冷凍の公式と計算

冷凍の公式は、冷凍システムの熱力学的特性と性能を計算するために使用される数学方程式です。 これらの公式とその応用は、家庭用および業務用の冷蔵庫、冷凍庫、エアコンなどの冷凍および空調システムで使用されます。 また、食品加工、医薬品、化学生産などの産業用冷凍システムでも使用されています。

冷蔵

これらの式は理想的な条件に基づいており、システムの実際のパフォーマンスは計算値と異なる場合があることに注意することも重要です。


圧縮作業

圧縮仕事は冷凍空調の分野における基本的な概念です。 これは、冷凍プロセスの実行に不可欠な、冷媒を圧縮するためにコンプレッサーによって行われる仕事を指します。 このプロセスでは、コンプレッサーが冷媒の圧力と温度を上昇させ、周囲の空気または液体から熱を吸収します。

The amount of work done by a compressor can be calculated using the compression work formula, which is given by `W = h * q`. In this formula, W represents the compression work in Btu/min, h represents the heat of compression in Btu/lb, and q represents the refrigerant circulated in lb/min.

圧縮仕事公式は、冷凍システムの効率を決定するために使用できるシンプルかつ強力なツールです。 圧縮仕事と循環冷媒量を知ることで、システムのエネルギー効率の尺度である成績係数 (COP) を計算することができます。

圧縮仕事計算機



Btu/lb

lb/min



Btu/min


圧縮馬力

圧縮馬力は、冷凍システムまたは空調システムで冷媒を圧縮するために必要な電力の尺度です。 これは 2 つの異なる式を使用して計算できます。どちらもコンプレッサーによって行われる圧縮作業に基づいています。

圧縮馬力の最初の式は次のとおりです。

`P = W / 42.4`

ここで、P は馬力 (hp) で表した圧縮力、W は Btu/min で表した圧縮仕事です。

圧縮馬力計算機(方法1)



Btu/min



hp

圧縮馬力の 2 番目の式は次のとおりです。

`P = c / (42.4 * COP)`

ここで、P は馬力 (hp) で表した圧縮力、c は Btu/min で表した容量、COP は性能係数です。

圧縮馬力計算機(方法2)



Btu/min





hp

トンあたりの圧縮馬力の 3 番目の式は次のとおりです。

「p = 4.715 / (COP)」

ここで、p はトンあたりのコンプレッサー馬力 (hp/Ton)、COP は性能係数です。

1トンあたりの圧縮馬力計算機







hp/Ton


COP – 成績係数

成績係数 (COP) は、冷凍または空調システムの効率の尺度です。 これは、システムの動作に必要なエネルギー量に対する、システムによって提供される冷却量の比率として定義されます。

COP の式は次のとおりです。

`COP = NRE / h`

ここで、COP は成​​績係数、NRE は正味冷凍効果 (Btu/lb)、h は圧縮熱 (Btu/lb) です。

成績係数 (COP) 計算ツール



Btu/lb

Btu/lb






正味の冷凍効果

正味冷凍効果 (NRE) は、冷媒が冷凍システムまたは空調システムを流れるときに吸収される熱量の尺度です。 これは、蒸発器から出る蒸気のエンタルピーと蒸発器に入る蒸気のエンタルピーの差です。

NRE の式は次のとおりです。

「NRE = hl – 彼」

ここで、NRE は正味冷凍効果 (Btu/lb)、hl は蒸発器から出る蒸気のエンタルピー (Btu/lb)、he は蒸発器に入る蒸気のエンタルピー (Btu/lb) です。

正味冷凍効果計算ツール



Btu/lb

Btu/lb



Btu/lb


容量

能力は、冷凍または空調システムによって提供される冷却量の尺度です。 これは、循環する冷媒と正味の冷凍効果の積です。

容量の式は次のとおりです。

`c = q * NRE`

ここで、c は容量 (Btu/min)、q は循環冷媒 (lb/min)、NRE は正味冷凍効果 (Btu/lb) です。



冷媒循環 (q):

lb/min

Btu/lb



Btu/min


圧縮機の排気量

コンプレッサーの押しのけ量とは、単位時間当たりにコンプレッサーによって圧縮される冷媒の体積を指します。 これは、コンプレッサーに入るガスの体積とコンプレッサーの容量を正味の冷凍効果で割ったものです。

コンプレッサーの容量の公式は次のとおりです。

`d = c * v / NRE`

ここで、d はコンプレッサーの排気量 (ft3/min)、c は容量 (Btu/min)、v はコンプレッサーに入るガスの体積 (ft3/lb)、NRE は正味冷凍効果 (Btu/lb) です。

コンプレッサー容量計算機



Btu/min

ft3/lb

Btu/lb



ft3/min


圧縮熱

圧縮熱は、コンプレッサーが冷媒を圧縮するときに冷媒に追加される熱量の尺度です。 これは、コンプレッサーから出る蒸気のエンタルピーとコンプレッサーに入る蒸気のエンタルピーの差です。

圧縮熱の計算式は次のとおりです。

`h = (hlc) – (hec)`

ここで、h は圧縮熱 (Btu/lb)、hlc はコンプレッサーから出る蒸気のエンタルピー (Btu/lb)、hec はコンプレッサーに入る蒸気のエンタルピー (Btu/lb) です。

圧縮熱計算機



Btu/lb

Btu/lb



Btu/lb


体積効率

体積効率は、コンプレッサーが冷媒をどれだけ効率的に圧縮できるかを示す尺度です。 これは、コンプレッサーが 100% の効率で動作している場合に圧縮される理論上の重量に対する、コンプレッサーによって圧縮される冷媒の実際の重量の比率として定義されます。

体積効率の式は次のとおりです。

`μ = (100 * (wa)) / (wt)`

ここで、μは体積効率、waはコンプレッサーによって圧縮された冷媒の実際の重量、wtはコンプレッサーが100%の効率で動作した場合に圧縮できる冷媒の理論重量です。

容積効率計算機



lb

lb



%


圧縮比

圧縮比 (CR) は、冷凍または空調システムのヘッド圧力と吸入圧力の比です。 冷媒がコンプレッサーによってどれだけ圧縮されるかを表す指標です。

圧縮率の計算式は次のとおりです。

`CR = (ph) / (ps)`

ここで、CR は圧縮比、ph は絶対ヘッド圧力 (psia 単位の絶対ポンド)、ps は絶対吸入圧力 (psia) です。

圧縮比計算機



psia

psia





FREQUENTLY ASKED QUESTIONS

What is the difference between theoretical and actual performance of a refrigeration system?
Theoretical performance of a refrigeration system is calculated using refrigeration formulas, which are based on ideal conditions. However, actual performance can differ from the calculated values due to various factors such as friction, heat transfer, and other losses. These differences can be attributed to the assumptions made in the formulas, which may not accurately represent real-world conditions. Therefore, it’s essential to consider these limitations when designing and optimizing refrigeration systems.
How do I calculate the coefficient of performance (COP) of a refrigeration system?

The COP of a refrigeration system can be calculated using the formula: COP = Qc / W, where Qc is the heat removed from the cold side and W is the work input to the compressor. This formula is based on the first law of thermodynamics and provides a measure of the system’s efficiency. A higher COP indicates a more efficient system.

What is the significance of compression ratio in refrigeration systems?

The compression ratio is a critical parameter in refrigeration systems, as it affects the system’s efficiency and performance. It is defined as the ratio of the discharge pressure to the suction pressure. A higher compression ratio can lead to increased energy consumption, reduced efficiency, and potential compressor damage. On the other hand, a lower compression ratio can result in reduced capacity and efficiency. Optimal compression ratio depends on the specific application and refrigerant used.

How do I calculate the net refrigeration effect of a refrigeration system?

The net refrigeration effect can be calculated using the formula: Net Refrigeration Effect = Qc – Qh, where Qc is the heat removed from the cold side and Qh is the heat rejected to the hot side. This formula takes into account the heat transfer between the system and its surroundings, providing a more accurate representation of the system’s cooling capacity.

What is the role of volumetric efficiency in refrigeration systems?

Volumetric efficiency is a measure of the compressor’s ability to compress refrigerant gas. It is defined as the ratio of the actual volume of gas compressed to the theoretical volume. A higher volumetric efficiency indicates a more efficient compressor, resulting in reduced energy consumption and increased system performance. Factors such as compressor design, suction and discharge valve performance, and refrigerant properties affect volumetric efficiency.

How do I calculate the heat of compression in a refrigeration system?

The heat of compression can be calculated using the formula: Heat of Compression = mc \* Cp \* (Td – Ts), where mc is the mass flow rate of the refrigerant, Cp is the specific heat capacity of the refrigerant, Td is the discharge temperature, and Ts is the suction temperature. This formula provides a measure of the energy required to compress the refrigerant, which affects the system’s overall efficiency and performance.

What are some common applications of refrigeration formulas in industry?

Refrigeration formulas have numerous applications in various industries, including food processing, pharmaceuticals, and chemical production. They are used to design and optimize refrigeration systems, ensuring efficient and reliable operation. For example, in cold storage facilities, refrigeration formulas are used to calculate the required cooling capacity, compressor sizing, and heat transfer rates. In industrial processes, these formulas are used to optimize refrigeration systems for specific applications, such as cryogenic cooling or temperature control.