آئین کاراستاندارد محاسبه بار برودتی سردخانه مواد غذائی _ قسمت اول

بسمه تعالی

پیشگفتار

 استاندارد آئین کار محاسبه بار برودتی سردخانه مواد غذائی که بوسیله کمیسیون فنی مکانیک و فلزشناسی تهیه و تدوین شده در بیست و ششمین کمیته ملی استاندارد مکانیک و فلزشناسی مورخ 65/12/19 مورد تائید قرار گرفته , اینک باستناد ماده یک قانون مواد الحاقی به قانون تأسیس مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران مصوب آذر ماه 1349 بعنوان استاندارد رسمی ایران منتشر می‏گردد .

 برای حفظ همگامی و همآهنگی با پیشرفتهای ملی و جهانی در زمینه صنایع و علوم , استانداردهای ایران در مواقع لزوم مورد تجدیدنظر قرار خواهند گرفت و هرگونه پیشنهادی که برای اصلاح یا تکمیل این استانداردها برسد در هنگام تجدیدنظر در کمیسیون فنی مربوط مورد توجه واقع خواهد شد .

 بنابراین برای مراجعه به استاندارهای ایران باید همواره از آخرین چاپ و تجدیدنظر آنها استفاده نمود .

 در تهیه و تدوین این استاندارد سعی شده است که ضمن توجه به شرایط موجود و نیازهای جامعه حتی‏المقدور بین این استاندارد و استاندارد کشورهای صنعتی و پیشرفته همآهنگی ایجاد شود .

 لذا با بررسی امکانات و مهارتهای موجود و اجرای آزمایش‏های لازم این استاندارد با استفاده از منابع زیر تهیه گردیده است :

1-   American society of heating refrigeration and air conditioning engineers (ASHRAE) hand book of fundamentals 1981

2-   ASHRAE hand book of applications, 1982

3-   British standard 5422: 1977

" آئین کار محاسبه بار برودتی سردخانه مواد غذائی "

  1 ـ هدف و دامنه کاربرد

 هدف از تدوین این آئین کار , ارائه روش محاسبه بار برودتی لازم جهت سردخانه‏های ثابت ¹ مخصوص نگهداری مواد غذائی است .

2 ـ کلیات

 روش محاسبه بار برودتی در سه بخش بشرح زیر تهیه گردیده است :

 بخش الف ـ مقدمه و تعاریف لازم .

 بخش ب ـ روش محاسبه بار برودتی سالنها

 بخش ج ـ روش محاسبه بار برودتی تونلهای انجماد .

  3 ـ بخش الف ـ مقدمه و تعاریف لازم

 در این آئین کار از واحد دستگاه بین‏المللی (U.I.S) ² برای اندازه‏گیری کمیت‏ها استفاده می‏شود .

 3-1- انرژی حرارتی ³: حرارت نوعی انرژی است که در اثر اختلاف دما بین دو جسم ( یا دو محیط ) از جسم گرمتر به جسم سردتر منتقل می‏شود و موجب سریعتر شدن سرعت حرکت مولکولهای جسم سردتر می‏شود . یادآوری می‏شود که انرژی حرارتی قابل تبدیل به انرژیهای دیگر است . واحد انرژی حرارتی در دستگاه (SI) ژول (Joul) می‏باشد .

 3-2- دما ⁴

 دما شدت گرمائی یک جسم می‏باشد و مقیاس سنجش حرکت مولکولهای آن جسم است دما یک مقدار نسبی است .

 واحد دما در دستگاه (SI) درجه کلوین ⁵ می‏باشد . یادآوری می‏شود که رابطه درجه کلوین و درجه سلسیوس که با دماسنج صد قسمتی اندازه‏گیری می‏شود به صورت (273 + C = K) است .

 3-3- گرمای ویژه ⁶

 گرمای ویژه مقدار گرمایی است که به واحد جرم ماده‏ائی داده می‏شود تا دمای آن را یکدرجه تغییر دهد .

 یادآوری ـ چون گرم کردن و سرد کردن در فشار ثابت می‏باشد , لذا منظور از گرمای ویژه در فشار ثابت است .(C_P)

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

Q=m.Cp(T2-T1)

 =Qمقدار گرمای تبادل یافته (ژول)     = mجرم جسم (کیلوگرم) = Cp گرمای ویژه متوسط (کیلوگرم بر ژول)  =(T2 - T1 ) دمای اولیه و دمای ثانویه

 3-4- گرمای نهان ⁷

 گرمای نهان مقدار گرمائی است که به یک جسم داده می‏شود تا در آن تغییر حالت بوجود آید . توضیح اینکه در تغییر حالت دما و فشار

ثابت می‏باشند .

 یادآوری 1ـ منظور از تغییر حالت یکی از حالات زیر است :

1 ـ جامد به مایع یا بالعکس

.

2 ـ مایع اشباع به بخار اشباع یا بالعکس .

 یادآوری2 ـ تبدیل جامد به گاز تصعید نامیده می‏شود و حرارت لازم برای این منظور را گرمای نهان تصعید ⁸ می‏ نامند .

 3-5- انتالپی ⁹ :

 تعریف فیزیکی انتالپی : انتالپی برابر مجموع انرژی داخلی و انرژی حرکت جسم یا ماده می‏باشد ,

h=u+pv

که در آن

h= آنتالپی برحسب ژول بر کیلوگرم

u=انرژی داخلی برحسب ژول بر کیلوگرم

p = فشار بر حسب پاسکال

v=حجم مخصوص متر مگعب بر کیلوگرم

= تغییرات انتالپی برابر است با گرمائی که در فشار ثابت از یک جسم گرفته می‏شود یا به جسم داده می‏شود .

q_(P) = h₂-h₁

 انتالپی یک پارامتر ترمودینامیکی است   (p,t)f = h

 3-6- تبرید ¹⁰:

 تعریف تبرید : تبرید به معنی تولید برودت در یک جسم یا فضا می‏باشد , در واقع همان مقدار حرارتی است که از جسم یا فضا گرفته می‏شود تا دما آن از t₁ به t₂ کاهش یابد .

-7- تن تبرید ¹¹:

 در صنایع برودتی تن تبرید بکار گرفته می‏شود . یک تن تبرید مقدار حرارتی است که در مدت 24 ساعت بایستی از یک تن (1000کیلو گرم ) آب صفر , درجه سلسیوس جذب گردد تا آنرا به یک تن یخ در همان دما تبدیل نماید .

 3-8- ظرفیت سردخانه ¹²:

 الف ـ ظرفیت وزنی سردخانه : منظور از ظرفیت وزنی مقدار کالائی است که بر حسب تن (1000کیلوگرم ) می‏توان در سرد خانه انبار نمود .

 ب ـ ظرفیت حجمی سردخانه : منظور از ظرفیت حجمی , آن فضائی است که در سردخانه می‏توان کالا انبار نمود .

 ج ـ ظرفیت برودتی : منظور از ظرفیت برودتی , قدرت دستگاههای تولید برودت در شرایط حرارتی موجود در سردخانه می‏باشد .

 3-9- انتقال حرارت ¹³:

 جریان حرارت از جسم یا فضای با دما 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 می‏شود , لذا محاسبات بر مبنای جریان یکنواخت حرارت عمل می‏گردد .

 انتقال حرارت به سه طریق انجام می‏پذیرد :

 1 ـ انتقال حرارت به طریق هدایت ^.14

 2 ـ انتقال حرارت به طریق جابجائی یا وزش ¹⁵

 3ـ انتقال حرارت به طریق تشعشع ¹⁶

 در طریقه انتقال حرارت به طریق هدایت , هر جسمی که دارای انرژی حرارتی بیشتر است , مقداری از انرژی خود را به جسم مجاور داده و آنرا گرمتر می‏نماید . در محاسبات عملی مقدار گرمای انتقالی از طریق هدایت به صورت فرمول ذیل انجام می‏گیرد :

عکس ضریب انتقال حرارتی را مقاومت حرارتی می‏نامند و هر جسمی که مقاومت حرارتی بیشتری داشته باشد عایق حرارتی خوانده می‏شود .

طول در واحد زمان بازاء یکدرجه اختلاف دما عبور نماید , بر حسب وات بر متر بر درجه کلوین .

 در جدول شماره (1) پیوست ضریب هدایت حرارتی برای اجسام مختلف داده شده است .

 فرمول کلی محاسبه ضریب انتقال حرارت جداره‏ها بصورت ذیل است :

که بستگی به نوع جریان هوا , دارد در جدول شماره (2) پیوست مقدار α برای سطوح مختلف داخلی و خارجی داده شده است .

 3-10- انتقال حرارت به طریق جابجائی یا وزش :

 انتقال حرارت از مولکولهای سیال ( گاز یا مایع ) که در حال حرکت است به مولکولهای جسم جامد و همین طور انتقال حرارت در داخل سیال از مولکولی به مولکول دیگر را انتقال حرارت وزشی گویند که به دو نوع طبیعی و اجباری تقسیم‏بندی می‏شود و دارای سه حالت : وزش آرام , نیمه مغشوش می‏باشد .

 3-11- انتقال حرارت به طریق تشعشع :

 انتقال حرارت از طریق تشعشع یعنی صدور اشعه از جسم گرم به جسم سرد را انتقال حرارت تشعشعی گویند .

 در انتقال حرارت از طریق تشعشع جرم دخالت نداشته و مقدار حرارت بستگی به سطح و رنگ و رنگ جدار دریافت کننده حرارت , زاویه تابش و فاصله منبع تشعشع دارد .

  4 ـ بخش ب ـ بارهای برودتی 17

 تعریف بار برودتی :

 برای اینکه دما محیط نگهداری کالا را ثابت نگهداریم , می‏باید کلیه حرارتهای انتقالی به محیط را به وسیله دستگاههای سرد کننده جذب نمائیم . این حرارت‏های انتقالی یا بعبارت دگر بار برودتی سالن به چهار دسته کلی تقسیم می‏شوند :

 1 ـ بار برودتی ناشی از انتقال حرارت از طریق جداره‏ها بخاطر اختلاف دما ¹⁸

 2 ـ بار برودتی ناشی از کالا ¹⁹

 3 ـ بار برودتی ناشی از تهویه محیط نگهداری و نفوذ هوا ²⁰

 4ـ بار برودتی ناشی از بهره‏برداری ( سرویس و خدمات ) ²¹

 یادآوری ـ محاسبات بار برودتی برای هر سالن بطور جداگانه انجام می‏گیرد .

 4-1- محاسبه بار برودتی از طریق جداره‏ها :

 محاسبه بار برودتی سالنها از طریق جداره‏ها بطریق زیر انجام می‏گیرد :

 ضخامت عایق حرارتی بایستی طوری انتخاب گردد که k.(Δ_t) برای جداره‏های مختلف بین 9 تا 11/5 وات بر مترمربع باشد .

 یادآوری ـ اگر k.(Δ_t) بیش از 11/5 باشد , باعث افزایش بار برودتی از جدار شده و تاثیر در افزایش ظرفیت دستگاههای برودتی خواهد داشت .

 4-2- محاسبه بار برودتی ناشی از کالا :

 این بار می‏تواند شامل سرد کردن کالا , سرد کردن ظروف و تنفس کالا باشد .

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

 بار ورودی روزانه محصول برای سالنهای زیر صفر با ظرفیت بیش از 200  تن 10درصد و کمتر از 200تن 15درصد ظرفیت کل سالن می‏باشد .

 برای سردخانه‏های اختصاصی ( شیلات , کشتارگاه , ترانزیتی و مشابه ) تا 20 درصد ظرفیت کل سالن محاسبه می‏شود . در سردخانه‏هائیکه کلیه بار ورودی خود را از طریق سالنهای انجماد مستقیما می‏پذیرد , بار ورودی ناشی از کالا محاسبه نمی‏گردد .

 4-2-1- بار برودتی ناشی از عمل آوری کالا از فرمولهای زیر محاسبه می‏گردد :

در جدول شماره (3) پیوست اطلاعات مربوط به شرایط نگاهداری محصولات مختلف غذائی ارائه گردیده است .

 4-2-2- علاوه بر بار برودتی ناشی از عمل‏آوری کالا بایستی بار برودتی ناشی از سرد کردن ظروفیکه مواد در آنها قرار دارند و همچنین پالت و پالت باکس را نیز در نظر داشت , که از فرمول زیر محاسبه می‏گردد :

 که :

 M = جرم ظروف مورد نظر بر حسب کیلوگرم .

 C = گرمای ویژه بر حسب ژول بر کیلوگرم بر درجه کلوین , برای مواد مختلف عبارت است از چوب 2500, کارتن مقوایی 1460, فولاد 460 و شیشه 835 است .

 آ = مدت سرد شدن ظروف تا دما محیط که معمولا24 ساعت منظور می‏شود

t₂ = دما اولیه ( دما انبار نگهداری ظروف ,) برحسب درجه کلوین .

 t₁ = دما سالن , برحسب درجه کلوین .

 4-2-3- بار برودتی ناشی از تنفس میوه ²² از فرمول زیر محاسبه می‏گردد

که:

M_S = ظرفیت سالن بر حسب تن

q₂,q₁  = گرمای حاصل از تنفس در درجه حرارتهای ورودی وسالن ( انتهای عمل آوری ) بر حسب وات بر تن , طبق جدول ضمیمه شماره (4) پیوست . بنابراین بار برودتی ناشی از کالا برابر است با :

 4-3- بار برودتی ناشی از تهویه سالنهای بالای صفر :

 سالنهای نگهداری مواد سرد که دارای بو یا تولید گاز در اثر تنفس می‏باشند , تهویه شوند و بار برودتی ناشی از این امر از فرمول زیر محاسبه می‏گردد

 که :

 V = حجم سالن بر حسب متر مکعب .

 ²³a= تعداد دفعات تهویه در روز .

 = جرم مخصوص هوا بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب .

h_A = انتالپی هوای خارج بر حسب ژول بر کیلوگرم .

h_S = انتالپی هوا در دما سالن بر حسب ژول بر کیلوگرم .

 یادآوری می‏شود اگر لازم باشد کارگران در سالن سرد کار کنند , با توجه باینکه برای هر نفر حداقل 20 مترمکعب هوا در ساعت لازم است بار ناشی از هوای لازم برای تنفس کارگران از فرمول زیر محاسبه می‏گردد که بایستی به بار فوق اضافه شود

 4-4 بار برودتی در اثر بهره برداری ( سرویس :) بار برودتی در اثر بهره‏برداری از برابر مجموع بارهای حاصل از روشنائی , فعالیت کارگران , الکتروموتورها و نفوذ هوا می‏باشد که به صورت فرمول زیر نوشته می‏شود :

4-4-1- بار برودتی در اثر روشنائی : بار برودتی در اثر روشنائی از فرمول زیر محاسبه می‏گردد :

 4-4-2- بار برودتی از وجود افراد با توجه به جدول پیوست شماره (5) از فرمول زیر محاسبه می‏گردد .

 4-4-3- بار برودتی ناشی از الکتروموتورها q_4-3 با توجه به جدول پیوست شماره (6) از فرمول زیر محاسبه می‏گردد .

 4-4-4- بار برودتی ناشی از نفوذ هوا ²⁴ q_4-4 با توجه به جدول پیوست شماره (7) محاسبه می‏گردد .

 بدین ترتیب بار برودتی کل سالن از رابطه زیر محاسبه می‏گردد :   

  5 ـ بار برودتی بر روی اواپراتور ²⁵

 از آنجائیکه در زمان برفک زدایی دیفراست ²⁶ اواپراتور تولید برودت نمی‏نماید , لذا به منظور جبران زمان توقف باید بار محاسبه شده Q را در ضریب توقف ضرب نمود :

لازم به توضیح است که نوع برفک زدایی Δt ( اختلاف دما بین دمای جوش مبرد و هوای سالن ,) فاصله پره‏های ( فینها ²⁷) اوپراتور و عوامل دیگر در زمان توقف   اوپراتور مؤثرند که می‏بایستی در محاسبات در نظر داشت .

  6 ـ بار برودتی بر روی کمپرسور ²⁸

 بار برودتی بر روی کمپرسورها با موتورخانه مرکزی برابر مجموع بار سالنها در 24 ساعت و بار راهرو با کسر اتلاف برودتی از جداره‏های مشترک می‏باشد . در تعیین قدرت برودتی کمپرسور باید افت برودتی در لوله‏ها ²⁹ را در نظر گرفت .

 بهمین منظور 7 درصد به بار محاسبه برای کمپرسور افزوده می‏شود و همین طور چون زمان کارکرد کمپرسور برای تامین بار برودتی سردخانه بستگی به نوع دیفراست دارد , لذا ضریب کارکرد با توجه به نوع دیفراست نیز باید تاثیر داده شود و از اینرو قدرت برودتی کمپرسور برابر است با :

  7 ـ ظرفیت برودتی کندانسور ³⁰

 ظرفیت برودتی کندانسور با توجه به بار برودتی و بار ناشی از کار مصرفی در کمپرسور تعیین می‏گردد :

  8 ـ بخرج ـ روش محاسبه بار برودتی تونلهای انجماد

 محاسبه بار برودتی تونلهای انجماد ³¹  :تفاوت عمده محاسبه بار برودتی برای تونلهای انجماد و دستگاههای انجماد در مقایسه با سالنهای نگهداری تنها در عمل‏آوری و انجماد کالا می‏باشد .

 بار برودتی از جداره‏ها , نفوذ هوا , ظروف و سرویس مانند سالنهای نگهداری بوده و بار برودتی ناشی از عمل‏آوری بشکل زیر محاسبه می‏گردد :