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液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗模型建立与验证

 摘 要:分析运输箱的传热传质过程及其能耗构成,在分别研究了气调过程、制冷过程和加湿过程的基础之上建立了液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗模型,并对所建能耗模型进行了试验验证。

  液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱是目前先进的果蔬保鲜运输装备之一,通过调节保险箱体内环境的温度、相对湿度、气体体积分数达到保鲜果蔬的目的。液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱在调节运输环境时由于引入了具有大量冷能的液氮和增加了加湿功能,从而改变了保鲜运输箱体的热状况和保鲜运输能耗构成。分析液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱的能耗构成,建立能耗模型,旨在为液氮充注式果蔬气调保鲜运输装备优化及果蔬保鲜运输节能提供理论参考。

  1 能耗构成分析

  果蔬保鲜运输是为了维持保鲜运输箱内的温度、相对湿度、气体体积分数,使之处于满足果蔬保鲜需求的相对平衡状态,然而运输过程运输箱内部和外部环境变化,导致平衡被打破,运输箱内外发生热传质。此时,车箱保鲜设备开始工作耗能的关键。液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱传热传质分析模型如图1所示,气调保鲜运输箱中的气调、制冷、加湿等设备为维持热质平衡而相应工作,导致能耗产生。

  运输箱体传热传质分析模型图

  2 能耗模型建立

  由液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱传热传质分析模型可知,液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗主要由气调能耗、制冷能耗、加湿能耗构成。因此,本文主要对液氮充注式气调保鲜运输箱的气调、制冷和加湿过程进行研究,然后建立能耗模型。

  2.1 气调能耗

  所谓气调能耗即气调保鲜运输箱中气调设备工作能耗,液氮充注式气调保鲜运输箱气调过程的耗能设备主要有充注电磁阀、箱体排气阀、循环风机。

  由于车箱生产工艺、运输途中车箱内外热压差和风压差的原因,车箱内部环境和外部环境之间通过车箱缝隙进行气体交换,导致车箱中体积分数逐渐上升。一般,液氮充注气调过程分2个阶段:首次气调阶段和微调气调阶段。首次气调阶段,即运输前将体积分数由环境原始值降至目标范围下限值;微调气调阶段,即在运输途中将体积分数由目标范围上限值降至目标范围下限值。首先确定首次气调时间、单次微调气调时间和次数,然后对气调能耗进行建模。

  2.2 制冷能耗

  所为制冷能耗,即制冷机组工作消耗能耗,制冷过程的耗能设备主要有压缩机、冷凝器风扇和循环风机。制冷能耗与保鲜运输过程中的制冷总量有关,制冷总量包括制冷机组制冷总量和气调附加制冷总量。采用热平衡法对车箱热工系统进行分析,建立热平衡方程并求解制冷总量,然后建立制冷能耗模型。

  研究结果表明,液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗主要由气调能耗、制冷能耗和加湿能耗构成;根据能耗模型所得的理论能耗与试验能耗基本一致,平均相对误差为11.86%±4.29%;根据能耗模型所得的理论液氮消耗量与试验液氮消耗量基本一致,平均相对误差为11.60%±3.51%;液氮充注气调过程消耗较少能耗即可产生较大的附加制冷总量,并且气调附加制冷总量与箱体气调体积有关,在该验证试验中理论液氮充注气调附加制冷总量所占理论制冷总量的比例达22%左右。

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