新能源冷藏車節能降耗方法探究

田春梅 姚文良

摘要：針對新能源冷藏車普遍存在的能耗大影響續航的問題，從新能源冷藏車上裝部分的結構、性能、制冷系統等多方面進行研究和分析，提出有效節能降耗的方法，為同類產品的設計提供了借鑒。

關鍵詞：新能源冷藏車；冷藏廂體；輕量化；隔熱性能；制冷系統

中圖分類號：U469 ?收稿日期：2023-04-18

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.013

1 前言

隨著國家對新能源冷藏車的政策引導和支持，新能源冷藏車在冷藏車中的占比將會迅速提高。然而現階段新能源冷藏車的熱管理缺乏理論體系和標準，從能耗來看，由于技術發展不成熟、電池技術相對落后等相關因素，整體能耗水平偏高，大大影響了新能源冷藏車的續航里程，導致新能源冷藏車的續航能力不能很好地滿足市場的需求，從而制約了新能源冷藏車的快速發展。本文從設計角度分析新能源冷藏車上裝部分節能降耗的方法［1］。

2 冷藏車上裝輕量化設計

2.1 采取輕量化的保溫廂板制作工藝

新能源冷藏車主要以市內或短途配送為主，因此在保障基本的冷藏保溫性能的條件下，可以選擇合適的廂板制作工藝來實現冷藏廂體的輕量化，輕量化的廂板制作工藝有以下三種。

2.1.1 XPS保溫廂板

XPS保溫廂板的內外蒙皮一般為玻璃鋼板或PP熱塑板，內部保溫材料為XPS擠塑板?？紤]到保溫性能，一般XPS擠塑板選擇30～35 kg/m3的密度，相對于冷藏車普遍所用的40 kg/m3左右密度的聚氨酯泡沫材料，擠塑板重量較輕。并且，此種擠塑板的抗壓強度一般為400～600 kPa，而所用聚氨酯泡沫板的抗壓強度一般為200～300 kPa，所以在結構設計上可以減少一些內部加強筋，以進一步減輕重量。同等輕型車型下，一般XPS冷藏廂體比PU冷藏廂體輕100～200 kg。但是由于兩種材料導熱系數的差異，相對于PU冷藏廂體，XPS冷藏廂體保溫性能有明顯降低。

2.1.2 聚氨酯發泡保溫廂板

發泡廂板的內外蒙皮一般為彩鋼板或鋁板，內蒙皮一般為玻璃鋼板或PP熱塑板，該工藝的主要特點是不需要膠粘，直接用聚氨酯黑白料混合發泡將內外蒙皮粘為一體，這樣就減少了粘接用膠的重量，一般輕型車粘接用膠為50～100 kg。

2.1.3 聚氨酯濕法粘接工藝保溫廂板

該工藝的廂板內外蒙皮為玻璃鋼板，保溫材料為聚氨酯泡沫板。國內用得比較多的是干法粘接工藝，該工藝是提前預制好玻璃鋼板，然后把玻璃鋼板與聚氨酯泡沫板通過不飽和樹脂膠二次粘壓成形。而濕法粘接工藝是把玻璃鋼蒙皮和廂板一次成形，減少了一層玻璃鋼板與廂板粘接用的樹脂膠，再加上自動噴膠設備控膠比較精確，一般輕型冷藏車濕法工藝廂板部分比干法工藝重量會減輕80～100 kg。

2.2 副車架的輕量化設計

副車架是冷藏車主要的金屬部件，作用是連接廂體和底盤。副車架的輕量化設計是在保證強度和穩定性情況下，盡量選取輕質的高強鋼或鋁合金材料，再輔以結構的優化。

a.選用屈服強度在650 MPa以上的高強鋼材質設計副車架。經過有限元應力分析，在滿足強度前提下，其材料厚度相比普通鋼可以減少25%～30%，以4.2 m輕型冷藏車為例，選用高強鋼的副車架總重量可以減少約30 kg。

b.選用鋁合金材質設計副車架。通過設計鋁型材型式的縱橫梁，并采取可靠的螺栓連接方式，既能保證副車架的載荷要求，也可以提升副車架的制作效率。經市場驗證，鋁合金副車架完全可以滿足新能源冷藏車使用要求，相比普通碳鋼副車架，鋁合金副車架可以減輕20%～25%。以4.2 m冷藏車為例，選用汽車鋁合金材質的副車架總重量減少約25 kg，其設計如圖1所示。

2.3 后門框的輕量化設計

目前在歐洲冷藏車市場，選用鋁合金后門框的情況比較普遍，但在國內鋁合金后門框的使用率仍較低。相比國內常用的不銹鋼后門框和鍍鋅后門框，鋁合金后門框可以實現輕量化的要求，且組裝效率更高。根據強度要求不同，設計專用的門框鋁型材時，鋁型材之間可通過加強板和螺栓連接，以保證后框的整體強度。一體式門鉸鏈設計保證了后門的穩定性和開關門操作的順暢性。在重量方面相比不銹鋼或者鍍鋅碳鋼，鋁型材可以減輕15%左右。鋁合金后門框的設計如圖2所示。

3 冷藏廂體隔熱性能的提高和保持

廂體總傳熱系數是衡量冷藏廂隔熱性能最重要的性能指標，直接影響冷藏所需的制冷量和制冷能耗。選擇制冷機組制冷量計算公式：

W=K×S×Δθp×C

式中，W為制冷量，W；K為廂體的總傳熱系數，W/（m2·℃）；S為廂體的傳熱面積，m2；Δθp為相應類別冷藏車廂體內外部平均溫度差的最大絕對值，℃；C為修正系數。從以上公式可以看出，制冷量與K值成正比例關系，所以提高冷藏廂體的隔熱性能，即降低K值，直接可以減少制冷量，從而降低能耗。C為修正系數，一般是考慮開門次數及時間對制冷量的影響。因實際使用中開門次數和時間并不是固定值的，所以這里C修正系數只是一個經驗值。

對于新能源冷藏車，冷藏廂的隔熱性能優異，可以選擇制冷量較小的制冷機組，也可以降低制冷機組的啟動頻率，減少制冷機組工作時間，從而直接減少制冷機組所消耗的底盤電量。提高冷藏廂體隔熱性能的方法：a.采用導熱系數低的隔熱材料；b.增加隔熱材料的厚度和均勻性；c.結構設計上盡量避免產生熱橋；d.減少結構設計中預埋、開孔等薄弱點。

對于冷藏車來說，由于在戶外使用，所以盡量地減小隔熱性能的衰減。從設計角度減少衰減的方法有：a.采用吸水率低的隔熱材料；b.從結構設計上看，保溫廂板可使用全封閉的結構；c.保溫板上盡量減少螺栓、鉚釘等緊固件。

4 制冷系統節能設計及制冷方式

目前，市場上多數新能源冷藏車采用的是純電驅動的制冷方式，通過底盤PDU或者220/380 VAC作為電源輸入端，通過機組自帶的二合一驅動制冷系統壓縮機和風機進行制冷。這種制冷系統可以通過壓縮機變頻調速、增加熱交換器、風機調速等方法進行節能降耗。

除此之外，還可以選擇非機械制冷方式，如液化氣體、蓄冷板等作為制冷源；也可以選擇其他能源方式的機械制冷，如氫能源制冷機組等。因此選擇無需底盤供能的制冷方式，也是新能源節能降耗的方法之一。

5 其他優化方式

新能源冷藏車開門次數及時間對廂內冷氣的散失影響較大，可以采取加裝門簾或風幕的形式，且可以設置開門與制冷機組聯動開關，以減少不必要能量的消耗。劉敬輝等[1]對一種帶外吸風方式風幕的冷藏車進行了性能測試，采用CFD仿真分析了冷藏車開門時風幕對其保溫效果的影響，得出結論：風幕可以降低開門卸貨時能量損失，減緩車廂內溫度平均上升速率。

6 結語

新能源冷藏車將是未來冷鏈運輸的主要工具，其節能降耗對能源消耗有著重要影響。本文對新能源冷藏車節能降耗方法進行研究，提出了輕量化設計、隔熱性能提高和保持、制冷系統節能設計等方法，以期為新能源冷藏車的設計提供一定的參考。

參考文獻：

[1]劉敬輝，陳江平，陳芝久，等.風幕對冷藏車性能影響的仿真分析和試驗研究[J].流體機械，2006，34（1）：52-55+73.

作者簡介：

田春梅，女，1974年生，高級工程師，研究方向為冷藏車設計技術。