冷藏車隔熱性能主要影響因素分析

舒雪菲 湯科

SHU Xue-fei et al

冷藏車隔熱性能主要影響因素分析

舒雪菲 湯科

SHU Xue-fei et al

漢陽(yáng)專用汽車研究所 湖北武漢 430056

從隔熱材料、廂體制作技術(shù)和密封性能三個(gè)主要方面探討了影響冷藏車隔熱性能的因素，并提出冷藏車隔熱性能提升的發(fā)展方向，以期為冷藏車產(chǎn)品隔熱保溫性能的提升提供參考。

冷藏車 隔熱性能 影響因素

1 前言

冷藏車是冷藏運(yùn)輸?shù)膶Ｓ闷?，專門用于運(yùn)輸易腐貨物和對(duì)溫度有特定要求的貨物。目前冷藏保溫汽車是公路冷藏運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)輸工具，主要由汽車底盤、隔熱車廂及制冷機(jī)組組成。

影響冷藏車隔熱性能因素比較復(fù)雜，本文主要從隔熱材料、廂體制作技術(shù)和密封性能三個(gè)主要的方面進(jìn)行探討，以期為冷藏車廂體設(shè)計(jì)和隔熱性能提升等方面的研究提供參考。

2 隔熱材料

EPS的正式學(xué)名為發(fā)泡性聚苯乙烯(Expandable Poly Styrene，簡(jiǎn)稱為 EPS)，是一種 “聚合物共混物”（Polymer blends）材料[1]。由于高分子具有多元化的配方，簡(jiǎn)易快速成型性、色澤豐富、耐酸，且機(jī)械性質(zhì)等條件皆能符合一般生活上的需求，使得高分子材料已完全地存在于人們生活中。聚苯乙烯泡沫是微孔性的蜂窩狀的泡沫材料，是可發(fā)性聚苯乙烯顆粒，經(jīng)低沸點(diǎn)液體發(fā)泡劑加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加熱成型的。ESP板特殊的物理結(jié)構(gòu)使得其能夠在板內(nèi)部?jī)?chǔ)藏大量的空氣，且密封于材料內(nèi)部，因此ESP板具有保溫、隔音等功能，被廣泛地應(yīng)用于大中型冷庫(kù)、建筑保溫、冷藏車廂等各個(gè)領(lǐng)域。

聚氨酯（PU）為主鏈中含有基甲酸特征單元的一類高分子。聚氨酯的合成反應(yīng)可分為一段式聚合及兩段式聚合。一段式聚合反應(yīng)是將反應(yīng)物異氰酸酯、聚醇類和鏈延長(zhǎng)劑同時(shí)加入反應(yīng)瓶中進(jìn)行聚合反應(yīng)，此方法優(yōu)點(diǎn)為步驟簡(jiǎn)單，適合用于工業(yè)上大量制造，以減少生產(chǎn)成本，但因聚醇類及鏈延長(zhǎng)劑對(duì)異氰酸酯的反應(yīng)用不同，使合成之聚氨酯結(jié)構(gòu)上較為不規(guī)則，從而間接影響材料的性質(zhì)。兩段式聚合反應(yīng)分為兩階段進(jìn)行反應(yīng)，第一階段先將異氰酸酯與聚醇類反應(yīng)生成分子量較小的預(yù)聚物，第二階段加入鏈延長(zhǎng)劑使預(yù)聚物聚合成高分子量的產(chǎn)物，此方法所制成之聚氨酯結(jié)構(gòu)較為均一，因此材料的性質(zhì)較一段式聚合反應(yīng)佳。聚氨酯保溫杯的隔熱保溫性能好、強(qiáng)度可靠，而且具有隔音、耐磨等性能，可以通過注入式發(fā)泡的方式制作成冷藏車廂體，被國(guó)內(nèi)外冷藏車生產(chǎn)廠家大量應(yīng)用[2]。

近些年來，擠塑聚苯乙烯這種新型隔熱材料也應(yīng)用于冷藏車廂體的制造中。擠塑聚苯乙烯不僅具有保溫隔熱性能好、自重輕、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而且壽命長(zhǎng)，抗潮能力強(qiáng)、阻燃性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，在遇水情況下還能保持較好的保溫能力。三種常用隔熱材料性能指標(biāo)如表1所示。

表1 三種常用隔熱材料性能指標(biāo)

以上三種隔熱保溫材料在冷藏車廂體制造中都有使用，其中聚氨酯的應(yīng)用最為廣泛，以聚氨酯為隔熱材料的冷藏車是目前中高端冷藏車市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。聚苯乙烯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)較高，若想達(dá)到同等的保溫效果，相比另外兩種保溫材料則需要更厚的廂體，這勢(shì)必會(huì)影響廂體容積，所以聚苯乙烯隔熱材料多用在中低端的冷藏車上。盡管生產(chǎn)工藝繁瑣，但是由于其形式簡(jiǎn)單，不需要特殊的型材，部分中小冷藏車企業(yè)仍在使用該材料。擠塑聚苯乙烯在不少國(guó)外冷藏車生產(chǎn)廠家使用，在國(guó)內(nèi)由于成本原因尚未普及。

3 廂體制作工藝

隔熱廂體是冷藏車的重要組成部分。冷藏車廂體不僅需要具備普通廂式汽車廂體應(yīng)該有機(jī)械性能，還應(yīng)具備良好的氣密性和隔熱保溫性能，才能確保所運(yùn)輸?shù)呢浳镌谝粋€(gè)溫度穩(wěn)定的環(huán)境中。隔熱廂體是冷藏汽車的專用裝置，通過螺栓將隔熱廂體緊固在汽車底盤上。部分冷藏保溫車亦有采用車廂與駕駛室為整體的旅行車形式，隔熱廂體依然是全封閉狀態(tài)。

隔熱車廂結(jié)構(gòu)形式可以分為整體結(jié)構(gòu)和拼裝結(jié)構(gòu)兩大類，而整體結(jié)構(gòu)又可以分為整體骨架式和整體隔熱層式，拼裝結(jié)構(gòu)可以分為分片注入發(fā)泡式和“三明治”板粘接式[3]，如圖1所示。

圖1 隔熱車廂結(jié)構(gòu)形式

不同結(jié)構(gòu)隔熱車廂的工藝流程如圖2所示。

圖2 不同結(jié)構(gòu)隔熱廂體工藝流程

“三明治”板粘接式的冷藏車隔熱廂體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自身質(zhì)量輕，斷熱橋設(shè)計(jì)十分合理，廂體的熱工性能和氣密性也很優(yōu)越，能夠有效減少空穴、燒心等缺陷，但是車廂強(qiáng)度有待提高[4]。

目前發(fā)達(dá)國(guó)家的冷藏車制造商幾乎全部采用“三明治”板的隔熱車廂，拼裝方式除了粘接式以外，還有型材連接或螺栓連接方式。例如英國(guó)的RVL公司和意大利的知名冷藏保溫車生產(chǎn)企業(yè)SARQUELLA均采用“三明治”板廂體，且都采用粘接式拼裝，不過兩家公司使用的隔熱材料不同，RVL公司使用擠塑聚苯乙烯作為隔熱材料，SARQUELLA公司則使用聚氨酯。

國(guó)內(nèi)的大型冷藏車生產(chǎn)企業(yè)都在使用“三明治”板粘接式的冷藏車廂體，不過也有部分生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)使用整體骨架注入發(fā)泡式的廂體制作工藝，這種工藝對(duì)生產(chǎn)條件要求不高，適合生產(chǎn)小規(guī)模、非標(biāo)廂體，但是廂體的熱工性能還有待提高。

4 廂體密封性能

冷藏車對(duì)廂體的密封性能有很高的要求，因?yàn)閹w的氣密性直接影響廂體的保溫性能。廂體裝配間隙和配件工作間隙的存在，使得車廂內(nèi)外空氣形成對(duì)流，于是廂體密封性能受到影響，同時(shí)也增加了制冷機(jī)組的負(fù)荷。有學(xué)者測(cè)算出漏氣對(duì)廂體總傳熱系數(shù)的影響為5%～30%。

漏氣倍數(shù)是指一小時(shí)內(nèi)車廂泄露的空氣量與車廂容積的比值。通常用漏氣倍數(shù)作為評(píng)價(jià)車廂氣密性的指標(biāo)[5]?，F(xiàn)行的國(guó)標(biāo)GB 29753-2013[6]也將漏氣倍數(shù)作為衡量冷藏車性能的重要指標(biāo)之一。

在研究漏氣倍數(shù)與廂體總傳熱系數(shù)的關(guān)系時(shí)，根據(jù)GB 29753-2013中氣密性能試驗(yàn)和隔熱性試驗(yàn)熱法對(duì)冷藏車進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)的處理方式，可得到所需的漏氣倍數(shù)和總傳熱系數(shù)這兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。

總傳熱系數(shù)按公式計(jì)算：

式中，K為總傳熱系數(shù)，W/(m2K)；W為測(cè)量期內(nèi)總熱功率的算術(shù)平均值， W；S為廂體的傳熱面積，m2。

車廂漏氣倍數(shù)計(jì)算公式如下:

式中，L為漏氣倍數(shù)，h-1；V為試驗(yàn)壓差100 Pa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

t的漏氣量， m3/h；V為車廂的容積，m3。

X

相關(guān)分析是研究現(xiàn)象之間是否存在某種依存關(guān)系，并對(duì)具體有依存關(guān)系的現(xiàn)象探討其相關(guān)方向以及相關(guān)程度，是研究隨機(jī)變量之間的相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)方法。本研究采集了395個(gè)冷藏車樣本，并對(duì)漏氣倍數(shù)與廂體總傳熱系數(shù)這兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，分析結(jié)果如表2所示。得出漏氣倍數(shù)與廂體總傳熱系數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.748，兩變量共變關(guān)系一致度較高，且在置信度（雙測(cè)）為0.01時(shí)，相關(guān)性是顯著的。所以筆者認(rèn)為，漏氣倍數(shù)與廂體總傳熱系數(shù)存在正相關(guān)的關(guān)系，即隨著漏氣倍數(shù)的增大，廂體的總傳熱系數(shù)也會(huì)增大，廂體隔熱性能下降。

表2 相關(guān)系數(shù)

在做冷藏車隔熱性能試驗(yàn)時(shí)，還會(huì)利用紅外熱成像儀監(jiān)控分析冷藏車漏熱的相關(guān)情況。圖3為某冷藏車型做隔熱試驗(yàn)時(shí)筆者用紅外熱成像儀拍攝到的情況，可以發(fā)現(xiàn)廂體車門密封處漏熱現(xiàn)象最為嚴(yán)重，其次是廂體連接處。由此可見，廂門的密封尤為重要。

同時(shí)，通過大量的試驗(yàn)可以了解到國(guó)內(nèi)大多數(shù)冷藏車的車門密封條存在明顯縫隙，不僅如此，密封條為單層結(jié)構(gòu)，保溫效果不好。為了達(dá)到良好的密封性能，廂門處應(yīng)該采用內(nèi)外兩組密封條，且不同門結(jié)構(gòu)應(yīng)選用合適的內(nèi)門封、外門封與后端間隙，并保證間隙均勻，一般優(yōu)先選用“O”型內(nèi)密封膠條[7,8]。

圖3 隔熱試驗(yàn)紅外熱成像儀監(jiān)控圖片

5 結(jié)語

通過分析發(fā)現(xiàn)，隔熱材料、廂體制作技術(shù)以及密封性能是影響冷藏車廂體隔熱性能的三個(gè)主要影響因素。隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度直接對(duì)冷藏車隔熱性能產(chǎn)生影響，所用隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，厚度越大，廂體的保溫性能越好；先進(jìn)的廂體制作技術(shù)，可以有效減少發(fā)泡過程中的缺陷，減少廂體內(nèi)熱橋的形成，從而提高廂體隔熱性能；廂體漏氣倍數(shù)越低，廂體的氣密性越好，廂體保溫性能就越好。

冷藏車在國(guó)民生活、生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，但我國(guó)的冷藏車技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有差距。根據(jù)分析冷藏車隔熱性能的主要影響因素，總結(jié)出冷藏車未來的發(fā)展方向。

a. 不斷開發(fā)新型隔熱材料。以往學(xué)者的研究表明，當(dāng)廂體隔熱材料的熱導(dǎo)率每增加0.001 W/(mK)時(shí)，為了達(dá)到同等的隔熱保溫效果，需要將廂體隔熱材料厚度增加5 mm[9]，而廂體厚度會(huì)直接影響冷藏車輛自重和裝載容積，所以新型高性能隔熱材料的開發(fā)與使用對(duì)冷藏車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

b. 提高廂體制作水平。冷藏車企業(yè)和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)提高技術(shù)能力，結(jié)合生產(chǎn)需求，不斷探索先進(jìn)的發(fā)泡技術(shù)，在減少缺陷、節(jié)約成本等方面取得突破。與此同時(shí)，在廂體制作過程中，廂體結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)步一改善。由隔熱車廂內(nèi)外蒙皮間低熱阻材料構(gòu)成的熱流區(qū)稱為熱橋，熱橋面積雖然僅占隔熱車廂的2～5%，但對(duì)傳熱系數(shù)的影響較大，可增大10%～25%[10]。在滿足車廂強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，盡量使用木材、玻璃鋼等非技術(shù)材料作為輔助骨架，在廂體上形成“斷熱橋”，從而提高保溫性能，減少制冷機(jī)組的能量消耗。

c. 提高廂體密封性能。廂體氣密性是評(píng)價(jià)冷藏車隔熱性能的關(guān)鍵指標(biāo)。在提高氣密性方面，應(yīng)當(dāng)選用合適的密封材料來做密封條，也可以通過改善門框和門板配合結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

d. 在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，應(yīng)加快互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冷藏車行業(yè)的應(yīng)用。對(duì)冷藏車運(yùn)輸過程進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證所運(yùn)輸?shù)氖称坊蛏镏破返仁冀K保持在最佳的溫度范圍內(nèi)[11]，一旦運(yùn)輸過程出現(xiàn)問題，也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免引發(fā)更大的危害。

[1] 劉慧娟.冷藏車保溫材料傳熱特性與想內(nèi)熱環(huán)境的研究[D].北京建筑大學(xué),2013. [2] 馮愿軍.我國(guó)冷藏汽車技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向研究[D].南京理工大學(xué),2002.

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Analysis on Main Influencing Factors of Thermal Insulation Performance of Refrigerating Vans

Refrigerating Vans are the main means of refrigerated transport on highway. This paper discussed the factors that affect the thermal insulation performance of refrigerating vans from three main aspects: thermal insulation material, the production technology and sealing performance. This study presented a prospect to refrigerating vans and it provided reference for improving the thermal insulation performance of refrigerating vans.

refrigerating van; thermal insulation performance; influence factors

舒雪菲，女，1988年生，助理工程師，主要從事專用汽車檢測(cè)工作。

U469.6+6.01

：B

1004-0226(2017)04-0090-04

2017-02-15