凝縮ユニットのサイジングガイド: 冷蔵室に適切なユニットを選択する方法

かつてある冷蔵室の設置業者は、指定された 2 台ではなく、200 平方メートルの冷蔵室を撤去するのに 4 時間かかった新しい凝縮ユニットを報告しました。コンプレッサーは高温で動作しており、吐出圧力は正常でしたが、吸入圧力は設計値をはるかに下回ったままでした。原因は単純で、毎朝届く商品の積載量を計算せず、延床面積と一般的な経験則表に基づいてユニットを選定していたのです。このガイドでは、冷凍装置のサイジング プロセスを冷凍技術者が行うのと同じ順序で説明し、各ステップがなぜ重要なのかを示します。

主なポイントは次のとおりです。適切なサイズの凝縮ユニットは安定して動作し、室温を許容範囲内に保ち、エネルギー使用を最小限に抑えます。特大のユニットはサイクルが短くなります。小型のユニットは継続的に動作し、過熱します。どちらもコンプレッサーの信頼性を破壊します。以下の 5 つのサイジング手順に従うことで、これらの失敗を防ぐことができます。

凝縮ユニットのサイジングが重要な理由

まず理解すべきことは、サイズを間違えた場合の結果です。サイクルの短さは、大型ユニットの最も一般的な症状です。コンプレッサーが始動し、数秒以内に吸入圧力が低下しますが、制御の入り切りが速すぎるために停止します。オイルがクランクケースに戻らず、コンタクターが燃え、バルブプレートが故障します。ユニットのサイズが小さいと、ピーク負荷時に室温が上昇し、コンプレッサーが高い圧縮比で動作し続け、吐出温度によりオイルの分解や酸の生成が発生します。

上のドーナツ グラフは、実際の設置容量と食品および飲料用冷蔵室の計算された設計負荷を比較したときに、通常どのようなメンテナンス記録が示されるかをまとめています。

ステップ 1: 冷凍負荷の計算

負荷計算により、一日の中で最も最悪の瞬間に室内で何キロワットの冷却が必要になるかが決まります。合計負荷は、次の 4 つのコンポーネントの合計です。

• 壁と屋根の伝送。 熱は外部から断熱材を通って流れます。そのサイズは、パネルの厚さ、総表面積、および屋外の温度差によって異なります。
• 製品の負荷。 食品室における最大の変数。 500 kg の野菜を 25 °C から 2 °C に冷却する場合、500 kg の肉を -20℃ まで冷凍するよりもはるかに少ない容量で済みます。
• 空気の入れ替えと浸透。 ドアが開くたびに暖かい空気が吸い込まれます。頻繁に荷物の積み降ろしを行う施設では、ここに十分な余裕が必要です。
• 内部熱源。 蒸発器のファン モーター、ライト、フォークリフト、人、および電気霜取りヒーターはすべて、除去する必要がある熱を追加します。

このグラフは、冷凍品の摂取量が 500 kg/日である典型的な 100 平方メートルの冷凍庫を示しています。項目を合計し、その結果に 1.10 ～ 1.15 を乗じてデフロストとプルダウンを実行します。一般的な初期のクロスチェックは、-18 °C の低温室で 150 ～ 250 W/m² ですが、この数値がコンポーネントごとの計算に代わるべきではありません。同一サイズの 2 つの部屋では、ドアの出入りが頻繁であるという理由だけで、負荷が簡単に 30% 異なる可能性があります。

ほとんどの冷蔵室では、設置が簡単で水の消費がないため、空冷式凝縮ユニットが実用的な第一選択となります。

冷蔵室設置用の空冷式凝縮ユニット この自己完結型空冷ユニットには、コンプレッサー、凝縮器、制御システムが含まれており、水源を必要としません。簡単な設置と簡単なメンテナンスが優先される冷蔵室に適しており、容量選択の実用的な出発点となります。 製品を見る→

ステップ 2: 蒸発および凝縮条件を設定する

凝縮ユニットには単一の容量値はありません。 -30℃ で蒸発する同じコンプレッサーは、-10℃ で蒸発する同じコンプレッサーのおよそ半分の容量を生成します。したがって、定格テーブルを開く前に、動作点を定義してください。

直接膨張システムの場合、蒸発温度を必要な室温より約 8 ～ 12 K 低く設定します。温度差が小さいほど、蒸発器コイルが大きくなり、部屋がより湿って湿気が高くなります。 TD が大きくなると、より多くの水分が取り出されますが、コンプレッサーは低い吸入圧力で動作することになります。以下の表は、業務用冷凍で一般的に使用される条件を示しています。

次に凝縮温度を設定します。空冷コンデンサーの場合、凝縮温度は周囲温度に 10 ～ 15 K を加えたものに等しいため、夏のピークが 42 °C になる場所では、コンデンサーは 52 ～ 57 °C で動作します。そのため吐出圧力が上昇し、体積効率が低下します。水冷ユニットの場合、凝縮温度は出口水温に 5 ～ 8 K を加えたものとなり、一日中ずっと安定しています。

暑い気候では、2 つの実用的な解決策が存在します。1 つは十分なコイル表面積を持つ空冷コンデンサーを選択するか、もう 1 つは水冷凝縮ユニットに切り替えることです。水冷ユニットは凝縮圧力を低く保ち、消費電力を削減しますが、冷却塔または信頼性の高い主水供給が必要です。

高温気候用水冷凝縮ユニット この水冷ユニットは、凝縮圧力を低く抑えて消費電力を削減するように設計されており、冷却塔や確実な給水がある場所に適しています。コンデンサーは冷却負荷とコンプレッサーの熱の両方を排除し、高温環境でも強力な冷却能力を発揮します。 製品を見る→

ステップ 3: コンプレッサーとコンデンサーのバランスを調整する

凝縮ユニットは整合ペアです。コンプレッサーは冷却能力を生み出しますが、熱となる電力も消費します。コンデンサーは、冷却能力とコンプレッサーモーターの熱の両方を排除する必要があります。一般に、必要な熱遮断量は設計時点のコンプレッサー容量の 1.2 ～ 1.35 倍です。

コンデンサーのサイズが小さいと、凝縮圧力が上昇し、消費電力が増加し、コンプレッサーがより高い圧縮比で動作します。コンデンサーが大きすぎる場合、ユニットはより低い凝縮温度で動作し、通常は効率が向上しますが、追加のコイル面積とファン電力によりコストがかかります。外気温の上昇に伴うユニット容量の変化を下図に示します。

この図では、空冷ユニットは周囲温度 35 °C で定格されています。屋外温度が 45 °C に上昇すると、凝縮温度が上昇し、コンプレッサーの体積効率が低下するため、利用可能な容量は 15% 以上低下します。したがって、サイジングは季節平均ではなく、最悪の夏の気温でチェックする必要があります。

ペアのバランスを取るには、最初にコンプレッサーを選択し、次に、設計上の凝縮温度で熱を遮断するのに十分な表面積をコンデンサーに与えます。オプションを比較する必要がある場合は、まず、 コンデンサー製品範囲 選択したコンプレッサー出力にコイルを適合させます。

機械室がコンパクトな場合、または屋外への設置が好ましい場合、ボックス型凝縮ユニットは、コンプレッサー、凝縮器、受信機、および制御装置を 1 つの耐候性エンクロージャに統合します。

小型ボックス型小スペース用凝縮ユニット この耐候性エンクロージャにはコンプレッサー、凝縮器、受信機、および制御装置が統合されており、設置面積が小さく、移動が容易です。中小企業、家族経営の農場、または観光地に最適で、スペースが限られているコンパクトな機械室や屋外設置に適しています。 製品を見る→

ステップ 4: ディレーティングおよび補正係数を適用する

カタログ容量は、公称電圧下のクリーンなテストベンチで測定されます。実際の設置では容量が失われます。選択ソフトウェアまたは評価表に記載されている内容を次の条件に合わせて修正してください。

• 標高1000m以上。 空気が薄くなると、凝縮器内の熱伝達と圧縮機を通る質量流量の両方が減少します。標高 1,000 m を超えると 500 m ごとに約 3% 低下します。
• 長い冷媒ライン。 パイプ内の圧力降下により、蒸発圧力は下方に移動し、凝縮圧力は上方に移動します。 10 m 以上の垂直ライザーは、排出ラインのサイズが適切でない場合、使用可能な容量が著しく減少する可能性があります。
• 供給電圧が低い。 電圧が低下すると、コンプレッサーモーターとコンデンサーファンはトルクを失います。 -10% の電圧変化により、モーター出力と空気流量が減少します。
• 霜取りサイクル。 電気霜取りは室内に熱をもたらします。ホットガス霜取りにより、エバポレーターの動作が数分間中断されます。霜の負荷が大きい冷凍庫の場合は、10 ～ 20% の追加容量を考慮してください。

次に、ユニットではなく、計算された荷重に安全マージンを追加します。負荷を 1.1 倍する代わりに、最終ユニット容量を 1.1 倍にすると、ユニットが必要以上に大きくなり、前述したサイクルが短くなる問題が発生します。

軽負荷で長時間稼働するコールド チェーン設備では、負荷が少なすぎると、負荷が大きすぎるのと同じくらい損傷する可能性があることに注意してください。凝縮圧力が低いと、膨張弁でフラッシュ ガスが発生し、コンプレッサーへのオイルの戻りが悪くなります。可変荷重を考慮して設計している場合は、次の点をお読みください。 低凝縮圧の危険性とその制御方法 注文を確定する前に。

ステップ 5: メーカーの評価表で確認する

最後のステップは、定格表で選択したモデルを正確な蒸発温度と凝縮温度で確認することです。以下の表は、代表的な中温空冷ユニットの例です。購入を予定している特定のモデルに関して公開されている最新のデータを常に使用してください。

蒸発温度で行を読み取り、凝縮温度で列を読み取ります。最も近い行の容量が、計算された荷重に安全マージンを加えたものよりも大きい場合、そのモデルは許容可能です。ギャップが小さすぎる場合は、次のフレーム サイズを選択するか、より大きなコンデンサーを備えたユニットを選択してください。

よくある質問

プルダウンを高速化するために、より大きな凝縮ユニットを使用できますか?

ユニットが大きいほど、暖かい部屋を早く下降させることができますが、部屋が温度に達するとサイクルが短くなり、オイルの戻りが悪くなり、コンプレッサーが消耗します。高速プルダウンが必要な場合は、容量調整機能を備えたユニットを使用するか、プルダウン中に一緒に動作し、部分負荷で交互に動作できる 2 台の小型コンプレッサーを設置します。

凝縮ユニットが小さすぎる場合はどうなりますか?

ユニットは継続的に動作し、ピーク負荷時に室温が上昇し、コンプレッサーが高い圧縮比で動作し、吐出温度が上昇します。最終的には熱保護が作動します。製品は依然として凍結する可能性がありますが、必要なプルダウン速度では凍結せず、製品 1 キログラムあたりのエネルギー消費量が増加します。

コンデンサーの大型化により効率はどの程度向上しますか?

凝縮温度を 5 ～ 10 K 下げると、コンプレッサーの効率を数パーセント向上させることができます。ただし、コンデンサーに 1 つのフレーム サイズを追加すると、ファンの電力と購入コストが増加します。暑い気候では、コンデンサーを大きく踏み出すだけでも価値があることがよくあります。 2 つのステップが報われることはほとんどありません。

すべての部屋の負荷計算が必要ですか?

はい、少なくとも構造化された推定です。床面積の経験則では、ドアの出入り、製品の取り入れ、断熱状態、および極端な周囲環境が考慮されません。体系的な負荷計算には 1 時間もかかりません。これにより、指定したユニットが一年で最も暑い日に部屋を維持できるという確信が得られます。

ご注文前の最終チェックリスト

1. 10 ～ 15% の安全マージンを含む計算された合計負荷 (kW で表されます)。
2. 適用表を使用して選択した蒸発温度。
3. 最悪の周囲温度または水温に基づいて凝縮温度を選択します。
4. 高度、回線の長さ、霜取りにディレーティングを適用。
5. 正確な蒸発および凝縮条件での定格表を確認しました。
6. 蒸発器の容量と膨張弁が凝縮ユニットに適合していることを確認。
7. 部屋の負荷が昼と夜で大きく変化する場合の容量制御を計画します。

これらのチェックに費やす時間は、シーズン途中でコンプレッサーが故障した場合に比べれば、ほんのわずかです。負荷を指定し、条件を一致させ、定格を確認すれば、凝縮ユニットは何年もトラブルなく動作します。