張 愛 芳

（洛陽科技職業(yè)學(xué)院電子商務(wù)學(xué)院，河南 洛陽 471000）

隨著全球冷鏈物流的快速發(fā)展，各種新型能源儲(chǔ)存技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。相變儲(chǔ)能作為一種熱儲(chǔ)能技術(shù)，在冷鏈物流中具有重要的應(yīng)用前景。冷鏈物流是指將易腐、易變質(zhì)的商品或物品在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過程，涉及食品、藥品、生物制品等高度敏感的貨物。保持適當(dāng)?shù)臏囟仁谴_保這些貨物保持良好品質(zhì)的關(guān)鍵。而相變儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)使其成為解決冷鏈物流中能源儲(chǔ)存問題的一項(xiàng)有前景的技術(shù)。

1 相變儲(chǔ)能在冷鏈物流中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀

相變儲(chǔ)能在冷鏈物流中的應(yīng)用屬于新興的研究領(lǐng)域，目前仍處于探索和發(fā)展階段?，F(xiàn)有研究主要集中在相變儲(chǔ)能材料的選型和性能改進(jìn)、相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化、相變儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際冷鏈物流中的應(yīng)用效果評(píng)估、商業(yè)化應(yīng)用等方面。首先為相變儲(chǔ)能材料的選型和性能改進(jìn)。研究人員積極尋找適合冷鏈物流應(yīng)用的相變儲(chǔ)能材料?，F(xiàn)有研究表明，主要適用材料包括有機(jī)相變材料、無機(jī)相變材料和復(fù)合相變材料等。①有機(jī)相變材料主要是相變蠟，具有較高的熱容量和較好的熱穩(wěn)定性，且相變溫度范圍廣，能夠滿足不同溫度要求。但其熱導(dǎo)率較低，限制了其在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用。②無機(jī)相變材料主要是蓄冷鹽，具有較高的熱導(dǎo)率和較好的熱穩(wěn)定性，能夠滿足高功率密度儲(chǔ)能的需求。但其相變溫度范圍較窄，難以滿足不同溫度要求。③復(fù)合相變材料主要是將有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料進(jìn)行復(fù)合，從而克服各自的缺點(diǎn)，獲得更好的綜合性能。有研究證明，復(fù)合相變材料可以同時(shí)具備有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料的優(yōu)點(diǎn)，如寬溫度范圍、高熱導(dǎo)率等。除了材料本身的性能外，研究人員還在努力改進(jìn)相變儲(chǔ)能材料與其他組件之間的熱傳導(dǎo)效率，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

其次為相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。研究人員通過建立相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。一是根據(jù)冷鏈物流中需要調(diào)節(jié)的溫度范圍和要求，確定相變儲(chǔ)能系統(tǒng)所需的相變儲(chǔ)能材料的數(shù)量和容量。這取決于貨物的質(zhì)量和容積，以及所需的溫度調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定性。通過考慮儲(chǔ)能材料的熱容量、相變溫度和儲(chǔ)能周期等因素，可以確定最佳的材料配置方案。二是在相變儲(chǔ)能系統(tǒng)中，熱傳導(dǎo)路徑和熱量交換效率對(duì)系統(tǒng)性能至關(guān)重要。研究人員通過優(yōu)化相變儲(chǔ)能材料的裝配方式，最大限度地提高熱量的傳導(dǎo)和交換效率。例如，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)、增加熱交換面積、改進(jìn)導(dǎo)熱介質(zhì)等手段來實(shí)現(xiàn)。三是相變儲(chǔ)能系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中需要保持穩(wěn)定的溫度調(diào)節(jié)性能，確保貨物的安全和質(zhì)量。因此，需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，例如通過合理的溫控策略、優(yōu)化的系統(tǒng)維護(hù)和監(jiān)測(cè)手段等來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

其三為相變儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際冷鏈物流中的應(yīng)用效果評(píng)估。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和田間實(shí)驗(yàn)，對(duì)相變儲(chǔ)能系統(tǒng)在冷鏈物流場(chǎng)景中的性能進(jìn)行評(píng)估，并與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)進(jìn)行比較。具體包括：一是模擬實(shí)際冷鏈物流環(huán)境，將相變儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于溫度調(diào)節(jié)中，并對(duì)其調(diào)節(jié)精度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度等進(jìn)行評(píng)估?？梢酝ㄟ^記錄相變材料的相變溫度、儲(chǔ)能和釋能過程中的溫度變化曲線，以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能力和效果等來評(píng)估其溫度調(diào)節(jié)性能。二是對(duì)相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的能源消耗進(jìn)行測(cè)量，并與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)進(jìn)行比較。通過對(duì)比兩種系統(tǒng)的能源消耗、能源利用效率以及制冷劑的使用情況等指標(biāo)，評(píng)估相變儲(chǔ)能技術(shù)在能源利用方面的性能。三是對(duì)相變儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際冷鏈物流場(chǎng)景中的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估。在此過程中，需考慮不同環(huán)境條件下的溫度調(diào)節(jié)需求、貨物類型和儲(chǔ)運(yùn)方式等因素。通過在實(shí)際冷鏈運(yùn)輸過程中實(shí)施田間實(shí)驗(yàn)，并記錄相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能參數(shù)，如溫度變化、能源消耗、系統(tǒng)穩(wěn)定性等，來對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估。

最后為商業(yè)化應(yīng)用。隨著研究的深入，部分企業(yè)開始在冷鏈物流領(lǐng)域試點(diǎn)應(yīng)用相變儲(chǔ)能技術(shù)，并取得了一定的成果。這些企業(yè)通過合作建立示范項(xiàng)目，驗(yàn)證相變儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際商業(yè)運(yùn)營(yíng)中的可行性和效益。例如，在食品冷鏈物流中，利用相變儲(chǔ)能技術(shù)幫助保持食品在特定溫度范圍內(nèi)的新鮮度和質(zhì)量。合作企業(yè)會(huì)將相變儲(chǔ)能系統(tǒng)集成到冷鏈物流過程中，例如冷藏車輛、冷柜或冷庫(kù)等，以應(yīng)對(duì)溫度調(diào)節(jié)的需求。同時(shí)，收集并分析數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能和效果。盡管目前相變儲(chǔ)能在冷鏈物流中的應(yīng)用還處于初步階段，但相關(guān)研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相變儲(chǔ)能技術(shù)在冷鏈物流中的應(yīng)用有望實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

2 相變儲(chǔ)能在冷鏈物流中應(yīng)用的理念基礎(chǔ)

相變儲(chǔ)能技術(shù)利用物質(zhì)相變時(shí)吸收或釋放大量熱量的特性。通過選擇適當(dāng)?shù)南嘧儾牧希梢詫崃績(jī)?chǔ)存于物質(zhì)內(nèi)部，在需要時(shí)釋放出來。在冷鏈物流中，這種熱量?jī)?chǔ)存與釋放的特性可以用于調(diào)節(jié)溫度，保持貨物在所需的溫度范圍內(nèi)。相變儲(chǔ)能技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)具有較高的能量密度和熱效率。其可以在儲(chǔ)能過程中吸收和存儲(chǔ)熱量，而在釋放過程中通過控制相變材料的相變溫度和相變熱量來恢復(fù)儲(chǔ)存的熱量。相較于傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)，相變儲(chǔ)能技術(shù)可以減少能源消耗，提高能源利用效率，從而在冷鏈物流中實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。此外，該技術(shù)可以提供較為精確的溫度調(diào)節(jié)，因?yàn)橄嘧儾牧暇哂忻鞔_的相變溫度。通過選擇不同的相變材料，可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)在不同溫度范圍內(nèi)的釋能點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷鏈物流環(huán)境溫度的精確控制，有助于保持貨物的新鮮度和質(zhì)量，并提高冷鏈物流過程的可靠性。通過相變儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，在冷鏈物流運(yùn)輸中可利用物質(zhì)自身的特性進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，不需要使用傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)中的化學(xué)制冷劑，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，有助于減少冷鏈物流運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的影響。基于以上理念基礎(chǔ)，相變儲(chǔ)能技術(shù)在冷鏈物流中應(yīng)用的目標(biāo)是通過節(jié)能、精確調(diào)節(jié)溫度以及可持續(xù)發(fā)展等方面的優(yōu)勢(shì)，提高冷鏈物流的效率和可靠性，并降低對(duì)能源的依賴，為構(gòu)建綠色、智能的冷鏈物流系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)。

3 相變儲(chǔ)能在冷鏈物流中的應(yīng)用

相變儲(chǔ)能在冷鏈物流中的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：首先是在冷藏車輛和艙室的應(yīng)用。在于冷柜和冷庫(kù)中，相變材料可以吸收和儲(chǔ)存多余的冷量，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)釋放這些儲(chǔ)存的冷量，維持冷藏空間的穩(wěn)定溫度。相變儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供更加精確和可控的溫度調(diào)節(jié)，確保冷藏貨物的質(zhì)量和安全。在應(yīng)用過程中，可使冷藏車輛更具靈活性和可持續(xù)性。相變材料可以在冷藏車輛行駛時(shí)吸收多余的熱能，而在停車或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式下釋放熱量進(jìn)行制冷。這種靈活性可以適應(yīng)不同運(yùn)輸模式和需求，同時(shí)減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。其次是在溫度監(jiān)測(cè)與控制場(chǎng)景中的應(yīng)用。通過與傳感器系統(tǒng)集成，相變儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷藏車輛或艙室內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。溫度傳感器可以將車廂內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給控制裝置，確保及時(shí)了解溫度波動(dòng)和變化趨勢(shì)。在此過程中，根據(jù)溫度需求進(jìn)行精確控制。當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，控制裝置會(huì)相應(yīng)地調(diào)整相變材料的能量釋放量，使其釋放更多的熱量以降低溫度。反之，當(dāng)溫度過低時(shí)，控制裝置會(huì)減少相變材料的能量釋放量，以提升溫度。此外，可應(yīng)用該技術(shù)根據(jù)不同的貨物類型和運(yùn)輸需求來調(diào)整溫度控制策略。對(duì)于敏感的生鮮食品，可以設(shè)置更加嚴(yán)格的溫度控制范圍，并確保儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)溫度變化。相變儲(chǔ)能技術(shù)的靈活性使得溫度控制可以根據(jù)具體情況進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，保證貨物的安全性和質(zhì)量。最后在長(zhǎng)途運(yùn)輸和斷電后備中的應(yīng)用。在長(zhǎng)途冷鏈運(yùn)輸中，相變儲(chǔ)能技術(shù)具備重要的后備熱源功能，特別是在遇到故障的情況下。通過儲(chǔ)存額外的熱量，相變儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在需要時(shí)釋放這些熱量，保持貨物的溫度穩(wěn)定。當(dāng)冷藏車輛遭遇斷電或能源供應(yīng)故障時(shí)，傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，貨物的溫度可能會(huì)迅速上升，導(dǎo)致質(zhì)量損失和風(fēng)險(xiǎn)增加。而相變儲(chǔ)能技術(shù)可以作為一種后備熱源，在這些情況下發(fā)揮重要作用。相變儲(chǔ)能系統(tǒng)可以事先儲(chǔ)存大量的熱量，并將其轉(zhuǎn)化為相變能。當(dāng)斷電或能源供應(yīng)中斷時(shí)，儲(chǔ)存的相變能可以被釋放出來，通過吸收熱量來降低冷藏車輛內(nèi)部的溫度。