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1.1  箱體保溫技術(shù)

中小型商用制冷設(shè)備熱負(fù)荷分為2部分：降溫過程的動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷和恒溫過程的穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷，主要為箱體漏熱，其與保溫材料及加工有關(guān)。箱體本身的保溫性能提升是減小熱負(fù)荷的重中之重，也是減小箱體內(nèi)部溫度波動(dòng)的關(guān)鍵。

通過平壁的傳熱系數(shù)計(jì)算公式為

式（1）中：k 為總傳熱系數(shù)（W/(m²·K)）；α _in和α _out分別為內(nèi)、外表面對(duì)流換熱系數(shù)（W/(m²·K)）；δ 為厚度（m）；λ 是材料導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·K)）。

由此可見，增加保溫層厚度和尋求導(dǎo)熱系數(shù)更低的保溫材料是提高箱體保溫技術(shù)的兩大途徑。保溫層越厚，漏熱量越少，但是材料成本高，且影響箱體內(nèi)部有效容積，因此保溫層厚度的增加受限制。國(guó)內(nèi)中小型商用制冷設(shè)備保溫材料主要采用硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡，因其含氟化物，會(huì)破壞臭氧層，近年來出現(xiàn)了一些聚氨酯發(fā)泡劑的替代產(chǎn)品，如烷烴（環(huán)戊烷）、HFC類（R245fa和R365mfc）以及LBA（反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯）等。其中，VIPs（vacuum insulation panels，真空絕熱板）由于保溫效果好備受關(guān)注。

VIPs是真空保溫材料中的一種，由填充芯材與真空保護(hù)表層復(fù)合而成，它可以有效避免空氣對(duì)流引起的熱傳遞，導(dǎo)熱系數(shù)為0.002~0.004 W/（m·K），為傳統(tǒng)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的1/10。冷柜采用VIPs隔熱，可以節(jié)能10%~30%，并且有效容積可以增加20%~30%。雖然VIPs保溫效果好，但其成本較高，在應(yīng)用過程中多與傳統(tǒng)的保溫材料結(jié)合使用（圖1）。

圖1  聚酯氨發(fā)泡層嵌入VIPs

保溫層厚度在箱體不同位置的分布很重要。例如可采用拉格朗日多項(xiàng)式建立不同約束條件下的漏熱最小目標(biāo)函數(shù)；建立COP與不同位置厚度分布的關(guān)系式求解最優(yōu)箱體厚度，在串并聯(lián)與并聯(lián)雙系統(tǒng)冰箱中采用最優(yōu)箱體厚度算法可以分別節(jié)能5.7%和6.1%。箱體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，即減少箱體各部分之間的連接，可減小“冷橋”的發(fā)生，也是增強(qiáng)箱體保溫的重要手段之一。

此外，對(duì)于采用透明玻璃門的箱體，由于玻璃門的傳熱系數(shù)較高，不僅造成箱體熱負(fù)荷高，而且在玻璃門表面容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，影響展示效果。目前，常采用的玻璃門材料有中空玻璃、雙中空玻璃及Low-E中空玻璃，適用于僅有冷藏功能的箱體,對(duì)于要實(shí)現(xiàn)冷凍功能的箱體，一般采用真空玻璃。

1.2  密封加強(qiáng)技術(shù)

門封是一種用在冰箱門體和箱體之間的可拆卸冰箱密封配件，

其功能為阻止箱體內(nèi)外空氣的交換。門封部位引起的熱負(fù)荷占設(shè)備總熱負(fù)荷的15%左右：

一是以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射形式引起的傳熱熱負(fù)荷；

二是通過磁條安裝面和卡槽安裝面的間隙進(jìn)行空氣交換引起的傳質(zhì)熱負(fù)荷。

門封的密封和絕熱效果的好壞直接影響冰箱的使用性能和能耗大小。其中，因吸合力不同，冰箱與冷柜的門封結(jié)構(gòu)略有不同。冰箱、陳列柜等立式門體制冷裝置的門封由兩部分組成，一部分是膠條，大多為軟質(zhì)聚氯乙烯（SPVC），另一部分是與箱體相互吸引的磁條，門封處于拉伸狀態(tài)，裝配結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示。

臥式冷柜等制冷設(shè)備的門封密封作用力由門體本身的重力提供，門封處于壓縮狀態(tài)，裝配結(jié)構(gòu)如圖2（b）所示，冷柜門封多為熱塑性彈性體材料（TPE）。

圖2 門封與冰箱安裝截面

  門封材料  

材料是決定門封性質(zhì)的關(guān)鍵因素，也是門封生產(chǎn)廠家的核心技術(shù)。國(guó)外暫無公開文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)公開發(fā)表的論文單位均為企業(yè)。門封膠條用料粒配方主要由膠料、填料、增塑劑、熱穩(wěn)定劑、顏料和其他助劑組成，磁條主要原料是磁粉，配方的優(yōu)化也是圍繞上述幾個(gè)成分的變化對(duì)力學(xué)性能、遷移性性能影響展開的。此外，還要滿足歐盟法規(guī)REACH和RoHS的規(guī)定，對(duì)人體和環(huán)境無害。本文僅展示3篇代表性文獻(xiàn)，如下表所示。

一直以來，PVC（聚氯乙烯）都是門封條采用的主要材料，經(jīng)過十幾年的技術(shù)完善，基于PVC的密封技術(shù)更是趨于成熟，被企業(yè)廣泛應(yīng)用。但是PVC材料質(zhì)地硬、含有鹵素，限制了其使用范圍。針對(duì)此問題，除了采用NBR（丁晴橡膠）改性PVC提高材料的低溫彈性，觸感柔軟、不含有鹵素且不會(huì)隨著時(shí)間變硬的TPE（熱塑性彈性體）成為業(yè)界呼聲最高的材料。

如圖3所示，門封基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為平直型。為適應(yīng)不同箱體與門體的配合間隙，門封的結(jié)構(gòu)不斷改變，主要為改變氣囊結(jié)構(gòu)、增加輔助氣囊和飛邊、減小膠條厚度。幾十年來，門封從單一的平直結(jié)構(gòu)逐漸衍生到復(fù)雜的各向異性結(jié)構(gòu)，其密封效果越來越好，但是對(duì)生產(chǎn)模具的要求越來越高。因作用力不同，立式設(shè)備與臥式設(shè)備的門封結(jié)構(gòu)略有不同。陳列柜、飲料柜、酒柜等立式門體制冷裝置的門封由2部分組成：一部分是門封主體，大多為軟質(zhì)聚氯乙烯（SPVC）；另一部分是與箱體鋼板相互吸引的磁條。臥式冷柜等制冷設(shè)備的門封密封作用力由門體本身的重力提供，多為熱塑性彈性體材料（TPE）。

圖3  門封截面

1.3  敞開式柜體風(fēng)幕技術(shù) 

為方便消費(fèi)者直接接觸、購(gòu)買商品，超市、商店中通常設(shè)有儲(chǔ)存食品的敞開式陳列柜及飲料柜，采用風(fēng)幕技術(shù)減少敞口處與外界環(huán)境之間的熱、濕交換。該類冷柜與封閉式冷柜相比，能耗較高，有研究表明柜內(nèi)50%~70%的冷量通過風(fēng)幕而損失，即該類冷柜的制冷效果與能耗水平受風(fēng)幕特性的影響較大。研究人員通常采用CFD與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式為風(fēng)幕的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，利用CFD模擬計(jì)算流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，數(shù)字粒子圖像測(cè)速儀測(cè)試流場(chǎng)，熱成像儀測(cè)試溫度場(chǎng)。

風(fēng)幕的流動(dòng)與換熱受射流速度、射流溫度、射流初始紊流度、風(fēng)幕寬度等的影響。常見風(fēng)幕優(yōu)化措施有：立式敞開式陳列柜采用雙層（或三層）風(fēng)幕設(shè)計(jì)可提高風(fēng)幕的隔熱效率；采用高效蜂窩式出風(fēng)口，使風(fēng)幕氣流平穩(wěn)且均勻，減弱環(huán)境空氣與柜內(nèi)冷氣之間的換熱，同時(shí)可減少風(fēng)機(jī)風(fēng)量；保證最小當(dāng)量直徑；臥式陳列柜易受環(huán)境輻射熱的影響，使風(fēng)幕氣流略帶波動(dòng)可減少陳列商品表面的輻射熱。

冷鏈物流過程環(huán)節(jié)多、時(shí)間長(zhǎng)、路程遠(yuǎn)，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的興起，“智慧冷鏈”勢(shì)在必行。中小型商用制冷設(shè)備作為冷鏈物流的末端環(huán)節(jié)，其智能化水平直接影響客戶體驗(yàn)度。中小型商用制冷設(shè)備的智能控制除現(xiàn)場(chǎng)控制器外，通常采用云服務(wù)器后臺(tái)管理數(shù)據(jù)和發(fā)送命令，現(xiàn)場(chǎng)控制器與云服務(wù)器間采用無線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性是保證數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)性的關(guān)鍵。

智能化管理系統(tǒng)在中小型商用制冷設(shè)備中有如下應(yīng)用：

1）就冰箱而言，越來越多地配備了內(nèi)置攝像模塊，通過內(nèi)置攝像頭，可對(duì)食材進(jìn)行識(shí)別，記錄最佳賞味期限，數(shù)據(jù)將被人工智能學(xué)習(xí)，再經(jīng)由顯示屏主動(dòng)預(yù)警提醒，可以幫助用戶輕松管理食材。如廚房冰箱可自動(dòng)生成營(yíng)養(yǎng)菜譜，打造自己的健康菜品庫(kù)。

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