來(lái)源：上海海運(yùn)學(xué)院商船學(xué)院 汪慶國(guó)
摘要：本文對(duì)冷藏集裝箱三套檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較并對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了深入的分析，還就冷藏集裝箱的氣密性實(shí)驗(yàn)、漏熱實(shí)驗(yàn)、制冷機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞：冷藏集裝箱；氣密性實(shí)驗(yàn)；漏熱實(shí)驗(yàn)；制冷機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)
Study on the thermal property experiment methods for refrigerated containers
Cao Shuangwu, Zhang Xuelai
(Shanghai Maritime University, Shanghai 200135)
Abstract: In this paper, the three test standards ( ISO , ATP , GB ) are discussed .Three kinds of experiment methods ： Air-tightness test, heat leakage test and performance test with refrigeration unit are deeply analyzed .
Key words: refrigerated containers , air-tightness test , heat-leakage test , performance test of refrigerated unit
1前言
冷藏集裝箱屬運(yùn)輸制冷裝置，是“冷藏鏈”重要的一環(huán)。由于冷藏集裝箱能把各種易腐貨物始終保持在各自所需的儲(chǔ)藏溫度下，向世界各地進(jìn)行大量、快速和廉價(jià)的運(yùn)輸，所以近年來(lái)已發(fā)展成為國(guó)際貿(mào)易中一項(xiàng)新型的重要運(yùn)輸方式，將是21世紀(jì)重要的冷藏運(yùn)輸工具。到2000年全球冷藏集裝箱的總數(shù)已達(dá)到100萬(wàn)TEU（標(biāo)準(zhǔn)箱）。我國(guó)的冷藏集裝箱制造業(yè)也迅速崛起，年生產(chǎn)能力達(dá)到4.18萬(wàn)TEU（標(biāo)準(zhǔn)箱）。從2000年起的10年內(nèi)需要新造冷藏集裝箱6～10萬(wàn)TEU（標(biāo)準(zhǔn)箱）,平均每年需6000～1萬(wàn)個(gè)。
冷藏集裝箱類(lèi)似移動(dòng)的冷藏庫(kù)，主要采用機(jī)械制冷方式，通常裝配的制冷機(jī)組主要有三種機(jī)型：美國(guó)開(kāi)利機(jī)（Carrier）、日本三菱機(jī)(Mitsubishi)和美國(guó)熱機(jī)王(Thermo King)。由于冷藏集裝箱的可靠性要求很高，因此，其性能實(shí)驗(yàn)尤為重要。冷藏集裝箱除強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)外，熱工性能實(shí)驗(yàn)是另一項(xiàng)重要的性能檢驗(yàn)項(xiàng)目。
2冷藏集裝箱實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)容
目前冷藏集裝箱生產(chǎn)商普遍參考執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要有三個(gè)，一個(gè)是“關(guān)于易腐食品國(guó)際運(yùn)輸及其運(yùn)輸專(zhuān)用設(shè)備的協(xié)定”（ATP），另一個(gè)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO1496-2：1996）及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB7392-98）。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了公路、鐵路、水路運(yùn)輸以及聯(lián)運(yùn)用的ISO系列保溫集裝箱的技術(shù)要求和實(shí)驗(yàn)方法。其中的各項(xiàng)規(guī)定即構(gòu)成了冷藏集裝箱熱工性能實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。
冷藏集裝箱的熱工性能實(shí)驗(yàn)必須是在強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)行，基本有三項(xiàng)內(nèi)容，按順序依次進(jìn)行：氣密性實(shí)驗(yàn)、漏熱實(shí)驗(yàn)（箱體隔熱性能實(shí)驗(yàn)）、制冷性能實(shí)驗(yàn)。其中漏熱實(shí)驗(yàn)、制冷性能實(shí)驗(yàn)必須在恒溫室內(nèi)進(jìn)行。這些熱工實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了相應(yīng)的工況要求。如表一所示：
表一： 三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的冷藏集裝箱熱工性能實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的對(duì)比
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實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
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項(xiàng)目分類(lèi)
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ISO
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ATP
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GB
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氣密性實(shí)驗(yàn)
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箱內(nèi)外溫度t/℃
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15～25之間選定，波動(dòng)±1.5
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箱內(nèi)外壓差△p/Pa
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250±10
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150±10
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250±10
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漏熱實(shí)驗(yàn)
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1.測(cè)溫點(diǎn)數(shù)目
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內(nèi)外各12
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內(nèi)外各14
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內(nèi)外各12
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2.箱壁平均溫度t/℃
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20 ~ 32
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20
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20 ~ 32
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3.箱內(nèi)外最小溫差△t/℃
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>20
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>20
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>20
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4.每二組數(shù)據(jù)最大時(shí)間間隔△t/min
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30
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15
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30
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5.連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定工況時(shí)間t/h
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>8
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>12
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>8
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6.同組測(cè)量數(shù)據(jù)各測(cè)點(diǎn)間最大溫差△t/℃
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<3.0
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<2.0
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<3.0
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7.任二組平均溫度間最大溫度波動(dòng)t/℃
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<1.5
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±0.5
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<1.5
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8.流過(guò)箱外測(cè)點(diǎn)處風(fēng)速
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<2
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1～2
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<2
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9.箱內(nèi)加熱功率的最大波動(dòng)
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<3%
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<3%
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<3%
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性能實(shí)驗(yàn)
（其余與1,6,7,8,9同）
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10.制冷機(jī)處增加測(cè)溫點(diǎn)數(shù)
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5
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16
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5
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11.箱外平均溫度t/℃
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38
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30
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38
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12.箱內(nèi)平均溫度t/℃
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-18
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-20
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-18（-15）
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13.每二組數(shù)據(jù)間最大時(shí)間間隔△t/min
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30
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30
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30
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14.連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定工況時(shí)間t/h
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>8
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-
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>8
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15.箱內(nèi)附加熱負(fù)荷占漏熱量的比例
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0.25
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0.35
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0.25
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16.連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定工況時(shí)間t/h
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>4
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12
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>4
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3實(shí)驗(yàn)裝置
漏熱實(shí)驗(yàn)、制冷性能實(shí)驗(yàn)必須在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，必須建造一座較大型的環(huán)境室。圖一是典型冷藏集裝箱生產(chǎn)廠(chǎng)的熱工性能測(cè)試環(huán)境室及實(shí)驗(yàn)裝置。
恒溫室六個(gè)面均作隔熱處理，被測(cè)集裝箱置于兩組鐵輪架上經(jīng)鐵軌送入室內(nèi)，箱門(mén)側(cè)對(duì)著送風(fēng)孔板，箱體制冷機(jī)組在氣流下游。空氣處理設(shè)備均置于上風(fēng)道中，循環(huán)空氣依次流過(guò)可調(diào)導(dǎo)風(fēng)百頁(yè)2、表冷卻器3、軸流風(fēng)機(jī)4、加熱器5、加濕器6、輔助加熱器7。這樣，空氣經(jīng)歷了降溫去濕、加熱加濕處理，最后流入靜壓室經(jīng)送風(fēng)孔板流出，均勻地縱向流過(guò)集裝箱周?chē)鷾y(cè)溫區(qū)，然后被吸入回風(fēng)口，繼續(xù)循環(huán)流動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制:實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中涉及的控制對(duì)象主要有3個(gè)，即環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、和箱內(nèi)溫度。分別采用單回路調(diào)節(jié)器加以控制。所有溫度測(cè)量均用Pt100鉑電阻溫度傳感器。溫度、流量、壓差及功率的測(cè)量值均由變送器輸入計(jì)算機(jī)，將測(cè)的參數(shù)與工況設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，由計(jì)算機(jī)按PID控制方法控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)每隔一定時(shí)間采集一次數(shù)據(jù)，判斷工況的穩(wěn)定性及溫度的均勻性，適時(shí)給出測(cè)量參數(shù)和曲線(xiàn)，具有中英文屏幕顯示和數(shù)據(jù)庫(kù)保存歷次測(cè)試結(jié)果的功能。
4實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果分析
4.1氣密實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)應(yīng)安排在全部強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)完成之后，漏熱實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前進(jìn)行。
圖示二為氣密實(shí)驗(yàn)的原理圖。分別把氣源C，調(diào)節(jié)閥M、流量計(jì)S、壓力表P，連接到冷藏集裝箱的漏水器上。把調(diào)節(jié)閥M慢慢打開(kāi)，可以看到流量計(jì)S工作，壓力表P慢慢上升，向冷藏集裝箱內(nèi)送氣，使箱內(nèi)與箱外壓差升至250Pa±10Pa，調(diào)整進(jìn)氣量使該壓差保持5分鐘不變，也就是說(shuō)進(jìn)氣量和漏氣量保持平衡時(shí)，流量計(jì)指示的流量即為冷藏集裝箱的漏氣量。對(duì)只開(kāi)設(shè)一個(gè)箱門(mén)的冷藏集裝箱，其漏氣率按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)，不應(yīng)超過(guò)每小時(shí)10立方米，每增設(shè)一個(gè)箱門(mén)的漏氣率允許增加5立方米。
4.2漏熱實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)是為了確定冷藏集裝箱的漏熱率，應(yīng)安排在氣密實(shí)驗(yàn)合格后進(jìn)行。漏熱實(shí)驗(yàn)可采用冷源法和熱源法，它們均是一種平衡替代法。
冷源法就是在箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)冷源，使箱內(nèi)處于低溫，而箱外則為高溫，模擬冷箱漏熱的實(shí)際情況。因此，冷源法實(shí)驗(yàn)最能真實(shí)反映冷箱的漏熱情況，但是，在實(shí)際應(yīng)用中很難找到一個(gè)可以穩(wěn)定、連續(xù)地，并且可以計(jì)量的冷源，因此只能使用熱源法來(lái)取代。
熱源法就是在箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)電加熱器，在電加熱器加熱時(shí)箱內(nèi)溫度將比箱外高，因此，熱量是從箱內(nèi)向箱外流的（正好同冷源法相反）。根據(jù)電熱能量守恒的原理，所有的電能將全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽捎陔娔芎苋菀诇y(cè)量，因此，就很容易提供一個(gè)穩(wěn)定、連續(xù)、并且可以計(jì)量熱量的能源，因此熱源法就得到了普遍的應(yīng)用。
冷藏集裝箱的漏熱，應(yīng)以總漏熱率U來(lái)表示，單位為W/K，應(yīng)由下式算出：
U = Q/（T1-T2）
式中：U——總漏熱率，W/K；
Q——箱內(nèi)加熱器和風(fēng)扇所耗功率之和，W；
T1、T2——箱內(nèi)、箱外平均溫度，K，為每個(gè)測(cè)試記錄間隔未了測(cè)得的各個(gè)溫度測(cè)值的算術(shù)平均值；
T——平均壁面溫度，K，通常T=（T1+T2）/ 2
圖三是按照ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定繪制的冷藏集裝箱漏熱實(shí)驗(yàn)中穩(wěn)定狀態(tài)的圖解曲線(xiàn)。圖中列出了做漏熱實(shí)驗(yàn)必須滿(mǎn)足的實(shí)驗(yàn)裝置的精度和實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度條件。這樣做既能滿(mǎn)足ISO的要求，又能使實(shí)驗(yàn)時(shí)保證最佳狀態(tài)。從表一可看出，ATP的要求比ISO、GB更高。
4.3制冷性能實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)帶有機(jī)械制冷機(jī)組的冷藏集裝箱在給定的箱外溫度為T(mén)2下保持箱內(nèi)給定溫度為T(mén)1的能力。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求外部環(huán)境溫度維持在（38±0.5）℃，環(huán)境露點(diǎn)溫度恒定在(25±2) ℃，對(duì)應(yīng)干球溫度下的相對(duì)濕度要求為（75±5）％，箱內(nèi)溫度設(shè)定為-18℃。圖示四是冷藏集裝箱的性能曲線(xiàn)，起始階段由集裝箱自帶制冷機(jī)組給箱內(nèi)降溫，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)入穩(wěn)定工況，繼續(xù)運(yùn)行則集裝箱上制冷機(jī)組進(jìn)入自動(dòng)融霜階段，制冷機(jī)組停機(jī)，融霜電熱器工作，箱內(nèi)溫度迅速上升，融霜結(jié)束，制冷機(jī)組恢復(fù)工作箱內(nèi)溫度迅速降低，制冷機(jī)組又開(kāi)始新一輪的工作循環(huán)。重新進(jìn)入穩(wěn)定工況為整個(gè)性能實(shí)驗(yàn)的有效階段，把此階段的箱內(nèi)平均溫度與設(shè)定值比較，以確定機(jī)組的制冷性能。在連續(xù)測(cè)定的有效工況內(nèi)，二者差值的絕對(duì)值越小，則機(jī)組的性能越好。
5結(jié)論
本文分析的冷藏集裝箱熱工性能實(shí)驗(yàn)方法，適用于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的大小不同的冷藏集裝箱的性能實(shí)驗(yàn)。
對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的冷藏集裝箱的氣密性、隔熱性能及制冷性能的綜合實(shí)驗(yàn)，是一項(xiàng)經(jīng)常性的工作，以作為上級(jí)監(jiān)管部門(mén)和制造廠(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督、控制的依據(jù)。
熱工性能實(shí)驗(yàn)是保證冷藏集裝箱質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，因此，對(duì)冷藏集裝箱熱工性能實(shí)驗(yàn)方法的研究具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
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