劉杰坤，陸華忠，李　君，呂盛坪，楊松夏，栗　棟，詹志勛

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b 工程學(xué)院，廣東 廣州 510642)

?

嵌套真空板冷藏箱體保溫性能的建模分析

劉杰坤，陸華忠，李君，呂盛坪，楊松夏，栗棟，詹志勛

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)a南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b工程學(xué)院，廣東 廣州 510642)

【目的】 研究嵌入真空隔熱板(Vacuuminsulationpanel，VIP)冷藏箱體的熱工性能?！痉椒ā?采用圓熱流法理論建立了箱體的傳熱系數(shù)計(jì)算模型，并對(duì)純聚氨酯(Polyurethane，PU)箱體和不同VIP覆蓋率箱體進(jìn)行熱箱法漏熱試驗(yàn)，測(cè)定不同箱體的總傳熱系數(shù)并分析其保溫性能的優(yōu)劣。【結(jié)果】 嵌入VIP箱體總傳熱系數(shù)的理論計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果整體趨勢(shì)基本保持一致,表明所建立的計(jì)算模型可用于分析冷藏運(yùn)輸箱體的保溫性能。當(dāng)VIP覆蓋率為87.14%時(shí)，箱體總傳熱系數(shù)是純PU箱體的68.57%，保溫性能提高33%左右。VIP覆蓋率從48.87%增加到87.14%，箱體總傳熱系數(shù)相應(yīng)從0.445W/(m2·K)降低至0.336W/(m2·K)，間隙系數(shù)從1.23增大到1.36，箱體保溫性能提高約25%。【結(jié)論】 嵌入VIP箱體的保溫性能優(yōu)于純PU箱體，箱體間隙系數(shù)、保溫性能與VIP的覆蓋率成正比。采用VIP隔熱材料能提高冷藏運(yùn)輸箱體的可利用容積率，降低運(yùn)輸能耗。

冷藏箱體；真空隔熱板(VIP)；圓熱流法；保溫性能

South China Agricultural University,Guangzhou,Guangdong 510642,China)

冷藏運(yùn)輸箱是冷鏈運(yùn)輸中的主要工具，是保證運(yùn)輸?shù)蜏丨h(huán)境的專用設(shè)備，其隔熱性能的優(yōu)劣直接影響到運(yùn)輸溫度穩(wěn)定性及能耗高低[1]。目前冷藏運(yùn)輸箱體普遍采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫(Polyurethane，PU)材料作為隔熱材料，通常需要采用100～120mm厚的聚氨酯才能使箱體達(dá)到較好的隔熱效果[2]。較厚的隔熱材料不僅降低了箱體可利用容積率，而且增加了運(yùn)輸能耗。真空隔熱板(Vacuuminsulationpanel，VIP)是一種新型綠色環(huán)保隔熱材料，絕熱保溫性能優(yōu)越[3]，歐美、日本、加拿大等國(guó)家已經(jīng)將VIP材料應(yīng)用于建筑、冰箱等領(lǐng)域中，表現(xiàn)出明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，具有較好的潛在應(yīng)用前景[4-5]。

開展真空隔熱板在冷藏箱體上的應(yīng)用探索研究，對(duì)提高冷藏運(yùn)輸箱體保溫性能、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要的工程和科學(xué)意義[6]。闞安康[7]、劉喜城[8]提出在冷藏集裝箱嵌入真空隔熱板的2種方式以及在高端冷藏運(yùn)輸車嵌入真空隔熱板的結(jié)構(gòu)，這3種結(jié)構(gòu)都是將真空隔熱板一側(cè)直接與內(nèi)板接觸，另一側(cè)與聚氨酯接觸。紀(jì)晴[9]指出真空隔熱板應(yīng)放在保溫板中間，減輕外力沖擊對(duì)真空隔熱板造成損傷，并防止真空隔熱板從內(nèi)外壁板脫落，同時(shí)聚氨酯對(duì)真空隔熱板形成良性包圍，能充分發(fā)揮其隔熱性能。文獻(xiàn)[10-11]研究了真空板嵌入在冷藏車保溫板中間的相關(guān)方法和集裝箱復(fù)合保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然而，目前有關(guān)真空隔熱板在冷藏運(yùn)輸箱體中的研究主要偏向于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)真空隔熱板嵌入在箱體內(nèi)的熱工性能研究較少。為此，本研究采用圓熱流法理論分析真空隔熱板在隔熱壁結(jié)構(gòu)中的傳熱過程，并對(duì)純PU箱體和不同VIP覆蓋率箱體進(jìn)行熱箱法漏熱試驗(yàn)，旨在為真空隔熱板在冷藏運(yùn)輸箱體上的應(yīng)用研究提供相關(guān)技術(shù)參考。

1　材料與方法

1.1原料

試驗(yàn)箱體的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)采用“上出下進(jìn)”方式，總尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為2.38m×1.28m×1.30m，箱體內(nèi)部圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料為12mm有機(jī)玻璃，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.213W/(m·K)。試驗(yàn)箱體所選風(fēng)機(jī)型號(hào)為HYA250，額定功率0.25kW，最大靜壓860Pa，最大風(fēng)量500m3/h，最大轉(zhuǎn)速為2 800r/min，輸入電壓為380V(50Hz)。

試驗(yàn)過程中采用廣州暉能環(huán)保材料有限公司生產(chǎn)的真空隔熱板，芯材為二氧化硅，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.005W/(m·K)，厚度為25mm。硬質(zhì)聚氨酯板采用廣州耀光制冷設(shè)備公司生產(chǎn)的PU板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.04W/(m·K)，并利用硅膠將真空隔熱板緊貼在硬質(zhì)聚氨酯板上，嵌入到箱體隔熱壁中間。整個(gè)試驗(yàn)箱體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖 1　試驗(yàn)冷藏運(yùn)輸箱體結(jié)構(gòu)示意圖 1.回風(fēng)口；2.風(fēng)機(jī)；3.蒸發(fā)器室；4.進(jìn)風(fēng)口；5.T型槽；6.PU保溫板；7.VIPFig.1　Schematic diagram of test refrigerated transport box1.Return air inlet;2.Fan;3.Evaporator chamber;4.Air intake;5.T-slot;6.Polyurethane;7.Vacuum insulation panel

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料為純硬質(zhì)聚氨酯板和不同覆蓋率(覆蓋率為48.87%，56.94%，66.23%，74.30%和 87.14%)真空板嵌套的保溫材料冷藏箱體，比較這6種不同箱體的隔熱保溫性能。

漏熱率采用熱箱試驗(yàn)法[12]檢測(cè)，將冷藏箱體置于無其他熱源影響的室內(nèi)，監(jiān)控用的溫度傳感器(型號(hào)AQ3020，量程-20～80 ℃，精度±0.3 ℃)具有防熱輻射保護(hù)，布置在距箱體內(nèi)外表面0.1m處，箱體6個(gè)面的中心內(nèi)、外各設(shè)1個(gè)，共12個(gè)。箱體內(nèi)部采用電加熱器為加熱裝置，避免加熱元件直接輻射箱體內(nèi)壁。為確保箱體內(nèi)溫度分布符合規(guī)定，通過1臺(tái)電風(fēng)扇使加熱元件釋放的熱量可以在箱體內(nèi)循環(huán)，并采用電功率表測(cè)試電加熱器和風(fēng)扇所消耗功率。箱體內(nèi)的環(huán)境參數(shù)通過無紙記錄儀(型號(hào)KH316G-NS2V3N)記錄數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)過程中箱體內(nèi)空載，內(nèi)部清潔、干燥，地板排水孔和蒸發(fā)器排水孔處于正常使用狀態(tài)，門和通風(fēng)裝置按正常方式關(guān)閉。箱外空氣保持流動(dòng)，在箱體中部前方和后方距側(cè)壁和箱頂100mm處所測(cè)風(fēng)速不得超過2m/s，達(dá)到試驗(yàn)條件后穩(wěn)定1h正式開始測(cè)量，每隔15min測(cè)量1次，連續(xù)測(cè)試時(shí)間不少于4h。

1.3漏熱率計(jì)算

1.3.1理論計(jì)算對(duì)單純隔熱材料的箱體可采用多層均勻平壁導(dǎo)熱穩(wěn)定法計(jì)算箱體總傳熱系數(shù)。假設(shè)壁面很大，且溫度只沿壁厚方向有變化，各層材質(zhì)均勻，層間相互密接，則隔熱壁的傳熱系數(shù)K[13-14]為：

(1)

式中：α1為隔熱壁外側(cè)面板的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K) ，計(jì)算時(shí)取α1=23.26W/(m2·K)；α2為隔熱壁內(nèi)側(cè)面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，計(jì)算時(shí)取α2=17.45W/(m2·K)；δi為各層隔熱材料的厚度，m；λi為各層隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

對(duì)于復(fù)合隔熱材料保溫板的箱體，由于嵌入的真空板之間的接處存在一定的間隙，雖然該間隙有聚氨酯填充，但相對(duì)于左右兩邊的真空板其導(dǎo)熱系數(shù)較大，在該間隙中易形成熱橋，因此可采用圓熱流法[15-16]進(jìn)行計(jì)算，如圖2所示，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分別為復(fù)合隔熱材料保溫板內(nèi)部不同熱流傳遞情況的區(qū)域。

圖 2　復(fù)合隔熱材料保溫板傳熱示意圖Fig.2　Diagram of heat transfer of insulating multilayer insulation panel

(2)

式中：Q1為溫差1K時(shí)通過Ⅰ區(qū)的平均熱流量，W/(m·K)；λ1為真空隔熱板的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；λ2為硬質(zhì)聚氨酯板的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；λ3為內(nèi)壁板的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；d為內(nèi)壁板的厚度，m。

由于Ⅱ區(qū)和Ⅰ區(qū)是左右對(duì)稱的，所以通過Ⅱ區(qū)的平均熱流量Q2=Q1。

在Ⅲ區(qū)熱流垂直于壁面呈直線流動(dòng)，通過該區(qū)的平均熱流量Q3為：

(3)

式中：l為真空隔熱板的長(zhǎng)度，m。

在Ⅳ區(qū)，即真空隔熱板與真空隔熱板形成的縫隙區(qū)間，通過該區(qū)的平均熱流量Q4為：

(4)

一般真空隔熱板的尺寸相對(duì)冷藏箱體隔熱壁較小，其四周都被相鄰的真空隔熱板包圍，即某一真空隔熱板四周都存在間隙。因此，本研究引入間隙系數(shù)μ來反映真空隔熱板四周存在縫隙的傳熱過程。整個(gè)隔熱壁區(qū)間的傳熱系數(shù)K1可表示為：

(5)

式(5)為真空隔熱板覆蓋率達(dá)到100%時(shí)隔熱壁的傳熱系數(shù)計(jì)算式。實(shí)際嵌套應(yīng)用中，真空隔熱板普遍非全覆蓋銜接，此時(shí)可結(jié)合下式求解復(fù)合保溫板隔熱壁的傳熱系數(shù)，有：

(6)

式中：k1為復(fù)合保溫板的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；k2為純硬質(zhì)聚氨酯板的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；s1為復(fù)合保溫板的傳熱面積，m2；s2為硬質(zhì)聚氨酯板的傳熱面積，m2。

根據(jù)計(jì)算所得各個(gè)隔熱壁的傳熱系數(shù)，由式(6)可求出整個(gè)箱體的總平均傳熱系數(shù)。

1.3.2實(shí)際計(jì)算冷藏箱體的總漏熱率U從箱體內(nèi)外溫度進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后開始測(cè)試計(jì)算，并將持續(xù)時(shí)間不少于4h所測(cè)得的n次測(cè)量值代入下式計(jì)算：

(7)

式中：U為總漏熱率，W/K；Ui為逐時(shí)漏熱率，W/K；Qi為箱內(nèi)電加熱器逐時(shí)耗功，W；t1i為箱外空氣逐時(shí)平均溫度，℃；t2i為箱內(nèi)空氣逐時(shí)平均溫度，℃。

箱體平均總傳熱系數(shù)的計(jì)算K2公式為：

(8)

2　結(jié)果與分析

2.1純硬質(zhì)聚氨酯箱體的傳熱系數(shù)與漏熱率

試驗(yàn)箱體的隔熱壁PU板是整體嵌入，塊與塊之間沒有銜接縫隙。將各隔熱壁的硬質(zhì)聚氨酯厚度和傳熱面積按式(1)計(jì)算，可得各隔熱壁理論傳熱系數(shù)如表1所示。

表 1　純硬質(zhì)聚氨酯箱體傳熱系數(shù)的計(jì)算值Table 1　Calculated heat transfer coefficients of pure PU box

如圖3所示，試驗(yàn)每隔15min記錄1次數(shù)據(jù)，箱體內(nèi)加熱功率為(329.19±4.39)W，箱體內(nèi)外溫度差為(38.94±1.99) ℃。結(jié)合式(7)和式(8)計(jì)算箱體總傳熱系數(shù)，可得該冷藏箱體實(shí)際平均總傳熱系數(shù)為(0.490±0.020)W/(m2·K)。

圖 3　純PU冷藏箱體漏熱試驗(yàn)結(jié)果Fig.3　Heat leakage test for pure refrigerated box with PU

2.2不同覆蓋率真空隔熱板箱體的傳熱系數(shù)與漏熱率

2.2.1覆蓋率87.14%受試驗(yàn)箱體排氣孔、接線等因素的限制，實(shí)際箱體VIP的最大平均覆蓋率為87.14%。結(jié)合各隔熱壁真空板覆蓋分布，采用圓熱流法計(jì)算得到各隔熱壁理論傳熱系數(shù)如表2所示。相關(guān)參數(shù)取值為：真空板與真空板的縫隙c=5mm，真空隔熱板長(zhǎng)度l=800mm，真空隔熱板厚度h=25mm，內(nèi)壁板的厚度(有機(jī)玻璃厚度)d=12mm，間隙系數(shù)μ=1。

表 2　真空板覆蓋率為87.14%時(shí)各隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算Table 2　Calculated heat transfer coefficients of refrigerated box with VIPs coverage of 87.14%

漏熱率穩(wěn)態(tài)時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，與純硬質(zhì)聚氨酯箱體相比，采用真空隔熱板嵌套箱體內(nèi)部的加熱功率曲線變化平緩，可知其絕熱性能有明顯改善。箱體內(nèi)總加熱功率為(209.91±1.34)W，箱體內(nèi)外溫度差為(36.16±2.10) ℃。計(jì)算可知，該冷藏箱體實(shí)際平均總傳熱系數(shù)為(0.336 ±0.019)W/(m2·K)。

圖 4　真空板覆蓋率為87.14%時(shí)冷藏箱體的漏熱試驗(yàn)結(jié)果Fig.4　Heat leakage test for refrigerated box with VIPs coverage of 87.14%

2.2.2覆蓋率74.30%為避免破壞VIP且按VIP覆蓋率最接近10%的遞減規(guī)律，將前板的VIP換成PU板，使箱體VIP覆蓋率由87.14%下降為74.30%。表3為真空板覆蓋率為74.30%時(shí)箱體各隔熱壁真空板的覆蓋情況及根據(jù)圓熱流法計(jì)算的理論傳熱系數(shù)。

表 3　真空板覆蓋率為74.30%時(shí)各隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算Table 3　Calculated heat transfer coefficients of refrigerated box with VIPs coverage of 74.3%

如圖5所示，試驗(yàn)記錄的箱體內(nèi)總加熱功率為(225.99±2.81)W，箱體內(nèi)外溫度差為(34.06±1.63) ℃。經(jīng)過冷藏箱體整體總傳熱系數(shù)計(jì)算，可得箱體平均總傳熱系數(shù)為(0.383±0.018)W/(m2·K)。

圖 5　真空板覆蓋率為74.30%時(shí)冷藏箱體的漏熱試驗(yàn)結(jié)果Fig.5　Heat leakage test of VIPs box with coverage of 74.30%

2.2.3覆蓋率66.23%將門處的VIP換成PU板，使箱體VIP覆蓋率由74.30%下降為66.23%。表4為真空板覆蓋率為66.23%時(shí)各隔熱壁中真空板的覆蓋情況及理論傳熱系數(shù)的計(jì)算值。

表 4　真空板覆蓋率為66.23%時(shí)各隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算Table 4　Calculated heat transfer coefficients of refrigerated box with VIPs coverage of 66.23%

如圖6所示，箱體內(nèi)總加熱功率為(256.06±1.71)W，箱體內(nèi)外溫度差為(36.32±1.96) ℃。計(jì)算可知該冷藏箱體平均總傳熱系數(shù)為(0.408±0.021)W/(m2·K)。

圖 6　真空板覆蓋率為66.23%時(shí)冷藏箱體的漏熱試驗(yàn)結(jié)果Fig.6　Heat leakage test for refrigerated box with VIPs coverage of 66.23%

2.2.4覆蓋率56.94%將VIP覆蓋率為 87.14%箱體的右側(cè)板和前板的VIP換成PU板，使冷藏箱體的VIP覆蓋率為56.94%。各隔熱壁真空板的覆蓋情況及理論傳熱系數(shù)的計(jì)算值如表5所示。冷藏箱體的漏熱試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

表 5　真空板覆蓋率為56.94%時(shí)各隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算Table 5　Calculated heat transfer coefficients of refrigerated box with VIPs coverage of 56.94%

由圖7可知，試驗(yàn)測(cè)得箱體內(nèi)總加熱功率為(243.36±2.90)W，箱體內(nèi)外溫度差為(33.05±1.92) ℃，經(jīng)過冷藏箱體整體總傳熱系數(shù)計(jì)算可知，該冷藏箱體平均總傳熱系數(shù)為(0.426±0.024)W/(m2·K)。

圖 7　真空板覆蓋率為56.94%時(shí)冷藏箱體的漏熱試驗(yàn)結(jié)果Fig.7　Heat leakage test for refrigerated box with VIPs coverage of 56.94%

2.2.5覆蓋率48.87%將VIP覆蓋率為 87.14% 箱體的右側(cè)板、門和前板的VIP換成PU板，此時(shí)箱體VIP覆蓋率為48.87%。各隔熱壁真空板的覆蓋情況及根據(jù)圓熱流法計(jì)算的理論傳熱系數(shù)如表6所示。冷藏箱體的漏熱試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，箱體內(nèi)總加熱功率為(252.59±6.97)W，箱體內(nèi)外溫度差為(32.81±1.83) ℃。計(jì)算可知該冷藏箱體平均總傳熱系數(shù)為(0.445±0.017)W/(m2·K) 。與VIP覆蓋率87.14%，74.30%，66.23%，56.94%的箱體相比，覆蓋率為48.87%時(shí)總加熱功率的變異系數(shù)最大，為2.76%。

表 6　真空板覆蓋率為48.87%時(shí)各隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算Table 6　Calculated heat transfer coefficients of refrigerated box with VIPs coverage of 48.87%

2.3不同VIP覆蓋率箱體總傳熱系數(shù)的比較

各種箱體總傳熱系數(shù)的理論值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比曲線如圖9所示。由圖9可知，由于試驗(yàn)誤差的影響，各種箱體的總傳熱系數(shù)的實(shí)測(cè)值均大于理論值，且整體趨勢(shì)保持一致。由于VIP的傳熱系數(shù)小于硬質(zhì)PU板的傳熱系數(shù)，因此純PU箱體的總傳熱系數(shù)最大，保溫性能最差，實(shí)測(cè)值是理論計(jì)算值的1.14倍。按實(shí)測(cè)值是理論值1.14倍的誤差率計(jì)算不同VIP覆蓋率箱體的總傳熱系數(shù)與間隙系數(shù)，得到不同箱體的間隙系數(shù)如表7所示。

圖 8　真空板覆蓋率為48.87%的漏熱試驗(yàn)結(jié)果Fig.8　Heat leakage test for refrigerated box with VIPs coverage of 48.87%

圖 9不同VIP覆蓋率箱體總傳熱系數(shù)的

理論值與實(shí)測(cè)值比較

Fig.9Theoreticalandmeasuredvaluesof

transfercoefficients

由表7可知，不同箱體間隙系數(shù)與箱體的VIP覆蓋率有關(guān)，箱體的VIP覆蓋率越高，其間隙系數(shù)就越大。對(duì)同等規(guī)格VIP板材，箱體VIP的覆蓋率越高，所需嵌入VIP板材的數(shù)目就越多，VIP與VIP之間的縫隙也越大，隔熱壁中的熱橋效應(yīng)增加。箱體VIP覆蓋率從48.87%增加到87.14%，其間隙系數(shù)相應(yīng)從1.23增大到1.36。雖然間隙系數(shù)變大會(huì)導(dǎo)致熱橋效應(yīng)增加，但并未帶來傳熱系數(shù)的增大，說明覆蓋率是影響嵌套VIP箱體保溫性能的決定性因素。

嵌有VIP箱體的保溫性能與VIP的覆蓋率成正比。VIP的覆蓋率越高，箱體總傳熱系數(shù)越小，箱體保溫性能越好。當(dāng)箱體VIP覆蓋率為87.14%時(shí)，箱體的總傳熱系數(shù)最小，為純PU箱體實(shí)測(cè)值的68.57%，箱體保溫性能提高33%左右；箱體VIP覆蓋率為48.87%時(shí)，總傳熱系數(shù)為純PU箱體實(shí)測(cè)值的90.8%，箱體保溫性能提高約9%。不同真空板覆蓋率箱體的總傳熱系數(shù)相比較，VIP覆蓋率從48.87%提高到87.14%時(shí)，箱體保溫性能提高了25%左右。

表 7　不同覆蓋率箱體總傳熱系數(shù)與間隙系數(shù)Table 7　Transfer coefficients and gap coefficients of boxes with different coverages

3　結(jié)　論

1) 采用圓熱流法理論進(jìn)行嵌入真空隔熱板隔熱壁的傳熱系數(shù)建模，分析內(nèi)部傳熱過程，并對(duì)純PU箱體以及不同VIP覆蓋率箱體進(jìn)行漏熱試驗(yàn)。結(jié)果表明，不同箱體總傳熱系數(shù)的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值整體變化趨勢(shì)保持一致。

2)VIP箱體的間隙系數(shù)與VIP的覆蓋率有關(guān)。VIP箱體的覆蓋率越高，所需VIP板材數(shù)目越多，隔熱壁中的熱橋效應(yīng)增加，導(dǎo)致間隙系數(shù)變大。試驗(yàn)箱體的VIP覆蓋率從48.87%增加到 87.14%，其間隙系數(shù)相應(yīng)從1.23增大到1.36。

3) 嵌入VIP箱體的保溫性能優(yōu)于純PU箱體的保溫性能。在箱體底板和頂板厚度為100mm，其他隔熱壁厚度為80mm、嵌入VIP板厚度為25mm的試驗(yàn)條件下，VIP覆蓋率為87.14%時(shí)箱體的總傳熱系數(shù)是純PU箱體的68.57%，保溫性能可提高33%左右。箱體保溫性能與VIP覆蓋率成正比，即VIP覆蓋率越大箱體保溫性能越好，隨著VIP的覆蓋率從48.87%增加到87.14%，箱體的總傳熱系數(shù)從0.445W/(m2·K)降低到0.336W/(m2·K)，箱體保溫性能提高約25%。

[1]張哲，田津津，毛力，等.冷藏汽車制冷方式及其特點(diǎn) [J].低溫與超導(dǎo)，2010，38(3)：69-71，80.

ZhangZ,TianJJ,MaoL，etal.Therefrigerationmethodanditscharacteristicoftherefrigerationtruck[J].CryogenicsandSuperconductivity,2010,38(3):69-71,80.

[2]李錦，謝如鶴，劉廣海.易腐食品冷藏運(yùn)輸車內(nèi)溫度場(chǎng)影響因素仿真研究 [J].食品與機(jī)械，2012，28(3)：190-194.

LiJ,XieRH,LiuGH.Simulationstudyoncompartmenttemperaturefieldinfluencefactorsofperishablefoodrefrigeratedtrucks[J].FoodandMachinery,2012,28(3):190-194.

[3]SoodV，F(xiàn)einermanA.Designanddevelopmentofhighperformancevacuuminsulationpanels(VIP)withkevlarthreadsupport[J].JournalofUndergraduateResearchattheUniversityofIllinoisatChicago,2007,1(1):41-46.

[4]BaetensR，JelleBP，ThueJV，etal.Vacuuminsulationpanelsforbuildingapplications：areviewandbeyond[J].EnergyandBuildings,2010,42(2):147-172.

[5]FrickeJ，HeinemannU，EbertHP.Vacuuminsulationpanels-fromresearchtomarket[J].Vacuum，2008，82(7)：680-690.

[6]JelleBP,GustavsenA,BaetensR.Thepathtothehighperformancethermalbuildinginsulationmaterialsandsolutionsoftomorrow[J].BuildPhys,2010,34:99-123.

[7]闞安康.冷藏集裝箱真空絕熱板的設(shè)計(jì)制作及應(yīng)用研究 [D].上海：上海海事大學(xué)，2006.

KanAK.Designandapplicationofvacuuminsulationpanelinrefrigeratedcontainer[D].Shanghai:ShanghaiMaritimeUniversity,2006.

[8]劉喜城.真空絕熱板在高端冷藏車上的應(yīng)用 [J].專用汽車，2008(7)：55-57.

LiuXC.Applicationofvacuuminsulationpanelsinthehigh-endrefrigeratorcar[J].SpecialPurposeVehicle,2008(7):55-57.

[9]紀(jì)晴.VIP板在保溫集裝箱中的應(yīng)用 [J].集裝箱化，2009(11)：31-32.

JiQ.ApplicationofVIPinthethermalinsulationcontainer[J].Containerization,2009(11):31-32.

[10]陸華忠，李君，劉杰坤，等.冷藏運(yùn)輸車廂、復(fù)合保溫板及其制造方法：中國(guó)，CN201310676162.2 [P].2014-03-26.

LuHZ,LiJ,LiuJK,etal.Refrigeratedtransportcars,compositeinsulationboardanditsmakingmethod:China,CN201310676162.2 [P].2014-03-26.

[11]李君，劉杰坤，陸華忠，等. 冷藏集裝箱體、復(fù)合保溫板及其制造方法：CN201310674566.8 [P].2014-04-02.

LiJ,LiuJK,LuHZ,etal.Refrigeratedcontainerbody,compositeinsulationboardanditsmakingmethod:CN201310674566.8 [P].2014-04-02.

[12]孫永才.冷藏車熱工性能分析及其真空隔熱材料研制 [D].廣州：廣州大學(xué)，2011.

SunYC.Thermalperformanceanalysisofrefrigeratedtrucksandresearchofvacuuminsulationmaterials[D].Guangzhou:GuangzhouUniversity,2011.

[13]翁衛(wèi)兵,房殿軍,李強(qiáng)，等.冷藏運(yùn)輸車廂溫度場(chǎng)均勻控制研究 [J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(1)：228-235.

WengWB,FangDJ,LiQ,etal.Temperaturefieldhomogeneitycontrolofrefrigeratedtransportcarriage[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2014,45(1):228-235.

[14]郭嘉明,呂恩利,陸華忠，等.保鮮運(yùn)輸車廂用超聲波加濕裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41(6)：181-187.

GuoJM,LüEL,LuHZ,etal.Designandtestofultrasonichumidifyingsystemforfresh-keepingtransportation[J].JournalofNorthwestA&FUniversity(NaturalScienceEdition),2013,41(6):181-187.

[15]操雙五.冷藏集裝箱熱工性能理論與實(shí)驗(yàn)研究 [D].上海：上海海事大學(xué)，2002.

CaoSW.Theoryandexperimentalresearchofthermalperformanceinrefrigeratedcontainer[D].Shanghai:ShanghaiMaritimeUniversity,2002.

[16]楊磊,汪小旵.冷藏庫(kù)預(yù)冷降溫過程中溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究 [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，36(9)：219-223.

YangL,WangXC.Numericalsimulationontemperaturefiledofaminitypecoldstore[J].JournalofNorthwestA&FUniversity(NaturalScienceEdition),2008,36(9):219-223.

Thermalinsulationmodelforrefrigeratedboxwithembeddedvacuuminsulationpanels

LIUJiekun,LUHuazhong,LIJun,LüShengping,YANGSongxia,LIDong,ZHANZhixun

(aKey Laboratory of Key Technology on Agricultural Machine and Equipment,Ministry of Education;b College of Engineering,

【Objective】Thispaperstudiedthethermodynamicpropertyofarefrigeratedboxusingvacuuminsulationpanels(VIPs)asinsulatedsandwichelements. 【Method】Theheattransferprocessofinsulatingmultilayerpanelwasmodeledusingthecircularfluxmethod.Thenheatleakageexperimentwasconductedtoobtaintheglobalheattransfercoefficientsofthepanelwithpurepolyurethane(PU)orVIPscoveragetoanalyzethermalperformanceofdifferentboxes.【Result】Thecalculatedheattransfercoefficientsusingtheproposedmodelagreedwellwiththeexperimentaldata.Theproposedmodelingapproachcanbeappliedinthestudyofthermalconductivityandinsulationperformanceofanyrefrigeratedbox.Thetotalheattransfercoefficientoftherefrigeratedboxwith87.14%VIPscoveragewasreducedto68.57%comparedtothepurePUbox,a33%improvementwasobtained.Thetotalheattransfercoefficientwascorrespondinglyreducedfrom0.445W/(m2·K)to0.336W/(m2·K),thegapcoefficientwasincreasedfrom1.23to1.36,andtheinsulationefficiencywasincreasedby25%,asthecoverageofVIPsincreasedfrom48.87%to87.14%.【Conclusion】TheinsulationperformanceoftherefrigeratedboxwithVIPswasbetterthanthatwithpurePU.ThegapcoefficientandtheinsulationperformancewereproportionaltotheVIPscoveragerate.TherefrigeratedboxwithVIPsobtainedoptimalperformanceforspacesavingandenergyefficiency.

refrigeratedbox;vacuuminsulationpanel(VIP);circularfluxmethod;insulationperformance

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2016-07-1208:4510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.08.033

2014-12-25

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD19B01)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-33-13)

劉杰坤(1990-)，男，廣東饒平人，在讀碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)與保鮮研究。E-mail：j2013307903@163.com

李君(1978-)，男，湖南祁陽人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)工程研究。E-mail：autojunli@scau.edu.cn

S229+.3

A

1671-9387(2016)08-0226-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160712.0845.066.html