Расчёт времени охлаждения воды и жидкости в баке чиллером

Расчёт времени охлаждения воды или другой жидкости в баке показывает, за сколько чиллер заданной мощности остудит её с одной температуры до другой. Время равно теплу, которое нужно отвести, делённому на холодопроизводительность: тепло считают по массе жидкости, её теплоёмкости и перепаду температур. Калькулятор считает его для воды, гликоля и масла и показывает, какой чиллер нужен для подбора.

Расчёт времени охлаждения жидкости в баке

Объём, л Жидкость Вода Пропиленгликоль 30 % Этиленгликоль 30 % Масло

Начальная, °C Конечная, °C

Чиллер, кВт Выносной конденсатор

Время охлаждения

1 ч 45 мин

Масса, кг

2 000

Отвести тепла, кВт·ч

34,9

Теплоёмкость, кДж/(кг·°C)

4,19

Вода на выходе, °C

10

Подобрать чиллер на 20,0 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Когда нужен этот расчёт

• Бак или ёмкость с продуктом нужно охладить к началу смены или между циклами: ванна, резервуар, купажный танк, бак СОЖ или закалочного масла.
• Чиллер уже есть, и нужно понять, успеет ли он остудить новую ёмкость за отведённое время или нужен второй.
• Чиллер подбирают под ёмкость: калькулятор показывает, за сколько справится машина выбранной мощности, и по нему подбирают мощность под нужное время.

Расчёт не подходит для оборудования с постоянным тепловыделением — станков, прессов, лазеров: там нагрузка идёт непрерывно, и чиллер считают по теплу в час, как в расчёте мощности по расходу и температурам. Если в бак всё время поступает тёплый продукт, к расчёту добавляют эту нагрузку.

Формула

E = m × c × (t₁ − t₂) / 3600

τ = E / Q

E — тепло, которое нужно отвести, кВт·ч; m — масса жидкости, кг (объём в литрах, умноженный на плотность); c — теплоёмкость жидкости, кДж/(кг·°C); t₁ и t₂ — температура до и после охлаждения, °C; 3600 — перевод кДж в кВт·ч; τ — время охлаждения, ч; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт.

Холодопроизводительность Q берут по характеристикам чиллера при конечной температуре жидкости: пока жидкость тёплая, чиллер даёт больше, и расчёт выходит с запасом. Бак и трубы при этом получают тепло из помещения, а компрессор между включениями стоит, поэтому фактическое время обычно больше расчётного. Чтобы подобрать чиллер под заданное время, делят тепло E на это время в часах и добавляют запас 10–20 %. Чиллер на гликоле ниже 5 °C подбирают индивидуально, концентрацию раствора считают в расчёте концентрации гликоля.

Пример расчёта

Бак 2000 л воды нужно охладить с 25 до 10 °C, на площадке есть чиллер 20 кВт.

1. Масса воды: 2000 × 1,00 = 2000 кг.
2. Тепло: 2000 × 4,19 × (25 − 10) = 125 700 кДж, или 125 700 / 3600 = 34,92 кВт·ч, округлённо 34,9 кВт·ч.
3. Время: 34,92 / 20 = 1,746 ч, то есть 1 ч 45 мин.
4. Чтобы охладить бак за час, нужен чиллер 34,92 кВт, с запасом 15 % — 40,2 кВт.

Тот же бак с 30 % этиленгликоля остыл бы быстрее: масса 2080 кг, тепло 2080 × 3,60 × 15 / 3600 = 31,2 кВт·ч, время 1 ч 34 мин. Масло при той же массе отдаёт вдвое меньше тепла, чем вода, поэтому ванну закалочного масла охлаждают быстрее, чем кажется по объёму; чиллер под неё считают в задаче о закалочной ванне.

Как выглядит установка на 20 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 20 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать чиллер на разовое охлаждение. Если бак нужно остужать раз в сутки, достаточно небольшого чиллера, который работает несколько часов; мощность «за час» нужна только при жёстком графике. Для порционных задач объём бака и мощность увязывают, как в задаче о воде для теста с баком.
• Не учитывать подвод тепла. Если во время охлаждения в бак идёт тёплый продукт или бак стоит в горячем цехе без изоляции, время растягивается. Теплоприток через стенки оценивают по разогреву бака с выключенным чиллером.
• Брать мощность чиллера по каталогу при 7 °C, когда жидкость охлаждают до 0 °C или ниже: на гликоле чиллер даёт заметно меньше холода, это показано в справочнике о низкотемпературном чиллере.
• Пускать продукт через испаритель. Сусло, молоко, масло и эмульсию охлаждают через промежуточный теплообменник, а время растёт на величину его недогрева, — схемы в справочнике о теплообменниках чиллера. Для сусла готовый расчёт есть в справочнике о погружном чиллере.