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

漢陽專用汽車研究所 湖北武漢 430056

從隔熱材料、廂體制作技術和密封性能三個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展方向，以期為冷藏車產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

冷藏車是冷藏運輸的專用汽車，專門用于運輸易腐貨物和對溫度有特定要求的貨物。目前冷藏保溫汽車是公路冷藏運輸的主要運輸工具，主要由汽車底盤、隔熱車廂及制冷機組組成。

影響冷藏車隔熱性能因素比較復雜，本文主要從隔熱材料、廂體制作技術和密封性能三個主要的方面進行探討，以期為冷藏車廂體設計和隔熱性能提升等方面的研究提供參考。

2 隔熱材料

EPS的正式學名為發泡性聚苯乙烯(Expandable Poly Styrene，簡稱為 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，簡易快速成型性、色澤豐富、耐酸，且機械性質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，是可發性聚苯乙烯顆粒，經低沸點液體發泡劑加熱預發泡后，在模具中加熱成型的。ESP板特殊的物理結構使得其能夠在板內部儲藏大量的空氣，且密封于材料內部，因此ESP板具有保溫、隔音等功能，被廣泛地應用于大中型冷庫、建筑保溫、冷藏車廂等各個領域。

聚氨酯（PU）為主鏈中含有基甲酸特征單元的一類高分子。聚氨酯的合成反應可分為一段式聚合及兩段式聚合。一段式聚合反應是將反應物異氰酸酯、聚醇類和鏈延長劑同時加入反應瓶中進行聚合反應，此方法優點為步驟簡單，適合用于工業上大量制造，以減少生產成本，但因聚醇類及鏈延長劑對異氰酸酯的反應用不同，使合成之聚氨酯結構上較為不規則，從而間接影響材料的性質。兩段式聚合反應分為兩階段進行反應，第一階段先將異氰酸酯與聚醇類反應生成分子量較小的預聚物，第二階段加入鏈延長劑使預聚物聚合成高分子量的產物，此方法所制成之聚氨酯結構較為均一，因此材料的性質較一段式聚合反應佳。聚氨酯保溫杯的隔熱保溫性能好、強度可靠，而且具有隔音、耐磨等性能，可以通過注入式發泡的方式制作成冷藏車廂體，被國內外冷藏車生產廠家大量應用[2]。

近些年來，擠塑聚苯乙烯這種新型隔熱材料也應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、承載能力強等特點，而且壽命長，抗潮能力強、阻燃性能優越等優點，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如表1所示。

表1 三種常用隔熱材料性能指標

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的主流產品。聚苯乙烯泡沫的導熱系數較高，若想達到同等的保溫效果，相比另外兩種保溫材料則需要更厚的廂體，這勢必會影響廂體容積，所以聚苯乙烯隔熱材料多用在中低端的冷藏車上。盡管生產工藝繁瑣，但是由于其形式簡單，不需要特殊的型材，部分中小冷藏車企業仍在使用該材料。擠塑聚苯乙烯在不少國外冷藏車生產廠家使用，在國內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該有機械性能，還應具備良好的氣密性和隔熱保溫性能，才能確保所運輸的貨物在一個溫度穩定的環境中。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。

隔熱車廂結構形式可以分為整體結構和拼裝結構兩大類，而整體結構又可以分為整體骨架式和整體隔熱層式，拼裝結構可以分為分片注入發泡式和“三明治”板粘接式[3]，如圖1所示。

圖1 隔熱車廂結構形式

不同結構隔熱車廂的工藝流程如圖2所示。

圖2 不同結構隔熱廂體工藝流程

“三明治”板粘接式的冷藏車隔熱廂體結構簡單，自身質量輕，斷熱橋設計十分合理，廂體的熱工性能和氣密性也很優越，能夠有效減少空穴、燒心等缺陷，但是車廂強度有待提高[4]。

目前發達國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。例如英國的RVL公司和意大利的知名冷藏保溫車生產企業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。

國內的大型冷藏車生產企業都在使用“三明治”板粘接式的冷藏車廂體，不過也有部分生產規模較小的企業使用整體骨架注入發泡式的廂體制作工藝，這種工藝對生產條件要求不高，適合生產小規模、非標廂體，但是廂體的熱工性能還有待提高。

4 廂體密封性能

冷藏車對廂體的密封性能有很高的要求，因為廂體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，使得車廂內外空氣形成對流，于是廂體密封性能受到影響，同時也增加了制冷機組的負荷。有學者測算出漏氣對廂體總傳熱系數的影響為5%～30%。

漏氣倍數是指一小時內車廂泄露的空氣量與車廂容積的比值。通常用漏氣倍數作為評價車廂氣密性的指標[5]。現行的國標GB 29753-2013[6]也將漏氣倍數作為衡量冷藏車性能的重要指標之一。

在研究漏氣倍數與廂體總傳熱系數的關系時，根據GB 29753-2013中氣密性能試驗和隔熱性試驗熱法對冷藏車進行試驗，并記錄相關數據，按照標準中數據的處理方式，可得到所需的漏氣倍數和總傳熱系數這兩個指標的數據。

總傳熱系數按公式計算：

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

車廂漏氣倍數計算公式如下:

式中，L為漏氣倍數，h-1；V為試驗壓差100 Pa時，標準狀態下

t的漏氣量， m3/h；V為車廂的容積，m3。

X

相關分析是研究現象之間是否存在某種依存關系，并對具體有依存關系的現象探討其相關方向以及相關程度，是研究隨機變量之間的相關關系的一種統計方法。本研究采集了395個冷藏車樣本，并對漏氣倍數與廂體總傳熱系數這兩個變量的數據進行相關分析，分析結果如表2所示。得出漏氣倍數與廂體總傳熱系數的相關系數為0.748，兩變量共變關系一致度較高，且在置信度（雙測）為0.01時，相關性是顯著的。所以筆者認為，漏氣倍數與廂體總傳熱系數存在正相關的關系，即隨著漏氣倍數的增大，廂體的總傳熱系數也會增大，廂體隔熱性能下降。

表2 相關系數

在做冷藏車隔熱性能試驗時，還會利用紅外熱成像儀監控分析冷藏車漏熱的相關情況。圖3為某冷藏車型做隔熱試驗時筆者用紅外熱成像儀拍攝到的情況，可以發現廂體車門密封處漏熱現象最為嚴重，其次是廂體連接處。由此可見，廂門的密封尤為重要。

同時，通過大量的試驗可以了解到國內大多數冷藏車的車門密封條存在明顯縫隙，不僅如此，密封條為單層結構，保溫效果不好。為了達到良好的密封性能，廂門處應該采用內外兩組密封條，且不同門結構應選用合適的內門封、外門封與后端間隙，并保證間隙均勻，一般優先選用“O”型內密封膠條[7,8]。

圖3 隔熱試驗紅外熱成像儀監控圖片

5 結語

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

冷藏車在國民生活、生產中發揮著重要作用，但我國的冷藏車技術水平與發達國家仍有差距。根據分析冷藏車隔熱性能的主要影響因素，總結出冷藏車未來的發展方向。

a. 不斷開發新型隔熱材料。以往學者的研究表明，當廂體隔熱材料的熱導率每增加0.001 W/(mK)時，為了達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與使用對冷藏車行業的發展至關重要。

b. 提高廂體制作水平。冷藏車企業和相關科研機構應提高技術能力，結合生產需求，不斷探索先進的發泡技術，在減少缺陷、節約成本等方面取得突破。與此同時，在廂體制作過程中，廂體結構還可以進步一改善。由隔熱車廂內外蒙皮間低熱阻材料構成的熱流區稱為熱橋，熱橋面積雖然僅占隔熱車廂的2～5%，但對傳熱系數的影響較大，可增大10%～25%[10]。在滿足車廂強度的基礎上，盡量使用木材、玻璃鋼等非技術材料作為輔助骨架，在廂體上形成“斷熱橋”，從而提高保溫性能，減少制冷機組的能量消耗。

c. 提高廂體密封性能。廂體氣密性是評價冷藏車隔熱性能的關鍵指標。在提高氣密性方面，應當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構來實現。

d. 在互聯網技術快速發展的大背景下，應加快互聯網技術在冷藏車行業的應用。對冷藏車運輸過程進行時時監控，以保證所運輸的食品或生物制品等始終保持在最佳的溫度范圍內[11]，一旦運輸過程出現問題，也可以及時發現，避免引發更大的危害。

[1] 劉慧娟.冷藏車保溫材料傳熱特性與想內熱環境的研究[D].北京建筑大學,2013. [2] 馮愿軍.我國冷藏汽車技術現狀及發展方向研究[D].南京理工大學,2002.

[3] 劉哲義,何明輝.專用汽車構造[M]. 武漢:武漢工業大學出版社,1994.

[4] 劉杰坤，李君，等.冷藏運輸隔熱車廂研究進展[J].食品工業,2014(12):35

[5] 韓林.冷藏車保溫車廂體制作技術及隔熱材料的應用[J].商用汽車,2005(8).

[6] GB 29753-2013 道路運輸 食品與生物制品冷藏車安全要求及實驗方法[S].北京:中國標準出版社,2013.

[7] 張俊.冷藏集裝箱的優化設計[J].集裝箱化,2003(01):34-35.

[8] 張俊.冷藏集裝箱的設計[A].中國制冷學會、全國商業冷藏科技情報站,2000年中國食品冷藏鏈大會暨冷藏鏈配套裝備展示會論文集. 2000:8.

[9] 李錦,謝如鶴,劉廣海等.冷藏車降溫數學模型建立與影響因素分析[J].農業機械學報,2013(6):44.

[10] 朱則剛.冷藏保溫車廂體結構及主要部件選擇[J].物流技術與應用:貨運車輛,2012(04):62-64.

[11] 梁仲文,王國棟．冷藏車的春天來了——淺析《農產品冷鏈物流發展規劃》出臺后冷藏車的發展前景[J]專用汽車與配件,2010(9):15-16．

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工作。

U469.6+6.01

：B

1004-0226(2017)04-0090-04

2017-02-15