冷鏈技術(shù)可以保證易腐品運(yùn)輸過程中的品質(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，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。李曉燕等通過總結(jié)國內(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道還很少。

針對傳統(tǒng)機(jī)械式冷藏集裝箱能耗高、污染大、內(nèi)部溫濕度波動大的問題，本文研究開發(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-液相變時的吸熱特性，實(shí)現(xiàn)為蓄冷箱內(nèi)降溫保冷的目的。通過獨(dú)立的充冷裝備，研究了蓄冷箱的充冷情況。在動態(tài)運(yùn)輸條件下，通過對箱內(nèi)溫度和濕度的測量和分析，得出蓄冷箱保冷時長及期間溫濕度變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，蓄冷箱的充冷時長為6小時，保冷時間長，內(nèi)部相對濕度保持在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%，投資回報周期為0.58年。較高的相對濕度和較長的保冷時間，加之能耗成本方面的優(yōu)勢，體現(xiàn)了蓄冷箱在冷鏈，特別是針對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)過裝貨并經(jīng)公路運(yùn)輸，且運(yùn)輸過程中，因?yàn)橹型臼召M(fèi)站檢查開門等原因造成箱內(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)。整個動態(tài)運(yùn)輸過程中，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)輸時長為14小時。

(b)

圖7 動態(tài)條件下，載貨蓄冷箱各部位溫度隨時間變化情況（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天計算，蓄冷箱和傳統(tǒng)柴油驅(qū)動冷藏箱的年運(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格加上蓄冷板的價格減去傳統(tǒng)柴油驅(qū)動冷藏箱制冷機(jī)的價格。經(jīng)計算，以現(xiàn)有蓄冷箱和傳統(tǒng)柴油驅(qū)動冷藏箱進(jìn)行對比，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，蓄冷箱充冷時長為6小時；

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

（3）對于載貨的道路試驗(yàn)，與柴油動力冷藏集裝箱相比，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，回報周期為0.58年。

上述結(jié)論說明了基于相變儲冷技術(shù)的蓄冷式集裝箱具有明顯的盈利潛力。此外，較長的保冷時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。

童山虎, 聶彬劍, 李子瀟, 金翼, 丁玉龍, 胡宏利. 基于相變蓄冷技術(shù)的冷鏈集裝箱性能研究[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù), 2020, 9(1): 211-216.

Shanhu TONG, Binjian NIE, Zixiao LI, Yi JIN, Yulong DING, Hongli HU. Investigation of the cold thermal energy storage reefer container for cold chain application[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(1): 211-216.