2～8℃小型疫苗冷藏車溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)分析研究

丁小磊，張忠斌，方蕾，顧呈華，甘強(qiáng)

（1.江蘇省疾病預(yù)防控制中心；2.南京師范大學(xué)，江蘇 南京 210009）

疫苗冷藏車是冷鏈運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，對(duì)運(yùn)輸疫苗的安全性起著決定性作用。合適的車廂內(nèi)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(nèi)的冷氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)在時(shí)間上和空間上的分布規(guī)律，結(jié)合實(shí)際的情況，研究各種不同的外界因素對(duì)其車廂內(nèi)的溫度場(chǎng)的影響，并且對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車廂內(nèi)的溫度場(chǎng)的控制。因此，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者針對(duì)影響冷藏車廂內(nèi)溫度場(chǎng)變化的因素方面進(jìn)行大量的研究。通過對(duì)冷藏車廂內(nèi)溫度場(chǎng)的實(shí)測(cè)，分析在不同的工況條件下車廂內(nèi)溫度場(chǎng)的變化情況，通過改進(jìn)冷藏車自身的結(jié)構(gòu)、合理擺放貨物、安裝風(fēng)幕機(jī)以及改善送風(fēng)方式等方法優(yōu)化溫度場(chǎng)的氣流組織，達(dá)到理想的控溫效果。

本文以2～8℃疫苗冷藏車為研究對(duì)象，主要通過設(shè)置車廂內(nèi)空間上不同測(cè)試點(diǎn)的溫度值的實(shí)測(cè)，探究疫苗冷藏車在運(yùn)輸過程中車廂內(nèi)的溫度場(chǎng)分布情況，計(jì)算分析不同測(cè)試點(diǎn)的溫度變化和相互影響情況。本文最后則是通過對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果的總結(jié)，提出關(guān)于2～8℃疫苗冷藏車在疫苗冷鏈運(yùn)輸中的相關(guān)建議。

1 2～8℃疫苗冷藏車溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器儀表

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為2～8℃單蒸發(fā)器單溫區(qū)疫苗冷藏車，廂體尺寸大小2300mm×1450mm×1175mm的小型冷藏車，且實(shí)測(cè)當(dāng)日外界環(huán)境溫度保持在25℃，循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速調(diào)整保持在5m/s。測(cè)量廂體內(nèi)溫度場(chǎng)使用到的儀器儀表分別有熱電偶、數(shù)據(jù)采集儀、熱敏風(fēng)速計(jì)、溫濕度變送器以及紅外成像測(cè)溫儀等。

1.2 熱電偶布置

通過在廂體內(nèi)布置熱電偶的方式實(shí)時(shí)測(cè)試廂體內(nèi)溫度場(chǎng)的變化。在熱電偶的布點(diǎn)方面，結(jié)合廂體的實(shí)際尺寸大小，優(yōu)化布點(diǎn)方式，熱電偶基本布置在廂體內(nèi)的各個(gè)頂角處、邊上以及橫截面的中間部位，盡可能完整測(cè)試整個(gè)廂體內(nèi)的溫度場(chǎng)變化，便于后續(xù)區(qū)別和分析各組數(shù)據(jù)。

1.3 冷藏車的布點(diǎn)

根據(jù)廂體實(shí)際尺寸，將廂體按長(zhǎng)度方向均勻劃分5個(gè)橫截面，每個(gè)橫截面12個(gè)測(cè)試點(diǎn)， 3×4的布置方式，一共60個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每半分鐘采集一次數(shù)據(jù)，如圖1所示。每個(gè)橫截面寬度方向上的3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)相距625mm；高度方向上4個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)相距325mm；每個(gè)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(chǎng)實(shí)測(cè)布點(diǎn)

圖2 小型冷藏車紅外線成像測(cè)溫圖

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟及記錄

實(shí)測(cè)當(dāng)日，外界環(huán)境溫度25℃，內(nèi)部的循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速保持在5m/s，冷凝器的出風(fēng)口與回風(fēng)口都同時(shí)打開，保證廂體內(nèi)的氣流循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到良好的制冷效果，確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

具體實(shí)驗(yàn)步驟為，根據(jù)要求在廂體布置測(cè)試點(diǎn)，然后利用紅外線成像測(cè)溫儀測(cè)試，其測(cè)量范圍為-20℃～120℃，精度為±0.1℃，觀察廂體內(nèi)的初始溫度場(chǎng)分布情況，從圖2紅外線成像測(cè)溫圖可以看出，小型疫苗冷藏車測(cè)試廂體內(nèi)在負(fù)載為0、50%、100%的情況下，關(guān)開門時(shí)的溫度場(chǎng)變化情況。

2 2～8℃疫苗冷藏車溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)分析

2.1 數(shù)據(jù)整理

本實(shí)測(cè)通過對(duì)小型疫苗冷藏車進(jìn)行廂體內(nèi)的溫度場(chǎng)測(cè)試，控制變量外在因素分析溫度場(chǎng)的變化情況。本次實(shí)測(cè)中，冷藏車廂體內(nèi)的初始平均溫度為25℃，每半分鐘測(cè)試降溫情況，通過求取不同時(shí)刻廂體各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均值，然后通過Origin軟件擬合為曲線，觀察溫度場(chǎng)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(jī)組，對(duì)廂體內(nèi)的溫度場(chǎng)進(jìn)行降溫，直至溫度場(chǎng)穩(wěn)定在2～8℃范圍上下，大約每5min出現(xiàn)一個(gè)波峰，如圖3（a）所示，波距相對(duì)較短，分析可知在相同時(shí)間內(nèi)制冷機(jī)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(huán)境、貨物等熱量交換變化更為明顯，造成溫度場(chǎng)波動(dòng)較為劇烈。

2.1.2 冷藏車負(fù)載

在廂體內(nèi)分別增加50%、100%的負(fù)載，然后測(cè)試溫度場(chǎng)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(fù)載情況下，經(jīng)過22min降溫至2.5℃；負(fù)載50%情況下，經(jīng)過15min降溫至2.5℃，分析可知，當(dāng)100%負(fù)載時(shí)，冷氣流需要與較多的負(fù)載進(jìn)行熱量的交換，在相同時(shí)間內(nèi)制冷機(jī)輸送等量的冷氣流條件下，廂體內(nèi)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(dòng)曲線幾乎相同，大約均是每7.5min出現(xiàn)1個(gè)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(jī)工作時(shí)間較長(zhǎng)之后，廂體內(nèi)具有充足冷氣流，不同數(shù)量的負(fù)載對(duì)溫度場(chǎng)的影響較小，在2～8℃范圍內(nèi)的溫度波動(dòng)曲線幾乎相同。

圖3 小型冷藏車空載(a)/不同負(fù)載下的溫度場(chǎng)(b)

最后在不同負(fù)載、開門條件下對(duì)冷藏車廂體內(nèi)的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，溫度場(chǎng)均在1～2min內(nèi)快速升溫至8℃之上。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

記錄各個(gè)截面12個(gè)測(cè)試點(diǎn)從起始溫度到穩(wěn)定波動(dòng)時(shí)間段內(nèi)的平均溫度，并作為截面溫度，共5個(gè)截面。

2.2.1 不同位置溫度場(chǎng)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(nèi)起始溫度到穩(wěn)定波動(dòng)時(shí)間段內(nèi)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(yuǎn)離制冷機(jī)，其平均溫度依次下降，這是由于冷藏車內(nèi)冷氣流下降，熱氣流上升的規(guī)律，導(dǎo)致制冷機(jī)的冷氣流首先快速輸送到廂體尾部截面，再回流循環(huán)經(jīng)過靠近風(fēng)機(jī)的截面；小型冷藏車廂內(nèi)不同截面平均溫度最大差值在2.0℃左右。

2.2.2 不同負(fù)載溫度場(chǎng)的分析

根據(jù)實(shí)測(cè)記錄曲線圖表，可以發(fā)現(xiàn)，在負(fù)載為50%、100%時(shí)，小型冷藏車廂內(nèi)溫度波動(dòng)度分別為△tf1=1.02℃、△tf2=1.245℃，由此可以看出，車廂內(nèi)隨著負(fù)載的增加，其溫度場(chǎng)波動(dòng)隨之更加劇烈；分析可知，廂體內(nèi)負(fù)載的增加，剩余空間相對(duì)減少，抑制冷氣流在車廂內(nèi)循環(huán)回流，導(dǎo)致不同負(fù)載情況下的溫度場(chǎng)溫度波動(dòng)度有所差異。在對(duì)比不同的負(fù)載車廂內(nèi)溫度情況時(shí)，能發(fā)現(xiàn)隨著負(fù)載的增加，廂體內(nèi)的溫度也隨之下降，由此能夠得出結(jié)論，在相同的制冷機(jī)功率條件下，負(fù)載較大的廂體內(nèi)各個(gè)空間位置能夠有充足的冷氣流循環(huán)，所能達(dá)到的溫度也相對(duì)較低。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本文針對(duì)2～8℃小型疫苗冷藏車不同負(fù)載的溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)并展開研究，得出結(jié)論：根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，在增加不同的負(fù)載時(shí)，小型冷藏車內(nèi)溫度場(chǎng)波動(dòng)較小；在運(yùn)輸冷藏疫苗方面，根據(jù)運(yùn)送疫苗貨物量，選擇合適的冷藏車類型，確保疫苗品質(zhì)的安全性。在設(shè)計(jì)2～8℃疫苗冷藏車方面，主要是對(duì)冷氣流循環(huán)的管理，可以在車廂壁面安裝合適的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，加快廂體內(nèi)冷氣流的回流循環(huán)；冷藏車內(nèi)不同位置的溫度場(chǎng)有所區(qū)別，可根據(jù)疫苗自身的溫度要求，在廂體內(nèi)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(zhì)安全性。

3.2 展望

基于本文對(duì)2～8℃疫苗冷藏車溫度場(chǎng)的分析研究，在優(yōu)化疫苗冷藏車溫度場(chǎng)工作方面，可以從以下方面開展：設(shè)計(jì)2～8℃疫苗冷藏車時(shí)，主要是對(duì)冷氣流循環(huán)的管理，可以在車型壁面安裝合適的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，加快廂體內(nèi)冷氣流的回流循環(huán)；疫苗的裝卸也是冷藏車溫度場(chǎng)變化的一個(gè)重要因素，在裝卸疫苗貨物時(shí)，外界氣流與廂體內(nèi)冷氣流對(duì)流交換，造成溫度上升，能耗損失。因此應(yīng)該保證裝卸疫苗貨物的最優(yōu)化方案，減少開關(guān)門時(shí)間，與此同時(shí)，可以在冷藏車車門處安裝軟簾以及風(fēng)幕機(jī)，降低廂體內(nèi)外氣流的對(duì)流交換；對(duì)于2～8℃疫苗冷藏車，可以將計(jì)算流體力學(xué)（CFD）應(yīng)用于冷藏車溫度場(chǎng)的研究中，對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬并與實(shí)測(cè)分析對(duì)比，進(jìn)一步分析疫苗冷藏車內(nèi)溫度場(chǎng)的分布特點(diǎn)，研究最佳的溫度場(chǎng)控溫方案。