冷鏈技術(shù)可以保證易腐品運(yùn)輸過(guò)程中的品質(zhì)，確保需要低溫保存的食品、藥品等的安全性，但據(jù)報(bào)道，約占15％的世界總能量用于食品保鮮，約占2.5％的全球溫室氣體排放是由冷鏈直接和間接造成的。目前，冷鏈運(yùn)輸多依賴于以柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用蒸汽壓縮的機(jī)械式制冷和風(fēng)循環(huán)方式，其較冷庫(kù)等固定式制冷工況更加惡劣，設(shè)備故障率較高；且復(fù)雜多變的工況和空間重量的限制，導(dǎo)致冷鏈運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行效率更低，消耗大量燃料。此外，制冷劑泄漏造成的大量二氧化碳排放同樣成為冷鏈運(yùn)輸關(guān)注的焦點(diǎn)。

由于高能量密度和相變過(guò)程溫度恒定的優(yōu)點(diǎn)，基于固-液相變的蓄冷技術(shù)可以在無(wú)源條件下提供冷量，可以更好地整合可再生能源。當(dāng)蓄冷技術(shù)與傳統(tǒng)冷能應(yīng)用（例如建筑制冷，車輛熱管理）相結(jié)合，其能源和成本節(jié)約已被廣泛報(bào)道。有機(jī)類相變材料由于其性質(zhì)穩(wěn)定，腐蝕性小而受到較多關(guān)注。因此，本研究選用有機(jī)類相變材料。

在冷鏈技術(shù)方面，隨著冷能的應(yīng)用和需求日益增高，國(guó)內(nèi)外已有研究者將相變蓄冷技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的嘗試。Ahmed 等人利用石蠟基相變材料降低冷藏車的壁面漏熱。研究表明，加入相變材料后，冷藏車壁面漏熱峰值降低29.1%，冷藏車內(nèi)日均漏熱率降低16.3%；這表明相變蓄冷可以節(jié)約能耗并降低污染排放，另一方面車載制冷機(jī)的尺寸和重量可以減小，制冷機(jī)的使用壽命可以延長(zhǎng)。李曉燕等通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)相變蓄冷技術(shù)在食品冷鏈領(lǐng)域種的應(yīng)用，指出相變蓄冷技術(shù)是提高能源利用效率的有效手段，在冷鏈運(yùn)輸系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。夏全剛等通過(guò)在箱體內(nèi)添加復(fù)合相變材料，結(jié)果表明，添加相變材料后，冷藏箱內(nèi)上海青的溫升得以延緩。但集裝箱作為通用和標(biāo)準(zhǔn)的集裝器具，將相變蓄冷技術(shù)應(yīng)用于冷鏈集裝箱方面的報(bào)道還很少。

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式冷藏集裝箱能耗高、污染大、內(nèi)部溫濕度波動(dòng)大的問(wèn)題，本文研究開(kāi)發(fā)了一種基于相變蓄冷的冷鏈集裝箱技術(shù)，并研制和應(yīng)用了一款40英尺蓄冷式保溫集裝箱。通過(guò)在蓄冷箱內(nèi)安裝10塊蓄冷板，并利用蓄冷板內(nèi)相變材料固-液相變時(shí)的吸熱特性，實(shí)現(xiàn)為蓄冷箱內(nèi)降溫保冷的目的。通過(guò)獨(dú)立的充冷裝備，研究了蓄冷箱的充冷情況。在動(dòng)態(tài)運(yùn)輸條件下，通過(guò)對(duì)箱內(nèi)溫度和濕度的測(cè)量和分析，得出蓄冷箱保冷時(shí)長(zhǎng)及期間溫濕度變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，蓄冷箱的充冷時(shí)長(zhǎng)為6小時(shí)，保冷時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)部相對(duì)濕度保持在85%-95%，相比傳統(tǒng)機(jī)械式冷藏集裝箱，運(yùn)行能耗成本可節(jié)約61.9%，投資回報(bào)周期為0.58年。較高的相對(duì)濕度和較長(zhǎng)的保冷時(shí)間，加之能耗成本方面的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了蓄冷箱在冷鏈，特別是針對(duì)果蔬等常溫保鮮貨物的冷鏈運(yùn)輸方面有極大的應(yīng)用前景。

      本文基于相變材料的蓄冷技術(shù)應(yīng)用于冷鏈集裝箱，將10塊裝有有機(jī)相變材料的蓄冷板安裝于40英尺保溫集裝箱內(nèi)，并以無(wú)源釋冷方式實(shí)現(xiàn)箱體的冷鏈運(yùn)輸。 

蓄冷板在集裝箱的布局示意圖

The distributions of the TES plates inside the container

集裝箱公路運(yùn)輸圖

The photo of the road transport of the container

蓄冷箱經(jīng)充冷完成后，在露天條件下經(jīng)過(guò)裝貨并經(jīng)公路運(yùn)輸，且運(yùn)輸過(guò)程中，因?yàn)橹型臼召M(fèi)站檢查開(kāi)門等原因造成箱內(nèi)溫度短暫的快速升高，但檢查完畢后，可以看出箱內(nèi)溫度快速下降至保溫溫度要求范圍內(nèi)。整個(gè)動(dòng)態(tài)運(yùn)輸過(guò)程中，箱內(nèi)裝有約10噸綠葉菜，貨物初始溫度為8-10℃，蓄冷箱在平均外部環(huán)境溫度為20℃條件下，內(nèi)部溫度始終保持在10℃左右，實(shí)際運(yùn)行距離874公里，運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)為14小時(shí)。

(b)

圖7 動(dòng)態(tài)條件下，載貨蓄冷箱各部位溫度隨時(shí)間變化情況（1:下層，2:上層）

Fig.7 Time evolution of the temperature of the loaded TES container under dynamic conditions (1: lower layer, 2: upper layer).

經(jīng)濟(jì)性方面，蓄冷箱充冷過(guò)程消耗總電量為32 kWh，電費(fèi)為35.2元，而同等條件下，機(jī)械式冷藏箱使用車載柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)消耗量為6.6 L，費(fèi)用為92.4元。由此可得，蓄冷箱運(yùn)行費(fèi)用同比機(jī)械式冷藏箱下降了61.9%。按照蓄冷式集裝箱年運(yùn)行150天計(jì)算，蓄冷箱和傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)冷藏箱的年運(yùn)行費(fèi)用分別約為23760元和9051元，年節(jié)約費(fèi)用為14709元。蓄冷式集裝箱制造增加的成本主要為相變材料的價(jià)格加上蓄冷板的價(jià)格減去傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)冷藏箱制冷機(jī)的價(jià)格。經(jīng)計(jì)算，以現(xiàn)有蓄冷箱和傳統(tǒng)柴油驅(qū)動(dòng)冷藏箱進(jìn)行對(duì)比，蓄冷箱制造成本高8433元，按照上述年節(jié)約費(fèi)用為14709元，則蓄冷箱回報(bào)年限為0.58年。

（1）利用獨(dú)立的充冷裝備為蓄冷箱充冷，蓄冷箱充冷時(shí)長(zhǎng)為6小時(shí)；

（2）集裝箱運(yùn)行14小時(shí)后，內(nèi)部溫度依然保持在12 ℃以下，其內(nèi)部濕度范圍在85-95%，較高的相對(duì)濕度可以確保運(yùn)送貨物的質(zhì)量；

（3）對(duì)于載貨的道路試驗(yàn)，與柴油動(dòng)力冷藏集裝箱相比，蓄冷式集裝箱的運(yùn)行成本降低61.9%。

（4），與柴油動(dòng)力冷藏集裝箱相比，蓄冷式集裝箱的制造成本增高8433元，回報(bào)周期為0.58年。

上述結(jié)論說(shuō)明了基于相變儲(chǔ)冷技術(shù)的蓄冷式集裝箱具有明顯的盈利潛力。此外，較長(zhǎng)的保冷時(shí)間使得蓄冷式集裝箱能夠靈活地在公路鐵路等多種運(yùn)輸方式中轉(zhuǎn)移，增大了冷藏箱的適用性。

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