冷鏈物流中制冷技術應用的現狀與發展

[摘要] 本文分析了我國冷鏈物流系統中制冷技術的應用現狀，介紹了國外幾種先進制冷技術的應用，為我國冷鏈物流特別是冷藏運輸的發展提供借鑒。

[關鍵詞] 冷鏈物流 制冷技術 應用 發展

冷鏈物流是指冷藏冷凍類食品在生產、貯藏運輸、銷售，到消費前的各個環節中始終處于規定的低溫環境下，以保證食品質量，減少食品損耗的一項系統工程。它是隨著科學技術的進步、制冷技術的發展而建立起來的，是以冷凍工藝學為基礎、以制冷技術為手段的低溫物流過程，是需要特別裝置，需要注意運送過程、時間掌控、運輸型態、物流成本所占成本比例非常高的特殊物流形式。

作為一項系統工程，冷鏈物流包含和涉及的技術領域廣泛而復雜。2010～2015年中國冷鏈物流行業市場調查與發展前景分析報告中提到，冷鏈物流行業發展技術環境包括四個方面，首要就是冷藏冷凍技術。沒有先進的制冷技術支持，冷藏運輸質量就無法得到保障，現代冷鏈物流就是紙上談兵。因此，制冷技術是冷鏈物流系統的核心技術平臺，是冷鏈服務品質的根本保證。

一、我國冷鏈物流制冷技術的應用現狀及問題分析

從冷藏、保鮮、節能和自動化技術來看，國際上普遍運用的冷藏、冷凝、氣調、冷藏集裝箱多式聯運等先進的制冷技術在國內一些行業龍頭企業已成熟應用，各類保鮮、先進的包裝技術以及涉及節能方面的技術在國內大型的果蔬基地和冷藏基地，如“上海名特農產品國際物流與交易基地”、“寧波遠東冷藏物流基地”已得到成功運用，自動化冷藏技術、各類傳感技術、自動化測量溫控技術、無線射頻識別技術、空間定位技術、動態信息監控技術也逐步從局部嘗試向更大范圍推廣?？傮w而言，國內冷鏈制冷技術體系隨著冷鏈物流需求市場的快速發展已初步確立。但是與國際先進國家相比，我國的冷鏈物流制冷技術體系仍存在諸多問題，主要反映在以下幾個方面。

1.基礎設施薄弱，自動化程度不高

從冷藏運輸能力看，美國有冷藏車16萬輛，日本有冷藏保溫車12萬輛，我國保溫車僅有約3000輛;從預冷保鮮率看，歐美處理能力達80%-100%，我國僅30%;從冷藏運輸率看，歐、美、日等發達國家達80%～90%，我國不足30%。此外，我國冷藏設施普遍自動化水平不高，國外已成熟運用的自動化測量和自動識別技術沒能得到規模應用。

2.流通領域中的保鮮、包裝技術亟待提高

在發達國家，食品冷鏈產品的產后損失率只有1.7%～5.0%，而在我國，糧食平均損失達14.8%，果蔬損失率達20%～30%。目前在冷鏈中需要保鮮的多為初級農產品，加強保鮮新技術和包裝新材料的應用，已成刻不容緩的課題。

3.冷鏈節能意識和節能方案的設計需不斷增強

冷鏈物流環節涉及多種能源利用，特別是電、油和水等基礎能源的應用，目前我國建設和使用的冷鏈設施多數只考慮冷鏈環節的應用，但對節能減排考慮不足，如何加強現行冷鏈設施的節能改造和新節能技術綜合運用變得尤為迫切。

二、國際冷鏈物流制冷技術的發展

國際上對食品質量與安全提出了越來越高的要求，并積極探索先進的制冷技術以保障易腐食品對冷鏈運輸的需求。當前有關制冷新技術的發展表現在如下幾方面:

1.空氣制冷技術的發展

空氣制冷系統在低溫下的寬溫度范圍內，具有運行性能優良、無臭無害且制冷速度快的特性，非常適合于食品的冷凍冷藏。傳統的單級蒸汽壓縮制冷技術，很難滿足易腐食品冷藏及運輸的低溫要求和運行工況;多級壓縮或復疊式蒸汽制冷，則導致系統COP(制冷效率)的降低和投資的增加。因此，隨著冷藏運輸對制冷技術需求質量的不斷提高，以及運輸過程中環保問題的日益突出，空氣制冷技術又一次成為世界關注的焦點。先后有美國、澳大利亞、德國、日本、英國等進行了空氣制冷裝置的研究試驗，研究范圍涉及食品冷凍、冷藏儲存及冷藏運輸等冷鏈物流的各個環節。

美國是空氣制冷技術應用最早、技術最成熟的國家之一。雖然目前只有少數閉式空氣制冷系統用于美國食品的冷鏈市場，但統計顯示，75%的食品加工廠家希望使用空氣制冷系統，而且47% 的食品企業有強烈的使用意向。美國學者PaulChen在其研究中，詳細闡述了空氣控制技術應用于新鮮水果冷藏運輸的優越性，指出空氣控制技術可以通過抑制水果的呼吸，延緩水果的成熟過程，抑制病菌，減緩衰變，并起到防治蟲害的作用。學者Thomas Pelsoci分析了美國食品加工業運用閉式空氣制冷系統的市場狀況，他指出，由于不同食品對冷凍或冷藏的低溫環境要求不同，因此在儲藏或運輸過程中，溫度可在0℃～-100℃大范圍內調節，并且要求制冷系統長期在-30℃以下運行。

2.低溫容器隔熱結構的發展

隨著科學研究、工業技術、生物技術的不斷深入，越來越多的物品需要通過低溫冷藏容器進行運輸。在這些行業中，不僅要使用-24℃～-80℃冷藏箱，同時還需要-80℃以下超低溫冷藏箱、-80℃～-120℃的低溫冷卻器、低溫循環器等工作溫度在干冰溫度以下的設備。這些設備的共同點是:其工作溫度低于常用的PU泡沫塑料的冷縮溫度，且此低溫容器必須進行隔熱。一般的隔熱材料難以滿足干冰溫度下低溫容器的要求。

為了防止常用的、隔熱性能較好的PU泡沫塑料在-80℃～-90℃的溫度下產生冷縮，國外低溫容器采用雙層的隔熱材料來處理:對于工作溫度高于冷縮溫度的外部，用PU泡沫塑料隔熱;對于工作溫度低于冷縮溫度的內部，以耐低溫隔熱材料隔熱，從而較好地實現了干冰溫度環境下物品的冷藏運輸。

3.氣調運輸技術及設備的發展

20世紀80年代初，國外開始利用氣調集裝箱進行海上或陸上長途運輸，將本國水果運至世界各地，從而占領更大的市場份額。采摘后的果蔬采用冷藏集裝箱運輸，對保持果蔬品質起到了很好的作用。但是，隨著消費者對新鮮果蔬品質要求的不斷提高，對其運輸過程也提出了更高的要求。

按照降氧方法的不同，氣調集裝箱可分成充氣法氣調集裝箱和依靠制氮機降氧的氣調集裝箱兩類。充氣法氣調集裝箱的早期代表產品是美國加州Transfresh公司推出的Tectrol CA系統，主要通過調節箱內CO2與O2的含量，保障運輸物品的質量。依靠制氮機降氧的氣調集裝箱，主要通過調節箱內N2與O2的含量以保障運輸物品的質量。由于海上或是陸上的運輸環境遠比氣調庫中惡劣，所以對氣調集裝箱及其內部設備有很高的堅固性(能經受路途顛簸)、可靠性(無需在路途維修)和方便性(操作人員往往非專業人士)要求。針對經常出現的氣體泄漏問題，制造商們采取的措施有:靠磁力將一層塑料簾吸在門框內部(意大利ISOCELL公司);將雙扇門改為特制的單門(美國Freshtainer公司)等，從而將漏氣率從5 m3/h降至1 m3/h。

另外，一家名為Cronos Containers的英國公司推出的Cronos 氣調系統，可以把標準冷藏集裝箱臨時性或永久性地改裝成氣調集裝箱。該系統外形尺寸為2m×2m×0.2m，所有氣調及控制設備均安裝在鋁質外殼內，僅占據0.8m3的空間，可以很容易地安裝在大多數冷藏集裝箱的地板和內壁上。它由制冷系統的電源驅動，可以將O2、CO2 及相對濕度維持在預先設定的水平上，還能脫除乙烯。

目前，國外開始研究膜分離技術在氣調集裝箱領域的應用。其工作原理為:用半透膜作為選擇障礙層，允許氧氣、二氧化碳等透過而保留混合物中的氮氣，從而達到分離的目的。膜分離控制系統工作流程見圖4。實踐證明，氣調運輸不僅能夠減少果實內部生理紊亂和各類病害的出現，降低損耗率，而且在有效降低運輸成本的同時，可以使果實抵達銷售地時狀態均勻、貨架期長，更受銷售商歡迎，具有很大的發展空間。

4.相變材料在冷藏運輸制冷系統中的應用

澳大利亞研制了一種應用相變材料制成的新型制冷系統。該制冷系統實現了與車體的分離，可以在停車場等地點補充制冷材料后，安裝在車體上實現制冷功能。與傳統制冷裝置相比，該系統具有噪音低、耗能少、污染小等優勢，適用于短途、區域內的配送。

Ming Liu、Wasim Saman等人對該制冷裝置的性能及優點進行了研究，并對一種基于水的無機鹽進行了試驗，初步證明了該物質具有合理的耐熱性，具備變相材料的基本條件;但在長期穩定性方面，試驗的次數尚顯不足，提出有必要在未來的工作中，進行更多的冷熱循環試驗來證明其性能是否穩定。相變材料制冷系統結構如圖1所示。

三、冷鏈物流系統制冷技術發展的前景與展望

隨著我國國民經濟和居民收入持續性穩定增長，今后5～10年我國冷藏冷凍食品以及醫藥產品依舊能保持10%以上的產銷增長，冷鏈物流市場增長潛力仍然巨大。從冷鏈物流系統制冷技術體系來看，我國目前正處于培育上升期，許多國外成熟的技術在我國還處于嘗試起步階段，譬如國內目前分級清洗、整理機械等前道成型設備、新型低溫包裝材料、冰溫貯藏、氣調儲藏技術和無線射頻識別技術等的推廣應用以及快速凍結裝置等核心關鍵設備和新型制冷系統及制冷劑的研制研發等，因此發展空間極為廣闊。可以預見，未來隨著國外成熟技術在國內的快速推廣、國內技術的不斷深入以及相關政策法規的不斷完善，國內冷鏈物流制冷技術體系將日趨完善。

參考文獻:

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[2]張建松.我國冷藏運輸存在巨大的發展空間[EB/OL].2004-12-19.

[3]Thomas Pelsoci.Closed-Cycle Air RefrigerationTechnology[M].Chicago:National Institute of Standardsand Technology，2001.