前言

    當前，節(jié)能環(huán)保和生態(tài)文明建設日益受到國家和社會的重視，各行各業(yè)紛紛響應中央號召，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)境適應性的主要測試設.備，已經成為實驗室、科研院所、生產企業(yè)的常規(guī)配置設備，具有適用面廣、擁有量大、能耗高及工作時間長等特點。但目前國內對高耗能高低溫試驗箱的能耗測試、能效評價尚無相關研究。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。

    1、技術背景

    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《電工電子產品環(huán)境試驗概述和指南》、GB/T 2421.2-2008《電工電子產品環(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，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能夠有效開展，需設置高溫、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)不同低溫極限結構差異較大，因此-40℃極限溫度設備選擇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，試驗箱結構設計、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)，結構較為簡單。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，設備能耗與加熱功率多呈線性關系，因此無需設置較高溫度即可對比出不同設備間高溫能效性能。

    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 結構設計、箱體保溫及密封狀況

    高低溫試驗箱的結構形狀各式各樣，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，因此箱體結構形狀設計對試驗箱能耗也會造成較大影響。
    試驗箱的保溫結構與密封在高、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，對設備能耗造成較大不利影響。