制冷与冷藏技术

制冷与冷藏技术（通用5篇）

制冷与冷藏技术 篇1

国家级“制冷与冷藏技术专业教学资源库”建设项目由顺德职业技术学院和黄冈职业技术学院作为牵头单位联合主持,组织境内外22所中高职院校、22家国内外知名企业、中国制冷空调工业协会和中国制冷学会成立共建共享联盟,在校级专业资源库建设并验收通过的基础上,依托英特尔公司开发的资源素材创建平台开始制冷与冷藏技术专业国家级教学资源库建设。《中央空调工程设计》课程是其中的核心课程之一,它基于先进课程开发理念和基于工作过程的课程开发理念,以三个典型的工作任务为载体,贯穿暖通空调的相关知识、标准规范,使学生具备中小型空调工程设计等能力。

但现有的教学方式无法满足用人单位对人才的高要求,不能满足学生毕业后到岗即用。教师如何顺应时代的发展要求,在课堂上开展有效的教学活动,解决学生专业课学习的困难,提高学生中小型空调工程的能力,就显得尤为重要[1]。因此,在能源类专业中《中央空调工程设计》课程教学过程中应用职业教育“制冷与冷藏技术专业教学资源库”,采取了有效的教学方式,培养学生的实践技能。

1 实践能力培养在《中央空调工程设计》中的重要性

高职《中央空调工程设计》是一门实践性很强的课程,主要以全空气中央空调系统、空气———水中央空调系统和多联式中央空调系统这三个典型的设计任务为载体,贯穿暖通空调的相关知识、标准。内容繁多,综合性强,信息量大。

1.1 实践能力培养适应岗位目标需求,培养中小型空调系统设计能力

通过课程学习,理论联系实际,紧密结合实际工程,明确设计思路,才能在实际工程中游刃有余,设计计算和图纸符合工程安装的实际[2]。

1.2 实践能力的培养促进职业素养的形成

采用教、学、做一体化方式,转变以学生为中心,将学生3-5人进行合理分组,培养学生良好的协作能力和团队合作精神。同时,也培养学生诚实守信、细致周到、一丝不苟的职业素质。

2《中央空调工程》实践性能力培养存在问题

2.1 学生受工程图学的影响,限制了对后续的课程的学习

中央空调工程实际需要学生具备一定的暖通CAD的绘图和识图能力,但是由于课程改革的深入,教学时数大大减少,学生练习和实践少,直接导致学生工程设计能力下降[3]。

2.2 高职学生的基础差,底子薄。由于该课程内容复杂,难以理解,不愿意学习

虽然在课程教学中强化软件的应用,对于难的内容,采用软件操作演示进行替代理论计算,突出软件操作能力,但是由于内容很抽象,学生学习兴趣差,实施效果不显著。

2.3 传统教学方法指导下的课程,教师习惯采用“填鸭式”教学,大多采用讲授为主,忽视实践能力培养

在课程教学过程中,严格按照书中的章节讲解,配置一定量的试验课时。但是课程内容没有按照工程的设计思路进行教学,课程教学和工程实际脱轨,导致学生在真正进行设计时摸不着头脑。

3 精品资源共享库与《中央空调工程设计》结合

3.1 精品资源共享库与《中央空调工程设计》结合的必要性

精品资源库不仅为学生提供了理论课程资源,也为提供高品质的实验实践类课程资源。通过动画、视频、课件、文档等形式的教学素材,不仅深化了理论知识,也是培养学生掌握实践技能,培养工程素养,实践科学思维能力,培养创新能力,锤炼探索精神的手段。

3.2 精品资源共享库与《中央空调工程设计》结合的可行性

《中央空调工程设计》理论知识比较复杂,课堂教授内容多,速度快,学生不容易接受。资源库中的理论讲授的内容比较精炼,简短,重点集中,条理清晰[4]。通过查找资源库该课程知识,可以重复学习,不受时间限制。在每个模块学习后,学生通过自动评分功能的测试题包进行测试[7],促进理性认知的形成,同时可以发现自己学习的漏洞,及时补救,在查看正确答案的过程中加深了学习内容。

该课程本身具有互动性。每学完一个章节的知识,需要完成相应的设计内容。在这个过程中,教师需要与学生不断沟通,熟悉设计要求,掌握软件的使用方法。通过“互动论坛”可发布提问、发布讨论、发布投票和发布活动,实现线上和线下沟通,及时解惑。

4 课程融合制冷与冷藏技术专业教学资源库实践能力培养的探索

随着国家精品资源库的建立和发展,中央空调工程设计比以往任何时候都注重学生实践能力的培养,如何科学合理地安排和设计实践教学,如何把有效方法应用到实践能力培养中,是当前进行该课程教学的重任。

4.1 采用协作式教学模式,以学生为中心,发挥学生的主动性

制冷与冷藏技术专业资源库给学生提供了丰富的素材。学生进入制冷与冷藏技术专业教学资源库学习平台,注册并登录,之后进入《中央空调工程设计》课程中,可根据自己的作息时间合理安排碎片时间进入学习区进行预学习,熟悉相应的教学知识点,也可在练习区检测课前知识的掌握程度。课堂上,教师作为教学活动的组织者[6],在课堂教学环节有选择性的讲解知识点,并适时组织课堂讨论,引导学生设计实践,既提高了课堂效率,又促进了理论素养和实践技能的提高。

4.2 采用一体化课堂,技能专项实训,综合实践,锤炼实践技能

实践出真知。教学内容以实际工程案例为线索,对教学中涉及的每个实际工程问题,运用一定的现场影像资料或现场参观,让学生对实践工程有一定的理解,化抽象为具体,加深学生对工程项目的理解。

在分散设计阶段,即在课堂教学开始时就开始下发课程设计书,每完成一个部分的教学,学生就完成相应项目的设计。这个阶段注重学生对理论知识的掌握和相应部分的软件操作,着重对设计过程的认识和设计软件的使用[7]。

集中设计阶段。在课程教学全部结束后,集中进行设计指导,引导学生从整体的角度出发,完成空调工程设计的过程。在这个过程中,将学生以组为单位,将3—5人为一组,照顾到学生个体的差异性,均衡搭配,促进各组均衡发展。引导学生通过分析讨论,互相提问和解决。这个阶段教师可以和学生一起探讨相近的工程案例素材,引导学生不断寻找问题,解决问题,提高学生综合运用知识,独立工作能力。

4.3 充分利用教学资源库,进行校外实践技能锻炼

校外真实的工作环境中设计是课堂实践效果的延伸和体验。在大三学生定岗实习实践的机会中利用真实的项目,锤炼自己的设计技能,培养职业素养。同时,资源库中的拓展资源有利于深化实践技能的进一步提高。

5 结束语

随着信息化技术的应用,教师需要付出更多的精力,更新教育理念,提升教学能力,加强知识储备,并将技术融入教学水平。对于实践性强的课程要一切以学生为中心,帮助学生掌握知识和方法,培养学生的岗位技能,做到到岗即用。

参考文献

[1]贤燕华等.如何构建高校工科学生专业课的学习[J].科技风,2014(5):203-203.

[2]吴国珊等.能源类专业《中央空调》课程教学现状及改革对策[J].桂林航天工业学院学报,2015(2):196-199.

[3]宋胜伟,孙桂兰,樊秀芹.基于毕业设计质量探索工程图学教学改革[J].黑龙江教育学院学报,2011(6):67-68.

[4]许丽川,申世军,刘洋.MOOC在高校实践类课程教学设计中的应用[J].实验室研究与探索,2016(8):207-211.

[5]兰子奇,贾海艳.资源库平台应用在电气专业教学改革中的实践研究[J].黄冈职业技术学院学报,2016(6):34-36.

[6]楚永娟.协作式学习模式在高校日语精读课程教学中的应用[J].教育探索,2015(4):89-92.

[7]吴世先,叶晓东,张道兵.工科设计类课程教学体系的构建[J].赤峰学院学报(自然科学版),2009(9):217-218.

制冷与冷藏技术 篇2

本文在对各种制冷系统分析比较后,提出23吨轴重铁路冷藏车制冷系统的技术方案.

作 者：史蕾 SHI Lei  作者单位：广州铁道车辆厂,广东,5108001 刊 名：制冷 英文刊名：REFRIGERATION 年，卷(期)：2009 28(2) 分类号：U295 U272.5 关键词：23吨轴重铁路冷藏车   制冷系统   技术方案   Refrigerated railway car with the 23 t axle-load   Refrigerating systems   Technical scheme  

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冷藏集装箱冷冻机制冷剂替代趋势 篇3

冷冻运输设备的使用环境非常复杂，不仅内部温差变化剧烈，而且外部经常暴露于风雨、阳光、海水、盐雾中，运输途中还要承受颠簸、振动、摇摆等力的作用，导致制冷剂泄漏事故时有发生。尤其对于冷藏船和冷藏集装箱而言，由于其使用范围较广，一旦发生制冷剂泄漏事故，无疑会给环境带来严重影响。在全球制冷剂替代进程加快以及激进国家对传统制冷剂限制加强的背景下，冷藏集装箱冷冻机制冷剂的替代迫在眉睫。

1 制冷剂替代现状

据联合国统计，2009年全球在役20英尺冷藏集装箱约15万TEU，在役40英尺冷藏集装箱约TEU，在役集装箱用冷冻机约95万台。近年来，为降低燃油消耗量和二氧化碳排放，集装箱运输业共同致力于减少功耗。相较于其他冷冻运输设备，海运冷藏集装箱冷冻机的制冷剂充注量不大（见表1），一般在3.8~之间，平均约；同时，因为没有软管连接，其冷冻机制冷剂的平均泄漏率和年泄漏量也不大（见表2）。

表1 各类冷冻运输设备制冷剂充注量t

表2 各类冷冻运输设备制冷剂年泄漏量t

冷藏集装箱采用机械压缩制冷方式，一般使用HFC-134a和R-404a等HFCs制冷剂（见表3）。目前，大部分冷冻机组使用全封闭压缩机，有效降低了制冷剂的泄漏风险，同时还具有质量轻、尺寸小和噪声低等优点。

表3 各类冷冻运输设备使用各类制冷剂的比例%

近年来，低GWP制冷剂被广泛研究和讨论，但由于受技术、法规、经济效益、运输条件、售后服务等多方面限制，未能得以广泛应用。目前，低GWP制冷剂（如R-717和R-744）开始小范围应用于冷藏船；二氧化碳（R-744）在海运冷藏集装箱上进行测试；二氧化碳和R-0290则被尝试用于冷藏挂车。

2 替代制冷剂的选择原则

替代制冷剂的选择不仅须遵守《蒙特利尔协定书》和《京都议定书》，而且要综合考虑其安全性、经济性及热力性等因素：（1）对环境的影响，比如是否会破坏臭氧层以及是否会加剧温室效应；（2）热力性是否优良；（3）是否无毒或不可燃；（4）系统的耐久性，包括系统的热力性、化学稳定性以及材料与润滑油的相容性等；（5）制造成本的高低，生产工艺的繁简以及是否便于管理等。

制冷设备主要通过以下方式影响气候变化：（1）制冷剂泄漏，或在维修、回收制冷设备时，残余制冷剂直接排放到大气中；（2）制冷设备在运行过程中消耗能源所产生的二氧化碳排放到大气中。其中，制冷剂的间接排放对环境的影响更为严重，所以，在选择替代制冷剂时，需要全面考量制冷设备在整个寿命周期内对大气变暖的影响。制冷设备的变暖影响总当量（Total Equivalent Warming Impact，TEWI）由制冷剂泄漏造成的变暖影响、残余制冷剂排放造成的变暖影响和制冷设备运行排放二氧化碳造成的变暖影响组成，即

RTEWI＝RGWP×m1×t+RGWP×m2×（1 ）+

t×E×

式中：RTEWI为制冷设备的变暖影响总当量；RGWP为制冷剂的全球变暖潜能值；m1为制冷剂的年泄漏量；t为制冷设备的使用年限；m2为制冷剂的充注量； 为制冷剂的回收率；E为制冷设备的年能源消耗量； 为制冷设备单位能源消耗量产生的二氧化碳排放量。

此外，寿命期气候性能（Life Cycle Climate Performance，LCCP）也可用于考量制冷设备在寿命期内温室气体的直接排放和间接排放情况。根据相关分析和计算，采用低GWP制冷剂的冷冻机在寿命周期内的制冷性能并非最低。

3 制冷剂替代的技术限制及进程

3.1 技术限制

世界各国都在努力寻找一劳永逸的绿色环保制冷剂，但事实上，目前只有两类替代制冷剂可供选择：一是天然工质制冷剂，如氨（R-717）、二氧化碳、碳氢化合物及其混合物等；二是人工合成制冷剂，主要包括HFCs和氢氟烯烃（Hydrofluoroolefins，HFOs）。天然工质制冷剂具有GWP为零或者很低的优点；其缺点是在常规空调工况下的能效较低或压力较高，不能直接替代，且具有毒性和易燃性，存在一定安全隐患。

3.2 替代进程

在2010年欧洲国际运输与物流展览会上，由开利运输空调冷冻公司研发的使用二氧化碳制冷剂的海运冷藏集装箱冷冻机组正式亮相，目前正试用于赫伯罗特旗下船队。该冷冻机组拥有全新设计的换热器，采用多级压缩机和新型控制系统。

二氧化碳冷冻机组的应用面临以下技术问题：（1）运行压力较高，是传统制冷机组的6~8倍；（2）静置压力较高，容易导致制冷剂泄漏；（3）对焊接和防腐的要求较高，需要增加换热器和管路的壁厚，以满足高压下的强度要求；（4）当二氧化碳冷冻机组应用于海运冷藏集装箱时，制冷剂在多数工况下均需要超临界运行，这对膨胀功回收装置提出更高的要求。总之，二氧化碳冷冻机组的运行效率相对较低，其整体环保效应也有待进一步验证。

在人工合成制冷剂方面，业内也在积极寻求低GWP制冷剂。人工合成制冷剂均由HFCs衍生而来，氢、氟和氯含量的变化会导致其化学性质发生变化：增加氯元素会导致制冷剂的ODP上升；氟元素增多会增强制冷剂在大气中的稳定性，从而延长其在大气中的寿命，提升温室效应；氢元素增加会提高制冷剂的可燃性，从而缩短其在大气中的寿命，降低温室效应。目前看来，人工合成理想的制冷剂比较困难。

目前已面世的人工合成制冷剂有HFO-1234yf及其他HFOs或HFCs的混合制冷剂，其特点为：单位容积制冷量和能效值与其他制冷剂相当或略低，大部分具有一定毒性和可燃性。2011年2月28日，美国环保署正式批准HFO-1234yf作为汽车空调的替代制冷剂，为该制冷剂在美国作为R-134a替代制冷剂扫清法令障碍。此外，通用汽车公司宣布，将于2013年推出使用HFO-1234yf制冷剂的汽车空调。不过，目前还没有将HFO-1234yf制冷剂应用于冷冻运输行业的经验。

4 冷藏集装箱冷冻机制冷剂替代策略

4.1 建立冷冻机能耗评价标准

目前的冷藏箱冷冻机仅提供少数工况下冷冻机的制冷量，未标明标称功耗，导致船公司无法了解冷冻机的能耗情况，从而无法比较各品牌冷冻机的节能效果。

鉴于节能对减少二氧化碳排放量的重要性，建议根据海运冷藏集装箱的使用要求，建立国际通行的海运冷藏集装箱冷冻机能耗评价标准，规范冷冻机在各种工况下的标称制冷量及功耗，尤其是在部分负荷工况下及相同制冷量下的功耗；同时，应建立统一的制冷量和功耗标称基准和实验方法，形成通用的评价体系，以方便船公司根据运输要求选择冷冻机，达到节能减排的目的。

4.2 降低制冷剂泄漏率，建立制冷剂回收处理机制

认真研究制冷剂的泄漏控制，以便有效识别制冷剂泄漏，进而采取行之有效的改善措施，最终达到减少制冷剂泄漏、提升运行效率和运行可靠性、节约运行维护成本的目的。

此外，虽然海运冷藏集装箱冷冻机的制冷剂充注量不大，仍应树立环保意识：在维修和拆解冷冻机的过程中，必须对制冷剂进行回收；开发回收制冷剂的再生利用途径，使维护人员能够通过回收制冷剂获得切实的经济利益。

4.3 建立制冷剂使用和储运管理标准

配合低GWP制冷剂的推广使用，尽快建立制冷剂使用和储运管理标准，为制冷剂替代提供立法依据。在制定相关标准时，应注重减少制冷剂的直接排放。

目前的替代制冷剂（如R-290和HFO-1234yf等）均属可燃制冷剂，因此，应对可燃制冷剂的安全管理、泄漏及燃烧风险评价、燃烧破坏性模拟及实验等进行大量基础研究，积累并形成风险管理、评价和指导标准，以推动制冷剂替代进程。例如，根据燃烧速率，ISO 817：2005《制冷剂名称与符号系统》将HFO-1234yf等制冷剂评级为A2L制冷剂，合理地放宽对其使用的限制和管制，从而扩大低GWP制冷剂的应用范围。

5 结束语

（1）标准海运冷藏集装箱冷冻机普遍采用HFCs制冷剂，且制冷剂的使用量和泄漏率均相对较低；虽然相关国际法规的制定进程较快，但集装箱运输的性质决定了其制冷剂替代进程会受到地区法令的限制。

（2）目前对冷藏集装箱冷冻机的制冷剂还没有替代或限制使用的时间表；海运集装箱行业发起新一代替代制冷剂的研究，但目前仍处于试验阶段，且其节能减排效果尚不明确。

（3）选择替代制冷剂需要全面考虑制冷剂的GWP和机组的运行效率，可通过制冷剂的TEWI和LCCP来评价其对大气温室效应的影响；在选择替代制冷剂的过程中，还应当考虑冷冻机组运行所产生的间接排放给环境带来的影响。

（4）应当重视制冷剂的回收再利用；同时还应推进建立制冷剂储运、使用标准以及冷冻机能耗评价标准，以推广应用环保、节能的替代制冷剂。

制冷与冷藏技术 篇4

近年来,随着农产品市场经济的繁荣和人民生活水平的提高,大型超级市场中要一年四季供应来自各地的新鲜水果、蔬菜、鲜活食品,而温度是影响所有鲜活农产品储藏、运输的关键性因素。在低温条件下,鲜活农产品的各种劣变和腐败可以得到有效抑制。鲜活农产品种类繁多,性质各异,贮藏运输环节形成了一个低温域范围很广,可以从低于生物性农产品正常生活的温度起直至液氮(-196℃)温度一个广域温度范围。农产品冷藏保温运输技术与装备的研究主要集中在以下几个方面。

1 制冷方式的选择

目前,我国冷藏保温汽车按制冷装置的制冷方式有机械冷藏汽车、液氮冷藏汽车、冷板冷藏汽车、干冰冷藏汽车和水(盐)冰冷藏汽车等。其中,利用固体在液化或汽化时吸热作为制冷方式的称固体制冷,如干冰、水冰、盐冰等。

1.1 水冰及盐冰制冷

在大气压力下,冰的融点为0℃,若加入盐可使其融点降低,在一定范围内,水冰中盐成分越多,融点越低。水冰制冷装置投资少,运行费用低,单位质量吸热量小,降温有限。盐冰对车厢以及货物有损害,适用范围受限制,主要用于鱼类等水产品的冷藏运输。

1.2 干冰制冷

干冰的升华温度低,吸热量大,可获得较低温度和较大制冷量,因此适用于冷冻食品运输。制冷装置投资少,运行费用低,使用方便,货物不会受损害。但由于干冰制冷容易在箱体内结霜,温度控制困难,再加上干冰成本高,消耗量大,故实际应用也较少。

1.3 冷板制冷

利用蓄冷剂冷冻后所蓄存的冷量进行制冷。运输前预先将厢内冷板中的蓄冷剂冷冻冻结,然后在运输途中利用冷板中的蓄冷剂融化吸热,使厢内温度保持在运输货物适宜温度范围内。整体式冷板制冷装置的制冷机组、动力装置和蓄冷板等均置于车上;分体式制冷利用地面动力装置驱动制冷机组对蓄冷板“充冷”。冷板装置本身较重、体积较大,且可持续工作时间短,因此冷板制冷多用于中、轻型冷藏汽车的中短途运输。

1.4 液氮制冷

利用液氮汽化吸热进行制冷。制冷装置结构简单,工作可靠,无噪声,无污染,控温精确;但成本较高,需要经常充注。

1.5 机械制冷

机械制冷工作原理是:在一定压力下,液体达到某一温度(沸点)就会沸腾,吸收汽化潜热而产生相变,转变为饱和蒸汽。在冷凝器中放热并重新冷凝成液态。在压缩机驱动下,制冷剂不断循环工作,产生制冷作用。蒸汽压缩机式制冷的冷藏车上一般配置专用的发动机或电动机带动制冷机组进行制冷,常用于中重型运输车的长距离运输,具有适用范围广、温度可调节、自动控制、调温精确可靠、调温范围宽和能适应各种不同冷藏货物的特点。

机械制冷是一种较为可靠有效的制冷方式,但冷藏汽车工作时要消耗燃油或电力,并增加尾气排放。机械制冷装置结构复杂,使得冷藏运输成本较高、运价贵,从而严重阻碍了冷藏汽车的发展。

1.6 半导体制冷

半导体制冷是利用直流电通过用特种半导体材料组成的P-N结时,P-N结一端的温度急剧升高,另一端急剧降低的热点效应原理达到制冷目的的一种新型制冷方式。制冷原理如图1所示。

把P型半导体元件和N型半导体元件连接成热电偶,接通直流电源后,在接头处就会产生温差和热量的转移。在上面的一个接头处,电流方向是N-P,温度下降并且吸热,这就是冷端;而在下面的一个接头处,电流方向是P-N,温度上升并且放热, 因此是热端。把若干对半导体热电偶在电路上串联起来就构成制冷热电堆,这个热电堆的上面是冷端,下面是热端。借助热交换器等各种传热手段,使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度,把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温,这就是热电制冷器的工作原理。半导体制冷具有无机械运动、制冷迅速,没有复杂的机械结构,无传统压缩机和制冷剂和适用方便、应用广泛等特点。半导体制冷技术始于20世纪50年代初,到60年代半导体制冷材料的优值系数达到先进水平。半导体制冷器达到大规模应用,如河北节能投资有限责任公司的半导体电子冷藏箱,河北华冷半导体有限公司研制开发用于汽车内的半导体冷暖箱,浙江安吉尔有限公司的电子冷热箱等。

由于燃油价格突飞猛涨,如何研制保温冷藏效果好,节省能源的冷藏车是本文研究的重点。因为半导体制冷器可以做成各种大小和形状,制冷量可以从毫瓦级到千瓦级,制冷温差可达30～150℃。

2 冷藏保温厢体的结构设计

冷藏车厢的热负荷与冷藏箱的结构、内容积、厢体的绝热层厚度和绝热材料的优劣有关,同时与生产加工工艺过程也有关。冷藏厢体一般采用整体一次性原地浇铸发泡工艺,方法是先将内胆按照尺寸制作完毕,装入外壳内并悬浮,然后在外壳和内胆之间整体注入硬聚氨酯泡沫进行现场发泡。利用该工艺制成的厢体具有整体性,在夹层中完全没有连接用的腹板和加强件;完全用绝热的聚氨酯泡沫填充,增加厢体强度。使用聚氨酯泡沫进行填充,聚氨酯本身具有粘接特性,其粘接强度可达234.5kPa/m2。这个工艺使得在粘接的同时又进行发泡过程,使得被粘接材料的凸凹不平表面得以充满,扩大了粘接表面积,即使在极端的温度和负荷影响下,也不会出现剥离现象。针对主要影响车厢漏热的车厢门设计,多采用双道内藏充气式硅橡胶密封,解决了传统橡胶密封条容易老化的缺点,同时提高厢体密封性能。这样设计的冷藏厢体无骨架、无热桥,厢体强度高,具有完整绝热层和更好的热稳定性能。

3 冷藏厢体绝热层厚度的确定

冷藏车厢体隔热性能直接影响车内温度变化的速度、制冷以及货物的质量。衡量隔热性能的指标是厢体的综合传热系数K,即

${\rm K}=\frac{A\beta }{\frac{1}{\alpha {}_1}+\frac{1}{\alpha {}_2}+{\displaystyle \sum \frac{\delta {}_i{\gamma }^{\prime }}{\lambda {}_i}}}=\frac{A\beta }{R{}_F+R{}_D}$

式中 α1,α2—厢体内外的放热系数[W/(m2·K)];

γ′—隔热结构的热桥系数;

δi—各隔热层的厚度( m );

λi—隔热材料的导热系数[W/(m2·K)];

A—隔热材料的老化系数;

β—空气泄漏系数;

RF—车厢壁内外的放热总热阻[(m2·K)/W];

RD—隔热材料的总导热热阻[(m2·K)/W]。

当A,β,RF一定时,K值的大小取决于RD,即导热系数,隔热层厚度和热桥系数。采用导热系数较少的材料和增加隔热层厚度,将有利于厢体隔热性能的提高。绝热层厚度的确定直接影响耗电量和厢体的内容积。若厚度增加,通过绝热层厢内的热量减少,耗电量较少,但会使车厢内容积减小,厢体内胆设计应综合考虑制冷效果、保温性能和经济性。在能满足制冷性能指标基础上,减少绝热层厚度,可在一定程度上增加内容积,降低能耗。

4 制冷保温效能的校核

4.1 冷藏厢体热负荷计算

热负荷包括厢体漏热量Q1,缝隙漏热量Q2,开门漏热量Q3,货物呼吸量Q4和其他热量Q5,即

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (2)

4.1.1 厢体漏热量

厢体与外界的传热主要是空气与隔热表面的对流换热,这是流体与某一固体表面相接触所产生的换热过程。在单位时间、厢体面积上所交换的热量Q1值为

Q1=αKΔT·S=αKS(t1-t2) (3)

式中 αK—对流换热系数[W/(m2·K)]

ΔT—流体与隔热壁表面的温度差 ( K );

S—隔热壁表面面积(m2);

t1,t2—隔热层内外表面温度。

对流换热系数αK常用下式计算,即

αK=6.31v0.656+3.25-1.91v (4)

其中,v为靠近厢体外表面空气流动速度,取决于汽车行驶速度与空气的相对速度(m/s),假设取v=80km/h=22.2m/s,得对流换热系数为αK=48.8W/(m2·K),隔热壁的外表面的换热热阻为

$R{}_{{\rm K}}=\frac{1}{\alpha {}_{{\rm K}}}$=0.204 8(m2·K)/W

隔热壁的内表面换热系数一般按经验来确定,当车内自然循环时,内表面换热系数αn=6～8W/(m2·K),如果取8W(m2·K)换热热阻为$R{}_n=\frac{1}{\alpha {}_{{\rm K}}}=0.125(\text{m}{}^2\cdot \text{Κ})/\text{W}$,但车内空气为强制循环时,αn=15～20W/(m2·K)。

假定冷藏车厢体平壁板各层厚度为δ1,δ2,δ3,各层材料的导热系数分别为λ1,λ2,λ3,均视为常数隔热壁的导热热阻,即

$R{}_D={\displaystyle \sum _{i=1}^n\frac{\delta {}_i{\gamma }^{\prime }}{\lambda {}_i}}‚i=1,2,3,\cdots ,n$

厢体隔热层的总导热热阻为

RZ=RK+RN+RD

厢体漏热量Q1包括:厢体侧面漏热量Q${}_1^2$,厢体顶面、底面漏热量Q${}_1^3$,厢体后面漏热量Q${}_1^4$和门体的漏热量Q51。

厢体侧面漏热量为

$Q{}_1^1={\rm K}S\text{Δ}{\rm T}=\frac{S(t{}_2-t{}_1)}{\frac{1}{\alpha {}_{{\rm K}}}+\frac{1}{\alpha {}_n}+{\displaystyle \sum \frac{\delta {}_i}{\lambda {}_i}}}$

4.1.2 缝隙漏热量

厢体各处缝隙泄漏传入车厢的泄热量为

$Q{}_2=\frac{1}{3600}\beta \rho V[C{}_p(t{}_2-t{}_1)+\gamma (\phi {}_2\mu {}_2-\phi {}_1\mu {}_1)]$ (5)

式中 β—车厢漏气倍数 ( 1/h );

ρ—车厢内空气密度( kg/m3 );

V—车厢内容积 ( m3 );

γ—水蒸气凝固热 (J/kg);

φ1,φ2—分别为厢体内外空气的相对湿度 (%);

μ1,μ2—分别为车厢内外饱和空气的相对湿度 (%)。

在实际计算中,常用经验公式计算Q2,即

Q2=(0.1～0.2)Q1 (6)

4.1.3 太阳辐射进入车厢的热量

Q3=KSf(tf～tw)τf/24 (7)

式中 Sf—厢体外表面受辐射的面积,常取车厢总传热面积的30% ～ 40%;

tf—车厢外表面受辐射平均温度,常取tf=tw+20℃;

tw—车厢外界温度,经常按使用环境最高温度计算;

τf—每昼夜日照小时数,一般取12～16h。

4.1.4 开门时传入热量

Q3=n′Q1 (8)

式中 n′—开门频度次数,考虑的运输途中不开门, 取n′=0.25。

4.1.5 货物呼吸热

Q4=W·ΔH·t (9)

式中 W—车载货物质量(kg);

ΔH—单位质量货物在单位时间的呼吸热[(W/(kg·h )];

t—车载货物的保冷时间 (h)。

冷藏车厢在运输冷藏货物时的总热负荷可由式(2)计算得出。

4.2 冷藏保温运输车冷消耗分析

冷藏车要求车体隔热性好、气密性好。其中,车体隔热性能直接影响车内温度的变化速度、制冷效果和货物质量。冷藏车的冷消耗的因素包括车体传热、漏热、太阳辐射热、通风换热、货物降温放热、热车体降温放热、货物呼吸热等,但与车体传热有关的冷消耗仅仅为前3项。

5 结论与讨论

机械制冷、半导体制冷是未来冷藏保温运输车发展趋势,冷藏厢体的结构与制造工艺决定冷藏车的保温隔热性能,采用导热系数小的材料和增加隔热层厚度,有利于冷藏车厢体隔热性能的提高,从而使制冷费用减少,使车内温度稳定性提高;但同时也会增加隔热层的造价,减少装货容积,增加车辆自重。因此,应进行技术经济性比较,在适合农产品冷藏运输技术指标情况下确定经济合理的隔热层厚度和最优传热系数。

摘要：分析了目前农产品冷藏保温技术中制冷方式的选择问题,进而对冷藏运输车厢的热负荷与冷藏箱的结构、内容积、厢体的绝热层厚度、绝热材料以及生产加工工艺过程进行了研究,并通过对冷藏车厢体热负荷计算,分析了冷藏车热消耗的影响因素。同时,提出了机械制冷、半导体制冷是未来冷藏保温运输车发展趋势;冷藏保温厢体的设计应进行技术经济性比较分析,在适合农产品冷藏运输技术指标情况下确定经济合理的隔热层厚度和最优传热系数,为冷藏保温运输车的发展和普通货车改型提供了参考依据。

关键词：冷藏保温,运输技术,半导体制冷,隔热层

参考文献

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热驱动制冷技术与应用 篇5

热驱动制冷是指以热能为驱动力的制冷。现指的热驱动制冷循环主要是:溴化锂吸收式制冷、氨水吸收式制冷、喷射式制冷、吸附式制冷。这些制冷循环的制冷机对热源要求不高, 可以使用低品位热能。在许多工业生产部门 (如化工、冶金等) 都具有大量的这种低品位热能, 而这些部门在生产中又往往需要很多的冷量, 用以空调或其他生产工艺上使用。但随着人口的急剧增加, 资源消耗加速, 能源危机加剧, 人类的命运受到日益严峻的挑战。寻找并利用新的能源, 尤其是研究开发可再生性能源, 如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等成为当今科技研究热点。制冷机在利用太阳能、地热这些低温热源制冷方面, 各种制冷方式都有其独特之处。在上述新能源中, 太阳能是一种非常重要的可再生性能源, 取之不尽、用之不竭, 且具有无污染、安全性好等优点。我国是一个太阳能资源非常丰富的国家, 以河北、山西等地为例, 该地区的太阳辐射年总量在586～670 k J/cm2, 相当于燃烧标准煤200～230 kg。可见, 有效地利用太阳能对于我们这个人口众多的国家具有非常重要的意义。

利用太阳能驱动实现制冷的研究, 是通过采用不同的能量转换方式来实现制冷, 目前提出了2种主要方式: (1) 实现光-电转换, 再以电力推动常规的压缩式制冷机制冷即压缩式太阳能制冷系统, 或以电力驱动半导体制冷器实现制冷的系统; (2) 进行光-电热转换, 以热能驱动实现制冷。由于光电转换技术成本太高, 在市场上尚难推广应用, 目前研究重点选择后一种方式, 主要从以下3个方向着手, 即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷, 并以这3种制冷方法为基础, 进一步延伸出一些新的综合制冷方法。其中太阳能吸收式制冷和太阳能喷射式制冷都已进入了应用阶段, 而太阳能吸附式制冷还处在试验研究阶段。

太阳能吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术, 根据吸收剂的不同, 分为氨水吸收式制冷和溴化锂-水吸收式制冷2种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气, 再用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中制冷。由于造价、工艺、效率等方面的原因, 这种制冷机不宜做得太小。一般用于较大型的制冷设备, 如中央空调系统、大型冷冻库等。下面着重介绍高效低成本的太阳能空调系统。

利用太阳能驱动制冷空调可减少电力消耗, 减轻发电过程煤炭直接燃烧所带来的大气污染、酸雨、温室效应、化石能源枯竭等问题, 因而受到国内外广泛关注。

目前发展太阳能空调的最大障碍是初始投资较大;其次, 效率偏低和太阳能辐射与空调负荷的日周期性不相符合的问题也影响了太阳能空调的实际应用。

1 高效低成本太阳能制冷空调创新方案

如果仅建设单一功能的太阳能空调, 则由于其初始投资比现有电压缩式空调以及燃油和燃气型溴化锂吸收式制冷空调方式昂贵得多, 因而必然难以引起用户的兴趣。其实, 分析太阳能空调设备费用构成, 太阳能集热器大约占2/3, 所以只要充分发挥太阳能集热器的作用, 就可能获得良好的经济效益。按照上述思路, 以热水需求量来确定空调负荷供应量的太阳能空调和热水站综合系统方案的设计理念, 瞄准城市建筑物屋顶建立以建筑物为单元的供应的太阳能利用系统。由于太阳能空调所需的集热器面积通常是空调房间面积的0.3～1倍, 即每户大约需要集热器20 m2以上, 而每个家庭生活热水所需集热器仅需2～3 m2。所以大面积的集热器生产的热水如果仅供应自己的太阳能空调使用根本用不完, 在非空调季节热水器的闲置也是一种浪费。综合方案既满足了包括底层住户在内的所有住户使用经济实惠的太阳能热水的愿望, 又节省了部分住户用于空调的费用, 由于集热器的投资费用被所有热水用户分摊, 太阳能空调用户所增加的投资仅仅是制冷机和室内风机盘管等, 而这部分的投资可很快在节省的空调电费中回收。由于溴化锂吸收式制冷机本身在消耗较高温度热水的同时还产生数量更多的中温热水, 可设置调温换热器来满足生活热水温度要求, 所以无须担心因使用了空调而影响生活热水供应。

其次, 从高效率与蓄能的角度来看, 应采用以双效循环和单效溴化锂循环耦合蓄能运行的方式。在日照时段, 当集热器产生的热源温度在140℃以上时可按双效循环运行提供空调制冷量, 并进行蓄热, 而在无日照时段或热源温度下降到140℃以下时切换为热水型单效循环, 利用蓄热驱动制冷机组运行, 直至蓄能罐中的热水温度下降到85℃左右单效循环无法运行为止。由于双效与单效循环之间热源利用温差很大, 单位体积的蓄能罐可以蓄取较多的能量。其蓄能密度与冰蓄冷相当, 在正常天气情况下有可能无需用辅助能源而完全靠太阳能进行昼夜空调。因为若使用燃气等备用能源则不仅系统复杂, 而且因运行费用增大而在多用户费用分摊问题上容易引起纠纷, 不如由住户将普通电空调作为备用更为简单实用。

聚光型太阳能集热器有单轴跟踪聚光型槽式集热器和CPC非跟踪聚光热管型集热器等。前者初投资和运行维护费用都较大, 且因难以承受屋顶处可能出现的强风而并不适合于安装在屋顶;后者相对较简单、可靠, 但热管型集热器的成本费用仍然偏高。新型非跟踪聚光型太阳能真空集热器, 其特点是靠带吸收翅片的金属螺旋管承压, 置于双层透明真空玻璃管内, 以减少对流及传导散热损失;并在双层透明真空玻璃管夹层内设置聚光反射板, 由于回避了金属与玻璃的焊接等影响质量合格率和增大成本的因素以及聚光反射板在空气中的氧化问题, 该技术方案成本较低, 可靠性提高, 且容易实现与建筑物体一体化。

另一方面的创新是溴化锂吸收式制冷机的换热器结构型式。溴化锂吸收式制冷机有发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和溶液热交换器等众多换热器, 由于管壳式换热器不适合用于小型溴化锂制冷机, 需要有改进方案。远大集团在其开发的户式燃气中央空调中采用螺旋盘管。此外, 围绕高效紧凑的波纹板换热器的研究, 已逐步扩展到吸收式系统。Bassols J.et al.研究了板翅式换热器在吸收式热泵中的应用;Andreas G.et al.分析了紧凑型换热器用于吸收式热变换器的特征。国内李美玲等研制了全板翅式热质交换器组成的溴化锂吸收式制冷机;而由板壳式换热器组成的溴化锂吸收式制冷机, 根据各传热传质过程的特点改进换热器的结构, 分别适合于冷凝和液膜型传热传质过程强化的“双尺度波纹板”。由于采用波纹板换热器因高效紧凑、材料消耗少而在规模生产时能降低成本, 将成为小型溴化锂制冷机产品化的主流。

近年来, 长江中下游地区的问题也开始引起关注。冬冷夏热的气候条件, 经济相对比较发达而能源匮乏的现状不能不将目光转向可再生能源的利用。压缩式地源热泵在国外已是相当普及, 国内近年来也得到一定发展, 但利用太阳能驱动的吸收式地源热泵研究尚未展开。如果开发夏季空调制冷与冬季采暖两用的太阳能吸收式制冷热泵机组, 设备的利用效率将大为提高, 经济效益可明显改善。由于溴化锂吸收式制冷机只能在0℃以上运行, 冬季作热泵运行时以空气源作低温热源的冷却塔在气温低于0℃时是不可用的, 所以用地源水来提供低温热源是明智的选择。而冬暖夏凉的地源水对于提高机组的制冷和供暖循环效率也大有益处, 即使按照保守值估计, 双效或单效循环运行的供热性能系数分别可达2.2和1.7以上, 也就是说, 供暖功率可以比太阳能集热器提供的功率放大1.2倍和0.7倍。

2 溴化锂吸收式制冷机性能

由于单效循环的研究成果较多, 对其规律已比较清楚, 以下重点对双效循环进行分析。计算中热源为饱和水蒸汽, 冷却水进出口温差为6℃, 冷媒水进出口温差为5℃。

图1和图2分别显示了热源温度与冷却水或冷媒水进口温度变化时, 双效循环热力系数COP的变化趋势。当热源温度增大, 或冷却水温度降低, 或冷媒水温度升高时, 循环的COP值都将增大, 且冷却水或冷媒水所引起的变化更大些。而随着热源温度进一步增大时, 热力系数COP增加的幅度逐渐趋缓;在冷却水进口温度较高或冷媒水进口温度较低而热源温度较低时, 双效循环将不能进行, 这意味着冷媒水温度将升高。

3 结语

(1) 建设太阳能空调和热水站综合系统可使集热器的投资费用被所有热水用户分摊, 太阳能空调用户所增加的投资就可在所节省的空调电费中回收, 从而获得良好的经济效益。

(2) 采用中温聚光型集热器提供热源, 驱动制冷机白天按双效循环运行并蓄能, 晚间靠蓄能按单效循环运行。该方案不仅循环效率高, 且蓄能罐蓄能密度很大, 可实现完全靠太阳能进行昼夜空调。中温集热器采用内置式反射板时, 聚光比不宜小于3。

(3) 板壳式换热器组成的溴化锂吸收式制冷机适合用于太阳能空调。双效循环制冷机性能系数与热源温度、冷媒水温度、冷却水温度密切相关。

摘要：对新的热驱动制冷技术进行了介绍, 着重对太阳能吸收式制冷技术的应用范围, 以及在实际应用中的效果进行了分析, 找出影响目前发展太阳能空调的障碍, 提出高效低成本太阳能制冷空调创新方案。

关键词：热驱动制冷,太阳能吸收式制冷,高效低成本

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