前言

    當前，節(jié)能環(huán)保和生態(tài)文明建設(shè)日益受到國家和社會的重視，各行各業(yè)紛紛響應(yīng)中央號召，逐步從過去的高耗能、高污染的粗獷發(fā)展方式轉(zhuǎn)向節(jié)約、低碳、環(huán)保型社會發(fā)展方式。

    高低溫試驗箱作為環(huán)境適應(yīng)性的主要測試設(shè).備，已經(jīng)成為實驗室、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)的常規(guī)配置設(shè)備，具有適用面廣、擁有量大、能耗高及工作時間長等特點。但目前國內(nèi)對高耗能高低溫試驗箱的能耗測試、能效評價尚無相關(guān)研究。通過對其能耗測試方法的研究，提出了降低能耗方法，為提高高低溫試驗箱的能效提供了基礎(chǔ)。

    1、技術(shù)背景

    1.1 試驗方法

    高低溫試驗箱主要按照具體的試驗方法進行工作，涉及溫度試驗方法的國家標準主要有：GB/T 2421.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗概述和指南》、GB/T 2421.2-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗規(guī)范編制者用信息試驗概要》、GB/T 2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗A：低溫》、GB/T 2423.2-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗B ：高溫》、GJB 150.1A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第1部分：通用要求》、GJB150.3A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第3部分：高溫試驗》、GJB 150.4A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第4部分：低溫試驗》。
    通過上述標準規(guī)定的試驗方法的簡要總結(jié)，試驗箱實際工作狀況為恒溫狀態(tài)和變溫狀態(tài)。其中恒溫狀態(tài)包括高溫恒溫、低溫恒溫、常溫恒溫狀態(tài);變溫狀態(tài)包括升溫與降溫狀態(tài)。

    1.2 特征溫度選擇

    為使上述各階段試驗?zāi)軌蛴行ч_展，需設(shè)置高溫、低溫、常溫恒溫狀態(tài)特征點以及升溫、降溫狀態(tài)的起止特征溫度。
    通過對GB/T 2421.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗概述和指南》標準中高、低溫試驗的各嚴酷等級的參照，（見表1）
    以及GB/T10592-2008《高低溫試驗箱技術(shù)條：件》中，針對高低溫試驗箱性能規(guī)定值： 30℃、40℃、55℃、 70℃、 85℃、 100C、 125℃、 155℃、175℃、 200%C和+5℃、 -5℃、 -10℃、 -25℃、 -40℃、-55C、 -65℃中所列溫度。
    綜合上述兩者的指標參數(shù)，以及依照GB/T2421.2標準中所推薦環(huán)境試驗等級以及設(shè)備工作狀態(tài)特點，高溫狀態(tài)，溫度選擇125℃的嚴酷等級作為特征溫度進行試驗;低溫狀態(tài)由于制冷系統(tǒng)不同低溫極限結(jié)構(gòu)差異較大，因此-40℃極限溫度設(shè)備選擇25℃的嚴酷等級作為特征溫度進行試驗、在-80℃極限溫度設(shè)備選擇55%C的嚴酷等級進行特征溫度試驗;常溫狀態(tài)選擇25℃室溫作為特征溫度。對于升溫、降溫狀態(tài)，為使試驗簡單易行并合理利用能源，以常溫狀態(tài)作為起點，高、低溫恒溫特征值作為截止特征溫度進行試驗。

    1.3 工作狀態(tài)特點

    試驗箱能耗主要取決于制熱系統(tǒng)與制冷系統(tǒng)，另外，試驗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計、箱體保溫性能及密封狀況也會直接影響試驗箱的能耗。

    1.3.1 制熱系統(tǒng)

    制熱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較為簡單。通常采用電熱絲加熱方式，為達到快速的升溫速率和高溫度， 一般采用增加電熱絲數(shù)量方式解決。常規(guī)高低溫試驗箱高溫極限為200℃至300C不等。
    由于試驗箱制熱系統(tǒng)工作機理較為簡單，設(shè)備能耗與加熱功率多呈線性關(guān)系，因此無需設(shè)置較高溫度即可對比出不同設(shè)備間高溫能效性能。

    1.3.2 制冷系統(tǒng)

    制冷系統(tǒng)，工作原理是采用逆卡諾循環(huán)。工作范圍通常分為-40C極限溫度與-80℃極限溫度兩種。主要差別在所采取的制冷循環(huán)不同， -40℃循環(huán)所采用單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)，制冷劑采用中溫制冷劑： R22或R404A ，在一個大氣壓下其蒸發(fā)溫度是-40.7%℃、-46.5%℃ ，所以要獲取- 40℃及以下的低溫時必須采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復(fù)疊式的制冷循環(huán)，制取- 40℃~ - 80℃的低溫，低溫制冷劑一般選用R23 ，它在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度是-81.7%℃。
    復(fù)疊式制冷循環(huán)是由兩個單獨的制冷循環(huán)組成，在其高、低溫部分分別使用中、低溫制冷劑。高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分中的制冷劑冷凝，低溫部分制冷劑蒸發(fā)輸出冷量，用一個蒸發(fā)冷凝器將這兩部分聯(lián)系起來，它既是高溫部分的蒸發(fā)器，又是低溫部分的冷凝器。該方法由于蒸發(fā)冷凝器部分相互作用，相較于兩個獨立的制冷系統(tǒng)，可以減少能耗。

    1.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計、箱體保溫及密封狀況

    高低溫試驗箱的結(jié)構(gòu)形狀各式各樣，對于不同試驗箱雖然工作室容積相同，但表面積差異較大，根據(jù)傳熱方程Q=hAo T，可知散熱量Q與散熱面積A成正比，因此箱體結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計對試驗箱能耗也會造成較大影響。
    試驗箱的保溫結(jié)構(gòu)與密封在高、低溫恒溫狀態(tài)影響明顯。由于恒溫狀態(tài)停留時間較長，與外界溫差較大，根據(jù)傳熱方程，熱交換造成的影響明顯。若保溫性能差，將多次啟動壓縮機進行再平衡，對設(shè)備能耗造成較大不利影響。