手把手教你设计高低温实验箱：原理与热负荷计算

手把手教你设计高低温实验箱：原理与热负荷计算

上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,专业生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，是一家具有研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备的公司。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。现在我们成为许多品牌的供应商。

课程概要：

1. 高低温箱的原理；

2. 高低温热负荷计算；

3. 高低温制冷系统设计表格；

一、高低温箱原理

高低温试验箱是主要通过控制高温、低温和湿度来对产品进行检测。在高低温试验箱的内部结构上就有控制相应环境温度的系统，分为制冷剂循环系统、空气循环系统和电气控制系统。他们分别控制高低温试验箱箱体内的温度、湿度和电气。

高低温箱的几种温度范围：

A：-40℃~150℃；

B：-60℃~150℃；

C：-70℃~150℃；

由于温度都比较低，一般高低温箱都会采用复叠式制冷循环系统，以下为高低温箱的制冷系统原理图：

低压级：R23制冷剂、主要包含低温压缩机、油分离器、预冷器、冷凝蒸发器（板换）、节流机构、蒸发器等；

高压级：R404A制冷剂，主要包含高温压缩机、油分离器、冷凝器、节流机构、冷凝蒸发器（板换），最后回到压缩机。

以上系统是一套最常见的高低温箱的系统原理图。

高低温箱制冷系统的设计，首要就是需要进行热负荷计算；高低温箱热负荷的计算是典型的封闭空间热负荷计算的方法，我们看以下的示意图：

二、热负荷计算：

根据能量守恒定律，我们配置的压缩机制冷量，只要满足把封闭空间内的热负荷去除即可，那么一个封闭空间内的热负荷主要有哪些呢？

我们根据以上的示意图，热负荷主要包括：

1、测试体的热负荷：从常温降低到温度需要的制冷量；

2、隔热层的热传导：无论保温效果有多好，我们都不能排除箱体一点漏热都没有，所以这部分的热传导需要计算；

3、门、缝等漏热：同样的箱体不可能做到密封，所以需要考虑这部分的漏热；

4、箱体内结构负荷：箱体内壁一般采用不锈钢或者花纹板，当箱体内降温到-70℃的时候，内壁的钢铁同样需要降到-70℃，所以这部分热负荷也必须考虑；

5、箱体内设备负荷：箱体内可能存在一些降温的设备（蒸发器、蒸汽管等），这部分同样需要降到-70℃，需要考虑这部分热负荷；

6、箱体内发热体负荷：箱体内存在风机、照明灯等，这部分负荷也需要考虑；

7、箱体内空气降温的负荷：箱体内的空气需要从常温降低到-70℃，这部分的负荷也需要考虑。

密闭空间内的热负荷计算，通常我们需要考虑以上几个部分，这种思路不止适用于高低温箱体的制冷量计算，同样适用于其他密闭空间的热负荷计算，比如冰箱、冷柜、冷库系统、焓差实验室等；所以只要吃透了其中一种计算，其他小型制冷设备的热负荷计算也都可以举一反三。

为了方便各位学员的学习以及后续实际工作的展开，我们编写了一个Excel表格用来计算高低温的制冷量：

我们把刚刚的这些思路，计算过程转化到Excel表格当中；

蓝色部分为手动填写的部分，橙色部分为自动计算的结果；前面两大类为高低温箱的外形尺寸已经温度要求。

空气降温热负荷Q1计算：

我们只需要计算出初始的焓值和终了的焓值，再乘以空气的质量，即可计算出空气的降温热负荷。

Q1=58.67W

隔热层热传导与门缝漏热热负荷Q2计算：

保温层可以选择岩棉或者聚氨酯板，两者的传热系数不同，我们通过查资料手册，得到内侧不锈钢和外侧钢板的传热系数，通过计算得到箱体的传热系数K值；门缝的漏热一般很小（步入式的高低温箱可忽略不计），我们根据整体的漏热百分比来估算。

Q2=222.3W

蒸发器等设备降温热负荷Q3：

蒸发器整体是放在高低温箱体内，箱体需要降低到-70℃，蒸发器本体同样也需要降低到-70℃；计算的时候我们可以先预估下蒸发器的尺寸，把铜管的重量和铝翅片的重量估算出来（最后设计蒸发器的时候，可以调整这个重量）。但是有一点，该高低温箱18min需要从20℃下降到-70℃，最早是高低温箱内空气的温度到达这个温度，蒸发器、铝铁负载、内壁等这些会有延迟，并不是18min中内能够全部达到-70℃，所以有一个系数，我们用“降温时间/冷透时间"来表示。

箱体内结构负荷热负荷Q4：

计算方法同Q3；最后结果Q5=733.3W；

其他负载Q6：

其他负载包含：风机或者设备的功率、门框加热、玻璃窗加热、额定热负载、电加热等负荷。

最后把以上的负荷求和，我们再乘以一个余量1.2；得到最后的结果：

有了这个制冷量，我们就可以根据制冷量，选择合适的压缩机了。

• 关于我们
  

• 上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。自公司成立以来,多次服务于国内外大学和研究所等检测机构,如清华大学、苏州大学、哈尔滨工业大学、北京工业大学、法国申美检测、中科院物理所、中科院，SGS等**单位提供实施室方案和设备及其相关服务。努力开发半导体、光电、光通讯、航天太空、生物科技、食品、化工、制药等行业产品所需的测试设备装置。公司拥有一支的研发、生产和售後队伍，从产品的研发到售后服务，每一个环节都以客户的观点与需求作为思考的出发点。

• 为适应市场快速变化及客户多样化的要求，上海简户仪器设备有限公司研发了性能与可靠性**JianHuTest产品系列.从精密零件到电脑资讯系统及有线无线通讯产业，均可提供高品质的设备与完善的售后服务。

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• 　上海简户荣获企业，表明上海简户在技术、科技成果转化、拥有自主知识产权等方面得到了国家的高度认可。简户一直秉承"服务以人为本"的宗旨，为广大客户提供精良的设备及优质的服务，提供的送货上门、安装调试、一年的设备保养、终身维修，技术指导服务。始终如一的以"努力、合作、飞跃"的精神自我完善、不断发展、让客户与公司实现双赢局面。
  

• 简户是集设计、销售、研发、维修服务等为一体的综合集团公司，从产品的研发到售后服务，每一个环节之间，都以客户的观点与需求作为思考的出发点，提供的环境设备。公司创始人从事仪器设备行业20余年，经验丰富、资历雄厚，带领简户公司全体同仁携手共建辉煌明天。公司成立以来，积极投入电子电工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研单位等行业所需的产品测试设备装置。
  

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• 简户拥有一支的研发、生产和售后服务队伍，从产品的研发到售后服务，每一个环节都以客户的观点与需求作为思考的出发点，目前拥有博士学位2人，硕士5人，参与环境试验箱国家标准起草和发行。企业制定标准，行业里通过ISO9001。是中国仪器仪表学会会员和理事单位。曾荣获CCTV《中国仪器仪表20强品牌》殊荣，2010年入驻上海世博会民企馆。简户自创办以来，参与3项国家标准起草与制定，获得40+件原创知识产权、软著、集成电路)，6次获得上海科技型中小企业称号，合作过3200+家合作客户(其中世界500强高校600家)。
  

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• 简户仪器今后必将牢记为客户提供优质产品和服务的宗旨，不忘为行业贡献前沿科学和技术的初心，再接再厉，砥砺前行！

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