蓄冷保温箱漏热性能实验研究

陈若峰， 章学来（上海海事大学商船学院，上海200135）

蓄冷保温箱漏热性能实验研究

陈若峰， 章学来
（上海海事大学商船学院，上海200135）

本文对现有的两个保温层分别为真空绝热板和聚氨酯的蓄冷保温箱进行漏热测试，根据对比实验结果计算真空绝热板和聚氨酯用于蓄冷保温箱的漏热率，为之后对带真空绝热板的蓄冷保温箱的实际保温性能展开实验奠定基础。

蓄冷保温箱； 真空绝热板； 漏热测试

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.012

0　引言

传统的蓄冷保温箱多采用聚氨酯作为隔热保温材料［1］，而性能更好、技术日趋成熟的真空绝热板虽在冰箱上有所应用［2］，但目前看来，将真空绝热板用在蓄冷保温箱上的研究尚不多见。本文通过对两台尺寸相同、分别采用聚氨酯和真空绝热板作为保温材料的蓄冷保温箱进行对比测试，确定二者的漏热系数，以对箱体结构和保温材料的绝热保温性能进行研究分析。箱体保温性能越好，则因箱体传热造成的冷量损失越少，保温箱在要求的温度范围内可维持更长的时间，保证货物的品质。

目前我国尚无对蓄冷型保温箱正式的国家标准，相关规范只有《药品冷链保温箱通用规范》尚在制定中，故本实验测试方法参考GB/T 7392-1998中对保温集装箱的漏热试验方法。

1　实验装置及测试方法

1.1蓄冷保温箱

本试验共制作两个相同尺寸的保温箱，一台以真空绝热板与聚氨酯发泡结合作为保温层，另一台全部以聚氨酯发泡作为保温层用于对比实验。

参考市场上已有的保温箱规格，并结合市场上现有的蓄冷板尺寸，保温箱外尺寸定为860×760×1560mm（不包含底部滚轮高度），内尺寸为750×650× 1450mm，壁厚55mm，使用2.5mm厚镀锌板作为箱体外壳；全部以聚氨酯为保温层的保温箱聚氨酯厚度为50mm，有真空绝热板的保温箱真空绝热板厚35mm，聚氨酯厚15mm；箱体六个面的真空绝热板尺寸分别是720×580mm、720×1420mm、580×1420mm，导热系数约0.004W/m·K，密度约300kg/m3，因有研究表明真空绝热板靠高温侧放置效果更好［3］，故真空绝热板靠外侧放置。箱体成品如图1所示。

图1　箱体外观及内部结构

1.2恒温室

按照要求［4］，漏热实验须在可控环境下进行，故本实验将把两个保温箱放入实验室现有的恒温室中进行实验。该恒温室是由一台三工况风冷热泵主机和一套内融冰式蓄冰装置联合带动乙二醇做一次侧循环、与水换热做二次侧循环进入空气处理机组对恒温室控温的系统，可以实现主机独立供冷供暖，蓄冰槽独立供冷以及主机与蓄冰槽联合供冷，恒温室温控范围为-25～55℃。为保证室内温度分布均匀、不产生回旋气流，恒温室内采用全面孔板单向流的方式进行送风。本实验根据需求，使用主机独立供暖模式。

1.3测试方法

实验采用内部加热法，即建立起一个热平衡状态，置加热器于箱内，使其本身和所配风扇的功率与通过箱体隔热层所漏出的热量达到平衡。

保温箱的漏热以总漏热率来表示，由下式算出：

式中 Uθ—总漏热率，W/K；

Q—箱内加热器和风扇所耗功率之和，W；

θi—箱内平均温度，K；

θe—箱外平局温度，K；

θ—平均壁面温度，K，通常：

θi、θe为每个测试记录间隔末了测得的各个温度测值的算术平均值，箱内外测点布置如图2所示，分上中下三层布置，每层4个，编号h1-h4、m1-m4、l1-l4。

图2　箱内外测点布置

保温集装箱漏热试验的测试数据，应连续进行8h以上的试验中测得，这时的试验条件应满足：

1）箱体平均壁面温度介于293～315K，箱内、外温差还应不少于20K；

2）在任一时间内，箱内最热和最冷点的最大温差可为3K；

3）在任一时间内，箱外最热和最冷点的最大温差可为3 K；

4）任意两次箱内平均温度的最大差值可为1.5K；

5）任意两次箱外平均温度的最大差值可为1.5K；

6）最高和最低功率的最大差值不应超过最低功率的3%。

漏热率U应从进入稳定状态后，持续时间不少于8h中所测得的17次或更多次的测值按下式算出：

1.4测试步骤

1）关闭保温箱和恒温室的门；

2）开启三工况主机、一次侧、二次侧循环泵、空气处理机组，设定恒温室温度；

3）开启保温箱内集热器和风扇，设定箱内温度；

4）开始记录实时数据；

5）从工况稳定后开始维持至少8h；

6）根据测得数据算出漏热率。

用4个120W的带铝合金散热板加热器和一台40W的风扇作为内热源；两台保温箱按先后次序分两天进行测试环境温度约6℃，先测试带真空绝热板的保温箱，恒温室温度设定为10℃，箱内控制温度设定值为40℃，测试时间从10：00～18：30，约10：31开始进入稳定工况；后测试全聚氨酯保温箱，环境温度不变，箱内控制温度设定为35℃，测试时间从9：30～18：00，约9：37开始进入稳定工况。

1.5测得数据

通过观察功率表，发现带真空绝热板的保温箱内的加热器在达到稳定工况后约每19分钟启动一次，全聚氨酯保温箱内的加热器在达到稳定工况后约每9分钟启动一次，故在达到稳定工况后分别间隔19和18分钟记录一次数据，见表1、表2。

由表1、表2可计算出，带真空绝热板的保温箱漏热率UVIP=17.83W/K，全聚氨酯保温箱漏热率UPU=20.91W/K。

箱体的整体传热系数可按下式计算：

式中 K—保温箱整体传热系数，W/（m2·K）；

表1　带真空板保温箱漏热测试数据

表2　全聚氨酯保温箱漏热测试数据

λ—箱体尾部结构的当量导热系数［6］，W（/m·K）；

δ—箱体围护结构厚度，m。

由此可得箱体的整体传热系数和围护结构的当量导热系数：kVIP=3.15W/（m2·K），kPU=3.69W/（m2·K），λVIP=0.173W（/m·K），λPU=0.203W（/m·K）。

2　数据分析

由图3、图4可以看到，进入稳定工况后，两个保温箱的箱内温度都呈周期性波动，在一个升降温周期内，温度先快速上升至设定温度以上，之后缓慢下降至设定温度以下，这主要是因为升温开始后箱内电加热器即满负荷工作，到达设定温度后电加热器虽然停止工作，但仍在散发热量，使得箱内温度继续升高，约升至设定温度以上1～2℃后才降温，待降到设定温度之下电波动，原因与之前箱内垫加热温度波动相似，这说明恒温室的温度控制能力还有待加强。

根据测得的数据，计算得出了两台蓄冷保温箱的漏热率，如图7所示。通过比较可以明显看出，保温层含真空绝热板的蓄冷保温箱具有更低的漏热率。

要进一步减小漏热可以从以下两方面着手：

（1）由于为了避免不慎破坏真空绝热板，保温箱在制作时并未开测试孔，所以在实验过程中通入箱体内部的测温探头、电加热器的线缆均直接由保温箱门接入，这会导致保温箱密封不严，造成额外的漏热。在之后的测试中，应采取措施避免因测试方法导致的漏热，若要开测试孔应注意选择箱体未覆盖真空绝热板的部位，并用密封胶妥善密封孔口，避免漏热。

（2）箱门使用的是普通的橡胶圈进行密封，效果有限，若采用冰箱用磁性门封条应可进一步减小漏热，提升保温效果。加热器重新开始工作，如此反复运行既导致了箱内温度的波动，根据测得数据，波动范围基本都保持在GB所要求的3K范围之内，但带有真空绝热板的保温箱在相对更大的温差下降温速率仍低于全聚氨酯保温箱，表明前者的保温性能要明显优于后者。

由图5、图6可以看出，本实验中恒温室的温度波动虽基本满足GB所要求的不大于3K，但仍存在较大的

图3　带真空板的保温箱到达稳定工况后箱内温度曲线

图4　全聚氨酯保温箱到达稳定工况后箱内温度曲线

图5　带真空板的保温箱到达稳定工况后箱外温度曲线

图6　全聚氨酯保温箱到达稳定工况后箱外温度曲线

图7　两个保温箱漏热率比较

3　结语

本实验在参考GB的测试要求和方法下，测得的数据基本符合GB要求，最后得出了两台采用不同保温层的蓄冷保温箱的漏热率，通过比较可知，相比于聚氨酯，真空绝热板在蓄冷保温箱上可以起到更好的保温效果，对接下来蓄冷保温箱的性能测试提供了依据。

另外，本次试验中也存在了一些问题，需要在将来的实验中注意：

（1）本次试验参照的是保温集装箱的国家规范，对于蓄冷保温箱不完全适用，实际使用效果有待接下来的实验加以验证。

（2）恒温室的温度控制不够精准，有较明显的温度波动，会对实验结果产生误差，在接下来的实验中应调整好恒温室的温控功能，减小温度波动。

［1］陈海洋，张建一.蓄冷型运输保温箱在冷链中的应用［J］.冷藏技术，2010，（03）：12～16.

［2］崔金菊.真空绝热冰箱的性能及实验研究［D］.北京工业大学.2013.

［3］阚安康，康丽云，水超，等.大温差下真空绝热板复合围护结构热工性能数值分析［J］.上海海事大学学报，2014，35（2）：68～73.

［4］GB/T7392-1998.中华人民共和国国家技术监督局标准［S］.

［5］操双五.冷藏集装箱热工性能理论与实验研究［D］.上海海事大学. 2002.

［6］孙永才.冷藏车热工性能分析及其真空隔热材料研制［D］.广州大学. 2011.

Experimental Research of Heat Loss on a Cold Storage Transportation Container

CHEN Ruo-feng， ZHANG Xue-lai
（College of Merchant Marine，Shanghai Maritime University，Shanghai 200135，China）

Heat loss experiment is performed on two cold storage transportation containers.Vacuum insulation panel （VIP）is applied in one of the container as insulation while the other use polyurethane.According to the result of the comparative test of the two container，calculation of the heat loss on these two container is performed.Foundation is built for further performance experiments of the cold storage transportation container with VIP.

cold storage container； vacuum insulation panel； heat loss

TK124

B

2095-3429（2015）02-0043-05

陈若峰（1989-），男，江西南昌人，在读研究生，主要从事制冷与空调、相变蓄冷材料方面研究；

章学来（1964-），男，上海人，教授，主要从事轮机工程、制冷与低温工程等方面研究。

2015-03-26

2015-04-27