摘 要

Abstract 5

第一章 绪论 6

1.1研究背景 6

1.2国内外现状 6

1.3.论文研究的目的及意义 9

第二章 冷藏车的原理和性能 9

2.1冷藏车的组成及制冷方式 9

2.2多温区冷藏车 11

2.2.1多温区冷藏车的分类 11

2.2.2单蒸发器多温区冷藏车 12

第三章 冷藏车热性能分析模型 13

3.1气象分析模型 13

3.2冷藏车围护结构表面热平衡分析模型 14

3.3壁体传热分析模型 15

3.4制冷系统性能分析模型 16

3.5车内空气热平衡分析模型 16

第四章 多温区冷藏车箱体热负荷计算 17

4.1冷藏车热负荷的来源 17

4.2冷藏车热负荷计算 18

4.2.1冷库热负荷计算方法 18

4.2.2稳态传热法 21

4.2.3国外品牌机组制冷设备选型经验公式 24

4.3计算结果比较和分析 24

4.4冷藏车车厢温度分布的优化建议 25

第五章 结论 27

参考文献 28

致 谢 30

摘 要

随着科技的发展和人民生活水平的日益提高，人们的食品安全意识不断提升，冷链物流越来越受到重视。冷链装备的广泛应用有效促进了区域间物资的短途分配和交换。多温区冷藏车能够满足不同种类货物的储运温度，具有灵活的运输方式和较高的运输效率，被越来越多的应用到公路冷藏运输当中。

本文主要介绍了国内外冷藏车的研究现状,详细介绍了多温区冷藏车的主要分类和性能；通过学习和研究相关文献，冷藏车以热平衡为基础可以建立其热状况和能耗分析模型，从而掌握冷藏车运行过程中的热性能和能耗状况；同时用三种不同的方法对多温区冷藏车的热负荷进行计算，对计算结果进行比较和分析，得出围护结构传入热和开门漏热是最需要考虑的部分，并且针对冷藏车车厢内温度场的分布情况，提出了实际中的优化建议。

关键词：多温区冷藏车；研究现状；热平衡模型；热负荷计算

Abstract

With the development of technology and the improvement of people’s living standards,people's awareness of food safety continues to increase,and cold chain logistics is becoming more and more important.As an efficient transportation form, multi-temperature refrigerated trucks are widely used to transport various goods requiring different storage temperatures.

China and foreign research statuses of refrigerated trucks were mainly introduced in study,especially, main classification and performances of multi-temperature refrigerated trucks were described in detail.By studying and researching a large number of literature and information,The heat balance model was selected to establish the simulation models of refrigerated car heat condition and energy consumption.So we can better understand the thermal status and energy consumption of refrigerated trucks during operation.Three different methods were used to calculate the heat load of the multi-temperature refrigerated trucks. By comparing and analyzing the calculated results, it can be concluded that the incoming heat of the enclosure structure and the heat loss from opening the door are the most important considerations.The theory and research will provide some references for optimizing the thermal performance of multi-temperature refrigerated trucks.

Keywords: Multi-temperature refrigerated trucks; Research status; Heat balance model; Heat load calculation

第一章 绪论

1.1研究背景

冷藏运输是保证易腐食品品质所必不可少的措施与环节，但由于运输成本高，缺少适宜的、符合实际要求的运输装备等因素，我国实际形成的易腐食品省际运输量难以满足总的需求量。因为运输装备的热工性能低下，操作人员职业素质不高，管理规范混乱，造成运输能耗居高不下，每年用于冷藏运输制冷系统的油耗即达50万吨，约20亿元。近年来，随着冷藏物品运输量的不断增加，油耗总量也在持续增长。根据相关文献统计显示，我国运输成本占据物流成本的54.9%，单位运输成本是发达国家企业的2到3倍，如此高昂的运输成本，使得企业利润的空间下降，严重阻碍了我国现代物流业的快速发展。高成本致使货主与运输企业的收益下降甚至是亏本经营，部分货主为了保证自身利润收入，只有用普通车辆取代冷藏车辆进行易腐食品的运输，由此造成高达15~30%的易腐食品腐损率，年直接经济损失过千亿。

我国冷链物流起步较晚，相比于美国、欧洲以及日本等发达国家和地区仍是处于初始发展阶段。因此，应大力推行当代冷链物流的理念与技术；加强对冷链物流体系标准的完善，包括对各种易腐食品冷藏运输时制冷保鲜技术标准的制定； 同时加强冷链物流基础设施的建设，包括配备节能环保的长短途冷链运输车辆；同时加快冷链物流装备与技术的升级，从而大幅度提升我国冷链运输能力和生鲜农产品的冷链运输率，推动冷链物流业的发展。

1.2国内外现状

上世纪中叶，欧美等西方发达国家就将冷藏运输的相关问题作为重点展开了系列的研究。二十世纪上半叶，铁路运输是世界各国易腐货品的主要运输手段；50年代后，冷藏运输方式变得多样化，冷藏汽车与冷藏船舶投入到冷藏运输行业中；上世纪70年代以来，冷藏集装箱发展迅速，广泛应用于铁路、公路、水路和空中运输中，实现了易腐货物的联运网络，也被称为将来冷藏运输中高效、经济、合理的运输方式。

在第二次世界石油能源危机后，日本等发达国家对产业进行了大规模的调整，在节能设备的开发利用上开始大下工夫，重点对节能和新技术的应用进行研究。对怎样节约能源、降低能耗，特别是降低冷藏运输的能耗投入了大量的精力，主要包括制冷系统、围护结构热性能和内部气流组织等方面的研究。

1. 制冷机组性能的优化

制冷系统是冷藏运输装备最重要的一个组成部分，制冷系统的蒸发器安装在冷藏车车厢内部，冷凝器安装在车厢外顶部或前部。制冷系统的大小和重量，制冷性能的好坏以及系统的智能化控制对冷藏运输装备运输能耗的大小和运输效率的高低都有着很大的影响。当前，制冷系统的优化都从这几个方面进行考虑。新型涡轮式压缩机取代了往复式压缩机，冷凝器的风机材料也使用了工程塑料，这样极大地减轻了车载重量，使制冷机组运行更高效，减少了机组运行的噪音，同时有增加了货物的装载量。发达国家将数字化控制技术应用在冷藏运输装备的制冷装置中，PTI检查由过去的人工操作实现了自动操作。空调的制冷剂也进行了更新换代，由过去的R11和R12制冷剂更换成了应用广泛的液氮喷淋技术和液态CO₂气化制冷技术，具有制冷温度低、制冷装置结构简单、运行可靠、操作方便、环保等优点。使制冷设备向着轻量化、智能化方向发展，降低了冷藏运输的人工成本，减小了能耗，提高了运输效率。

1. 新型隔热材料的研发及制作工艺的改进

冷藏运输装备的外围结构主要由两部分组成，车厢内外表面的围护材料和两者之间的隔热材料两大部分。上世纪80年代前冷藏集装箱的厢体全为铝制厢体，到了80年代中后期，钢制冷藏集装箱在德国问世，并逐步取代了铝制集装箱，到2003年，铝制集装箱已基本被淘汰。聚氨酯硬质泡沫塑料因其良好的隔热性能以及制作工艺的成熟被广泛应用到国内外冷藏车车厢中。此外，在车厢厢板和车门等结构的拼接技术上也有了许多改进。材料的不断革新、发泡制作工艺的不断改进使得冷藏运输装备变得越来越轻，密封性和隔热性也越来越好。

1. 气流流场的优化研究

冷藏车车厢内部温度的稳定性对其热效率有着重要的影响。学者J. Rodriguez-Bermejoetal研究发现，当冷藏车在装载货物的时，由于除霜过程，车厢内部局部温度会过高，远远达不到所设定的冷藏运输温度，从而使食品的品质受到很大的影响；J.Moure ，D.Flick等通过实验和数值模拟研究发现，车厢中装有送风管道有助于保持车厢内部温度的均匀分布，减少车厢内部温差，同时能够避免车厢尾部出现气流停滞区；H. B. Nahor，M. L. Hoangetal等对三维冷藏库的温度场CFD模拟进行了实验验证，并且证明了CFD模型在预测的冷藏库内部空气温度和存放货物的温度变化情况有较高的准确性，模拟结果令人满意。

我国在冷藏车的热性能和能耗方面的研究不多，冷藏运输装备中的冷藏冷冻保温技术很多是从建筑空调的技术中借鉴过来的。其研究方向主要分为， 冷藏车热性能研究、能耗分析研究和车厢内部气流组织分布研究等方面。

1. 冷藏车热性能研究

学者胡永年、汪坤明、林志祥等基于VIP的传热机理、结构机能等，使用合适的芯材和阻隔薄膜作为冷藏集装箱的围护结构，可以使能耗降低30%以上；段 焕林、李刚等使用VIP复合绝热体作为车厢体的围护结构比传统聚氨酯隔热材料在隔热和降低能耗方面都有更好的表现；韩林总结了当前冷藏汽车的围护结构材料及其制作工艺等，指明我国日后冷藏汽车的发展趋势。

（2）冷藏车能耗分析研究

冷藏车能耗的影响因素除运输装备本身的热工性能外，还包括运行环境对冷藏装备能耗的影响和不同的运输要求、不同的车速以及货物预冷与否等不定因素对冷藏运装备能耗的影响。学者姜涤清总结了当前公路冷藏车设计的几个要点，包括厢体强度要求、厢体选用材料及制冷机组选型等；刘广海，谢如鹤利用权重系数法和热平衡法对冷藏车的热状况进行了分析，并对冷藏车的外环境、围护结构、制冷系统以及车厢内部热环境进行建模，联立求解模型，通过试验对所建立的模型进行了检验分析，为冷藏车热分析的整体评价和后续的优化设计提供了参考。

（3）气流组织分布优化

陆蓓蕾，陈瑞球等对速冻装置建立数学物理模型，对其内部空气分布流场进行数值模拟。模拟结果表明保持速冻装置的内部装置结构不变化的情况下，在设备内部冻结区设置遮流板对设备节能和设备效率有积极作用；谢晶，吴天运用商业计算流体力学软件对一个小型冷库的开门20 s的过程进行了非稳态数值模拟，结果发现CFD软件能较好的反映现实情况；谢如鹤等通过研究冷藏集装箱在一定装载条件下其内温度场变化和送风工况对温度场的影响，对冷藏集装箱设计以及箱体内流场分布提出了建议。

总的来说，国外冷藏车技术相比于国内发展相对完善，发达国家通针对冷藏运输装备都有专门的研究，而且取得了良好的经济效益。我国冷藏车的研究尚处于初始阶段，冷藏方面的研究多集中在冷藏库、小型冷藏家电等方面，与国际先进水平还存在一定的差距。当前，随着人们食品安全意识的提高以及不同区域之间农产品交换的日益频繁，中国逐渐开始重视和发展对冷藏运输领域的研究，以促进我国冷藏运输事业的健康友好、可持续的发展。

1.3.论文研究的目的及意义

目前，冷藏车、保温车行业混乱，车辆的质量参差不齐，车辆日常管理不规范等一系列问题导致公路冷藏运输能耗增加，易腐食品腐损率较高。由于中国冷链物流的发展处于初级阶段，冷链物流具有多种类，多需求的特点。而温区冷藏车可以解决目前市场上对于冷藏车的需求，满足不同品类货物同批次运输的需求。这样不仅提高了运输效率，降低了运输成本，同时还可以保证不同品类的农产品对冷藏运输温度的不同需求，减少农产品品质的问题。因此，必须详细分析冷藏运输的状况与发展趋势，详细调查分析当前冷藏汽车的热工性能水平，明确冷藏车厢内影响温度场分布的主要因素，得到各因素对车厢内温度分布影响规律，为以后相关研究提供借鉴，提出改良优化的建议及方案，从而满足节能环保的要求，保证食品质的安全，促进冷链物流健康快速发展。

第二章 冷藏车的原理和性能

2.1冷藏车的组成及制冷方式

冷藏车一般由汽车底盘、制冷机组、隔热车厢和车厢内温度记录仪等部件组成，具有制冷和保温功能，服务于冷链物流行业，用来运输冷鲜肉、蔬菜水果等易腐食品，在冷藏运输中起着不可或缺的作用。因为农产品的冷链运输具有品类多、批量少的特点，同时不同种类的农产品对储运温的需求也各有不同，单温区冷藏车通常难以满足这样的多个条件，使车厢往往处于半载状态，造成运输资源浪费和运输成本的增加。因此，将冷藏车厢划分为多个温区，形成多温区冷藏车，不仅具有多个温度区域而且可以自动实现每个区域的温度调整，从而满足不同种类农产品的储运温度。

窗体顶端

冷藏车的主要作用是使物品保持在适宜的温度，当前的制冷方式主要有机械制冷，冷藏板制冷，液化气制冷等。目前应用最多的冷藏车为机械式冷藏车。

1. 机械式冷藏车

机械式冷藏车由制冷压缩机、蒸发器、电磁阀和冷凝器等部件之间相互配合共同完成制冷工作，同时再由制冷机组和隔热车厢相互配合保证制冷保温工作的持续进行。具体循环过程如图所示：

窗体顶端

窗体底端

图1机械式制冷原理图

根据制冷机组的驱动器的不同，机械式冷藏车可以被分为独立式和非独立式。具有自己独立的制冷机组的动力装置的机械式冷藏车被称为独立式机械冷藏车，它常用的动力装置有内部内燃机和电动机 。一些制冷设备只配备电源，只有内部内燃机或仅有电动机；有些配备了内燃机和柴油机发动机电机，使用离合器切换。 非独立式，其本身没有动力装置，一般由汽车主机附带对制冷压缩机进行驱动。目前，机械制冷车辆一般都采用蒸气压缩制冷机组。机械式冷藏车可以分为长途、中途和短途冷藏运输，具体由其自身的制冷量或可持续制冷时间决定。机械冷藏车基础技术成熟、车厢可调温度区间广泛同时运输成本相对较低，但是大型的机械式冷藏车的降温速度较慢、需要融霜，这些问题需要我们进一步解决。

（2）液化天然气冷藏车

液化天然气冷藏即LNG冷藏车，它以天然气为燃料为冷藏车提供动力，同时利用天然气气化吸热的物理特性来提供箱体所需要的冷量。是一种环保又节能的低温冷藏运输车。如图，为一种LNG冷藏车原理图，

图2 LNG冷藏车原理图

液化天然气在压力作用下力作用下从贮蓄罐中被送出，经过流量控制系统进入到气化器中，与冷板返回的天然气进行热量交换后气化为低温天然气，再进入充满蓄冷介质的冷板，冷板蓄冷后温度升高的天然气再次进入气化器中进行降温，重复一次。然后经加热器加热到送气温度，被送入天然气发动机中进行燃烧。

LNG冷冻干燥设备可以减少制冷机运行和压缩机的运行同时还可以大幅度减少对环境的污染问题。但是在液态天然气相变过程中，难以回收制冷量，导致容易出现冻结现象。

（3）冷板式冷藏车

冷板式冷藏车的车厢内安装了充满蓄冷剂的蓄冷板，蓄冷板中的蓄冷剂运输前要进行冻结蓄冷。运输过程中，蓄冷剂不断吸收箱内热量进行制冷，从而使车厢内温度始终保持在适宜的温范围内，达到制冷降温效果。

蓄冷式冷藏车的蓄冷时间一般情况下可以达到8至10小时,但特殊的冷藏车可以达到2到3天。蓄冷时间不仅与蓄冷板内蓄冷剂的量有关，而且还与车厢的隔热性能有关，因此选择隔热性能好的材料对增加制冷时间有着关键的作用。

蓄冷式冷藏车的设备成本较低，而且可以利用电力为蓄冷板蓄冷，因此运输费用较低，而且无噪声，故障率较低。但是，蓄冷板的数量一定，蓄冷能力有限，不适用于超长距离冷冻食品的运输，而且蓄冷板减少了汽车装载货物的有效容积，还有冷却速度较慢等不足之处。

2.2多温区冷藏车

2.2.1多温区冷藏车的分类

多温区冷藏车拥有多个个温区，可以满足不同种类的货物对冷藏运输温度的要求。如图，为一种多温区冷藏车外观图。当前，多温区冷藏车被分为单蒸发器多温区冷藏车和多蒸发器多温区冷藏车两类，被广泛应用于公路冷藏运输当中。

单蒸发器多温区冷藏车依靠一台蒸发器对车厢进行制冷，各温区之间的风道使冷量可以定量的进行分配，从而保证各温区具有不同的冷藏温度。多蒸发器多温区冷藏车在每个温区分别设置一台蒸发器，各温区独立完成制冷工作。温区之间没有气流的相互交换，使各温区的温度可以得到精准的控制。多蒸发器多温区冷藏车的制冷系统复杂，各温区内的蒸发器不仅影响冷藏车货物装载量而且还增加了运输成本。因此，国内市场在进行物流配送时多采用单蒸发器多温区冷藏车。

图3多温区冷藏车外观图

2.2.2单蒸发器多温区冷藏车

单蒸发器多温区冷藏车具有明显的优势，近年来得到了国内外很多专家学者的广泛关注。单蒸发器多温区冷藏车大多都是双温区和三温区，温区根据冷藏温度不同可以分为冷冻区、冷藏区和常温区。当进行冷藏运输时，各温区的温度可以根据所运输货物的冷藏温度进行调整。冷藏车厢的结构主要是粘连式结构，车厢中间材料大多选用聚氨酯隔热材料，内外装有较薄的玻璃钢、不诱钢等材料对车厢进行加固保护。车厢的板块之间用螺钉进行固定，用封闭型防撞板在厢体四周交接处进行密封，以满足整个厢体在运输过程中对箱体强度和气密性的要求。

单蒸发器多温区冷藏车最关键的技术是怎样依靠单个蒸发器实现多个温区的制冷需求。我国一般采取多点送风的方式，将蒸发器设置在冷冻区，再通过装配在车厢顶部的风道把冷冻区的冷风送到冷藏区、常温区从而实现多个温区的制冷需求。此外，车体底部还配备了回风导轨，在满足货物的放置和冷藏要求的时，还可以通过导轨之间的间隙实现各温区的回风。这样不仅可以比较精确的控制冷藏区和常温区的温度，还可以有效地利用车厢的固有结构，减少对装卸货操作的影响。