2～8℃小型疫苗冷藏車溫度場實測分析研究

丁小磊，張忠斌，方蕾，顧呈華，甘強

（1.江蘇省疾病預防控制中心；2.南京師范大學，江蘇 南京 210009）

疫苗冷藏車是冷鏈運輸的關鍵設備，對運輸疫苗的安全性起著決定性作用。合適的車廂內溫度分布可以提升疫苗冷藏車的制冷效果，分析冷藏車廂內的冷氣流場和溫度場在時間上和空間上的分布規律，結合實際的情況，研究各種不同的外界因素對其車廂內的溫度場的影響，并且對其進行優化，可以實現對車廂內的溫度場的控制。因此，國內外大量學者針對影響冷藏車廂內溫度場變化的因素方面進行大量的研究。通過對冷藏車廂內溫度場的實測，分析在不同的工況條件下車廂內溫度場的變化情況，通過改進冷藏車自身的結構、合理擺放貨物、安裝風幕機以及改善送風方式等方法優化溫度場的氣流組織，達到理想的控溫效果。

本文以2～8℃疫苗冷藏車為研究對象，主要通過設置車廂內空間上不同測試點的溫度值的實測，探究疫苗冷藏車在運輸過程中車廂內的溫度場分布情況，計算分析不同測試點的溫度變化和相互影響情況。本文最后則是通過對實測結果的總結，提出關于2～8℃疫苗冷藏車在疫苗冷鏈運輸中的相關建議。

1 2～8℃疫苗冷藏車溫度場實測

1.1 實驗設備和儀器儀表

實驗對象為2～8℃單蒸發器單溫區疫苗冷藏車，廂體尺寸大小2300mm×1450mm×1175mm的小型冷藏車，且實測當日外界環境溫度保持在25℃，循環風機的風速調整保持在5m/s。測量廂體內溫度場使用到的儀器儀表分別有熱電偶、數據采集儀、熱敏風速計、溫濕度變送器以及紅外成像測溫儀等。

1.2 熱電偶布置

通過在廂體內布置熱電偶的方式實時測試廂體內溫度場的變化。在熱電偶的布點方面，結合廂體的實際尺寸大小，優化布點方式，熱電偶基本布置在廂體內的各個頂角處、邊上以及橫截面的中間部位，盡可能完整測試整個廂體內的溫度場變化，便于后續區別和分析各組數據。

1.3 冷藏車的布點

根據廂體實際尺寸，將廂體按長度方向均勻劃分5個橫截面，每個橫截面12個測試點， 3×4的布置方式，一共60個測試點，每半分鐘采集一次數據，如圖1所示。每個橫截面寬度方向上的3個點，每個點相距625mm；高度方向上4個點，每個點相距325mm；每個橫截面之間相距525mm，且以上均為等距布置。

圖1 冷藏車溫度場實測布點

圖2 小型冷藏車紅外線成像測溫圖

1.4 實驗步驟及記錄

實測當日，外界環境溫度25℃，內部的循環風機的風速保持在5m/s，冷凝器的出風口與回風口都同時打開，保證廂體內的氣流循環流動，達到良好的制冷效果，確保實驗順利進行。

具體實驗步驟為，根據要求在廂體布置測試點，然后利用紅外線成像測溫儀測試，其測量范圍為-20℃～120℃，精度為±0.1℃，觀察廂體內的初始溫度場分布情況，從圖2紅外線成像測溫圖可以看出，小型疫苗冷藏車測試廂體內在負載為0、50%、100%的情況下，關開門時的溫度場變化情況。

2 2～8℃疫苗冷藏車溫度場實測分析

2.1 數據整理

本實測通過對小型疫苗冷藏車進行廂體內的溫度場測試，控制變量外在因素分析溫度場的變化情況。本次實測中，冷藏車廂體內的初始平均溫度為25℃，每半分鐘測試降溫情況，通過求取不同時刻廂體各個測試點的平均值，然后通過Origin軟件擬合為曲線，觀察溫度場的變化。

2.1.1 冷藏車空載

在空載的情況下開啟制冷壓縮冷凝機組，對廂體內的溫度場進行降溫，直至溫度場穩定在2～8℃范圍上下，大約每5min出現一個波峰，如圖3（a）所示，波距相對較短，分析可知在相同時間內制冷機輸送等量冷氣流的情況下，小型冷藏車廂體體積較小，與外界環境、貨物等熱量交換變化更為明顯，造成溫度場波動較為劇烈。

2.1.2 冷藏車負載

在廂體內分別增加50%、100%的負載，然后測試溫度場的變化情況，如圖3（b）所示，2種情況下的溫度下降速率有所不同，從相同的起始溫度26℃，100%負載情況下，經過22min降溫至2.5℃；負載50%情況下，經過15min降溫至2.5℃，分析可知，當100%負載時，冷氣流需要與較多的負載進行熱量的交換，在相同時間內制冷機輸送等量的冷氣流條件下，廂體內溫度下降較為緩慢，溫降曲線曲率較小。降至最低溫之后，2種工況下的溫度波動曲線幾乎相同，大約均是每7.5min出現1個波峰，分析可知小型冷藏車廂自身總的空間體積較小，在制冷機工作時間較長之后，廂體內具有充足冷氣流，不同數量的負載對溫度場的影響較小，在2～8℃范圍內的溫度波動曲線幾乎相同。

圖3 小型冷藏車空載(a)/不同負載下的溫度場(b)

最后在不同負載、開門條件下對冷藏車廂體內的溫度場進行測試，溫度場均在1～2min內快速升溫至8℃之上。

2.2 實驗分析

記錄各個截面12個測試點從起始溫度到穩定波動時間段內的平均溫度，并作為截面溫度，共5個截面。

2.2.1 不同位置溫度場的分析

通過記錄廂體不同位置截面的平均溫度，記錄從廂體內起始溫度到穩定波動時間段內的平均溫度，觀察其變化情況。顯然，不同截面的溫度各不相同。截面隨著遠離制冷機，其平均溫度依次下降，這是由于冷藏車內冷氣流下降，熱氣流上升的規律，導致制冷機的冷氣流首先快速輸送到廂體尾部截面，再回流循環經過靠近風機的截面；小型冷藏車廂內不同截面平均溫度最大差值在2.0℃左右。

2.2.2 不同負載溫度場的分析

根據實測記錄曲線圖表，可以發現，在負載為50%、100%時，小型冷藏車廂內溫度波動度分別為△tf1=1.02℃、△tf2=1.245℃，由此可以看出，車廂內隨著負載的增加，其溫度場波動隨之更加劇烈；分析可知，廂體內負載的增加，剩余空間相對減少，抑制冷氣流在車廂內循環回流，導致不同負載情況下的溫度場溫度波動度有所差異。在對比不同的負載車廂內溫度情況時，能發現隨著負載的增加，廂體內的溫度也隨之下降，由此能夠得出結論，在相同的制冷機功率條件下，負載較大的廂體內各個空間位置能夠有充足的冷氣流循環，所能達到的溫度也相對較低。

3 結論與展望

3.1 結論

本文針對2～8℃小型疫苗冷藏車不同負載的溫度場進行實測并展開研究，得出結論：根據實測結果可知，在增加不同的負載時，小型冷藏車內溫度場波動較小；在運輸冷藏疫苗方面，根據運送疫苗貨物量，選擇合適的冷藏車類型，確保疫苗品質的安全性。在設計2～8℃疫苗冷藏車方面，主要是對冷氣流循環的管理，可以在車廂壁面安裝合適的風道結構，加快廂體內冷氣流的回流循環；冷藏車內不同位置的溫度場有所區別，可根據疫苗自身的溫度要求，在廂體內選擇合適的擺放位置，合理安排疫苗的擺放，確保疫苗的品質安全性。

3.2 展望

基于本文對2～8℃疫苗冷藏車溫度場的分析研究，在優化疫苗冷藏車溫度場工作方面，可以從以下方面開展：設計2～8℃疫苗冷藏車時，主要是對冷氣流循環的管理，可以在車型壁面安裝合適的風道結構，加快廂體內冷氣流的回流循環；疫苗的裝卸也是冷藏車溫度場變化的一個重要因素，在裝卸疫苗貨物時，外界氣流與廂體內冷氣流對流交換，造成溫度上升，能耗損失。因此應該保證裝卸疫苗貨物的最優化方案，減少開關門時間，與此同時，可以在冷藏車車門處安裝軟簾以及風幕機，降低廂體內外氣流的對流交換；對于2～8℃疫苗冷藏車，可以將計算流體力學（CFD）應用于冷藏車溫度場的研究中，對溫度場進行數值模擬并與實測分析對比，進一步分析疫苗冷藏車內溫度場的分布特點，研究最佳的溫度場控溫方案。