蓄冷技术——冷链物流背后的科技力量

【摘要】为了进一步提升冷链物流的运输效果，本文围绕新的储能技术及储能材料展开分析，重点探讨了相变储能技术的类型，着重分析了相变材料在冷链物流中的实际应用，旨在为提高冷链物流运输的效益作参考。

相关调查数据显示，我国每年均会有大量的水果、蔬菜类食品，在运输中因温度把控不当而出现食物资源浪费问题，商品损失率甚至达到了20%以上。产品运输中，精准把控温度，对于运输材质的新鲜度保持至关重要，尤其是新鲜蔬菜或是水果一类食品的运输，冷链运输是常用的物流方式。冷链运输中，蓄冷技术是运输中主要采纳的技术类型，技术原理是在用电低谷阶段，使用高新技术将制冷机组生成的冷气存储起来，容纳冷气的材料即为变相材料，后续在用电高峰阶段，将之前所存储的冷气再释放出来，以此确保固定空间范围内的冷负荷控制标准。

一、相变材料在冷链物流中的应用

长期以来，能源的供应与需求之间很难保持持续匹配状态，为了确保上述状态能够持续下去，相变储能技术开始被越来越多的应用到行业内，目的在于针对原有的能源供求不均衡问题进行优化和改善。从相变材料的本质上来讲，其最大的功能就是能够“潜热”，原理是在材料相变期间，瞬时完成能量的释放、吸收等转换。其间，相变是否会出现，取决于相变材料当下所处环境的具体温度变化，因此相变材料一般被应用在控温行业中储能。

在冷链物流发展中，将相变储能技术应用其中，提升运输效益的重要影响因素就是做好相变材料的选择工作。经过对相变材料的类型进行分析，可以发现共有三大类型，分别是复合型、有机型与无机型。具体的相变材料性质分析如下：

1.有机型相变材料。该材料的化学性质相对更为稳定，且具有过冷度比较低、相变潜热逐渐退化及无相分离的特征。但是此种材料应用冷链运输中，也存在一定不足，就是相变潜热在逐步退化之后，材料得到导热系数会逐渐降低，达到0.1-0.7W·m-1·K-1，此不足有待后续加以解决和完善。

2.无机型相变材料。该材料的投用成本比其他相变材料更低，具有比较突出的导热性能，且相变潜热也相对更为稳定。但经过深度研究也发现，此材料的冷度相对比较高，相分离情况比较严重，且还会受到腐蚀性过强等因素的限制，影响后续推广。

3.复合相变材料。此种材料的组成成分至少由两种混合而成，甚至部分材料是由多种材料所混合而成，为了更好地满足温度需求，需要重点做好不同混合物之中的各项组分比例调整工作。分析复合相变材料的优势可发现，其具有相变潜热比较高、过冷度低且无明显相分离等优势。为了进一步加深对于各类型蓄冷相变材料的热物性了解，下表1中比较详细地展列了多个常见的相变蓄冷材料参数，具体如表1所示：

二、运输配送中蓄冷技术的应用

（一）预冷应用

现在比较常用的蓄冷技术中，包括空气、流化冰、真空等几种预冷方法。其中，空气预冷技术具有冷却速度慢，且冷却成果不均匀的特征，且干耗相对较高。真空预冷技术具有短时间内可以将果蔬等产品的田间热去除掉的能力，并在更短的时间内实现固定范围内空气快速冷却的效果，以此将瓜果蔬菜的商品营养价值锁定；不足之处在于，运输的成本相对较高，且配置的设备造价也比较高。

例如，在进行鱼类食物的冷链运输处理时，就可以应用预冷处理技术来完成，首先，将鱼完全沉浸在流化冰之中，确保鱼体表面的温度降至最低，目的是预防鱼类表面出现氧化的情况，无氧化情况则会细菌的繁殖具有抑制作用，将鱼身体表面活性酶活跃度降低，避免对鱼体表面的完好性产生损伤威胁。以鲈鱼为例，使用流化冰预冷技术完成鲈鱼的运输储藏处理，对经过运输后鲈鱼的理化指标、微生物以及感官品质等各种指标进行测定后，并进行了扫描电镜、聚丙烯酰胺凝胶电泳处理，综合测定和处理的后的结果进行分析可以发现，鲈鱼的限度变化很小，很好地保存地保存了鲈鱼的本质，说明流化冰预冷与冰温冷链相结合，应用于鲈鱼长距离运输中，有利于提升鲈鱼的销售效益增长、销售范围扩大。

（二）蓄冷包装应用在冷链物流运输中，应用相变储能对运输期间的温度进行把控时，还可将蓄冷包装技术应用其中。冷链包装中，复合纤维素相变材料，属于一类比较新型且具备较高活性的包装材料，此时，微胶囊化的呈现主要是借助相变材料的添加来实现，以此确保冷链蓄冷包装运输中的商品形态保持相应稳定性。结合微胶囊化，可以将相变材料、不同支撑材料之间做混合处理，此时就可制备出相对于单纯相变材料更加稳定的新型相变材料。同时，此种混合制备新材料，还能够解决有机相变材料原本存在的导热过低问题，对于液态相变材料初夏封装漏液的概率降低也具有显著促进作用。为此，在进行具体的蓄冷包装技术应用中，应该从下述几个方面着手展开分析：

1.在7-13℃的温度区间之内对食物进行冷藏包装时，不同的复合相变材料，其相变潜热值也有所不同。当应用负压过滤技术时，在纸基质中，均匀地分散微胶囊化石蜡，可以完成微胶囊相变材料的传热速率在纸基质中的变化统计工作。经过对大量的实验研究分析后得出，一般情况下，8min时间内，纯纸张的温度可以从0℃增长到10℃左右；33min左右，相变材料（25%）的纸张温度可以从0℃增长到10℃；87min左右，相变材料（50%）的纸张温度可以从0℃增长到10℃。通过研究可以得出，当纸张中含有一定的相变材料，温度的传热时间会减缓，且随着相变材料添加量的不断上升，温度的传热时间也会随之开始延长。其间材料的整体比热以及密度，也会在相变材料的不断添加下，发挥一定的保温效果。

2.在进行冰激凌类食品的冷链运输时，使用蓄冷材料完成运输过程中的存储保温处理，可发现，对比蓄冷材料以及普通的绝热材料，如聚苯乙烯，存储冰淇凌65d之后，蓄冷材料包装下的冰激凌，内部温度变化明显更小，且包装厚度更低。

3.为了进一步提升蓄冷材料在冷链物流运输中的应用价值，对于运输温度有一定要求的食品进行了新冷链运输存储设备研发工作。其间，结合数学模型的建立，搜集和整理同类型的冷链物流运输包装案例，对各类运输存储容器做好参数量化工作，确保冷链物流效益得以提升。经过对大量的冷链物流案例进行分析可以发现，当在原有的冰淇凌蓄冷容器的底部及两侧做外扩理，分别扩大10mm、20mm，并同步将相变材料的填充量适当提升，占比额外体积需要控制在7%左右，就可以将冰淇凌冷链物流运输阶段的容器热防护的设备性能提升30%左右。

（三）蓄冷式冷藏车应用

伴随着当前冷链物流行业发展规模以及产业规模的不断扩大，各种新式冷链项目被研发出来。在大部分的冷链物流运输或是配送的过程中，交通工具一般会选择冷藏车来完成。因此，随着冷链物流行业的发展和进步，对于冷藏车的需求量也开始逐步增加，据相关统计资料显示，每年用于冷链物流的冷藏车数量的增长比例大约在8%-12%之间。进行冷藏车的质量检查时，首先需要对车厢中的温度场分布情况做好统计和调查，调查重点应该集中在温度分布是否稳定和是否均匀方面。相较于传统的机械式冷藏车而言，蓄冷式冷藏车的供冷源为蓄冷板，在为车厢输出冷量时，其整个输出过程会一直保持在平稳输出状态，其间还可结合冷链物流中冷藏车厢内果蔬冷负荷具体情况，做出适宜性的调整，即适当增减车内蓄冷板的数量。在对蓄冷板进行蓄冷时，可以在冷藏车用电低峰期时段进行。

蓄冷式冷却车内温度稳定性的把控，需要经历一系列的模拟实验来验证，例如，可以按照凝固点降低这一研究理论，去制备最优复合相变材料，热力学性能的提升，往往会受到复合材料丙三醇溶液（50%）、氯化钠溶液（20%）的影响，当完成反复相变之后可以发现，最优复合相变材料的稳定性得到了提升，且不会受到腐蚀问题的影响。应用蓄冷式冷藏车，与传统的机械式冷藏车相比，虽然最开始的投资金额比较大，但是在运行费用以及环保节能等方面，所掌握的优势更为明显。另外，经过综合考量之后，冷链物流运输中，车厢内必然存在自然对流的情况，此种对流将会直接对温度场产生影响，尤其是温度场的均匀性，会就此得以最大化优化，继而在整个冷藏车厢内实现合理送风，确保蓄冷板的冷藏效果及冷藏效率都得到提升。

（四）低温仓储中的应用

在低温仓储系统中，应用蓄冷技术，是未来冷链物流进一步发展的主流趋势。目前，将蓄冷技术融入到冷链运输的保险系统汇总，能够显著调节冷库温度，同时，对于长途冷链运输的节能环保效果提升也具有重要促进作用。为了进一步研究蓄冷技术在低温仓储中的具体应用效果，有专业人员在传统冷库运输中，应用了动态冰浆蓄冷保鲜技术，经过研究对比发现，应用新技术的冷库冷链运输效果，相较于传统冷库而言，不仅成本更低，且库内温度稳定性更佳。此外，在低温仓储冷链物流运输中，将乙二醇作为冷库的蓄冷液应用起来，能够确保冷库的平均温度稳定把控在0.18-0.32℃范围之内，温差相差最大控制在0.8℃左右。受到冷链物流运输的影响，峰谷时期乙二醇蓄冷库的电费消耗量，仅为传统冷库的3/4，对应的成本支出也随之节省1/4。通过上述一系列的研究可以表明，冷链物流运输中，在传统冷库中添加乙二醇这一相变材料，能够提升库内温度分布状态的均衡性，从而将冷链运输成本大幅度降低。

三、结语

在冷链物流管理中，想要全面发挥出相变储能技术的应用效果，为冷链运输效益及质量提升起到促进作用，首先需要做好预冷处理，以此确保冷链运输质量，提升运输商品的保鲜效果。其次，应用蓄冷包装完成冷链物流运输时，应该选择储能消耗更低的包装材料完成，此时就可应用相变材料作为包装材料，提升运输效益。此外，在低温仓储中，充分将蓄冷技术应用于保鲜系统中，能够在实现节能环保效果的同时，对于冷库的温度、湿度等参数调控具有很好的效果，最终为运输成本降低、增加经济效益奠定基础。