小型疫苗冷库内部温度场试验研究

顾呈华，张皓月，张忠斌，王伟

（1.江苏省疾病预防控制中心，江苏 南京 210009；2.南京师范大学，江苏 南京 210046）

疫苗已被证明是现代对抗传染病最有效的武器。它们每年避免数以百万计的死亡和病例。最近几年，我国疫苗的研发已经与国际接轨，甚至有些已经超出了国际水平。流感疫苗、T细胞疫苗、乙型肝炎疫苗、亚单位疫苗、基因重组疫苗、DNA疫苗、麻疹疫苗等一批批疫苗的问世，由于热敏性，大多数疫苗从生产到使用都必须冷藏。因此，疫苗冷库的建设和管理显得尤为重要。冷藏库的目的是在低温下保存容易变质的产品。目前，疫苗冷库制冷技术、监控技术已经比较成熟，全国各地建造设计的非常多。虽然疫苗冷库已经达到其设计库温，但其温度场的不均匀性大多仍较高，这对疫苗质量造成了威胁，因此，对疫苗冷库库内温度场的试验研究是很有意义和必要的。

本文通过实测，研究了江苏省疾病预防控制中心疫苗冷库一座，工作温度范围均为2～8℃，在稳态温度场进行测试，实测冷藏库为空库，测试数据分别以X，Y，Z方向分为网格切片，以Kriging插值法拟合为二维切片，更为直观。本文旨在为优化库内温度场、规范库内疫苗摆放位置、降低冷库运行能耗等方面提供参考，为以后疫苗冷库的进一步深入研究提供参考依据。

1 实验部分

1.1 小型疫苗冷库模型

本文实测对象为江苏省疾病预防控制中心小型疫苗冷库一座，尺寸为 4200mm(X)×2400mm(Y)×2000mm(Z)，实测冷库为空库，见图1。检测主要项目为内部温度场，工作温度范围为2～8℃。该疫苗冷库配有1套压缩冷凝机组和冷风机组成的冷冻冷藏设备，其中冷风机布置在长度方向，沿图1的X方向看，风机底部和右侧分别距地面和右墙面1550mm、1050mm，2个内置光源与门同启同闭。风机的侧面出风口尺寸480mm×240mm，底部回风口尺寸520mm×160mm，出风方式均采用冷风机直吹形式，机组控制室内回风温度在4℃，室外环境温度35℃。

1.2 实测内容及仪器仪表

本文以江苏省疾病预防控制中心一座疫苗冷库为样本，实勘检测主要项目为疫苗冷库（工作温度范围为2～8℃）的内部温度场，检测仪器为VALSALA温湿度变送器，主要设备参数见表1。

1.3 测点布置

实测温度场的测点布置依照标准要求，具体检测方案为选取不同高度的四个切面进行测量，即高度分别为100mm、700mm、1300mm和1900mm处，也就是垂直方向（Z）布置4个测点；水平方向测点布置间距为300mm，距墙150mm，X×Y布置14×8个测点，整个1号疫苗冷库共计14（X）×8（Y）×4（Z）=448个测点。

测点布置示意图如图2所示。

2 试验结果及分析

测试数据分别以X，Y，Z方向分为网格切片，以Kriging插值法拟合为二维切片，实勘小型疫苗冷库温度场可视化结果见图3～5。由疫苗冷库温度测试数据可知，温度最大值为7℃，最小值为2.3℃，疫苗冷库内部各测点温度最大差值为4.7℃，符合2～8℃的工作温度范围要求。根据原始测量数据计算得其库内（冷间）温度不均匀性即不同时刻库内（冷间）温度差值的最大值△tc max=4.8℃，结合温度场的可视化结果以及库内温度不均匀性可以发现其内部温度场仍然是不够均匀的。

表1 测量仪器仪表选择

图2 实勘小型疫苗冷库测点空间布置示意图

其中，高1900mm处温度范围为3～7℃，高1300mm处温度范围为2.3～6.2℃，高700mm处温度范围为2.9～6.2℃，高100mm处温度范围为2.8～6℃，可见在最高处的温度场相比其他高度的温度场整体温度是相对偏高的，这与冷风机出风情况和热空气的上升有关。疫苗冷库低温点推荐选取机组射流远端2.4～2.7m、高度1.2～1.5m区域；高温点推荐选取机组上方及机组射流远端距墙0.6～1.2m、高度1.7～2.0m区域。

在此种冷风机布置方式下，由于冷风机距离另一墙面的横向距离相对较短，所以气流组织可以均匀分布于冷库内，使库内气流组织循环良好。总体来看，冷库内直吹平面的切面气流组织分布较为均匀导致温度分布较为均匀。但由于疫苗冷库的结构尺寸和进出风口在同一侧的原因，库内空气流场存在一个中心大回流，这使得较高温度集中在冷风机附近区域，这同时也决定了冷风机一侧货物的冷风将是被墙侧货物加热了的二次风，因此，在库内摆放货物时，应尽量避免放置在冷风机一侧。

由实测数据以及可视化切片图图5可知，在冷风机最远端的温度仍然处在一个比较低的范围内，因此，对于这种小库容的小型疫苗冷库来说，采用冷风机直吹形式是完全可以达到疫苗存放要求的，无须额外布置风管利用排气孔进行排气。不过，选取此种冷风机布置方式时，在选择冷风机时，应注意冷风机的出风速度。

图3 疫苗冷库温度场垂直（Z方向）切片图

图4 疫苗冷库温度场前后（Y方向）切片图

图5 疫苗冷库温度场水平（X方向）切片图

3 结语

综上实勘2～8℃小型疫苗冷库实测情况分析，本实测温度场可以得出以下结论：对于小库容疫苗冷库来说，采用冷风机直吹形式是完全可以达到疫苗存放要求的，无须额外布置风管利用排气孔进行排气；单间2～8℃小型疫苗冷库正常运行时，库内（冷间）温度不均匀性即不同时刻库内（冷间）温度差值的最大值≤5℃，疫苗冷库内部各测点温度最大差值≤6℃。