真空隔热板用于低温冷柜的漏热实验设计与分析

　　0 引言

　　真空隔热板(VIP) 是一种超绝热保温材料，其导热系数仅为0.004 7～0.007 0 W/m，而常规低温冷柜的绝热材料聚氨酯，其热流密度为0.03～0.037 W/m2[1]. 良好的隔热性能，使得真空隔热板成为一种更为理想的保温隔热材料[2]. 已经有科研工作者将真空隔热板应用在冷库和冷藏集装箱内部，并对其漏热性能进行了理论分析和实验研究[3 -4]. 在低温冷柜中应用真空隔热板作为保温材料，是这种新型材料的一种新的应用方法. 本文对采用纯聚氨酯 (PU) 做成隔热层的低温冷柜和用真空隔热板(VIP) 部分替代PU 做成的同规格低温冷柜进行了漏热实验研究. 利用热源法，采用参数自适应的PID 温度控制算法来控制冷柜箱体内温度为一恒定值. 同时利用冰蓄冷空调和风机盘管系统来维持冷柜箱体外环境温度的恒定. 利用感温元件和计算机软件自动采集和记录温度参数，最后通过数值分析，比较两种材料制成的低温冷柜的漏热率和节能效果.

　　1 测试室环境

　　低温冷柜的漏热实验必须在外部恒温的环境下进行，因此需要建立低温冷柜测试用的测试室. 本文的测试室建立在集美大学工科实验大楼内，以冰蓄冷中央空调为风机盘管系统提供冷源，控制测试室的温度恒定. 该中央空调系统主要包括[5]: 进口双工况螺杆制冷主机1 台，193 kW; 导热塑料蓄冰槽4 组，211kW/组; 冰球蓄冰罐1 组，633 kW; 板式换热器1台，换热量350kW; 乙二醇泵5 台，1.1～4kW/台; 冷冻水泵1台，7.5 kW/台; 相关的其他设备、阀门及控制仪表等. 通过该系统，能够保证测试室内的温度为恒温状态.

　　2 冷柜内温度控制系统设计

　　本文利用热源法进行漏热实验，将电加热器置于冷柜内，使低温冷柜内温度提高，造成低温冷柜内外形成一定的温度差，从而进行低温冷柜的漏热实验分析[3 -4]. 实验过程中要求冷柜内的温度提高到一定程度后保持稳定. 因此，本文设计了PID 自适应温度控制系统对低温冷柜内的温度进行自动控制.

　　2. 1 系统硬件组成

　　系统硬件包括工控机、通信模块、模拟量输入及输出模块、温度传感器和调功器等，其结构如图1 所示. 监控系统选用研华公司生产的IPC 工业控制计算机. 采用泓格公司的I-7520通信模块，用于实现RS-485 与RS-232 通信协议的转换，实现计算机与远程模块的通信. 模拟量采集模块采用泓格公司的I-7017远程模拟信号数据采集模块. 模拟量输出模块采用泓格公司的I -7024 模拟量输出模块，调功器接收来自I -7024 模拟量输出模块的控制电压信号，改变输出电功率从而控制冰柜内温度. 温度传感器共4 支，其中2 支测量测试室内环境温度，另外2 支测试低温冷柜内平均温度，温度传感器的测量精度为0.2 %. 温度传感器均选用二线制电流输出型热电阻传感器，其输出为4 ～20 mA标准电流模拟信号. 电压传感器与电功率传感器用于测量调功器的输出电压和功率.