ما الذي ينبغي أن يشمله حساب الحمل الحراري لدى مُصنّع غرف التبريد؟

ينبغي أن تقدم الشركة المصنّعة لغرف التبريد حسابًا للحمل الحراري يأخذ في الحسبان الحرارة الداخلة عبر الغلاف، والهواء المتبادل عبر الأبواب والتسربات، والمنتجات الواردة، والمعدات والأشخاص داخل الغرفة. وينبغي أن يوضح أيضًا كيف تتحول جداول تحميل المنتجات ودورات إزالة الجليد وساعات التبريد المتاحة وظروف التصميم إلى سعة التبريد المطلوبة.

للحصول على الموافقة الفنية، لا يكفي ذكر إجمالي واحد بالكيلوواط. إذ يجب أن يتضمن الحساب مدخلات قابلة للتتبع، ومكونات منفصلة للأحمال، وارتباطًا واضحًا بأداء المعدات في ظروف التشغيل المقترحة. وقد تتطلب غرفتان متماثلتان في الأبعاد وضبط درجات الحرارة سعتين مختلفتين إلى حد كبير إذا اختلف معدل دوران المنتجات واستخدام الأبواب بينهما.

تحديد ظروف التشغيل قبل حساب الحمل

ينبغي أن يبدأ الحساب بمواصفات تشغيل متفق عليها. لا يحدد حجم الغرفة ودرجة الحرارة المستهدفة سوى جزء من المتطلبات. فغرفة التخزين التي تستقبل بضائع مبردة مسبقًا تختلف في متطلباتها عن غرفة يُتوقع منها تبريد شحنات دافئة خلال فترة زمنية محددة.

ينبغي أن يحدد أساس التصميم ما يلي:

• ظروف الغرفة: الأبعاد الداخلية، ودرجة الحرارة المضبوطة، والتفاوت المسموح به في درجة الحرارة، وأي متطلبات للرطوبة.
• الظروف المحيطة: درجة الحرارة والرطوبة التصميميتان في الخارج، ودرجات الحرارة في المساحات المجاورة، والتعرض لأشعة الشمس، والظروف أسفل الأرضية.
• حركة المنتجات: نوع المنتج، ودرجة حرارته عند الوصول، ومعدل الإنتاجية اليومية، ومواعيد التسليم، ووقت التبريد المطلوب.
• أنماط الدخول: أبعاد الأبواب، ومعدل فتحها ومدة بقائها مفتوحة، وحركة العاملين، وأساليب إعادة التزويد.
• قيود التشغيل: مدى توافر التبريد، وترتيبات إزالة الجليد، والوقت المخصص للصيانة، وأي متطلبات للتشغيل الاحتياطي.

يجب أن تعكس الظروف المحيطة موقع التركيب. فقد تكون درجة حرارة الهواء التي يواجهها المكثف في منطقة خدمات مغلقة أعلى من درجة حرارة التصميم الخارجية بسبب محدودية التهوية أو إعادة تدوير الهواء. ويؤثر ذلك في سعة التبريد المتاحة، رغم أنه منفصل عن الحرارة الداخلة إلى الغرفة.

عندما تكون بعض المدخلات غير مؤكدة، ينبغي للشركة المصنّعة تحديد الافتراض وبيان أثره. ويكون سيناريو الإنتاجية الأعلى أكثر فائدة من إضافة هامش غير مفسر إلى الإجمالي النهائي.

عرض الأحمال منفصلةً لإظهار أي عناصر مفقودة

انتقال الحرارة عبر الغلاف الكامل

ينبغي أن تغطي حسابات انتقال الحرارة الجدران والسقف والأرضية والأبواب والأجزاء الزجاجية، كلًّا على حدة. وتُعبّر العلاقة الأساسية لكل سطح عن ذلك بالمعادلة Q = U × A × ΔT، حيث تمثل U معامل الانتقال الحراري، وA مساحة السطح، وΔT فرق درجة الحرارة عبر ذلك السطح. وعند استخدام وحدات النظام الدولي بصورة متسقة، تكون النتيجة تدفقًا حراريًا بالواط.

يحتاج كل سطح إلى درجة حرارة محيطة مناسبة. فلا ينبغي افتراض فرق درجة حرارة واحد تلقائيًا لجدار يواجه متجرًا مكيّفًا، وسقف معرض لأشعة الشمس، وأرضية فوق سطح الأرض. كما يجب توضيح كيفية التعامل مع تأثيرات أشعة الشمس عند الاقتضاء.

لا يكفي سُمك الألواح وحده لتحديد أداء الغلاف. وينبغي أن يوضح الحساب القيم الحرارية المستخدمة وأن يأخذ في الحسبان الجسور الحرارية المهمة عند الوصلات والإطارات والعتبات والاختراقات الإنشائية. كما تتطلب أرضيات المجمدات مراعاة ظروف التربة وأي تدفئة للحماية من التجمد، بما في ذلك الجزء من هذه الحرارة الذي يصل إلى الحيز المبرد.

تسرب الهواء عبر الأبواب ومنافذ التسرب

يؤدي تبادل الهواء إلى دخول الحرارة المحسوسة والرطوبة إلى غرفة التبريد. والحساب الذي يعتمد على فرق درجة حرارة الهواء فقط لا يحتسب الطاقة المرتبطة بإزالة الرطوبة. وفي البيئات الرطبة، ينبغي للشركة المصنّعة استخدام طريقة تأخذ في الحسبان الفرق في المحتوى الحراري للهواء، مع توضيح الافتراضات المتعلقة بتدفق الهواء أو معدلات تبادله.

يستحق استخدام الأبواب تدقيقًا خاصًا في تطبيقات البيع بالتجزئة والتوزيع. فمدة فتح الباب، وفتح عدة أبواب في الوقت نفسه، وحركة المرور، وأجهزة إغلاق الأبواب، والستائر الشريطية، وستائر الهواء، كلها تؤثر في تبادل الهواء. وينبغي أن يتوافق أي خفض يُحتسب بفضل جهاز وقائي مع تركيب الجهاز المقترح وظروف تشغيله.

يوضح تصميم متجر مثل غرفة العرض المبردة أهمية مسارات الدخول. فالأبواب الزجاجية المواجهة للعملاء ومدخل إعادة التزويد المنفصل في الخلف ينشئان نمطين مختلفين لفتح الأبواب. وينبغي أن يحاكي الحساب كليهما، وأن يشمل انتقال الحرارة عبر الزجاج، وأن يوزع الحرارة ذات الصلة الناتجة عن سخانات منع التكاثف. وقد يؤدي فصل حركة التسوق عن إعادة التزويد إلى تحسين سير العمل، لكن تداخل النشاطين قد يظل يزيد الطلب على التبريد.

يؤثر دخول الرطوبة أيضًا في تكوّن الجليد على الملف ومتطلبات إزالة الجليد. وينبغي التعامل باتساق مع الأثر الحراري للرطوبة الداخلة وحرارة إزالة الجليد اللاحقة ووقت التبريد المفقود، لتجنب احتساب المساهمة نفسها مرتين.

تبريد المنتجات وتجميدها وتغليفها

ينبغي أن يستند حمل المنتجات إلى الكمية الواردة خلال فترة التصميم، ودرجة حرارتها عند الوصول، ودرجة الحرارة النهائية المطلوبة. وفي حالة التبريد المحسوس، تعتمد الطاقة على الكتلة والحرارة النوعية والتغير في درجة الحرارة. ويعطي تقسيم هذه الطاقة على زمن التبريد المسموح به متوسط قدرة التبريد المقابلة.

إذا كان مطلوبًا تجميد المنتج، فيجب أن يشمل الحساب تبريده إلى ما فوق نقطة التجمد، وإزالة الحرارة الكامنة أثناء التجميد، ثم مواصلة تبريده إلى درجة الحرارة النهائية. وينبغي أن تتوافق خصائص المنتج مع البضائع المخزنة؛ إذ إن التعامل مع جميع الأغذية على أنها ماء قد يؤدي إلى تشويه النتيجة.

كما تضيف مواد التغليف والمنصات والحاويات التي تدخل وهي دافئة أحمالًا حرارية. وقد تنتج عن المنتجات الطازجة حرارة التنفس، وفقًا لنوع المنتج ودرجة حرارة تخزينه. وينبغي إدراج هذه المساهمات عند الاقتضاء بدلًا من إخفائها ضمن نسبة عامة.

يخدم كل من الإنتاجية اليومية وإجمالي المخزون المخزن غرضًا مختلفًا. فالمخزون الموجود مسبقًا عند درجة حرارة التخزين لا يفرض حمل التبريد الأصلي مرارًا. وعلى العكس، قد يؤدي وصول شحنة كبيرة خلال فترة قصيرة إلى طلب لا يظهر عند استخدام متوسط يومي. كما يحدد تكديس المنتجات وتغليفها وتدفق الهواء إمكانية تحقيق زمن التبريد المحدد؛ فالسعة الاسمية الكافية وحدها لا تضمن وصول درجة حرارة قلب المنتج إلى المستوى المطلوب.

الأحمال الداخلية وإزالة الجليد

ينبغي أن تشمل الأحمال الداخلية الأشخاص والإضاءة ومراوح المبخر ومعدات المناولة والسخانات التي تعمل داخل الحيز المبرد أو المتصلة به حراريًا. ويجب تحديد قيمة القدرة أو اكتساب الحرارة لكل عنصر وجدول تشغيله. وبالنسبة إلى الأشخاص، ينبغي أن يتناسب عدد الموجودين المفترض ومستوى نشاطهم مع العمل المنجز.

تتطلب القيم الكهربائية تفسيرًا. وينبغي أن تعكس حرارة المراوح موقع المحرك ومدة التشغيل، بينما تتطلب سخانات الأبواب والمصارف توزيعًا مناسبًا للحرارة الواصلة إلى الغرفة. كما ينبغي تقييم معدات المناولة الكهربائية وفقًا لاستخدامها الفعلي داخل الحيز.

ينبغي أن يتضمن منطق التصميم بندين يتعلقان بإزالة الجليد: الحرارة التي يجب التخلص منها لاحقًا، والوقت الذي لا يتوفر فيه التبريد الفعلي. وينبغي للشركة المصنّعة تحديد معدل تكرار إزالة الجليد ومدتها وقدرة السخانات عند استخدامها، وكذلك النسبة المفترضة من طاقة إزالة الجليد التي تتحول إلى حمل تبريد.

تحويل الحمل إلى سعة عند ظروف الاختيار الفعلية

ينبغي أن يميز التقرير بين الطاقة خلال فترة زمنية والطلب الفوري على التبريد. فإذا بلغ إجمالي اكتساب الحرارة اليومي E كيلوواط ساعة، وكان التبريد الفعلي متاحًا لمدة t ساعة، فإن قسمة E على t تعطي متوسط السعة المطلوبة بالكيلوواط خلال تلك الساعات. وهذه نقطة بداية؛ فقد تفرض الشحنات المركزة ونشاط الأبواب ومتطلبات استعادة درجة الحرارة طلبًا أعلى.

قد يؤدي قسمة إجمالي الطاقة اليومية على 24 إلى التقليل من المتطلبات عندما تحد إزالة الجليد أو قيود التشغيل من توافر التبريد. وفي الوقت نفسه، قد تؤدي إضافة كل قيمة قصوى على حدة إلى المبالغة في الطلب إذا تعذر تزامن تلك القمم. وينبغي أن يشرح الحساب افتراضات التوقيت التي استند إليها الحمل المختار.

بعد ذلك، يجب اختيار المعدات استنادًا إلى السعة عند ظروف التبخر والتكثيف المحددة، والمبرّد، وافتراضات التصنيف ذات الصلة. فالسعة المدرجة في الكتالوج، والمقاسة في ظروف أكثر ملاءمة، لا تثبت ملاءمة المعدات. كما ينبغي أن يتناول اختيار المبخر تدفق الهواء وتراكم الجليد وفرق درجة الحرارة اللازم لتلبية متطلبات درجة الحرارة والرطوبة في الغرفة.

ينبغي إظهار أي هامش تصميم وتبريره. ويجب تحديد حالات عدم اليقين المعروفة والتوسع المستقبلي والسعة الاحتياطية كلٌّ على حدة، إذ إن لكل منها غرضًا مختلفًا. وقد تسهم السعة الزائدة في قصر دورات التشغيل أو ضعف التحكم عندما يتعذر تعديل قدرة النظام بدرجة كافية.

المستندات التي ينبغي على الشركة المصنّعة تقديمها للموافقة

ينبغي أن يتضمن الملف المقدم للمراجعة مواصفات التشغيل، وطريقة الحساب، ومصادر المدخلات، والأحمال المكوّنة، وافتراضات التوقيت، وبيانات اختيار المعدات. وإذا استُخدم مرجع فني أو أسلوب برمجي، فينبغي أن يحدده التقرير وأن يقدم مدخلات كافية لإعادة إنتاج النتيجة. ولا تثبت قائمة الشهادات أن الحمل الحراري للغرفة قد حُسب على نحو صحيح.

قبل الموافقة، اطلب من الشركة المصنّعة توضيح أثر تغيير الافتراض الأكثر أهمية: ارتفاع درجة حرارة البضائع الواردة، أو زيادة مدة إعادة التزويد، أو ارتفاع درجة حرارة الهواء الداخل إلى المكثف. وينبغي أن يربط الرد الظروف المعدلة بالسعة أو زمن استعادة درجة الحرارة أو أحد حدود التشغيل. ويوفر ذلك للمقيّم أساسًا عمليًا لتحديد مدى ملاءمة النظام لنشاط الشركة المقصود، والظروف الواجب ضبطها بعد التشغيل التجريبي.