Koelvermogen berekenen voor industriële processen

Wat is koelvermogen in een productieproces?

Koelvermogen in een productieproces is de hoeveelheid warmte die een koeler of tempereerapparaat per seconde uit het proces kan afvoeren. Je drukt het uit in kilowatt (kW): 1 kW staat voor 1 kilojoule warmte per seconde.

In de procesindustrie komt die warmte continu vrij, bijvoorbeeld uit gesmolten kunststof die in een matrijs stolt of uit de hydrauliek van een pers. Een koelcircuit met water of olie neemt die warmte op en voert die af.

Kies je een van de koelers met te weinig vermogen, dan loopt de procestemperatuur op. Is het vermogen ruim genoeg, dan blijven de temperatuur, je cyclustijd en je productkwaliteit stabiel.

Koellast: de warmte die je proces afgeeft

De koellast is de warmte die je proces per seconde afgeeft en die het koelsysteem moet afvoeren. Koellast is de vraag, koelvermogen het aanbod.

Dat onderscheid bepaalt hoe je rekent. Eerst bereken je de koellast, daarna kies je een apparaat waarvan het koelvermogen onder jouw bedrijfsomstandigheden minstens zo groot is.

Ligt het koelvermogen lager dan de koellast, dan stijgt de temperatuur van het koelmedium boven de ingestelde waarde.

Waarom is koelvermogen per m³ berekenen ongeschikt voor processen?

Koelvermogen per m³ berekenen is ongeschikt voor processen, omdat die methode uitgaat van de warmte die een ruimte opneemt en niet van de warmte die een machine produceert.

Het is een vuistregel voor airco's: de inhoud van een kamer maal 30 tot 50 watt per kubieke meter.

In een productiehal komt de warmte uit product en machine. Een spuitgietmachine die 60 kilo kunststof per uur verwerkt, geeft in elke hal evenveel warmte af. Voor proceskoeling reken je daarom met de warmtestroom.

Welke formule gebruik je om koelvermogen te berekenen?

De formule om koelvermogen te berekenen is Q = ṁ × c × ΔT. Q is het koelvermogen in kW, ṁ de massastroom in kg/s, c de soortelijke warmte in kJ/kg·K en ΔT het temperatuurverschil in kelvin, waarbij 1 K verschil gelijk is aan 1 °C verschil.

Het verschil met verwarmingsvermogen berekenen zit in de tijd. Bij opwarmen breng je een vaste massa binnen een bepaalde tijd op temperatuur, bij koelen voer je een continue warmtestroom af.

De uitkomst is indicatief: de formule geeft de theoretische koellast, zonder verliezen en zonder reserve.

Koelvermogen berekenen met debiet en temperatuurverschil

Koelvermogen berekenen met debiet en temperatuurverschil is de snelste route op een bestaande installatie. Je meet hoeveel water er door het circuit stroomt en hoeveel warmer het terugkomt dan het vertrekt.

Voor water geldt dan Q (kW) ≈ debiet (l/min) × ΔT × 0,0698. Werk je met kubieke meters per uur, dan is het Q (kW) ≈ 1,163 × debiet (m³/h) × ΔT.

Beide factoren volgen uit de soortelijke warmte van water van ongeveer 4,19 kJ/kg·K, waarbij je 1 liter water als 1 kilogram rekent.

Rekenvoorbeeld: koelvermogen van een koelcircuit berekenen

Een rekenvoorbeeld laat zien hoe je het koelvermogen van een koelcircuit berekent. Stel: door het circuit stroomt 30 liter water per minuut, met een aanvoertemperatuur van 15 °C en een retourtemperatuur van 20 °C.

Het temperatuurverschil is dan 5 K. Ingevuld geeft dat 30 × 5 × 0,0698 ≈ 10,5 kW.

Via de tweede formule kom je op hetzelfde uit, want 30 liter per minuut is 1,8 m³/h: 1,163 × 1,8 × 5 ≈ 10,5 kW.

Dit circuit voert dus ruim 10 kW warmte af. Dat is de koellast die je koeler bij deze watertemperatuur minimaal moet aankunnen.

Hoe bereken je de koellast van een nieuw proces?

De koellast van een nieuw proces bereken je door de warmtebronnen apart uit te rekenen en op te tellen. Er is nog geen circuit om te meten, dus je werkt vanuit de productie en de machine.

In de kunststof- en rubberverwerking zijn er meestal twee hoofdbronnen: de warmte die het product afgeeft terwijl het afkoelt, en de warmte die de machine zelf produceert, vooral via de hydrauliek.

Komt er een tempereerapparaat in het circuit, dan telt ook de warmte van de pomp mee. Dimensioneer de koeler op de som, bij de hoogste productie en de laagste gewenste watertemperatuur.

Koellast van het product berekenen

De koellast van het product bereken je met de productie per uur: kg/h × c × ΔT, gedeeld door 3.600 voor kW. ΔT is het verschil tussen de verwerkingstemperatuur en de temperatuur waarmee het product de machine verlaat.

Een voorbeeld met aangenomen waarden: 60 kg kunststof per uur, een soortelijke warmte van 2,0 kJ/kg·K en een afkoeling van 230 naar 50 °C. Dat geeft 60 × 2,0 × 180 / 3.600 = 6,0 kW.

Bij semikristallijne kunststoffen zoals PP en PA komt de latente warmte van het kristalliseren erbij.

Koellast van de machine berekenen

De koellast van de machine bereken je vooral via het verliesvermogen van de hydrauliek, het deel van het motorvermogen dat in warmte wordt omgezet. De formule is motorvermogen × belastingsgraad × (1 − rendement).

Een voorbeeld: een pompmotor van 30 kW op 80 procent belasting en 70 procent rendement geeft 30 × 0,8 × (1 − 0,7) = 7,2 kW.

Samen met de 6,0 kW uit het product komt dit voorbeeldproces op 13,2 kW koellast, nog zonder marge.

Welke factoren bepalen het benodigde koelvermogen?

Het benodigde koelvermogen hangt niet alleen af van de koellast, maar ook van de omstandigheden waarin de koeler werkt. Hetzelfde apparaat levert onder andere condities meer of minder dan op het typeplaatje staat. Deze vier factoren wegen het zwaarst:

• Watertemperatuur: hoe kouder het water dat je vraagt, hoe minder koelvermogen een koeler levert. Een vuistregel uit de kunststofverwerking rekent met circa 3,6 procent minder capaciteit per graad Celsius lagere uitgaande watertemperatuur.
• Glycol in het koelwater: glycol heeft een lagere soortelijke warmte dan water, waardoor het koelvermogen daalt bij hetzelfde debiet en temperatuurverschil. De factoren 0,0698 en 1,163 gelden dan niet meer, omdat die voor water zijn afgeleid.
• Omgevingstemperatuur: een luchtgekoelde koeler geeft zijn warmte via een condensor af aan de buitenlucht en levert bij warm weer minder vermogen. Een watergekoelde koeler is daar minder gevoelig voor, maar heeft wel een koelwaterbron nodig.
• Veiligheidsmarge: een marge vangt op wat de formule niet ziet, zoals productiepieken, pompwarmte en vervuilde warmtewisselaars. Hoe onzekerder je invoerwaarden, hoe meer marge zinvol is.

Dimensioneer daarom op de hoogste koellast en de laagste watertemperatuur die je verwacht, niet op een gemiddelde. Overdimensioneer ook niet, want een te grote koeler schakelt bij lage last vaker aan en uit.

Hoe lees je het koelvermogen in een datasheet?

Het koelvermogen in een datasheet lees je altijd samen met de condities waarbij het is bepaald. Een kilowattwaarde zonder temperaturen zegt weinig over wat het apparaat in jouw proces levert.

Bij een tempereerapparaat hangt het koelvermogen af van het verschil tussen procestemperatuur en koelwater. Tool-Temp vermeldt het bij watertempereerapparaten daarom bij 12 °C koelwater en een opgegeven procestemperatuur, bijvoorbeeld 90 °C.

Bij een koeler zijn de uitgaande watertemperatuur en, bij luchtkoeling, de omgevingstemperatuur leidend. Vergelijk je koellast dus met een waarde die onder dezelfde omstandigheden geldt als in jouw proces.

Wat betekent je koelvermogen voor de F-gassenverordening?

Het koelvermogen van een nieuwe chiller bepaalt mee welke regels uit de F-gassenverordening (EU) 2024/573 gelden.

Vanaf 1 januari 2027 mogen stationaire chillers tot en met 12 kW met F-gassen met een GWP van 150 of meer niet meer in de handel worden gebracht.

Voor chillers boven 12 kW ligt die grens op een GWP van 750 of meer.

In beide gevallen geldt een uitzondering als dat nodig is om aan veiligheidseisen op de installatielocatie te voldoen.

De verboden gaan over nieuwe apparatuur, niet over het gebruik of onderhoud van bestaande installaties. Ze horen bij een bredere uitfasering van koudemiddelen die tot en met 2030 en later verder wordt aangescherpt.

Deze informatie is algemeen, geen juridisch advies en gebaseerd op de regelgeving op de publicatiedatum.

Hulp nodig bij het berekenen van je koelvermogen?

Hulp bij het berekenen van je koelvermogen krijg je bij Tool-Temp Benelux. Tool-Temp heeft meer dan 50 jaar ervaring met procestemperatuur en adviseert je persoonlijk over de juiste keuze.

Stuur je productiegegevens of meetwaarden mee met je vraag, dan denkt Tool-Temp mee over het koelvermogen dat je proces nodig heeft. Bel +31 (0)40 22 66 922 of mail naar info@tool-temp-benelux.nl.

De berekeningen in dit artikel zijn indicatief: ze geven geen garantie en vervangen geen persoonlijk advies. Wil je eerst verder lezen, download dan een van de e-books van Tool-Temp over tempereren.