王繼祥：中國冷鏈運(yùn)輸技術(shù)體系與技術(shù)裝備

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

一、中國冷鏈運(yùn)輸技術(shù)體系分析

冷鏈運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)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(shù)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(shù)與密封措施等；三是冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于對冷鏈運(yùn)輸過程進(jìn)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(yùn)輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)技術(shù)，如：車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知與信息采集技術(shù)、全程追溯技術(shù)、遠(yuǎn)程管理與追蹤定位技術(shù)等；

四是冷鏈運(yùn)輸裝備技術(shù)，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(yùn)輸工具的冷鏈運(yùn)輸技術(shù)。

在冷藏運(yùn)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(yùn)輸工具應(yīng)具有良好保溫性能?？梢灾v，保溫技術(shù)越好，越能夠減少溫度波動，減少制冷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，節(jié)省智能能源，降低冷鏈運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(biāo)準(zhǔn)的范圍。

要保持冷鏈運(yùn)輸溫度在合適范圍，符合冷鏈運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸中的溫度變化及設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)來自動啟動制冷系統(tǒng)，確保冷鏈運(yùn)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(yùn)輸過程透明化管理的需求，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，冷鏈運(yùn)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(shù)發(fā)展，又增加了實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控、車輛定位、溫度監(jiān)控等功能，從而可以對冷藏運(yùn)輸進(jìn)行實(shí)時的透明化管理、實(shí)施的遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)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(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)已成為冷鏈運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)核心。

一般冷鏈運(yùn)輸中溫度控制，冷凍運(yùn)輸溫度在（-18℃～-22℃），需提供符合標(biāo)準(zhǔn)的冷凍運(yùn)輸車輛運(yùn)送。配送食品主要有：速凍食品、肉類、冰淇淋等等貨物。冷藏運(yùn)輸溫度在（0℃～7℃），需提供符合標(biāo)準(zhǔn)的冷藏運(yùn)輸車輛運(yùn)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(diǎn)、各種食品原料等等。恒溫運(yùn)輸溫度控制在（18℃～22℃），需提供符合標(biāo)準(zhǔn)的保溫、溫控運(yùn)輸車輛運(yùn)送，運(yùn)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(yùn)輸保溫技術(shù)，一般溫控在-5—15℃專用箱主要用于低溫冷凍食品的運(yùn)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(yùn)輸；溫控在0-20℃專用箱主要用于恒定溫度保溫食品的運(yùn)輸。

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

二、冷鏈運(yùn)輸技術(shù)與裝備簡介

1、移動制冷技術(shù)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(shí)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(dá)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(shè)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(xué)過程。

制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、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(shè)備，制冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實(shí)現(xiàn)制冷，壓縮機(jī)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(shè)備，將蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)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(shí)現(xiàn)制冷所必需的機(jī)器和設(shè)備，稱為制冷機(jī)。例如機(jī)械壓縮式制冷機(jī)包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流機(jī)構(gòu)；吸收式制冷機(jī)包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和節(jié)流機(jī)構(gòu)等。在翻冷機(jī)中，除壓縮機(jī)、泵和風(fēng)機(jī)等機(jī)器外，其余是換熱器及各種輔助設(shè)備，統(tǒng)稱為制冷設(shè)備。而將制冷機(jī)同消耗冷量的設(shè)備結(jié)合一起的裝置稱為制冷裝置，如冰箱、冷庫、空調(diào)機(jī)等。

所謂移動制冷，其組成及原理與一般制冷技術(shù)沒有什么區(qū)別，也是由制冷劑和壓縮機(jī)、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(shè)備的重量、尺寸、效率要求較高，以便于安裝在車輛中。運(yùn)輸式冷藏裝置實(shí)際上就是可以高速移動的冷庫，它是隨著制冷技術(shù)和交通運(yùn)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(shè)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(shè)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(diǎn)核心的市場機(jī)遇。

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

2、保溫技術(shù)

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

冷鏈運(yùn)輸?shù)谋丶夹g(shù)不僅僅用于冷藏集裝箱、冷藏車廂，還主要應(yīng)用在冷藏箱等單元化產(chǎn)品包裝設(shè)備上。獨(dú)立的單元化保溫包裝，可以有效減少溫度波動，在運(yùn)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(yùn)輸中在保溫冷藏箱中放置干冰或冰塊，確保冷鏈運(yùn)輸效果，也有采用冰袋運(yùn)輸小批量冷藏品的時候。

3、冷鏈運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控技術(shù)

早期的冷鏈運(yùn)輸，監(jiān)控技術(shù)往往就是采用溫度計測量的方式，發(fā)現(xiàn)冷鏈運(yùn)輸溫度升高超過規(guī)定，即開啟制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷。后來隨著溫度感知技術(shù)的發(fā)展，溫度傳感器得到廣泛應(yīng)用，把溫度傳感器與制冷系統(tǒng)控制裝置相連接，可以實(shí)現(xiàn)自動制冷。當(dāng)溫度傳感器感知到冷鏈運(yùn)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(dāng)溫度到達(dá)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(guān)注，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，制冷監(jiān)控技術(shù)由于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)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(shù)、GPS技術(shù)和無線通信技術(shù)，實(shí)時傳輸冷鏈運(yùn)輸?shù)母兄畔?，?shí)時定位與追蹤冷鏈運(yùn)輸車輛信息，實(shí)時記錄冷鏈運(yùn)輸溫度變化信息，從而可以做到遠(yuǎn)程監(jiān)控冷鏈運(yùn)輸狀況，實(shí)時追蹤與定位運(yùn)輸車輛，全程追溯冷鏈運(yùn)輸過程信息。目前冷鏈運(yùn)輸監(jiān)控技術(shù)已成為冷鏈運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。

4、冷鏈運(yùn)輸裝備

冷鏈運(yùn)輸裝備包括冷鏈運(yùn)輸卡車、貨車、船舶與飛機(jī)。我們重點(diǎn)關(guān)注公路冷鏈運(yùn)輸應(yīng)用的冷鏈運(yùn)輸車輛。

我國冷藏專用車輛目前大致可分為機(jī)械、冷板、LN2及干冰幾個制冷方式。相較于國際標(biāo)準(zhǔn)還稍有距離。

機(jī)械冷藏車專門配備一套機(jī)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(jī)經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)由汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動。目前機(jī)械冷藏車主要在制冷機(jī)組方面開展新技術(shù)的研發(fā)，采用中冷器的螺桿壓縮機(jī)技術(shù)在移動裝置上的應(yīng)用、節(jié)流閥采用恒壓膨脹法等技術(shù)，大大提高了機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jié)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(zhǔn)等特點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。一些學(xué)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(jié)構(gòu)研制三大方向發(fā)展。

三、冷鏈運(yùn)輸?shù)男录夹g(shù)與新趨勢

1、太陽能制冷技術(shù)

在冷鏈運(yùn)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(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2、信息技術(shù)讓藥品冷鏈運(yùn)輸不“斷鏈”

全程冷鏈?zhǔn)且呙绲壤洳厮幤焚|(zhì)量安全的重要保證，無論是生產(chǎn)、出廠、運(yùn)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(dǎo)致疫苗失效，影響群眾生命安全。

藥品在流通領(lǐng)域出了質(zhì)量問題，追根溯源是非常困難的?，F(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(yùn)用信息化技術(shù)進(jìn)行全程實(shí)時溫控，可利用RFID技術(shù)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(biāo)簽，把貨物信息包括藥品溫度實(shí)時地儲存在RFID芯片中。貨物到達(dá)后通過手持型讀寫器批量讀取貨物及溫度信息，可以實(shí)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(biāo)簽技術(shù)還可以與GPS技術(shù)、冷鏈信息系統(tǒng)相融合，運(yùn)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(yīng)的記錄數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)貨物在途信息查詢、實(shí)時溫度監(jiān)控和地理位置跟蹤，這將填補(bǔ)冷鏈運(yùn)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(jī)，當(dāng)冷鏈藥品到達(dá)目的地時，可方便的將歷史數(shù)據(jù)現(xiàn)場打印出來并進(jìn)行簽字驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了客戶對運(yùn)輸過程冷鏈情況的監(jiān)督。

據(jù)悉，利用RFID技術(shù)追蹤冷鏈運(yùn)輸在國外也得到了很多應(yīng)用。

3、港口冷鏈運(yùn)輸安全解決方案

冷鏈運(yùn)輸時的環(huán)境特別是溫度等信息，關(guān)系到藥品的品質(zhì)，受到消費(fèi)者、生產(chǎn)企業(yè)和政府監(jiān)管部門的共同關(guān)心?，F(xiàn)有冷鏈運(yùn)輸無法實(shí)時監(jiān)控溫度，導(dǎo)致不能及時解決在運(yùn)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(yùn)輸藥品的質(zhì)量。

如果借助先進(jìn)的RFID無線通訊技術(shù)、GPS技術(shù)以及豐富的海關(guān)集裝箱監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，將溫度監(jiān)測儀安裝在冷鏈運(yùn)輸?shù)能噹?，唯一ID號與車牌號進(jìn)行綁定。監(jiān)測冷柜溫度，并實(shí)時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)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(yùn)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(shè)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(yùn)輸信息服務(wù)。

4、干冰在冷鏈運(yùn)輸中的應(yīng)用

由于干冰價格低廉，性能可靠，使用方便，因此被廣泛應(yīng)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(yùn)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(shí)驗(yàn)室、醫(yī)科學(xué)院研究中心、生物制藥企業(yè)。

在運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸過程中對溫度要求極其嚴(yán)格，如果路途遙遠(yuǎn)，運(yùn)輸時間比較長久，應(yīng)該為運(yùn)輸物品補(bǔ)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(yùn)輸臨床標(biāo)本：細(xì)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(biāo)本、蛋白質(zhì)等這些必須保證運(yùn)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(yùn)輸冰箱

藥品低溫冷鏈運(yùn)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(yùn)輸冰箱放入物品前，通過控制面板設(shè)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(dá)設(shè)定溫度時，控制系統(tǒng)保持箱內(nèi)溫度。

6、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進(jìn)冷鏈運(yùn)輸技術(shù)升級    

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(yùn)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(biāo)簽，使藥品在冷鏈運(yùn)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(yīng)并記錄。從而讓運(yùn)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(biāo)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(shù)推動的冷鏈運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)升級。

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