Soğuk hava deposu tasarımı
Design of cold storage plant
Yazar: KEREM HÜRKUŞ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL CEM PARMAKSIZOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Soğukta depolama tekniği olarak en basit ve en eski soğutma şekli, soğuk yörelerde tabiatın meydana getirdiği buzları muhafaza edip bunları sıcak veya ısısı alınmak istenen yerlere koyarak soğutma sağlanmasıdır. Kışın meydana gelen kar ve buzu muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün M.Ö. 1000 yıllarından itibaren uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahi yurdumuzun bazı yörelerinde geçerli bir soğutma şekli olduğu görülmektedir.
Bugün yeryüzünde yaşayan insanlığın en az üçte biri açlığa maruz olup, yeteri derecede beslenememektedir. Ancak ne yazıktır ki, gene bugün insanlığın besin ihtiyacı için üretilen gıda maddelerinin gene en az üçte biri insanlığın ihtiyacına arz edilmeden bozulmakta ve çürümektedir. Bugün insanlığın besin ihtiyacı için üretilen tüm gıda maddeleri bozulmadan ve çürümeden insanlığın ihtiyacına arz edilmiş olsa idi, insanlık belki de açlığa maruz kalmayacak ve yeter derecede bile beslenebilecektir.
Çabuk bozulabilen besin maddelerinden olan tarımsal ve hayvansal ürünler, ihtiva ettikleri özelliklerle ilgili olarak nicelik ve niteliklerini çabuk kaybederler. Tarımsal ürünlerin yapısında su, karbonhidratlar, azotlu maddeler, yağlar, vitaminler ve çeşitli enzimler gibi daha birçok madde ve bileşikler bulunmaktadır.
Tarımsal ürünlerden yaş meyve ve sebzeler hasat edildikten sonra bir süre daha canlılıklarını devam ettirdiklerinden, bu safhada yapılarında bir dizi değişiklikler meydana gelmektedir. Hayvansal ve bitkisel besin maddelerinde üretim sonrası oluşan özellik değişmelerine, mikroorganizma faaliyetleriyle ürün yapısında meydana gelen biyokimyasal olaylara yönelik olan enzim faaliyetleri, oksitlenme ve diğer kimyasal olaylar neden olmaktadır. Böylece ürünlerde oluşan yapısal değişikliklerle hızlı solunum, su kaybı, bozulma ve çürümeler ortaya çıkmaktadır.
İnsanlığın besin ihtiyacı için üretilen gıda maddelerinin bozulmadan ve çürümeden pazarlanması, nakli ve gerektiğinde tüketime kadar muhafazası için gene insanlık öteden beri bazı tedbirlere başvurmuş ve bazı usuller geliştirmiştir. Bu usullerden yaygın kullanım görenleri yüksek sıcaklık uygulaması, kurutma, salamura içinde muhafaza ve soğutma yöntemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Soğutma yöntemi, gıda maddelerinin soğuk depolarda belirli bir sıcaklık ve nemde gıda maddelerinin taze görünümü ile koku, lezzet ve vitamin değerlerinin doğadakine en yakın bir seviyede muhafaza edecek şekilde uygulanır. Yani özel anlamı ile soğuk odalar, gıda maddelerinin normal şartlarda saklanabilir sürelerinden daha uzun süre saklanabilmesi için ihtiyaca uygun şartlarda soğutulan ve nem durumu kontrol 
edilen, dış atmosferden ısı ve nem kazancına karşı yalıtılmış mahaller olarak tanımlanabilir. 
Soğuk hava depolarında amaç, mümkün olduğu kadar değişmez sıcaklık ve bağıl nem sağlamak olmalıdır. Çok kısa süreli de olsa her sıcaklık artışı mikroorganizmaların gelişiminde hızlanmaya neden olur. Bu yüzden soğutma işlemi, ürünlerin hasat edilmesinden tüketimine kadar olan süre içerisinde aralıksız sürdürülmelidir. Bununla birlikte ürünlerin saklama süreleri sınırlıdır ve üründen ürüne değişiklik gösterir.
Dünya üzerinde zaman içerisinde nüfus arttıkça insanların üretim ve tüketim ihtiyaçları da artmış, özellikle 19.yy sonları ve 20.yy başlarında Avrupa ve ABD'de gıda muhafazası mekanik sistemlerle soğutulan soğuk depolarda yapılmaya başlanmıştır. Alınan olumlu sonuçlar neticesinde soğuk depoculuk için başta ABD olmak üzere Avrupa ülkelerinde hızla yayılmış ve gelişmiştir.
Ülkemizde 1. Dünya savaşı öncesi morg odaları ile başlayıp yaşantımıza giren soğutma işlemi 2. Dünya savaşından sonra gıda maddeleri muhafazası ile birlikte ticari bir önem de kazanarak hızla gelişip öncelikli ülkelere yetişmeye çalışmış ve bu istek artarak ilerlemiştir.
Geniş bir tarımsal ve hayvansal üretim ile kalabalık bir tüketim kitlesine sahip olan ülkemizde, soğutma ve soğuk depoculuk endüstriyel kalkınmamızda da büyük rol oynamakta ve sağladığı ivme ile önemle ele alınması gereken öncelikli konular arasında olmasını gerektirmektedir. 
Bu çalışmada soğuk hava depolarının tasarımında ve optimizasyonunda değerlendirilmesi gereken soğuk hava depo mimari tasarımı, yalıtım panelleri, sıcaklık, nem,  boyutlandırmanın ve konumlandırmanın kriterleri olan kapasite, yükseklik, kapı özellikleri ve kullanılan soğutma teknikleri ile ilgili teorik bilgiler verilmiş, soğuk hava depolarının optimizasyonunda temel olan yüzeylerden, hava değişiminden, ürünlerden ve soğuk hava depolarına etki eden diğer ısı yüklerinin hesaplanması ile ilgili teorik bilgiler verilmiş ve hesaplamada kullanılan formüller gösterilmiştir. Isı yüklerinin hesaplanmasındaki amaçlanan husus soğuk hava depolarının kurulumunda seçilecek olan buharlaştırıcı, kompresör, yoğuşturucu, soğutucu akışkan, kısılma vanasının hangi özelliklerde olması gerektiğini ve kullanılacak boru çaplarını tespit etmek, dolayısıyla en uygun bileşeni bulmaktır. Çalışmada bu hususların teorileri de anlatılmış, fanların ve kompresörlerin kapasite kontrolü yöntemleri belirtilmiş, soğuk depolarda enerji verimliğini sağlama hususları açıklanmıştır. Önceki yapılan çalışmaların da incelenmesiyle Bursa ili, Osmangazi ilçesinde kurulacak olan soğuk hava depolarının tasarımı ve subkritik soğutma çevriminde çalışan farklı oda hacmi ve ürün yükleme miktarları için soğuk hava depolarının belli kabuller altında maliyet ve geri ödeme süreleri karşılaştırılmıştır. Çalışmadaki amaç literatüre ve sektöre soğuk depoların tasarım ve optimizasyonu konusunda katkıda bulunmaktır.  
Bu doğrultuda giriş bölümünün ardından soğuk hava depoları hakkında genel bilgiler ve ürün dondurma teknikleri başlığı altında teorik yaklaşımda bulunulmuş, kavramsal açıklamalara yer verilmiştir. Bir sonraki bölümde soğuk hava depolarında enerji verimliliği başlığı altında yine kavramsal yaklaşımda bulunulmuştur.  
Çalışmanın bir sonraki bölümünde örnek tasarımda bulunarak teorik olarak ele alınan hususlar uygulamalı olarak incelenirken sonuç ve öneriler bölümü ile birlikte çalışma tamamlanmıştır.

Abstract:
The process of removing heat to reduce and store the temperature of a substance or environment below its surrounding volume temperature can be referred to as cooling
The Chinese used cooling for the first time in the history of human existence. They crushed the ice of frozen lakes, threw them into wide wells and squeezed them and used these ice blocks that were compressed in the summer. The Romans and Greeks filled water in large cubes and buried them in the ground, and the soil surface cooled water at night and met their cold water needs from cubes that cooled during the day. On the other hand, it has been known since ancient Egyptians that water can be cooled in ceramic jugs placed so that they can see the open sky at night. This cooling method is achieved by making use of the absolute zero temperature of the sky in the dark at night and the transmission of the heat of the water to the sky by radiation. The first time that refrigeration could be used for food preservation was discovered in 1972 when a group of explorers camped on the banks of the Lena River in Northern Siberia. They hear the dogs barking while the travelers who took shelter in their tents to protect themselves from the freezing cold while they were preparing to eat. The explorers rushing out quickly see the dogs digging through the snow, and when they go near the dogs, they see the intact head of a huge mammoth buried under the snow. The explorers, who clean the ice and cut a piece of meat, find that the meat has never been spoiled. Mammoth has survived under glaciers for thousands of years. Having heard this story, scientist began to accelerate their efforts to use refrigeration to cover the preservation of food after 1972.
The simplest and oldest cooling technique as a cold storage technique is to preserve the ice created by nature in cold regions and to provide cooling by placing them in hot or warm places. The method of using it for cooling purposes in hot seasons by preserving the snow and ice formed in winter time. It is known that it has been applied since before common era 1000 years. It is obviously seen that this practise is a valid cooling method in some regions of our country even today.
Today, at least one third of humanity living on earth is hungry and can not be fed sufficiently. However, unfortunately, at least one third of the foodstuffs produced for the nutritional needs of humanity deteriorate and decay without being supplied to humanity. Maybe today if all the foodstuffs produced for the nutritional needs of humanity were supplied to the needs of humanity without spoiling and decaying, humanity might not be exposed to hunger and would be fed enough.
Agricultural and animal products, which are perishable foodstuffs, quickly lose their quantity and quality in relation to the properties they contain. There are many ohter  
substances and compounds such as water, carbonhydrates, nitrogeneous substances, oils, vitamins and various enzymes in the structure of agricultural products.
Since fresh fruits and vegetables from agricultural products maintain their vitality for a while after being harvested, a series of changes ocur in their structure at this stage. Enzyme activities, oxidation and other chemical events, which are directed towards biochemical events occuring in the product structure with microorganism activities, cause changes in the properties of animal and plant nutrients after production.
Humanity has always resorted to some measures and developed some methods in order to market, transport and preserve the foodstuffs produced for the nutritional needs of humanity without spoiling and rotting. Among these methods, we come across as high temperature application, drying, preservation in brine and cooling method. The cooling method is applied in cold storages in a way to keep fresh appearance of the foodstuffs at a certain temperature and humidity, as well as the smell, taste and vitamin values at a level closest to that of nature. In other words, cold storage rooms can be defined as spaces that are cooled under suitable conditions and whose humidity condition is controlled and insulated against heat and moisture gain from the external atmosphere in order to keep foodstuffs for a longer period of time than they can be stored under normal conditions. 
In cold storage, the aim should be to provide constant temperature and relative humidity as much as possible. Every temperature increase, even for a short time, causes an acceleration in the development of microorganisms. Therefore, the cooling process shoul be continued without interruption during the period from harvesting to products to their consumption. However, the storage period of the products is limited and varies from product to product.
As the population increased in the world over time, the production and consumption needs of people increased, especially in Europe and USA at the end of the 19th and beginning of the 20th century, food preservation began to be carried out in cold storages cooled by mechanical systems. As a result of the positive results obtained, cold storage has rapidly spread and developed in European countries, especially in the USA.
The cooling process, which started with the morgue rooms before the 1st World War in our country, gained a commercial importance with the preservation of foodstuffs after the 2nd World War, and tried to catch up with the priority countries and this demand increased. 
In our country, which has a large agriculturual and animal husbandry and as well as large consumption amount of quantity foodstuffs of people, refrigeration and cold storage play a major role in our industrial development, also it requires it to be among the priority issues that need to be addressed with importance.
In this study, theoretical information about cold storage architectural design, insulation panels, temperature, humidity, dimensioning and positioning criterias that must be evaluated in the design and optimization of cold storages, capacity, height, door features and cooling techniques used are given. Theoretical information about the calculation of other heat loads affecting surfaces, air changes, products and cold storage is given and the formulas used in the calculation are shown. The purpose of  
calculating the Heat Loads is to determine the characteristics of the evaporator, compressor, condenser, refrigerant, throttle valve to be selected in the installation of the cold storage, and the pipe diameters to be used, and therefore to find the optimum component. By  the examination of the previous studies, the design of cold storage rooms to be established in Bursa province, Osmangazi district, and the cost of cold storage rooms under certain assumptions for different room volume and product loading in the subcritical cooling cycle and the depreciation periods have been compared. The aim of the study is to contribute to the literature and the industry in the design and optimization of cold storages.
In this direction, after the introduction, a theoretical approach and conceptual explanations are given under the heading of general information about cold storages and product freezing techniques. In the next section, a conceptual approach is made under the heading of energy efficiency in cold storages. In the next part of the study, while the issues dealt with theoretically by making a sample design were examined in practice, the study was completed with the results and recommendations section.