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저온저장고의 냉장부하(Refrigeration Load) 계산은 저장고의 설계 및 적절한 냉동설비 용량 선정을 위해 매우 중요합니다. 저장고 내부 온도를 일정하게 유지하기 위해 제거해야 하는 열량을 계산하는 과정이며, 이 열은 다양한 원인으로 인해 발생합니다. 주요 열의 종류와 각각의 부하(열량) 계산식은 다음과 같습니다.
- 외기 침입 부하 (Transmission Load)
- 발생 원인: 저장고 외부와 내부의 온도 차이로 인해 벽체, 천장, 바닥의 단열재를 통해 외부에서 내부로 전달되는 열입니다. 단열 성능(열관류율), 온도차, 표면적에 비례하여 발생합니다.
- 계산식:
- : 외기 침입 부하 (kcal/h)
- : 구조체의 열관류율 (kcal/m²·h·℃). 단열재의 종류, 두께, 구조체의 구성에 따라 달라집니다.
- : 열이 통과하는 구조체의 표면적 (m²)
- : 저장고 외부 온도와 내부 온도 차이 (℃)
- 침기 부하 (Infiltration Load)
- 발생 원인: 문을 열고 닫을 때 또는 구조체의 틈새를 통해 외부의 따뜻하고 습한 공기가 저장고 내부로 유입되면서 발생하는 열입니다. 유입된 공기를 냉각하고 습기를 제거하는 데 필요한 열량입니다. 이는 현열 부하(온도 변화)와 잠열 부하(습도 변화)로 구성됩니다. 문의 사용 빈도, 개방 시간, 크기, 외부 및 내부 공기의 온도와 습도 차이에 크게 영향을 받습니다.
- 계산식: 정확한 계산은 복잡하며 공기 유입량 추정이 중요합니다. 일반적으로 시간당 공기 교체 횟수나 문 개방 조건을 기준으로 추정하며, 현열과 잠열을 합산하여 계산합니다. 또는 현열과 잠열로 나누어 계산할 수 있습니다.
- : 침기 부하 (kcal/h)
- : 저장고 내부로 유입되는 외부 공기의 부피 유량 (m³/h). 문 개방 빈도, 시간, 크기 등에 따라 추정됩니다.
- : 유입 공기의 밀도 (kg/m³)
- : 외부 및 내부 공기의 비엔탈피 (kcal/kg)
- : 공기의 정압 비열 (약 0.24 kcal/kg·℃)
- : 외부 및 내부 공기의 온도 차이 (℃)
- : 물의 증발잠열 (약 597 kcal/kg)
- : 외부 공기와 내부 공기의 절대습도 차이 (kg water/kg dry air)
- 작업자 부하 (Occupancy Load)
- 발생 원인: 저장고 내에서 작업하는 인체에서 발생하는 열입니다. 작업 강도에 따라 발생하는 열량이 달라집니다 (정지 작업, 경작업, 중작업 등).
- 계산식:
- : 작업자 부하 (kcal/h)
- : 저장고 내 작업자 수 (명)
- : 1인당 발생하는 열량 (kcal/h·명). 작업 내용에 따라 표준값이 사용됩니다 (예: 경작업 시 약 200~300 kcal/h).
- 조명 부하 (Lighting Load)
- 발생 원인: 저장고 내부 조명기구에서 발생하는 열입니다. 소비전력의 거의 대부분이 열로 변환됩니다.
- 계산식:
- : 조명 부하 (kcal/h)
- : 조명기구의 총 소비전력 (W). 이를 열량 단위로 환산합니다 (1 W ≈ 0.86 kcal/h).
- : 부하 계수 (보통 1 또는 그 이하 값 사용). 실제 작동 시간이나 효율을 고려할 때 사용될 수 있습니다. (간단 계산 시 1로 적용 후 가동 시간 고려)
- 기기 부하 (Equipment Load)
- 발생 원인: 저장고 내에서 사용되는 전동기(팬, 컨베이어 등), 지게차, 기타 전자기기 등에서 발생하는 열입니다.
- 계산식:
- : 기기 부하 (kcal/h)
- : 전동기 등의 총 동력 (W 또는 kW). 열량 단위로 환산합니다.
- : 전동기의 효율 (보통 1 또는 그 이하). 입력 에너지 중 열로 변환되는 비율을 고려합니다. (간단 계산 시 1로 적용)
- : 사용률 또는 가동 시간 비율.
- : 기타 기기에서 발생하는 열량 (kcal/h).
- 입고 제품 부하 (Product Load)
- 발생 원인: 저장고로 입고되는 제품을 저장고 내부 온도로 냉각하거나 동결시키는 데 필요한 열량입니다. 제품의 종류, 질량, 입고 시 온도, 목표 온도, 비열, 동결점, 응고잠열 등에 따라 달라집니다.
- 계산식:
- 냉각만 하는 경우:
- 동결까지 하는 경우:
- : 제품 부하 (kcal/h 또는 kcal/day)
- : 하루 입고되는 제품의 질량 (kg/day)
- : 제품의 비열 (kcal/kg·℃)
- : 제품의 온도 변화 (입고 온도 - 저장 온도) (℃)
- : 동결점 위/아래 제품의 비열 (kcal/kg·℃)
- : 입고 온도, 제품의 동결점, 저장 온도 (℃)
- : 제품의 응고잠열 (kcal/kg)
- 이 부하는 보통 '일일 부하'로 계산한 후 시간당 평균 부하로 환산하여 다른 부하와 합산합니다.
- 제상 부하 (Defrost Load)
- 발생 원인: 증발기에 성에가 끼면 효율이 저하되므로 주기적으로 성에를 제거(제상)합니다. 제상 시 사용되는 열원(전기 히터, 고온 가스 등)은 결국 저장고 내부로 유입되어 냉동 부하로 작용합니다.
- 계산식: 제상 방식, 시간, 주기 등에 따라 다르지만, 일반적으로 제상 중 사용된 에너지 총량을 시간당 평균 부하로 환산하여 계산합니다. 전기 제상의 경우 히터 용량과 가동 시간을 기반으로 추정할 수 있습니다. 정확한 계산보다는 전체 부하의 일정 비율로 반영하거나 제조사 데이터를 참고하는 경우가 많습니다.
총 냉동 부하는 위에서 계산된 각 부하를 모두 합산하여 산정합니다. 총 부하 = 외기 침입 부하 + 침기 부하 + 작업자 부하 + 조명 부하 + 기기 부하 + 입고 제품 부하 + 제상 부하 + (기타 부하)
이 총 부하에 안전율을 고려하여 필요한 냉동설비의 용량(법정냉동톤 등)을 결정하게 됩니다.
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