داریم: شدت نفوذ هوا از جدول 7-10 با فرض سرویس سنگین: = 34/41 L/s شدت نفوذ هوا = 0/0598 kj/l ضریب تغییر انتالپی C = 3/72 kj/kg K ضریب تغییر انتالپی از جدول 10 6b با فرض رطوبت نسبی %50: گرمای ویژه سیب: ضریب سرد کردن سیب 0/67 است. حرارت تنفسی سیب از جدول در دمای 2 برابر 0/015 W/kg است. حرارت حاصل از هر نفر از جدول 14-10: = 261 W حرارت حاصل از هر نفر = 6155/5 W = 6/155 kw 2) (30 0/ = بار حاصل از دیوار = 2/058 kw 0/ /41 = بار تعویض هوا /72 (30 2) = /5 kj = بار محصول 0/ /5 (30 2) = kj = بار جعبه ها 0/ / = 10/2 kw = بار کل محصول = بار المپها = بار افراد /17 = بار لیفتراک = 62/5 W = 0/0625 kw = 0/521 kw 24 = 20/276 kw مجموع بارهای حرارتی = 2/0276 kw ده درصد ضریب اطمینان = 22/3 kw بار سرمایی کل = ظرفیت تجهیزات تبرید = 65/25 W = 0/06525 kw 22/ = 33/45 kw 56 مثال: روزانه 10 تن مرغ بسته بندی شده در تونل انجمادی به ابعاد 3/5 m 3 4 مطابق شکل منجمد میشود. مرغها قبل از ورود به تونل انجماد در دمای 7 هستند و در تونل انجماد تا دمای 20 سرد میشوند. بار روشنایی 200 وات میباشد و المپها روزانه 16 ساعت روشن هستند. وزن چرخهای دستی حمل مرغ وارد شده به فضای انبار روزانه 700 kg و گرمای

57 ویژه آنها 0/47 kj/kg K میباشد. دیوارهای شمالی و شرقی با اتاق تجهیزات تبرید و راهرو همجوار هستند و از 150 mm آجر سفالی ساخته و با 150 mm پلی یورتان عایق کاری شدهاند. دیوارهای جنوبی و غربی با سردخانه مجاور بوده و از 100 mm آجر سفالی با 50 mm عایق پلی یورتان ساخته شدهاند. سقف تونل از 150 mm بتن با 150 mm عایق پلی یورتان ساخته شده و با قیرگونی و سنگریزه پوشیده شده است. کف تونل روی فضای تهویه شدهای قرار گرفته و سقف آن در معرض آفتاب است. اتاق تجهیزات تبرید به طور کامل تهویه میشود و دمای آن تقریبا برابر دمای طراحی خارج از محل می- باشد ( 33). دمای طراحی داخل سردخانه و تونل انجماد 20 میباشد. دما و رطوبت نسبی راهرو به ترتیب 10 و %70 است. بار تبرید متوسط را بر اساس 20 ساعت کار روزانه محاسبه نمایید. حل: مساحت سطح بیرونی تونل شامل کف و دیوارهای شمالی و شرقی: = 36/5 m 2 3/5 4 3/ = سطح خارجی = 25/34 m 3 2/8 2/55 3/55 = حجم داخلی از جدول 1-10 برای عایق پلی یورتان داریم: k = 0/025 W/m K از جدول 2-10 برای عایق پلی یورتان به ضخامت 150mm داریم: U = 0/153 W/m 2 K از جدول 5-10 تصحیح آفتابی بودن سقف 11 است. شدت نفوذ هوا از جدول 7-10 با اتاق سرد کن )%50 کمتر(: = 2/1 L/s 4/2 0/5 = شدت نفوذ هوا ضریب تغییر انتالپی از جدول 10 6b با فرض رطوبت نسبی %70 و دمای ورودی 10: = 0/0456 kj/l ضریب تغییر انتالپی c = 3/18 kj/kg K گرمای ویژه گوشت مرغ قبل از انجماد از جدول 8-10: 57

58 c = 1/55 kj/kg K گرمای ویژه گوشت مرغ بعد از انجماد از جدول 8-10: از جدول 8-10 حرارت نهان انجماد 246 kj/kg و نقطه انجماد 2/75 میباشد. = 296 W = 0/296 kw ( 20)) (33 0/153 36/5 = بار حاصل از کف و دیوارها = 114 W = 0/114kW ( 20)) 11) ((31 + 0/ = بار حاصل از سقف = 0/096 kw 0/0456 2/1 = بار تعویض هوا = kj ( 3)) (7 2/1 3/ = بار سرد کردن محصول قبل از انجماد = kj ( 20)) ( 3 1/ = بار سرد شدن محصول پس از انجماد = 8883 kj ( 20)) (7 0/ = بار چرخهای دستی = kj = بار انجماد = 35/4 kw = بار کل محصول = 133/3 W = 0/1333 kw = بار المپها 24 = 35/939 kw مجموع بارهای حرارتی = 3/594 kw ده درصد ضریب اطمینان = 39/533 kw بار سرمایی کل = ظرفیت تجهیزات تبرید 39/ = 47/44 kw 58

59 انتخاب اواپراتور پس از محاسبه بار سرمایی کل باید از کاتالوگ شرکتهای سازنده اواپراتور و بر اساس دستورالعمل مربوط به هر سازنده نسبت به انتخاب اواپراتور مناسب اقدام نمود. در این قسمت از کاتالوگهای شرکت نیک به عنوان نمونه استفاده گردیده است. شاخصهای انتخاب اواپراتور این سازنده عبارتند از: کویل فن دیفراست 59

60 جهت جریان هوا تعیین فاصله فین توان اسمی توان اسمی کولرهای سری NBC دیگر نظیر R404a یا R134a باید ضرایب موجود در جدول زیر برای مبرد R22 در شرایط استاندارد اندازهگیری شدهاند و در صورت استفاده از مبردهای (F r ) را در ظرفیت مورد نیاز ضرب نمود: روش انتخاب کولر 60

61 5 T e 10 F SC1 20 T e 6 F SC2 40 T e 21 F SC3 61

62 62

63 مثال: کولر مناسب برای ظرفیت Q r = 7 kw با دمای اتاق 5 و اختالف دمای DT1 = 10K برای مبرد R134a انتخاب نماید. حل: فاصله فینها 4/2 mm 63

64 بنابراین مدلهای قابل انتخاب عبارتند از: مثال: کولر مناسب برای ظرفیت Q r = 13 kw با دمای اتاق 20 و اختالف دمای DT1 = 8K برای مبرد R22 انتخاب نماید. حل: فاصله فینها 6 mm بنابراین مدلهای قابل انتخاب عبارتند از: 64