液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱能耗模型建立與驗證

摘 要：分析運輸箱的傳熱傳質過程及其能耗構成，在分別研究了氣調過程、制冷過程和加濕過程的基礎之上建立了液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱能耗模型，并對所建能耗模型進行了試驗驗證。

　　液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱是目前先進的果蔬保鮮運輸裝備之一，通過調節保險箱體內環境的溫度、相對濕度、氣體體積分數達到保鮮果蔬的目的。液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱在調節運輸環境時由于引入了具有大量冷能的液氮和增加了加濕功能，從而改變了保鮮運輸箱體的熱狀況和保鮮運輸能耗構成。分析液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱的能耗構成，建立能耗模型，旨在為液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸裝備優化及果蔬保鮮運輸節能提供理論參考。自增壓液氮罐

　　1 能耗構成分析

　　果蔬保鮮運輸是為了維持保鮮運輸箱內的溫度、相對濕度、氣體體積分數，使之處于滿足果蔬保鮮需求的相對平衡狀態，然而運輸過程運輸箱內部和外部環境變化，導致平衡被打破，運輸箱內外發生熱傳質。此時，車箱保鮮設備開始工作耗能的關鍵。液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱傳熱傳質分析模型如圖1所示，氣調保鮮運輸箱中的氣調、制冷、加濕等設備為維持熱質平衡而相應工作，導致能耗產生。

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　　運輸箱體傳熱傳質分析模型圖

　　2 能耗模型建立

　　由液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱傳熱傳質分析模型可知，液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱能耗主要由氣調能耗、制冷能耗、加濕能耗構成。因此，本文主要對液氮充注式氣調保鮮運輸箱的氣調、制冷和加濕過程進行研究，然后建立能耗模型。

　　2.1 氣調能耗

　　所謂氣調能耗即氣調保鮮運輸箱中氣調設備工作能耗，液氮充注式氣調保鮮運輸箱氣調過程的耗能設備主要有充注電磁閥、箱體排氣閥、循環風機。自增壓液氮罐

　　由于車箱生產工藝、運輸途中車箱內外熱壓差和風壓差的原因，車箱內部環境和外部環境之間通過車箱縫隙進行氣體交換，導致車箱中體積分數逐漸上升。一般，液氮充注氣調過程分2個階段：首次氣調階段和微調氣調階段。首次氣調階段，即運輸前將體積分數由環境原始值降至目標范圍下限值;微調氣調階段，即在運輸途中將體積分數由目標范圍上限值降至目標范圍下限值。首先確定首次氣調時間、單次微調氣調時間和次數，然后對氣調能耗進行建模。

　　2.2 制冷能耗

　　所為制冷能耗，即制冷機組工作消耗能耗，制冷過程的耗能設備主要有壓縮機、冷凝器風扇和循環風機。制冷能耗與保鮮運輸過程中的制冷總量有關，制冷總量包括制冷機組制冷總量和氣調附加制冷總量。采用熱平衡法對車箱熱工系統進行分析，建立熱平衡方程并求解制冷總量，然后建立制冷能耗模型。

　　研究結果表明，液氮充注式果蔬氣調保鮮運輸箱能耗主要由氣調能耗、制冷能耗和加濕能耗構成;根據能耗模型所得的理論能耗與試驗能耗基本一致，平均相對誤差為11.86%±4.29%;根據能耗模型所得的理論液氮消耗量與試驗液氮消耗量基本一致，平均相對誤差為11.60%±3.51%;液氮充注氣調過程消耗較少能耗即可產生較大的附加制冷總量，并且氣調附加制冷總量與箱體氣調體積有關，在該驗證試驗中理論液氮充注氣調附加制冷總量所占理論制冷總量的比例達22%左右。