冷鏈設備與系統的技術進展

文/中國科學院理化研究所 博士生李佩儒 張海南副研究員 田長青研究員

近年來，在國家政策的支持下，中國冷鏈物流行業得到了快速發展，冷鏈市場規模持續擴大，冷鏈物流基礎設施逐步完善。同時，在新冠疫情之下，冷鏈成為保障民生和鏈接全球生鮮市場的重要通路，并且疫苗等生物醫藥相關的冷鏈產品和解決方案助力全球抗疫。冷鏈物流正逐漸向低碳環保、智能化、自動化方向轉型升級，成為推動社會經濟轉型的新動能。

一、總體特點

在2021中國制冷展中，全程冷鏈涉及的各個環節冷鏈設備與系統的技術進展均得到體現。此次展示的冷鏈物流設備和系統體現出節能高效、綠色環保、自動化與智能化的特點。例如，針對于冷鏈的節能高效壓縮機大量涌現，天然工質二氧化碳系統進一步發展，并出現了自動化程度較高的智能立體凍結隧道。此外，本屆展會也展出了果蔬氣調保鮮相關裝備。

受新冠肺炎疫情影響，本次展會中參展商還推出了針對疫苗等生物醫藥相關的冷鏈產品和解決方案，包括疫苗冷藏設備、疫苗冷庫制冷機組和生物樣品低溫保存冰箱等，保障疫苗和生物制品質量，助力公共衛生安全。

二、特色技術

1.冷加工產品

冰輪環境技術股份有限公司針對凍結大塊、大量食品速凍依靠傳統凍結庫的模式進行改進，設計開發了智能立體凍結隧道（圖1）。食品經加工及包裝后，通過流水線輸送到智能化立體凍結流水線中，通過冷風降溫，實現了大規模盤裝分割肉、禽產品的連續自動化冷凍，空間利用率高。同時，該系統采用了高效的氣流組織和變距式蒸發器，冷風利用率高，化霜周期長。

圖1 冰輪環境IFST-智能立體凍結隧道

傳統的禽肉預冷采用片冰預冷，使禽類胴體溫度保持在8℃，該方法耗水量較大。本次展會中，冰山集團推出了紅水預冷系統（圖2），該系統采用降膜蒸發技術和噴射供液系統，配套螺旋預冷機實現禽類胴體的循環預冷，使其溫度保持在0.5℃～4℃，抑制食品內細菌生長，實現耗水量的大幅減少。

圖2 冰山HSMF紅水預冷系統

上海漢鐘精機股份有限公司推出的開啟式螺桿壓縮機（圖3），采用轉子永磁勵磁，定子無鐵芯繞組技術，電機效率可達96%～98%。采用一體式設計，長度相比壓縮機配置普通三相異步電機減少約50%。該壓縮機內置卸載機構，在啟停時能夠減小負載，并采用變頻技術，提升冷量應用范圍，目前已在-42℃速凍隧道和-40℃速凍庫實現應用。

圖3 漢鐘精機RGII-200開啟式螺桿壓縮機

2.冷凍冷藏

在食品冷凍冷藏領域，江森自控推出了超低充注集中式制冷系統（圖4），采用遠程分布式冷凝模塊設計，使得氨的高壓排氣在用冷點冷卻，縮短液相管路。該系統在低壓側采用高效直膨式蒸發器，取消了低壓循環桶、泵供液系統及其相關的液相管路。此外，該系統搭載的控制系統整合了冷庫系統的所有控制，并對制冷劑的分配進行精確控制。該系統與傳統氨制冷系統相比，氨充注量可減少85%～95%。

圖4 江森自控超低充注集中式制冷系統

本次展會中，多家參展推出的制冷設備采用了天然環保制冷劑CO2。冰輪推出了CO2臨界冷熱雙效機組（圖5），機組采用12 MPa高壓螺桿壓縮機和BF12R標準壓縮機搭配，采用雙機雙級壓縮形式和二次節流，通過噴射器回收膨脹功，提高機組運行效率。機組只以CO2作為制冷劑，解決了復疊機組的安全和環保問題。

圖5 冰輪跨CO2臨界冷熱雙效機組

神舟制冷研發的二氧化碳跨臨界機組采用噴射器技術和熱回收系統（圖6），實現冷熱聯供，提升能源綜合利用效率。此外，該系統的氣冷器良好絕熱，運行COP得到有效提升。

圖6 神舟制冷二氧化碳跨臨界機組

開利推出的變頻跨臨界CO2壓縮機（圖7），其轉速調節范圍為20～110 Hz，采用吸氣冷卻直驅電機和雙級壓縮高效閥板設計，可靠性高，節能效果好。

圖7 開利06 V變頻跨臨界CO2壓縮機

此外，比澤爾也推出了ECOLINE跨臨界CO2壓縮機（圖8），具有高能效、低帶油率和低震動等特點。

圖8 比澤爾ECOLINE跨臨界CO2壓縮機

在氣調保鮮設備方面，天津立喆舜保鮮科技有限公司推出了多功能氣調保鮮一體機（圖9），煙臺科達氣調設備有限公司推出智能氣調保鮮一體機（圖10），均能同時實現脫氧制氮、脫除二氧化碳和氣體成分濃度分析的功能，抑制果蔬呼吸作用，避免果蔬二氧化碳中毒，延長果蔬產品的貨架期。

圖9 天津立喆舜多功能氣調保鮮一體機

圖10 煙臺科達智能氣調保鮮一體機

3.冷藏運輸

格力推出了一款應用于新能源冷藏車上的制冷機組（圖11），機組具備實時調節、遠程監控和安全保護等功能，使用范圍在-20℃～45℃之間，專用于凍肉、蔬菜、乳制品、疫苗及藥材等冷凍冷藏貨物的城市間配送。

圖11 格力GTR系列新能源運輸制冷機組

4.冷藏銷售

此次展會中，展商推出了多種節能環保冷柜。青島海爾特種電冰柜有限公司推出的陳列式冷柜（圖12），通過風機送風方向與蒸發器迎風面的高效耦合，提高了送風效率與蒸發器空氣流場的均勻性，耗電量相比普通商用冷柜節能30%以上。開利推出的無霜冷柜（圖13），24小時溫度波動0.2℃，相比有霜機組節能50%。該冷柜貯藏的葉菜水分保持較好，葉綠素降解延緩，貨架期延長了25%～66%。

圖12 海爾陳列式冷柜

圖13 開利無霜冷柜

冷柜控制方面，三花推出的REVO系列冷柜控制器（圖14），在過熱度控制基礎上，集成了柜溫、化霜及其他輔助控制功能，能夠實現一機雙溫，一鍵切換。

圖14 三花REVO系列冷柜控制器

思科普壓縮機（天津）有限公司推出的適用于輕型商用制冷的活塞式變頻壓縮機（圖15），能夠在-45℃～10℃蒸發溫度范圍平穩運行，相較于R404A制冷劑的定速壓縮機能耗節省可達40%。在-6.7℃蒸發溫度下，制冷量最大可達2146 W，COP為2.14。

圖15 斯科普SLVE18CN-R290活塞式變頻壓縮機

冷鏈食品的終端配送的“最后一公里”是全程冷鏈較為薄弱的環節，松下冷鏈（大連）有限公司在展會上推出了生鮮自提柜（圖16），包括冷藏模塊（0℃～4℃）和冷凍模塊（-18℃～22℃），集成了在線購物平臺，可幫助商家實現一次性集中配送，降低運營成本。

圖16 松下生鮮自提柜

5.生物醫藥冷鏈

在新冠疫情背景下，本次展會中出現了針對生物醫藥冷鏈領域的各種解決方案。例如，青島海信商用冷鏈股份有限公司推出了疫苗接種門診數字化冷鏈解決方案（圖17），包括兩種型號的2℃～8℃智能疫苗保存箱，集成了人與疫苗識別、疫苗出入庫管理和冷鏈監控等功能。

圖17 海信疫苗接種門診數字化冷鏈解決方案

此外，格力推出了醫藥陰涼庫專用空調機組（圖18），具有精準送風、高效防冷橋、低漏風率等特點。同時，格力還推出了醫用疫苗冷庫制冷機組（圖19），采用集控功能，能夠實現多機同時啟停，同時采用化霜溫度補償技術，實現較小的庫溫波動，該機組已在廣東省疾控中心疫苗冷庫中得到了應用。

多家參展商也推出了生物樣本保存低溫冰箱，應用于生物樣本的保存。如冰山松洋生物科技有限公司推出了可實現-90℃的低溫冰箱（圖20），海信推出了可實現-86℃的低溫冰箱（圖21），采用R290和R170制冷劑，應用智能控制和變頻技術，并搭載生物樣本信息管理系統。

圖20 冰山松洋低溫冰箱

圖21 海信低溫冰箱

6.保溫材料

保溫材料展出規模有所增加，技術發展平穩，主要向更環保、易用方向發展，而且拓展更廣泛的應用領域。

順達聚氨酯展出了冷庫保溫解決方案（圖22），包括了庫頂、庫板、水泥立柱及庫底的保溫解決方案。如：-20℃噴涂施工的聚氨酯保溫材料（圖23），適用于冬季建筑墻體保溫施工，運行中冷庫保溫工程改造、補庫等；采用零ODP、低GWP發泡劑，單層噴涂厚度可達50～80mm。華美的二烯烴深冷絕熱保溫材料（圖24），適用于-80℃低溫領域。

圖22 順達冷庫保溫方案

圖23 超低溫噴涂聚氨酯

圖24 華美二烯烴保溫材料

惠風、朗通均展出了EPP保溫風管（圖25），可以一次性成型風管、彎頭、三通等結構，使用時進行拼接。特殊風管也可以現場裁切EPP板進行拼接。EPP是一種化學穩定、可降解的保溫材料，可以自主成型，內外均無需加附皮，還可以承受一定的釘力，應用潛力大。

圖25 惠風EPP保溫管

三、評價與展望

2021中國制冷展參展產品覆蓋全程冷鏈的各個環節，并由于新冠防控出現了針對生物醫藥冷鏈的相關產品。在冷加工方面，本次展會中的紅水預冷系統在降低預冷溫度的同時，大幅降低了耗水量。展出的智能立體凍結隧道自動化程度較高，提升了冷凍庫的利用效率。冷凍冷藏方面，展出的超低充注集中式制冷系統采用氣態管路，有效降低了氨系統的充注量，但管路成本帶來小幅增大。天然環保工質CO2在冷凍冷藏領域的應用，有助于減少碳排放。冷藏運輸方面，本次展會推出了新能源冷藏車，有助于節能減排，保障食品品質。冷藏銷售方面，本次展會推出了節能無霜、溫度波動較小的多種冷柜以及智能生鮮自提柜，有效延長食品貨架期，助力全程冷鏈的實現。醫藥冷鏈方面，本次展會推出的生物醫藥冰箱具有智能化、信息化處理等特點。

從本屆展會可以看出，冷鏈設備與系統具有以下發展趨勢：

1.冷鏈設備能耗不斷降低。為響應國家實現碳中和目標，冷鏈設備未來將朝著低能耗、高效率的方向發展，通過變頻控制、傳熱優化、多參數綜合優化等手段，將有更多節能高效的冷鏈設備推出。

2.天然工質進一步廣泛應用。為實現《蒙特利爾議定書》及其基加利修正案對制冷劑的削減目標，氨、二氧化碳等環保天然工質將應用于冷鏈系統，二氧化碳跨臨界系統、亞臨界系統將廣泛應用，氨系統的充注減量、泄露檢測等保障安全的技術將不斷完善。

3.冷鏈設備自動化程度逐漸提升。食品冷加工自動化程度將不斷提升，食品冷鏈設備相關的控制器和傳感器將不斷涌現，以滿足不斷增長的冷鏈食品市場需求。

4.醫藥冷鏈設備快速發展。在新冠疫情背景下，疫苗等生物醫藥產品的低溫保存得到廣泛關注，相關產品快速涌現，溫度精確控制、信息化管理、安全可靠、覆蓋多溫區的全程醫藥冷鏈設備將是未來的發展方向。

2021中國制冷展展現了我國冷鏈技術和產品在疫情沖擊下仍然強勁的發展勢頭，所展產品涵蓋了全程冷鏈的各個環節，呈現出節能高效、綠色環保、自動化與智能化的特點。此外，本次展會一個重要特點是出現了眾多針對疫苗等生物醫藥冷鏈相關的產品，為國家的公共衛生安全提供堅實保障。冷鏈正成為推進社會經濟發展的新動能。