如何根据管道图计算制冷能力

1. 如何计算所需的制冷能力

所需制冷能力是指冷却物体所需的热量。因此，需要使用热量计算公式进行计算，单位为“W”或“kW”。所需制冷能力可以使用以下公式计算。

【所需制冷能力计算公式（热量计算公式）】
Q[kW]=①Vs×②Cs×③γs×④ΔT÷⑤t

Q:热量 (负荷容量) [kW]
(1) Vs:对象物的体积 [m3]
(2) Cs:对象物的比热 [kJ/kg・°C]
(3) γs:对象物的密度 [kg/m3]
(4) ΔT:对象物的温度差 [°C]
(5) t:对象物的冷却时间 [sec]

在实际计算中，除了上述公式外，还要增加安全系数，以考虑从外部进入的热量等因素（本文中采用20%的系数）。

2. 需要制冷能力场合及计算示例

根据管道图计算所需制冷能力的主要目的可分为三个部分：

• 1.既有设备的更新⇒确认既有冷却装置
• 2. 生产量变化/能力过剩情况检讨⇒根据发热量和原料供给量计算
• 3. 生产量增加、环境变化、增设冷却设备⇒计算制冷能力缺口

在各种情况下，您可能会遇到需要计算冷热水管道设备制冷能力的情况，例如使用规范的冷媒设备、老化或缺失制冷能力。请牢记如何操作，以便在需要时计算制冷能力。

■ 1.检查现有冷却设备

即使制冷能力足够，但如果设备使用已停产的冷媒R22（HCFC）或者设备老化，考虑到未来的维护，也需要尽快更新设备。

如果您想更新能力没有问题的设备，则不需要特殊的公式。 检查现有冷水机组的管道图或铭牌，检查型号、规格和制冷能力，并更新相同或更好的规格冷水机组。

更新设备是重新审视其功能的好机会，因此，选择设备时不仅要考虑制冷能力，还要考虑节能能力和是否适合使用环境，从多方面考虑。

■ 2.根据发热量和原材料供应量计算

如果您的生产量大幅下降，并且您想审查过度指定的设备以促进节能，您可以根据产生的热量和供应的原材料量来计算“所需的制冷能力”。

【计算示例】
乙二醇原料在原料罐内保持20℃以下时所需制冷能力的计算方法

<管道系统图和热源>

如图所示，如果有两条温度不同的路径，则计算每条路径A和B的热量，然后将总和加在一起，以确定所需的制冷能力。

< 【路径A】 的计算式>
前提:将储存罐内30°C (室温) 的乙二醇原料以10L/min的速度冷却至20°C后供给原料罐

Q[kW]=(1)Vs×(2)Cs×(3)γs×(4)ΔT÷(5)t

① 乙二醇的体积:0.01m3※
(2) 乙二醇的比热:2.38kJ/kg・°C
(3) 乙二醇的密度:1120kg/m3 (20°C时)
(4) 储存罐内与冷却后的温差:30°C-20°C=10°C
(5) 原料的冷却时间:60sec※
※原料的流量10L/min分解为0.01m3/60sec, (1) 为0.01m3, (5) 为60sec计算。

① 计算 (4) :
0.01×2.38×1120×10=266.56

在此基础上，增加了 20%（x 1.2）的安全系数，以考虑从外部进入的热量等因素。
266.56×1.2＝319.87

最后除以 (5) 冷却时间。
319.87÷60=5.3kW

【路径A】 的热量为5.3千瓦。

< 【路径B】 的计算式>
前提:在原料罐中调温的乙二醇原料不供给到混合罐，而是返回原料罐，原料从20°C上升到25°C,以5L/min的速度返回

Q[kW]=(1)Vs×(2)Cs×(3)γs×(4)ΔT÷(5)t

① 乙二醇的体积:0.005m3※
(2) 乙二醇的比热:2.38kJ/kg・°C
(3) 乙二醇的密度:1120kg/m3 (20°C时)
(4) 罐内与返回时的温差:25°C-20°C=5°C
(5) 原料的冷却时间:60sec※
※原料的流量5L/min分解为0.005m3/60sec, (1) 为0.005m3, (5) 为60sec计算。

① 计算 (4) :
0.005×2.38×1120×5=66.6

在此基础上，增加了 20%（x 1.2）的安全系数，以考虑从外部进入的热量等因素。
66.6×1.2＝79.9

最后除以 (5) 冷却时间。
79.9÷60=1.3kW

【路径B】 的热量为1.3kW。

<所需总制冷能力>
总所需制冷能力是来自路径 A 和 B 的热量的总和。

【路径A的热量】 5.3 kW+ 【路径B的热量】 1.3kW=6.6kW

我们可以看出，该管道系统所需的制冷能力为6.6kW。计算热容量公式时，别忘了添加安全系数。

■ 3. 计算制冷能力缺口

如果您因生产量增加或环境温度变化而对冷却设备不满意，或者希望在设备老化之前留有一定的余地，请计算制冷能力缺口。

制冷能力不足的分钟数，并将其视为 "温升热量 = 制冷不足"。

【计算示例】
前提：如下图所示，在混合原料的反应过程中，由于现有冷却器的制冷能力不足，导致混合原料的温度上升。请计算冷却不足量（温度上升产生的热量）。

将500L混合原料保持在30°C,但在30分钟内温度上升12°C时，计算公式如下。

Q[kW]=(1)Vs×(2)Cs×(3)γs×(4)ΔT÷(5)t

① 混合原料的体积:0.5m3※500L换算为m3
(2) 混合原料的比热:2.1kJ/kg・°C
(3) 混合原料的密度:950kg/m3 (30°C时)
(4) 储存罐内与冷却后的温差:12°C
(5) 混合原料的冷却时间:1800sec※30min换算为sec

① 计算 (4) :
0.5×2.1×950×12=11970

在此基础上，增加了 20%（x 1.2）的安全系数，以考虑从外部进入的热量等因素。
11970 x 1.2 = 14364

最后除以 (5) 冷却时间。
14364÷1800=8.0kW

温升产生的热量为8.0kW，因此要将500L混合原料保持在30℃，还需要额外8.0kW的制冷能力。

如果冷却设备能力不足，可以通过更新到能够满足总体所需制冷能力规格的冷却设备，或通过添加冷却机组或热交换器来弥补不足来解决问题。