Как рассчитать холодильный агрегат для холодильной камеры

Обновлено: 17.05.2024

Холодопроизводительность установки охлаждения жидкостей - это та тепловая мощность, которую установка способна отбирать от жидкости. Холодопроизводительность оборудования часто путают с полезной мощностью. Бывает такое, что даже опытные на вид энергетики, увидев, что хододопроизводительность установки в три раза превышает потребляемую мощность, удивляются, что КПД в этом случае достигает 300%(!). На самом деле о КПД можно говорить только в том случае, где существует процесс преобразования энергии. Например в электродвигателе электрическая энергия преобразуется в механическую, при этом имеются потери на нагрев и трение. И КПД двигателя как раз показывает, сколько энергии потеряно.

В случае с холодильником, процесса преобразования нет, а есть отбор тепла (энергии) от охлаждаемой среды.

Холодопроизводительность любой холодильной установки охлаждения жидкости сильно зависит от температуры, до которой необходимо охлаждать жидкость. Чем выше конечная температура жидкости, тем выше холодопроизводительность. Это связано с тем, что хладагент способен отобрать больше тепла у жидкости, при более высокой температуре кипения.

Определить требуемую холодопроизводительность можно в соответствии с исходными данными по формулам (1) или (2).

1. объемный расход охлаждаемой жидкости G (м3/час);

2. требуемая (конечная) температура охлажденной жидкости Тk (°С);

3. температура входящей жидкости Тн(°С).

Формула расчета требуемой холодопроизводительности установки для охлаждения воды:

(1) Q (кВт) = G x (Тн – Тk) x 1,163

Формула расчета требуемой холодопроизводительности установки для охлаждения любой жидкости:

(2) Q (кВт) = G x (Тнж– Тkж) x Cpж x rж / 3600

Cpж – удельная теплоемкость охлаждаемой жидкости, кДж/(кг °С) (таблица),

rж – плотность охлаждаемой жидкости, кг/м3(таблица).

Удельная теплоемкость вещества показывает количество энергии, которую необходимо сообщить/отобрать, для того, чтобы увеличить/уменьшить температуру одного килограмма вещества на один градус Кельвина.

То есть в других словах, если например удельная теплоемкость воды равняется 4,2 кДж/(кг*К) - это значит, что для того, чтобы нагреть один кг воды на один градус, необходимо передать этому кг воды 4,2 кДж энергии.

Удельная теплоемкость для любого вещества есть величина переменная, то есть она зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. Если продолжать пример с водой, то ее удельная теплоемкость для 0°С равняется 4,218, а при 40°С 4,178 кДж/(кг*К). Для льда теплоемкость еще ниже -- 2,11 кДж/(кг*К) для льда с температурой 0°С.

Что касается воды, необходимо отметить, что это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Другими словами, чтобы обеспечить заданное количество температуры, вода должна поглотить или отдать количество тепла значительно больше, чем любое другое тело такой же массы.

В связи с этим становится понятным интерес к воде, когда нужно обеспечить искусственный теплообмен. Количество тепла, необходимое для повышения температуры с Тн до Тk тела массой m можно рассчитать по следующей формуле:

Расчет расхода холодо- или теплоносителя – одна из задач, с которой сталкиваются инженеры в ходе проектирования и наладки систем холодоснабжения. Например, если известна холодопроизводительность чиллера, то часто требуется определить расход жидкости в системе. И наоборот, если на схеме указан расход холодоносителя, нужно определить, какую холодильную мощность он обеспечит.

Для расчета расхода холодоносителя онлайн воспользуйтесь калькулятором ниже. В качестве исходных данных должна быть указана холодильная мощность системы и параметры холодоносителя.

Если же известен расход холодоносителя и его параметры, программа определит холодопроизводительность системы.

Расчет расхода холодоносителя в системе онлайн
Холодильная/тепловая мощность:	кВт
Тип жидкости:
Плотность жидкости:	кг/м 3
Теплоемкость жидкости:	кДж/(кг·°C)
Температура прямого потока:	°C
Температура обратного потока:	°C
Результаты расчета
Расход холодоносителя	м 3 /c
	м 3 /ч
	л/с
	кг/с
	кг/ч
Расчет холодильной/тепловой мощности блока по расходу онлайн
Расход жидкости:
Тип жидкости:
Плотность жидкости:	кг/м 3
Теплоемкость жидкости:	кДж/(кг·°C)
Температура прямого потока:	°C
Температура обратного потока:	°C
Результаты расчета
Холодильная/тепловая мощность	кВт

Для удобства пользователей онлайн-калькулятор сразу выдает расход в м 3 /с, м 3 /ч, л/с, кг/с и кг/ч.

Базовая формула, на основе которой выполняются вычисления, имеет следующий вид:

Q = c · m · dT, где

Q – количество теплоты
с – теплоемкость теплоносителя
m – масса теплоносителя
dT – изменение температуры теплоносителя (разница температур между прямым и обратным потоками)

Данная формула статична: в ней нет такого параметра, как время. Поэтому, например, в ней фигурирует масса теплоносителя, а не его расход. Чтобы придать динамики, нужно обе части уравнения разделить на время. Тогда слева от знака равенства будет мощность, а справа вместо массы – расход теплоносителя. Получим:

Важный момент – не запутаться в размерностях. В первую очередь это касается расхода. Чтобы получить расход в м 3 /с, надо расход в м 3 /ч разделить на 3600, а расход в л/с разделить на 1000. Если мощность измеряется в Вт, то теплоемкость следует брать в Дж/(кг·°С), если в кВт, то в кДж/(кг·°С).

Полученные формулы могут быть упрощены, если известен тип теплоносителя и разность температур. Так, в подавляющем большинстве систем холодоснабжения применяется чистая вода (ρ = 1000 кг/м 3 ; с = 4.2 кДж/(кг·°С)) или 40% раствор этиленгликоля в воде (ρ = 1070 кг/м 3 ; с = 3.5 кДж/(кг·°С)), а перепад температур составляет dT = 5°С.

Подставив указанные численные значения, получим для чистой воды:

Для 40% раствора гликоля:

M_40%ЭГ =Q_Х [кВт] / 17.5 – массовый расход для 40% раствора гликоля (кг/с)
G_40%ЭГ =Q_Х [кВт] / 18.7 – объемный расход для 40% раствора гликоля (л/с)

Для быстрого укрупненного расчета можно принять единую формулу и для воды, и для гликоля: G = Q_Х / 20 или Q_Х · 5 / 100 (умножить на 5 и отнять два нуля).

Например, при Q_Х = 200 кВт получим точный расход воды G = 200/21 = 9,5л/с и расход гликоля 10,7л/с, а укрупненная формула даст результат 200/20 = 10л/с.

И наоборот, если на схеме указан расход по воде G = 17.5л/с при dT = 5°С, то для определения холодильной мощности блока нужно умножить этот расход на 20: Q_Х = 17.5 · 20 = 350кВт (точное значение 367кВт).

Основным холодильным оборудованием производственных цехов являются холодильные шкафы, сборно-разборные охлаждаемые камеры, холодильные прилавки и льдогенераторы.

Технологический расчет холодильных шкафов сводится к определению требуемой вместимости в соответствии с количеством продукции, одновременно находящейся на хранении. Вместимость может быть определена по массе продукта или по его объему. Расчет производится по формулам:

где Е, Vр – вместимость холодильного шкафа /камеры/ или

G – количество продукции, подлежащей хранению на

J – коэффициент, учитывающий тару, в которой хранится

0,7-0,8 – для холодильных шкафов; 0,5-0,6 – для

холодильных камер/; / плотность продукта, кг/дм³.

В холодном цехе охлаждаемые емкости рассчитывают для хранения суточного или полусуточного запаса продуктов и полуфабрикатов, из которых готовят холодные блюда и закуски и сладкие блюда. При расчете холодильных емкостей массу продуктов, используемых для приготовления блюд, можно заменить массой готовых блюд. В ресторанах используют, кроме основного холодильного оборудования, специализированное – льдогенераторы и низкотемпературные прилавки, которые рассчитывают по требуемой производительности и вместимости.

При снабжении готовой продукцией доготовочных предприятий срок хранения необходимо увеличить, поэтому готовую продукцию следует подвергать быстрому охлаждению от 75-80ºС до 0-4ºС в течение 1,5 часа.

Такое охлаждение осуществляется в шкафах интенсивного охлаждения вместимостью 100 кг. /ШХ-И/.

Расчет необходимого количества таких шкафов можно произвести по формулам:

П = С ,

где П - количество охлаждаемых шкафов;

Е – вместимость холодильного шкафа, кг;

φ - оборачиваемость шкафа за расчетный период.

где Т – время расчетного периода, мин.;

t_ц – продолжительность цикла охлаждения , 1,5 часа.

При расчете холодильного оборудования в цехах массу продукта принимают из расчета ½ или ¼ смены или продолжительности работы цеха. Количество зависит от сроков хранения и определяют в соответствии с графиком выпуска полуфабрикатов. По рассчитанной общей массе готовых блюд, продуктов и полуфабрикатов подбирают тип холодильного оборудования с соответствующей вместимостью, объемом и производительностью.

В горячем цехе холодильное оборудование рассчитывают для хранения: жиров, молочных продуктов, томат-пасты и других продуктов, используемых для приготовления кулинарной продукции.

Холодильное оборудование в кондитерском цехе предназначено для кратковременного хранения готовых кондитерских изделий, полуфабрикатов и скоропортящихся продуктов. Расчет холодильных емкостей в кондитерском цехе производят по отделениям, количество которых зависит от мощности цеха. В кладовой суточного запаса сырья расчет производят по количеству продуктов, подлежащих хранению в течение рабочего времени или в максимальную смену. В отделении замеса, разделки и выпечки – по количеству слоеного теста и жиров, используемых при обжарке мучных изделий. В отделении отделки – по количеству отделочных полуфабрикатов, подлежащих хранению с применением холода.

В мясо- рыбном цехе – по количеству сырья или вырабатываемых полуфабрикатов за ½ или 1/3 максимальной смены или рабочего дня.