Kylmähuoneen jäähdytystehon laskenta: esimerkki

Kylmähuoneen jäähdytysteho on keskeinen mitoitusarvo, joka määrittää kompressorin koon, höyrystimen valinnan, sähköliittymän ja suuren osan käyttökustannuksista. Alimitoitetussa järjestelmässä tuotteet eivät saavuta tavoitelämpötilaa toimitushuippujen aikana. Ylimitoitettu laitteisto puolestaan käy tehottomasti lyhyissä jaksoissa, poistaa kosteutta heikosti ja maksaa enemmän sekä hankittaessa että käytössä. Toimittajat laskevat jäähdytystehon tarpeen yksityiskohtaisesti, mutta laskennan perusteet tunteva ostaja pystyy tarkistamaan tarjoukset, havaitsemaan puuttuvat oletukset ja antamaan paremmat lähtötiedot heti alussa. Tässä artikkelissa esitellään jäähdytyskuorman osatekijät ja käydään läpi yksinkertaistettu laskentaesimerkki samalla periaatteella kuin ColdMatchin jäähdytystehon laskurissa.

Lyhyt vastaus: kylmähuoneen jäähdytystehon tarve saadaan laskemalla yhteen seinien, katon ja lattian läpi siirtyvä lämpö, saapuvista tuotteista poistettava lämpö, ovista tulevan lämpimän ilman aiheuttama kuorma sekä ihmisten, valaisimien, trukkien ja höyrystinpuhaltimien tuottama lämpö. Vuorokauden lämpökuorma jaetaan päivittäisillä käyttötunneilla, ja tulokseen lisätään varmuusmarginaali. Tuotekuorma ja ilmavuodot ovat yleensä suurimmat kuormatekijät vilkkaasti käytetyissä kylmähuoneissa, kun taas pitkäaikaisvarastoinnissa rakenteiden läpi siirtyvä lämpö korostuu.

Jäähdytyskuorman viisi osatekijää

1. Rakenteiden lämpökuorma: eristettyjen paneelien, katon ja lattian läpi johtuva lämpö. Siihen vaikuttavat pinta-ala, eristeen paksuus ja lämmönjohtavuus sekä ulko- ja sisälämpötilan ero.
2. Tuotekuorma: lämpö, joka poistetaan jäähdytettäessä saapuvat tuotteet tulolämpötilasta varastointilämpötilaan. Pakastehuoneissa tähän lisätään jäätymisen latenttilämpö, jos tuotteet saapuvat pakastamattomina. Tuoreiden hedelmien ja vihannesten hengityslämpö kasvattaa kuormaa.
3. Ilmavuodot (ilman vaihtuminen): lämmin ja kostea ilma, jota tulee sisään aina ovia avattaessa. Se tuo sekä tuntuvaa lämpöä että kosteutta, joka jäätyy höyrystimien pinnoille.
4. Sisäiset kuormat: tilassa olevat ihmiset, valaistus, trukit ja akkulaturit.
5. Laitekuormat: höyrystinpuhaltimien moottorien tuottama lämpö ja sulatuslämpö, jotka kylmäjärjestelmän on myös poistettava.

Vaihe 1: Määritä tila ja olosuhteet

Esimerkkimme on tuoretuotteiden kylmähuone: - sisämitat 20 m × 12 m × 8 m (lattiapinta-ala 240 m², tilavuus 1 920 m³); - huonelämpötila +2 °C; - mitoitusulkolämpötila 35 °C; - seinissä ja katossa 100 mm PIR-paneelit, eristetty lattia; - päivittäin saapuu 20 tonnia tuotteita, joiden lämpötila on 20 °C; - yksi lastausovi, jota avataan usein kahdeksan tunnin työvuoron aikana.

Jos mittoja ei ole vielä päätetty, laske tarvittava lattiapinta-ala ja tilavuus lavapaikkojen perusteella kylmähuoneen kokolaskurilla.

Vaihe 2: Rakenteiden lämpökuorma

Rakenteiden läpi siirtyvä lämpöteho saadaan kertomalla paneelin U-arvo pinta-alalla ja lämpötilaerolla. 100 mm PIR-paneelin U-arvo on noin 0,22 W/m²K. Seinien ja katon yhteenlaskettu pinta-ala on noin 752 m² (kaksi pitkää seinää 20 × 8, kaksi lyhyttä seinää 12 × 8 ja katto 20 × 12). Kun lämpötilaero on 33 K, lämpökuorma on noin 0,22 × 752 × 33 ≈ 5,5 kW. Lattia lisää kuormaa jonkin verran eristyksestä ja maaperän lämpötilasta riippuen. Tässä esimerkissä sen osuudeksi arvioidaan noin 0,6 kW. Kattoon ja seiniin kohdistuva auringon säteily voi kasvattaa kuormaa lämpimässä ilmastossa. Siksi suunnittelijat lisäävät usein auringolle altistuvien pintojen laskennassa ulkolämpötilaan muutaman asteen.

Vaihe 3: Tuotekuorma

Tuotteista poistettava lämpöenergia lasketaan kaavalla massa × ominaislämpökapasiteetti × lämpötilan alenema. Tuoretuotteiden ominaislämpökapasiteetti on noin 3,8 kJ/kg·K. Kun 20 000 kg tuotteita jäähdytetään 18 K, poistettavaa lämpöä kertyy 20 000 × 3,8 × 18 ≈ 1 368 000 kJ vuorokaudessa. Jos laitteisto mitoitetaan poistamaan tämä lämpö 20 tunnissa, tehontarve on noin 19 kW. Tuotteet myös hengittävät ja vapauttavat lämpöä. Täydessä kylmähuoneessa tähän voidaan tyypillisesti varata 2–3 kW tuotetyypistä riippuen. Tuotekuorma on tämän esimerkin suurin kuormatekijä, minkä vuoksi tulolämpötila ja päivittäin saapuva tuotemäärä ovat hankinnan tärkeimpiä lähtötietoja. Tuotteiden esijäähdytys ennen varastointia pienentää kuormaa huomattavasti, kuten sadonkorjuun jälkeisen kylmävarastoinnin oppaassamme kuvataan.

Vaihe 4: Ilmavuotojen lämpökuorma

Jokaisella oven avauksella kylmähuoneen ilmaa vaihtuu lämpimään ulkopuoliseen ilmaan. Laskentamenetelmissä huomioidaan oven koko, aukioloaika, lämpötilaero sekä se, onko ovessa lamelliverho tai ilmaverho. Vilkkaasti käytetyssä tuoretuotteiden kylmähuoneessa, jossa on yksi usein avattava lastausovi, tämän esimerkin kohtuullinen arvio on noin 6 kW. Pikarullaovi ja lamelliverho voivat pienentää kuormaa merkittävästi. Jos kylmähuoneessa on paljon liikennettä, ColdMatchin ovien ilmavuotokuorman laskurilla voit arvioida tämän osatekijän erikseen.

Vaihe 5: Sisäiset kuormat ja laitekuormat

Kaksi työntekijää (noin 0,3 kW henkilöä kohden kylmähuoneen lämpötilassa), LED-valaistus noin 1,5 kW, osan päivästä käytössä oleva sähkötrukki keskimäärin noin 1,5 kW sekä höyrystinpuhaltimet noin 2 kW tuottavat yhteensä noin 5,5 kW. Sulatuslämmön osuus on pieni +2 °C:n kylmähuoneessa, mutta pakastehuoneissa se on merkittävä.

Vaihe 6: Laske kuormat yhteen ja lisää varmuusmarginaali

• Rakenteiden lämpökuorma: noin 6,1 kW
• Tuotteet ja hengityslämpö: noin 21,5 kW
• Ilmavuodot: noin 6 kW
• Sisäiset kuormat ja laitekuormat: noin 5,5 kW
• Välisumma: noin 39 kW

Suunnittelijat lisäävät yleensä 10–20%:n varmuusmarginaalin epävarmuuksien ja tulevien muutosten varalle. Näin mitoitustehoksi saadaan noin 43–47 kW. Kylmälaitteisto valitaan tuottamaan tämä teho suunnitellussa höyrystymislämpötilassa. Käyttövarmuuden parantamiseksi teho jaetaan usein kahdelle tai useammalle kompressorille tai koneikolle.

Mikä muuttuu pakastehuoneessa

−25 °C:n pakastevarastossa lämpötilaero ulkoilmaan on huomattavasti suurempi, joten rakenteiden lämpökuorma kasvaa. Eristepaksuus on tyypillisesti 150–200 mm, ja lattiat tarvitsevat lämmityksen routimisen estämiseksi. Jos tuotteet saapuvat pakastamattomina, jäätymisen latenttilämpö kasvattaa tuotekuorman erittäin suureksi. Tällöin erillinen pikapakastuslaite on yleensä varastointitilaa tehokkaampi ratkaisu. Katso pikapakastuslaitteen valinta- ja mitoitusoppaamme.

Toimittajan jäähdytystehon laskelman tarkistaminen

Kun tarjoukset saapuvat, pyydä jokaiselta toimittajalta kuormien erittely, älä pelkkää lopullista kW-arvoa. Vertaa oletuksia rivi riviltä: mitoitusulkolämpötila, paneelien U-arvot, päivittäin saapuva tuotemäärä ja tulolämpötila, ovien avaukset sekä käyttötunnit. Muutaman kilowatin erot johtuvat yleensä jostakin näistä lähtötiedoista. Jos yhden toimittajan tarjoama teho on selvästi muita pienempi, tarkista, onko laskennassa oletettu tuotteiden olevan esijäähdytettyjä tai ovien avausten määrän todellista pienempi.

Yleiset virheet

• Käytetään keskimääräistä päivittäistä tuotemäärää sesonkihuipun määrän sijasta.
• Oletetaan tuotteiden saapuvan varastointilämpötilassa, vaikka näin ei ole.
• Sivuutetaan oviliikenne, joka usein kaksinkertaistaa jakelukylmähuoneiden kuorman.
• Unohdetaan höyrystinpuhaltimet ja sulatuslämpö.
• Lisätään suuri varmuuskerroin jo valmiiksi varman päälle valittuihin lähtötietoihin, mikä johtaa ylimitoitukseen.

Jäähdytystehon tarpeesta käyttökustannuksiin

Kun jäähdytystehon tarve tunnetaan, seuraava kysymys on energiankulutus. Kylmävaraston käyttökustannuslaskuri arvioi tehon ja käyttötuntien perusteella vuotuisen sähkönkulutuksen. Energiansäästötyökalulla voit vertailla parannuksia, kuten parempia ovia, kierroslukusäädettyjä puhaltimia tai lämmöntalteenottoa. Kustannusarviot perustuvat kylmävaraston kustannusoppaassa julkaistuihin lähtöarvoihin.

Tuloksen hyödyntäminen tarjouspyynnössä

Älä lähetä toimittajille pelkkää teholukemaa. Toimita lähtötiedot: mitat, lämpötilat, saapuvien tuotteiden massa ja tulolämpötila, ovien käyttö, ilmasto ja käyttötunnit. Näin jokainen toimittaja laskee samalla pohjalla, ja näet, kenen oletukset poikkeavat muista. Tarjouspyyntötyökalu vastaanottaa laskurien tulokset suoraan. Kun hankkeen arvo ylittää USD 250K, ColdMatchin asiantuntija tarkistaa lähtötiedot ennen yhteydenottoa toimittajiin. Kun olet valmis, käynnistä hankkeesi.