關於工業冷水機組設計選型的一般計算原則
近期遇到幾單冷水機組的專案，以前沒有對該機組作過系統研究，現就該問題歸納出一般性計算原則，供經驗之用。
第一步，首先確定耗冷量，耗冷量計算方法一般有以下幾種途徑：
1、通過冷卻水（油）進、出口溫差來計算發熱量
q = sh * de * f * dt / 60
q：發熱量kw
sh：比熱水的比熱為4.2kj/kg·℃（4.2千焦耳/千克·攝氏度）；油的比熱為 1.97kj/kg·℃（1.97千焦耳/千克·攝氏度）
de：比重水的比重1 kg /l（1千克/公升）油的比重0.88 kg /l（0.88千克/公升）f：流量lpm（l/min 公升/分鐘）
dt：冷卻水（油）進出口溫差（出口溫度-進口溫度）
注：「/60」是用於將流量公升/分變為公升/秒，1kw = 1kj/s。
例1：冷卻水進水為20℃，出水25℃，流量10 l/min
發熱量q = 4.2 * 1 * 10 * (25-20) / 60 = 3.5kw
選擇冷水機冷量時可適當加大20%-50%。
例2：冷卻油進口為25℃，出水32℃，流量8 l/min
發熱量q = 1.97 * 0.88 * 8 * (32-25) / 60 = 1.62kw
選擇冷水機冷量時可適當加大20%-50%。
2、通過裝置的功率、發熱量估算
a、如用於主軸冷卻，可根據主軸電機功率的30%估算所需製冷機組的冷量。
例：7.5 kw電機，可選配2.2 kw或 2.8 kw冷量的製冷機組；
b、注塑機可按每安士0.6 kw冷量估算
1c、注塑機耗冷量的詳細計算過程析解
事實上，一副模具就是乙個換熱器，熱量由融熔的塑料傳入模具，再由模具傳入不斷迴圈的冷卻介質——冰水中，只有很小一部分進入空氣和注塑機的壓模板。眾所周知，塑料成型的週期，相當大的部分用於冷卻，有時可佔到塑料成型週期的80%以上，因此將冷卻時間控制到最小是絕對必要的。例如，一副模具成型週期一般要20秒，如將原來冷卻水塔的水改用冷水機產生的冰水進行冷卻，它可縮短到16秒。
儘管最初選擇配備的冷水機造價要高些，但它可使產量提高20%，在長期的生產中，能取得很大的收益。那麼，如何來選擇冰水能量呢？從上面我們即可知道，它與成型材料的比熱、熔膠時的溫度，重量以及製品脫模時的溫度有關。
一副模具所需的冰水能量之計算公式為：q=w×c×△t×s
該公式中：
q為所需冰水能量kcal/h;、
w為塑料原料重量kg/h;
c為塑料原料比熱kcal/kg℃;
△t為熔膠溫度與製品脫模時的溫度差℃（見附表）；
s 為安全係數（一般取 1.35-2.0），當單機匹配時，一般選擇小值，而當一台冷水機與多台模具相配時取大值，如選擇風冷式冷水機時，s也應適當選擇大一點。
例如：一副模具生產pp製品，每小時生產量約50kg,問冷卻需要量為多少？應配備多大的冷水機為合適？
q=50×0.48×200×1.35=6480(kcal/h);
每小時需6480kcal/h冷卻量，可選用3hp 左右輸入標準功率的冷水機。當然這是乙個例子，生產過程中，很難取得比較完整的資料。根據我們以往多年規劃，配套銷售的經驗，△t=200℃，它是眾多常用製品經過多年統計後的乙個平均值。
如果模具上附有熱膠道，還應將熱膠道的能量加入冷量的計算，一般熱膠道是以kw為單位，計算時應將單位轉換成kcal/h,1kw=860kcal/h。如果供給工廠的水量充足，溫度較低，成本也較低，此時就不需要使用冷水機，這一般是不太
現實的，除非工廠能在水溫較低的大湖邊；另一種是利用城市深井供水來滿足溫度和流量的需要，但往往成本太高。對實驗裝置可以使用這種方法，但對於工廠，這樣做是不切實際的。
3、通過水（油）箱的溫公升來計算發熱量
q = sh * de * v * dt / 60
q：發熱量kw
sh：比熱水的比熱為4.2kj/kg·℃（4.2千焦耳/千克·攝氏度）；油的比熱為 1.97kj/kg·℃（1.97千焦耳/千克·攝氏度）
de：比重水的比重1 kg /l（1千克/公升）油的比重0.88 kg /l（0.88千克/公升）v：水容量l（公升）包括水箱及管路中的總水容量
dt：水（油）在一分鐘內的最大溫公升
注：「/ 60」是用於將溫公升攝氏度/分變為攝氏度/秒，1kw = 1kj/s。
注意： 測量時，水（油）箱的溫度需略低於環境溫度，並且裝置處於最大的負荷下工作。
例：水箱容積1000l，最大的溫公升0.2℃/min
發熱量q = 4.2 * 1 * 1000 * 0.2 / 60 = 14 kw
選擇冷水機冷量時可適當加大20%-50%。
補充說明：
1、冷水機的製冷量與環境溫度及出水溫度不同而變化。
2、裝置實際發熱量亦會因為不同的工件、模具、引數等發生變化。
3、使用冷水機後溫度下降，連線管路、水箱、油箱、模具、主軸、裝置表面溫度會低；由於環境溫度，因此會吸收熱量導致負荷增大。
4、在工業冷卻的實際應用中很多情況是無法準確利用以上方法計算的，這時只能通過經驗資料、同類裝置模擬等方法估算。
5、任何的計算方法都有可能會出現偏差，以致實際選用的製冷機組過大或
過少，所以必須慎重計算。
第二步，確定冷凍水供給量，即計算流量和介面口徑，析解如下：
1、冷凍水（冰水溫差）問題
模具冷卻流體（冰水）的溫度一般受制於加工材料和製品形狀而發生較大變化，如聚乙烯薄壁燒杯，模具要求冰水溫度在0℃以下；而其它絕大多數情況下，模具所要求的冰水的溫度都在5℃以上，普通的工業冷水機能都提供5℃以上的冰水，低溫型冷水機能滿足5℃以下及至0℃以下的要求（需用鹽水或防凍液）。
模具進出口處冰水的溫差往往是根據製品要求來設定的，在許多情況下，溫差為3-5℃時是最理想的，但有時也需要溫差有1-2℃。溫差越小，意味著把同樣的熱量帶出去，需要的冰水流量就越大，反之需要的流量越小。比如：
溫差為5℃時，流量需要60l，而到溫差為2℃時，流量則需要150l。
2、冷凍水流量確定
一副模具所需的冰水流量直接與模具要帶走的熱量和冰水進出模具的溫差有關。例如；要將6480kcal/h的熱量從模具上帶走，若溫差為3℃，那麼至少需要的流量為多少？冰水流量q=6480÷3÷60=36（l/min）。
3、冷凍水水質處理問題
水的軟化，在使用冷水機的過程中，也是乙個不可忽視的問題，對水的ph 值也需要不斷地觀測，最佳ph值應等於7，大於7的ph值會產生可怕的腐蝕現象，如不採取措施，會在蒸發器、模具內生垢，會起隔熱的作用，嚴重時，使其能量的轉換效果降低30%。很明顯這就要求考慮對硬水的軟化。最有效的方法，可在系統中配置一台電子硬水軟化器，這樣的軟化器是以離子交換原理設計製作的。
根據流量的不同可配置不同規格的軟化器，直接連線在迴圈水管路中，一般配置有水處理軟化器所需費用也不會太高，也可定期向迴圈系統中加入一定比例的除垢劑。
4、冷凍水的流量和壓力問題
一般注塑成型模具冷卻，冰水的壓力選擇0.1~0.2mpa（即揚程10~20m），即可滿足要求，而普通冷水機能滿足這個要求，以利採用相應壓力的水幫浦以滿足系統供水之需要。
流量與管徑之間的關係表：
管徑 3/8″1/2″3/4″1" 1'/4″1'/2″2″3″
流量 12 20 35 60 90 130 230 560
5、液壓油和料筒餵料段的冷卻
通常液壓油和料筒餵料段採用冷卻水塔的水來冷卻，因為這不僅是最佳的方法，單就生產成本看，也是極經濟的，除非對其溫度有特定的要求，可用冰水對其進行冷卻。
6、管道的保溫
冰水管道必須進行保溫隔熱，因為管道隔熱不僅能阻止冷量的嚴重損失，而且也阻止了在管外壁上形成的結露水。例如：冰水溫度10℃，環境溫度為30℃，一根25公尺長，表面積為25m2；金屬管道的熱輻射可達750kcal/h，這差不多是3hp壓縮機產生的製冷量的10%，5hp壓縮機產生的製冷量的6%左右。
冷水機與模具的連線，通常採用增強膠管連線，因為這樣的膠管其本身就有隔熱的功能，但長度超過5m，也要考慮適度的保溫隔熱性。
附表：不同的模塑材料需要的注塑和模具溫度和比容熱
材料注塑溫度（℃）模具溫度（℃）比容熱（kcal/kg·℃）聚乙烯160～3100～700.55
聚苯乙烯185～2500～600.35
尼龍nylon230～30025～700.58
聚碳酸脂pc280～32070～1300.03
聚丙烯pp200～2800～800.48
abs180～26040～800.40
盈鳴實業（上海）****技術部
陳立偉/2014.12.31
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