基于車廂表面積的冷藏車隔熱性能要素研究

王軍 李睿申

（中汽研汽車檢測中心（天津）有限公司）

冷鏈物流是一種保持在低溫環(huán)境下可以將易腐食品運(yùn)往任何地方的運(yùn)輸媒介，其可以有效延長易腐食品的保質(zhì)期[1-2]。為了推動冷鏈行業(yè)的發(fā)展，完善產(chǎn)業(yè)布局，國家推出了冷藏車最新國家標(biāo)準(zhǔn)《道路運(yùn)輸食品與生物制品冷藏車安全要求及試驗(yàn)方法》，即GB 29753—2013，最新標(biāo)準(zhǔn)于2014 年7 月開始正式實(shí)施。新國標(biāo)規(guī)定了冷藏車的技術(shù)要求、隔熱性能和保溫性能及相關(guān)的試驗(yàn)方法。冷藏車的隔熱性能和保溫性能作為運(yùn)輸?shù)闹匾獥l件，可以使對溫度有特定要求的貨物始終處于適合于運(yùn)輸?shù)臏囟拳h(huán)境下[3-4]。然而按照GB 29753—2013 給出的總傳熱系數(shù)公式計算車廂內(nèi)、外表面面積時，并沒有考慮車廂自身帶有的輪拱、倒角等特殊結(jié)構(gòu)和車廂表面的不規(guī)則性。文章在此基礎(chǔ)上，提出了通過另一種廂體傳熱面積的計算來計算總傳熱系數(shù)的方法。該方法從實(shí)際情況出發(fā)，考慮了車廂自身的特殊結(jié)構(gòu)和車廂表面的不規(guī)則性，使計算得到的總傳熱系數(shù)更加準(zhǔn)確，對冷藏車隔熱性能試驗(yàn)的研究有重要意義。

1 冷藏車的分類

1.1 冷藏車分類

在國標(biāo)GB 29753—2013 中，根據(jù)運(yùn)輸貨物的種類將冷藏車分為運(yùn)輸易腐食品的冷藏車和運(yùn)送生物制品的冷藏車。當(dāng)環(huán)境溫度為303 K 時，按冷藏車車廂內(nèi)平均溫度保持的范圍，進(jìn)一步地根據(jù)物品溫度要求的不同進(jìn)行細(xì)分。

1.2 車廂隔熱性能限值要求

根據(jù)冷藏車種類的不同，又將冷藏車車廂隔熱性能的限值要求分為2 種類別，如表1 所示。

表1 車廂隔熱性能限值要求W/（m2·K）

2 冷藏車車廂表面積的計算

根據(jù)GB 29753—2013 的要求，總傳熱系數(shù)的計算，如式（1）所示。

式中：K—總傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；

W——測量期內(nèi)總熱功率的算術(shù)平均值，W；

S——廂體傳熱面積，m2；

ΔT——測量期內(nèi)車廂內(nèi)外溫差的算術(shù)平均值，K；

Si——車廂內(nèi)表面面積，m2；

Se——車廂外表面面積，m2。

車廂內(nèi)表面面積Si和車廂外表面面積Se的計算公式，如式（3）和式（4）所示。

式中：WI——X軸方向的內(nèi)部表面積區(qū)域的寬度，m；

LI——Y軸方向的內(nèi)部表面積區(qū)域的長度，m；

Wi——Z軸方向的內(nèi)部表面積區(qū)域的高度，m；

WE——X軸方向的外部表面積區(qū)域的寬度，m；

LE——Y軸方向的外部表面積區(qū)域的長度，m；

We——Z軸方向的外部表面積區(qū)域的高度，m。

由式（1）～ 式（4）可知，總傳熱系數(shù)K與箱體傳熱面積S相關(guān)，然而在計算S時，一般是將冷藏車廂按照規(guī)則的長方體進(jìn)行計算，并未考慮車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表面不規(guī)則性（如輪拱、倒角等特征）[5]。

為了使總傳熱系數(shù)K的計算更加準(zhǔn)確，在計算箱體傳熱面積S時，將車身自有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表面不規(guī)則性考慮進(jìn)去。常見的車廂類型有A、B 和C 3 種[6]，分別對這3 種車廂進(jìn)行討論和試驗(yàn)。

2.1 車廂寬度的計算

1）車廂樣式A。其橫截面，如圖1 所示。

圖1 式樣A 車廂橫截面

在計算此車廂內(nèi)部表面積時，不考慮內(nèi)部某些不易測量和計算的形狀。根據(jù)圖1 中各個區(qū)域的寬度，計算WI和WE的算術(shù)平均值：

2）車廂樣式B。其橫截面，如圖2 所示。

圖2 式樣B 車廂橫截面

計算WI和WE的算術(shù)平均值：

3）車廂樣式C。其橫截面，如圖3 所示。

圖3 式樣C 車廂橫截面

車廂底部帶有輪拱。根據(jù)車廂C 的特點(diǎn)，計算WI和WE的算術(shù)平均值：

2.2 車廂長度的計算

根據(jù)車廂A、B 和C 的橫截面可以計算出WI的寬度，而根據(jù)車廂縱截面圖則可以計算出Y軸方向的內(nèi)部和外部表面積區(qū)域的長度LI的算術(shù)平均值，如圖4 所示。

圖4 車廂縱截面圖

根據(jù)圖4，計算LI和LE的算術(shù)平均長度：

2.3 車廂高度的計算

根據(jù)車廂的Z軸截面圖，可以計算出車廂高度的算術(shù)平均值，如圖5 所示。

圖5 車廂Z 軸截面圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

選取A、B 和C 3 種車廂進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)上節(jié)計算車廂長度、寬度和高度的公式得到車廂內(nèi)外部長度、寬度和高度信息，如表2 所示。

表2 車廂基本信息 m

當(dāng)車廂內(nèi)外溫差ΔT為25 K，總熱功率為300 W時，根據(jù)計算內(nèi)外表面積的公式和計算總傳熱系數(shù)的公式，得到的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，如表3 所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，文章提出的計算內(nèi)外表面面積的方法符合車廂隔熱性能的限值要求，而且該方法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)方法得到的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更符合實(shí)際情況。

4 結(jié)論

文章提出了一種比傳統(tǒng)方法更能準(zhǔn)確計算車廂隔熱性能指標(biāo)的方法。該方法在計算冷藏車車廂內(nèi)外表面面積時，考慮了車廂帶有輪拱、倒角和不規(guī)則表面等特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計的試驗(yàn)方法也更加符合目前對計算冷藏車車廂隔熱性能指標(biāo)的實(shí)際情況，而且得到的總傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)比GB 29753—2013 的更加準(zhǔn)確，也更加符合實(shí)際需求。該方法為冷藏車廂體隔熱性能研究提供了一個基礎(chǔ)，有助于企業(yè)加強(qiáng)對冷藏車隔熱性能的研究，提升冷藏車產(chǎn)品品質(zhì)。但是，隨著隔熱材料的升級，如何設(shè)計更優(yōu)的隔熱性能試驗(yàn)方法也是下一階段將要考慮的問題。