新能源冷藏車節(jié)能降耗方法探究

田春梅 姚文良

摘要：針對(duì)新能源冷藏車普遍存在的能耗大影響續(xù)航的問題，從新能源冷藏車上裝部分的結(jié)構(gòu)、性能、制冷系統(tǒng)等多方面進(jìn)行研究和分析，提出有效節(jié)能降耗的方法，為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：新能源冷藏車；冷藏廂體；輕量化；隔熱性能；制冷系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U469 ?收稿日期：2023-04-18

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.013

1 前言

隨著國家對(duì)新能源冷藏車的政策引導(dǎo)和支持，新能源冷藏車在冷藏車中的占比將會(huì)迅速提高。然而現(xiàn)階段新能源冷藏車的熱管理缺乏理論體系和標(biāo)準(zhǔn)，從能耗來看，由于技術(shù)發(fā)展不成熟、電池技術(shù)相對(duì)落后等相關(guān)因素，整體能耗水平偏高，大大影響了新能源冷藏車的續(xù)航里程，導(dǎo)致新能源冷藏車的續(xù)航能力不能很好地滿足市場(chǎng)的需求，從而制約了新能源冷藏車的快速發(fā)展。本文從設(shè)計(jì)角度分析新能源冷藏車上裝部分節(jié)能降耗的方法［1］。

2 冷藏車上裝輕量化設(shè)計(jì)

2.1 采取輕量化的保溫廂板制作工藝

新能源冷藏車主要以市內(nèi)或短途配送為主，因此在保障基本的冷藏保溫性能的條件下，可以選擇合適的廂板制作工藝來實(shí)現(xiàn)冷藏廂體的輕量化，輕量化的廂板制作工藝有以下三種。

2.1.1 XPS保溫廂板

XPS保溫廂板的內(nèi)外蒙皮一般為玻璃鋼板或PP熱塑板，內(nèi)部保溫材料為XPS擠塑板?？紤]到保溫性能，一般XPS擠塑板選擇30～35 kg/m3的密度，相對(duì)于冷藏車普遍所用的40 kg/m3左右密度的聚氨酯泡沫材料，擠塑板重量較輕。并且，此種擠塑板的抗壓強(qiáng)度一般為400～600 kPa，而所用聚氨酯泡沫板的抗壓強(qiáng)度一般為200～300 kPa，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可以減少一些內(nèi)部加強(qiáng)筋，以進(jìn)一步減輕重量。同等輕型車型下，一般XPS冷藏廂體比PU冷藏廂體輕100～200 kg。但是由于兩種材料導(dǎo)熱系數(shù)的差異，相對(duì)于PU冷藏廂體，XPS冷藏廂體保溫性能有明顯降低。

2.1.2 聚氨酯發(fā)泡保溫廂板

發(fā)泡廂板的內(nèi)外蒙皮一般為彩鋼板或鋁板，內(nèi)蒙皮一般為玻璃鋼板或PP熱塑板，該工藝的主要特點(diǎn)是不需要膠粘，直接用聚氨酯黑白料混合發(fā)泡將內(nèi)外蒙皮粘為一體，這樣就減少了粘接用膠的重量，一般輕型車粘接用膠為50～100 kg。

2.1.3 聚氨酯濕法粘接工藝保溫廂板

該工藝的廂板內(nèi)外蒙皮為玻璃鋼板，保溫材料為聚氨酯泡沫板。國內(nèi)用得比較多的是干法粘接工藝，該工藝是提前預(yù)制好玻璃鋼板，然后把玻璃鋼板與聚氨酯泡沫板通過不飽和樹脂膠二次粘壓成形。而濕法粘接工藝是把玻璃鋼蒙皮和廂板一次成形，減少了一層玻璃鋼板與廂板粘接用的樹脂膠，再加上自動(dòng)噴膠設(shè)備控膠比較精確，一般輕型冷藏車濕法工藝廂板部分比干法工藝重量會(huì)減輕80～100 kg。

2.2 副車架的輕量化設(shè)計(jì)

副車架是冷藏車主要的金屬部件，作用是連接廂體和底盤。副車架的輕量化設(shè)計(jì)是在保證強(qiáng)度和穩(wěn)定性情況下，盡量選取輕質(zhì)的高強(qiáng)鋼或鋁合金材料，再輔以結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

a.選用屈服強(qiáng)度在650 MPa以上的高強(qiáng)鋼材質(zhì)設(shè)計(jì)副車架。經(jīng)過有限元應(yīng)力分析，在滿足強(qiáng)度前提下，其材料厚度相比普通鋼可以減少25%～30%，以4.2 m輕型冷藏車為例，選用高強(qiáng)鋼的副車架總重量可以減少約30 kg。

b.選用鋁合金材質(zhì)設(shè)計(jì)副車架。通過設(shè)計(jì)鋁型材型式的縱橫梁，并采取可靠的螺栓連接方式，既能保證副車架的載荷要求，也可以提升副車架的制作效率。經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證，鋁合金副車架完全可以滿足新能源冷藏車使用要求，相比普通碳鋼副車架，鋁合金副車架可以減輕20%～25%。以4.2 m冷藏車為例，選用汽車鋁合金材質(zhì)的副車架總重量減少約25 kg，其設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.3 后門框的輕量化設(shè)計(jì)

目前在歐洲冷藏車市場(chǎng)，選用鋁合金后門框的情況比較普遍，但在國內(nèi)鋁合金后門框的使用率仍較低。相比國內(nèi)常用的不銹鋼后門框和鍍鋅后門框，鋁合金后門框可以實(shí)現(xiàn)輕量化的要求，且組裝效率更高。根據(jù)強(qiáng)度要求不同，設(shè)計(jì)專用的門框鋁型材時(shí)，鋁型材之間可通過加強(qiáng)板和螺栓連接，以保證后框的整體強(qiáng)度。一體式門鉸鏈設(shè)計(jì)保證了后門的穩(wěn)定性和開關(guān)門操作的順暢性。在重量方面相比不銹鋼或者鍍鋅碳鋼，鋁型材可以減輕15%左右。鋁合金后門框的設(shè)計(jì)如圖2所示。

3 冷藏廂體隔熱性能的提高和保持

廂體總傳熱系數(shù)是衡量冷藏廂隔熱性能最重要的性能指標(biāo)，直接影響冷藏所需的制冷量和制冷能耗。選擇制冷機(jī)組制冷量計(jì)算公式：

W=K×S×Δθp×C

式中，W為制冷量，W；K為廂體的總傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；S為廂體的傳熱面積，m2；Δθp為相應(yīng)類別冷藏車廂體內(nèi)外部平均溫度差的最大絕對(duì)值，℃；C為修正系數(shù)。從以上公式可以看出，制冷量與K值成正比例關(guān)系，所以提高冷藏廂體的隔熱性能，即降低K值，直接可以減少制冷量，從而降低能耗。C為修正系數(shù)，一般是考慮開門次數(shù)及時(shí)間對(duì)制冷量的影響。因?qū)嶋H使用中開門次數(shù)和時(shí)間并不是固定值的，所以這里C修正系數(shù)只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。

對(duì)于新能源冷藏車，冷藏廂的隔熱性能優(yōu)異，可以選擇制冷量較小的制冷機(jī)組，也可以降低制冷機(jī)組的啟動(dòng)頻率，減少制冷機(jī)組工作時(shí)間，從而直接減少制冷機(jī)組所消耗的底盤電量。提高冷藏廂體隔熱性能的方法：a.采用導(dǎo)熱系數(shù)低的隔熱材料；b.增加隔熱材料的厚度和均勻性；c.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量避免產(chǎn)生熱橋；d.減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)埋、開孔等薄弱點(diǎn)。

對(duì)于冷藏車來說，由于在戶外使用，所以盡量地減小隔熱性能的衰減。從設(shè)計(jì)角度減少衰減的方法有：a.采用吸水率低的隔熱材料；b.從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看，保溫廂板可使用全封閉的結(jié)構(gòu)；c.保溫板上盡量減少螺栓、鉚釘?shù)染o固件。

4 制冷系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)及制冷方式

目前，市場(chǎng)上多數(shù)新能源冷藏車采用的是純電驅(qū)動(dòng)的制冷方式，通過底盤PDU或者220/380 VAC作為電源輸入端，通過機(jī)組自帶的二合一驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)進(jìn)行制冷。這種制冷系統(tǒng)可以通過壓縮機(jī)變頻調(diào)速、增加熱交換器、風(fēng)機(jī)調(diào)速等方法進(jìn)行節(jié)能降耗。

除此之外，還可以選擇非機(jī)械制冷方式，如液化氣體、蓄冷板等作為制冷源；也可以選擇其他能源方式的機(jī)械制冷，如氫能源制冷機(jī)組等。因此選擇無需底盤供能的制冷方式，也是新能源節(jié)能降耗的方法之一。

5 其他優(yōu)化方式

新能源冷藏車開門次數(shù)及時(shí)間對(duì)廂內(nèi)冷氣的散失影響較大，可以采取加裝門簾或風(fēng)幕的形式，且可以設(shè)置開門與制冷機(jī)組聯(lián)動(dòng)開關(guān)，以減少不必要能量的消耗。劉敬輝等[1]對(duì)一種帶外吸風(fēng)方式風(fēng)幕的冷藏車進(jìn)行了性能測(cè)試，采用CFD仿真分析了冷藏車開門時(shí)風(fēng)幕對(duì)其保溫效果的影響，得出結(jié)論：風(fēng)幕可以降低開門卸貨時(shí)能量損失，減緩車廂內(nèi)溫度平均上升速率。

6 結(jié)語

新能源冷藏車將是未來冷鏈運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?，其?jié)能降耗對(duì)能源消耗有著重要影響。本文對(duì)新能源冷藏車節(jié)能降耗方法進(jìn)行研究，提出了輕量化設(shè)計(jì)、隔熱性能提高和保持、制冷系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)等方法，以期為新能源冷藏車的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉敬輝，陳江平，陳芝久，等.風(fēng)幕對(duì)冷藏車性能影響的仿真分析和試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，2006，34（1）：52-55+73.

作者簡介：

田春梅，女，1974年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槔洳剀囋O(shè)計(jì)技術(shù)。