王繼祥：中國冷鏈運輸技術體系與技術裝備

說明：文章節(jié)選自王繼祥執(zhí)筆完成的《中國冷鏈運輸市場發(fā)展研究報告（2013）》

一、中國冷鏈運輸技術體系分析

冷鏈運輸?shù)募夹g體系主要由以下幾部分組成：

一是移動制冷系統(tǒng)：主要包括車輛的移動制冷系統(tǒng)與產(chǎn)品，移動冰箱以及干冰、冰塊等輔助保冷制冷措施等；二是保溫技術系統(tǒng)，包括冷藏集裝箱、冷藏車廂、保溫箱、保溫袋、冷藏箱及各類保溫包裝技術與密封措施等；三是冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于對冷鏈運輸過程進行監(jiān)控與管理，包括溫度傳感器、RFID、GPS及軟件管理系統(tǒng)；也包括冷鏈運輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)技術，如：車聯(lián)網(wǎng)技術、感知與信息采集技術、全程追溯技術、遠程管理與追蹤定位技術等；

四是冷鏈運輸裝備技術，主要包括鐵路冷藏車、冷藏汽車、航空冷藏箱、冷藏船等低溫運輸工具的冷鏈運輸技術。

在冷藏運輸過程中，溫度波動是引起貨物品質(zhì)下降的主要原因之一，所以運輸工具應具有良好保溫性能?？梢灾v，保溫技術越好，越能夠減少溫度波動，減少制冷系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時間，節(jié)省智能能源，降低冷鏈運輸成本。

但是，要做到良好的保溫，除了需要冷藏車廂的密封性能好以外，往往需要增加車廂保溫層厚度，這就降低了冷藏車廂的利用率，也會增加自重。因此，如何既能降低保溫層厚度，又能夠做到最好保溫效果是極為重要的。如果在冷鏈運輸過程中做到保溫效果好，就可以少啟動移動制冷系統(tǒng)，降低能源消耗。

絕對的保溫是難以做到的，因此在冷鏈運輸過程中難免會出現(xiàn)溫度的波動，如果溫度波動超過了一定范圍，就需要啟動移動制冷系統(tǒng)，通過制冷使冷藏車廂溫度回歸到標準的范圍。

要保持冷鏈運輸溫度在合適范圍，符合冷鏈運輸?shù)淖鳂I(yè)規(guī)范，確保冷藏物品的品質(zhì)，就需要有靈敏的溫度監(jiān)控與感知系統(tǒng)。過去冷鏈運輸中，冷鏈監(jiān)控與感知系統(tǒng)主要是起到溫控作用，根據(jù)冷鏈運輸中的溫度變化及設定標準來自動啟動制冷系統(tǒng)，確保冷鏈運輸車廂溫度保持在一定的范圍。

但是，隨著國家對食品安全及藥品安全的重視，隨著冷鏈系統(tǒng)對冷鏈運輸過程透明化管理的需求，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，冷鏈運輸監(jiān)控系統(tǒng)除了監(jiān)控冷藏車廂溫度，控制制冷系統(tǒng)外，還增加了記錄功能、追溯功能；又隨著車聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展，又增加了實時遠程監(jiān)控、車輛定位、溫度監(jiān)控等功能，從而可以對冷藏運輸進行實時的透明化管理、實施的遠程監(jiān)控、實時的車輛定位、全程的追蹤追溯和全程的溫度控制。目前冷鏈運輸監(jiān)控系統(tǒng)已成為冷鏈運輸?shù)募夹g核心。

一般冷鏈運輸中溫度控制，冷凍運輸溫度在（-18℃～-22℃），需提供符合標準的冷凍運輸車輛運送。配送食品主要有：速凍食品、肉類、冰淇淋等等貨物。冷藏運輸溫度在（0℃～7℃），需提供符合標準的冷藏運輸車輛運送，配送的物品主要有：水果、蔬菜、飲料、鮮奶制品、花草苗木、熟食制品、各類糕點、各種食品原料等等。恒溫運輸溫度控制在（18℃～22℃），需提供符合標準的保溫、溫控運輸車輛運送，運送物品主要有：巧克力、糖果、藥品、化工產(chǎn)品等等貨物。

冷鏈專用箱也是比較成熟的冷鏈運輸保溫技術，一般溫控在-5—15℃專用箱主要用于低溫冷凍食品的運輸（主要是面向巧克力，海鮮等高檔食品）；溫控在0-10℃專用箱主要用于生物制品的運輸；溫控在0-20℃專用箱主要用于恒定溫度保溫食品的運輸。

在發(fā)達國家，從20世紀70年代開始，在許多領域廣泛應用保冷冰袋新技術用于運輸中的保冷、保鮮，由于它無污染的環(huán)保特性，從20世紀90年代開始也已被亞洲地區(qū)逐漸接受和推廣應用，消費市場日漸成熟。

二、冷鏈運輸技術與裝備簡介

1、移動制冷技術與產(chǎn)品

將物體溫度降低到或維持在自然環(huán)境溫度以下就是制冷。實現(xiàn)制冷的途徑有兩種，一是天然冷卻，一是人工制冷。天然冷卻利用干冰或天然冰等制冷介質(zhì)冷卻物體，但其制冷量和可能達到的制冷溫度往往不能滿足生產(chǎn)需要。天然冷卻是一傳熱過程。人工制冷是利用制冷設備加入能量，使熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移的一種屬于熱力學過程。

制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器組成，四大件按一定順序連接成一個封閉系統(tǒng)，充注一定量的制冷劑。蒸發(fā)器是輸送冷量的設備，制冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實現(xiàn)制冷，壓縮機是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用，冷凝器是放出熱量的設備，將蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機功所轉(zhuǎn)化的熱量一起傳遞給冷卻介質(zhì)帶走。節(jié)流閥對制冷劑起節(jié)流降壓作用、同時控制和調(diào)節(jié)流入蒸發(fā)器中制冷劑液體的數(shù)量，并將系統(tǒng)分為高壓側(cè)和低壓側(cè)兩大部分。

實現(xiàn)制冷所必需的機器和設備，稱為制冷機。例如機械壓縮式制冷機包括壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流機構；吸收式制冷機包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和節(jié)流機構等。在翻冷機中，除壓縮機、泵和風機等機器外，其余是換熱器及各種輔助設備，統(tǒng)稱為制冷設備。而將制冷機同消耗冷量的設備結合一起的裝置稱為制冷裝置，如冰箱、冷庫、空調(diào)機等。

所謂移動制冷，其組成及原理與一般制冷技術沒有什么區(qū)別，也是由制冷劑和壓縮機、冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器四大件組成。所不同的是與一般的制冷系統(tǒng)不同，移動制冷的制冷系統(tǒng)與裝備是安裝在移動的車輛或船舶上，其制冷的能源系統(tǒng)往往利用車輛動力系統(tǒng)能源。與一般的固定式的冷酷制冷不同，移動制冷對移動設備的重量、尺寸、效率要求較高，以便于安裝在車輛中。運輸式冷藏裝置實際上就是可以高速移動的冷庫，它是隨著制冷技術和交通運輸?shù)陌l(fā)展而發(fā)展的，以滿足食品冷鏈的需要。

從移動制冷設備的需求層面來講，未來5年我國冷鏈需求將步入快速增長期，移動制冷設備行業(yè)的增速有望更快，成為我國制冷行業(yè)新的高速增長點核心的市場機遇。

由于冷鏈運輸需求的多層次性，對于一些批量較小的冷鏈運輸物品。如果運途較短，采用整車冷鏈運輸不經(jīng)濟，往往干冰、冰塊制冷，借助保溫冷藏周轉(zhuǎn)箱技術運輸。

2、保溫技術

眾所周知，保溫技術主要是由保溫材料、密封材料與密封技術等組成，與一般的保溫技術不同的是，冷鏈運輸?shù)谋丶夹g要求保溫材料既要輕薄，又要具有良好的隔熱效應，要求密封材料密封效果更好，要求在車廂打開搬運裝卸作業(yè)條件下也應該盡量做到保溫效果，這需要進行全面系統(tǒng)的設計。

冷鏈運輸?shù)谋丶夹g不僅僅用于冷藏集裝箱、冷藏車廂，還主要應用在冷藏箱等單元化產(chǎn)品包裝設備上。獨立的單元化保溫包裝，可以有效減少溫度波動，在運送批量很少的需要冷藏的貨物上具有很大優(yōu)勢。

有時為了確保冷藏箱保溫效果，還往往在小批量冷凍物品運輸中在保溫冷藏箱中放置干冰或冰塊，確保冷鏈運輸效果，也有采用冰袋運輸小批量冷藏品的時候。

3、冷鏈運輸?shù)谋O(jiān)控技術

早期的冷鏈運輸，監(jiān)控技術往往就是采用溫度計測量的方式，發(fā)現(xiàn)冷鏈運輸溫度升高超過規(guī)定，即開啟制冷系統(tǒng)進行制冷。后來隨著溫度感知技術的發(fā)展，溫度傳感器得到廣泛應用，把溫度傳感器與制冷系統(tǒng)控制裝置相連接，可以實現(xiàn)自動制冷。當溫度傳感器感知到冷鏈運輸過程中車廂內(nèi)溫度變化超過了規(guī)定，及自動啟動制冷或制熱系統(tǒng)，當溫度到達合適區(qū)間，自動停止制冷或制熱。

隨著人們對食品與藥品的安全與品質(zhì)的關注，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展，制冷監(jiān)控技術由于車聯(lián)網(wǎng)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術相結合，通過溫度傳感器感知溫度變化，通過記錄儀記錄溫度變化范圍，通過RFID技術、GPS技術和無線通信技術，實時傳輸冷鏈運輸?shù)母兄畔?，實時定位與追蹤冷鏈運輸車輛信息，實時記錄冷鏈運輸溫度變化信息，從而可以做到遠程監(jiān)控冷鏈運輸狀況，實時追蹤與定位運輸車輛，全程追溯冷鏈運輸過程信息。目前冷鏈運輸監(jiān)控技術已成為冷鏈運輸?shù)年P鍵技術。

4、冷鏈運輸裝備

冷鏈運輸裝備包括冷鏈運輸卡車、貨車、船舶與飛機。我們重點關注公路冷鏈運輸應用的冷鏈運輸車輛。

我國冷藏專用車輛目前大致可分為機械、冷板、LN2及干冰幾個制冷方式。相較于國際標準還稍有距離。

機械冷藏車專門配備一套機械制冷裝置提供冷量，是目前主流冷藏車形式。制冷系統(tǒng)壓縮機經(jīng)傳動機構由汽車發(fā)動機驅(qū)動。目前機械冷藏車主要在制冷機組方面開展新技術的研發(fā)，采用中冷器的螺桿壓縮機技術在移動裝置上的應用、節(jié)流閥采用恒壓膨脹法等技術，大大提高了機械冷藏車的性能。

冷板冷藏車是利用冷板內(nèi)的相變材料蓄冷，為車輛提供冷量，由整體式和分體式之分。所謂整體式機動力裝置、制冷裝置和蓄冷板均置于車上，可資助啟動制冷機組為蓄冷板“充冷”。分體式則需要在發(fā)車前利用地面動力啟動制冷機組為蓄冷板充冷。目前對冷板冷藏車的研究主要集中在冷板放熱時間的影響因素、冷板換熱特性及凍結特性研究等方面。　

LN2冷藏車和干冰冷藏車都是利用物質(zhì)相變熱吸熱的原理，需要定期加注相變公質(zhì)。此類冷藏車具有制冷量大、降溫迅速及控溫精準等特點，具有廣闊的發(fā)展前景。一些學者開展了LN2噴淋量、噴淋時間及其傳熱系數(shù)研究，整車性能的實驗研究及以液態(tài)CO2為公質(zhì)的低溫冷藏車的研究。

目前我國冷藏車以機械冷藏車為主要形式，其它形式冷藏車市場占有量小。研究主要朝著箱體絕熱性能優(yōu)化、新制冷方式研究和新箱體結構研制三大方向發(fā)展。

三、冷鏈運輸?shù)男录夹g與新趨勢

1、太陽能制冷技術

在冷鏈運輸中，往往是炎熱的夏日，在太陽的烘烤下，非常容易造成冷藏車廂內(nèi)溫度的快速升高，從而需要頻頻制冷，增加制冷能源消耗。但是，我們知道熱量本身就是一種能源，能否利用太陽能能源作為冷藏車制冷的輔助能源，利用太陽能帶動制冷系統(tǒng)是一個值得研究的課題，太陽能制冷，既可以降低車外溫度，減少制冷能源消耗，又可以把太陽能轉(zhuǎn)變成制冷的能源，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

2、信息技術讓藥品冷鏈運輸不“斷鏈”

全程冷鏈是疫苗等冷藏藥品質(zhì)量安全的重要保證，無論是生產(chǎn)、出廠、運輸、儲存、終端都需要冷鏈保障。不能“斷鏈”，是冷鏈物流最基本的原則，否則可能導致疫苗失效，影響群眾生命安全。

藥品在流通領域出了質(zhì)量問題，追根溯源是非常困難的。現(xiàn)階段不是所有從事冷鏈物流的企業(yè)都能提供溫度監(jiān)測和控制記錄，一旦某個物流環(huán)節(jié)“斷鏈”，很難調(diào)查出究竟是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題。

為了運用信息化技術進行全程實時溫控，可利用RFID技術監(jiān)控和管理食品藥品等高附加值產(chǎn)品，通過藥品出庫時在冷藏箱中放置帶有溫度傳感器的RFID標簽，把貨物信息包括藥品溫度實時地儲存在RFID芯片中。貨物到達后通過手持型讀寫器批量讀取貨物及溫度信息，可以實現(xiàn)全程的溫度信息瞬間獲取，降低人工成本及出錯率。

RFID溫度標簽技術還可以與GPS技術、冷鏈信息系統(tǒng)相融合，運輸過程中貨物溫度記錄數(shù)據(jù)讀取之后將自動上傳至溫控數(shù)據(jù)信息平臺，客戶可以隨時上網(wǎng)下載與之相對應的記錄數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)貨物在途信息查詢、實時溫度監(jiān)控和地理位置跟蹤，這將填補冷鏈運輸環(huán)節(jié)溫控的空白。

如果監(jiān)控系統(tǒng)配置嵌入式打印機，當冷鏈藥品到達目的地時，可方便的將歷史數(shù)據(jù)現(xiàn)場打印出來并進行簽字驗收，實現(xiàn)了客戶對運輸過程冷鏈情況的監(jiān)督。

據(jù)悉，利用RFID技術追蹤冷鏈運輸在國外也得到了很多應用。

3、港口冷鏈運輸安全解決方案

冷鏈運輸時的環(huán)境特別是溫度等信息，關系到藥品的品質(zhì)，受到消費者、生產(chǎn)企業(yè)和政府監(jiān)管部門的共同關心?，F(xiàn)有冷鏈運輸無法實時監(jiān)控溫度，導致不能及時解決在運輸過程中因環(huán)境溫度變化出現(xiàn)的問題，不能保證醫(yī)藥冷鏈運輸藥品的質(zhì)量。

如果借助先進的RFID無線通訊技術、GPS技術以及豐富的海關集裝箱監(jiān)控系統(tǒng)實施經(jīng)驗，將溫度監(jiān)測儀安裝在冷鏈運輸?shù)能噹校ㄒ籌D號與車牌號進行綁定。監(jiān)測冷柜溫度，并實時通過GPRS網(wǎng)絡上傳數(shù)據(jù)，能夠解決傳統(tǒng)人工監(jiān)管手段的不足，有助于保障冷鏈運輸貨物流通可靠性。

據(jù)報道，江蘇省郵政速遞使用“云鏢局”平臺，通過安全智能鎖、冷鏈車溫度監(jiān)測儀等設備，向藥品生產(chǎn)企業(yè)提供高效安全的醫(yī)藥冷鏈物流運輸信息服務。

4、干冰在冷鏈運輸中的應用

由于干冰價格低廉，性能可靠，使用方便，因此被廣泛應用到疫苗、血液制品以及保鮮食品等對溫度敏感的貨物的冷鏈運輸過程中冷鏈干冰特別適合藥物研發(fā)公司、醫(yī)院臨床實驗室、醫(yī)科學院研究中心、生物制藥企業(yè)。

在運輸醫(yī)用制品時，首先做好專業(yè)的隔熱保溫包裝，并能安全的處理干冰及冷凍生物樣品的包裝，保證運輸過程溫度要求，比如蔬菜花卉等鮮活品、冰激凌等速凍食品、各類針劑等醫(yī)藥用品等。這些貨物在運輸過程中對溫度要求極其嚴格，如果路途遙遠，運輸時間比較長久，應該為運輸物品補充干冰和替換包裝、制冷劑，也可以一次多放些袋裝干冰，免去途中添加干冰的麻煩，以防路途中損耗完。運輸臨床標本：細胞、血樣、血清、尿樣、DNA、RNA、痰液、基因、肌肉組織切片、骨節(jié)植物標本、蛋白質(zhì)等這些必須保證運輸途中有足夠多的干冰維持冷凍狀態(tài)。如果有條件，最好能提供溫度記錄器，監(jiān)控全程的溫度及濕度狀況。

5、低溫冷鏈運輸冰箱

藥品低溫冷鏈運輸冰箱由制冷系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，空氣循環(huán)系統(tǒng)，和傳感器系統(tǒng)等組成。藥品低溫冷鏈運輸冰箱放入物品前，通過控制面板設置溫度，制冷系統(tǒng)工作，空氣循環(huán)系統(tǒng)保持箱內(nèi)空氣流動，溫度傳感器檢測箱內(nèi)溫度，到達設定溫度時，控制系統(tǒng)保持箱內(nèi)溫度。

6、物聯(lián)網(wǎng)技術促進冷鏈運輸技術升級    

物聯(lián)網(wǎng)技術在物流環(huán)節(jié)的有效滲入，它將使冷鏈物流得到更加有效的監(jiān)控，提高疫苗等生物制品以及鮮切花、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品在運輸環(huán)節(jié)的質(zhì)量保障。

據(jù)報道，某公司借助于經(jīng)過特殊封裝，內(nèi)置溫度傳感器以及RFID芯片的電子標簽，使藥品在冷鏈運輸?shù)倪^程中，每隔一段時間，都會講溫度傳感器感知的溫度變化情況轉(zhuǎn)化為電子信號，被RFID芯片感應并記錄。從而讓運動中的疫苗有了一個“記事本”。并可以與全球定位系統(tǒng)的連接，把電子標簽記錄到的信息及時傳輸給廠家和客戶。這就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術推動的冷鏈運輸?shù)募夹g升級。

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