鄒熾導(dǎo)+陸華忠+楊松夏

摘要：按照果蔬公路保鮮運(yùn)輸中制冷方式分類，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)輸方式主要有泡沫箱加冰保鮮、機(jī)械冷藏保鮮、蓄冷板冷藏保鮮、液氮冷藏保鮮運(yùn)輸4種。為探索每種運(yùn)輸方式的能耗情況，本研究將泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸加冰量、機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸燃油消耗量、蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸耗電量以及液氮冷藏保鮮運(yùn)輸?shù)囊旱牧拷y(tǒng)一量化為能量單位，分別對(duì)4種果蔬公路保鮮運(yùn)輸方式建立以單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗[kJ/（kg·100 km）]為評(píng)價(jià)指標(biāo)的能耗計(jì)算模型，并且建立泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸加冰量計(jì)算模型和液氮冷藏運(yùn)輸液氮消耗量計(jì)算模型，以期為果蔬公路保鮮運(yùn)輸節(jié)能和果蔬公路保鮮運(yùn)輸管理提供參考。

關(guān)鍵詞：果蔬；運(yùn)輸；保鮮；能耗；計(jì)算

中圖分類號(hào)： TS255.3；U492.3+36.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）07-0199-03

我國(guó)果蔬種植具有品種多、分布廣的特點(diǎn)，在果蔬采后物流中適合小批量、多頻次、多品種的運(yùn)輸。公路運(yùn)輸靈活快捷，可以實(shí)現(xiàn)“門到門”的服務(wù)，對(duì)果蔬運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)公路運(yùn)輸生鮮貨物所占的市場(chǎng)份額已上升至75%，短途運(yùn)輸幾乎全部為公路運(yùn)輸[1-2]。然而，國(guó)內(nèi)公路運(yùn)輸?shù)哪芎妮^高，果蔬保鮮的應(yīng)用措施也進(jìn)一步增加了運(yùn)輸能耗[3]。并且，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，果蔬保鮮運(yùn)輸方式的選用不夠合理，同一距離內(nèi)的運(yùn)輸存在多種保鮮運(yùn)輸方式并用的現(xiàn)象，這也導(dǎo)致了運(yùn)輸能耗的增加。果蔬保鮮運(yùn)輸能耗高，導(dǎo)致果蔬物流成本居高不下，嚴(yán)重制約了果蔬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]。因此，分析每種果蔬公路保鮮運(yùn)輸方式的能耗構(gòu)成，建立公路保鮮運(yùn)輸能耗計(jì)算模型，為合理選擇果蔬保鮮運(yùn)輸方式和降低果蔬保鮮運(yùn)輸能耗提供理論參考。

按照保鮮運(yùn)輸中制冷方式分類，目前，國(guó)內(nèi)果蔬公路保鮮運(yùn)輸方式主要有泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸、機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸、蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸3種方式[5-6]。此外，液氮冷藏車由于制冷迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、環(huán)保無污染等優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞，然而由于降溫過程難以控制、液氮補(bǔ)給困難等缺陷，液氮冷藏保鮮運(yùn)輸尚未得到廣泛應(yīng)用[7]。

1計(jì)算模型

1.1泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸能耗計(jì)算模型

泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸不需專門的冷藏運(yùn)輸設(shè)備即可達(dá)到一定的保鮮效果，但需要在運(yùn)輸前進(jìn)行特殊的包裝處理。以荔枝泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸為例，首先在泡沫箱里襯聚乙烯袋，放入冰瓶；然后將冰水預(yù)冷后的荔枝均勻堆放進(jìn)泡沫箱內(nèi)，并在荔枝頂層鋪薄海綿墊，將少量冰水澆在海綿墊上，最后封蓋并用封口膠封住。一般經(jīng)3個(gè)晝夜運(yùn)輸后，荔枝仍保持原來的鮮紅色，風(fēng)味不變，好果率達(dá)93%以上，水分損失不超過3%[8]。泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸初期投資相對(duì)較少、操作簡(jiǎn)便，在冷鏈運(yùn)輸設(shè)備尚未普及的情況下是國(guó)內(nèi)果蔬中、短途運(yùn)輸普遍采用的保鮮運(yùn)輸方式。

泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸能耗構(gòu)成主要為車輛行駛能耗和制冰能耗。由于制冰能耗受制冰工藝、工作效率等因素的影響而難以控制，從運(yùn)輸企業(yè)生產(chǎn)角度出發(fā)，本研究將制冰能耗以購(gòu)冰費(fèi)用轉(zhuǎn)換為燃油消耗量的方式加以標(biāo)準(zhǔn)化。轉(zhuǎn)化公式為：

式中：FP為泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸100 km總?cè)加拖牧?，L/100 km；FV為泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸車輛行駛100 km燃油消耗量，L/100 km；YI為對(duì)應(yīng)加冰量的購(gòu)冰費(fèi)用，元；X為燃油單價(jià)，元/L；S為保鮮運(yùn)輸總里程，km。

運(yùn)輸車輛行駛耗油量一般用百公里燃油消耗量衡量，本研究將車輛行駛百公里燃油消耗量轉(zhuǎn)化為百公里能量。轉(zhuǎn)換公式：

式中：WP為泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗，kJ/（kg·100 km）；be為運(yùn)輸車輛燃油消耗率，g/（kW·h）；ρ為燃料密度，g/cm3；mC為運(yùn)輸果蔬質(zhì)量，kg。

聯(lián)立（1）、（2）式即為泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸方式單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。由該模型可以看出，在運(yùn)輸車輛100 km燃油消耗量和燃油單價(jià)一定的情況下，加冰量越小則運(yùn)輸能耗越小。加冰量減小，雖然可以降低能耗和增加果蔬裝載量，但也會(huì)導(dǎo)致果蔬保鮮效果下降，運(yùn)輸距離減小。因此，根據(jù)運(yùn)輸果蔬品種、運(yùn)輸距離選擇滿足保鮮要求的最小加冰質(zhì)量，是泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸中保證果蔬品質(zhì)和降低運(yùn)輸能耗的關(guān)鍵。采用熱平衡法對(duì)泡沫箱進(jìn)行熱工性能分析[9]。一般，泡沫箱箱體與箱蓋通過密封膠帶密封，密封良好，假設(shè)漏熱量為零。采用熱平衡法對(duì)單個(gè)泡沫箱進(jìn)行熱工性能分析，建立加冰量計(jì)算模型。建模過程如下：

式中：QI、QT、QB分別為冰融化和升溫釋放的冷量、泡沫箱傳熱耗冷量、果蔬呼吸耗冷量，kJ；CI、CW分別為冰、水的比熱容，kJ/（kg·K）；mI、mC分別為單個(gè)泡沫箱加冰質(zhì)量、單個(gè)泡沫箱裝載果蔬質(zhì)量，kg；αP為泡沫箱傳熱系數(shù)，kW/（m2·K）；SP為單個(gè)泡沫箱傳熱面積，m2；rC為果蔬呼吸強(qiáng)度，kW/kg；t1、t2、tn、tw分別為冰塊初始溫度、泡沫箱內(nèi)上限溫度、泡沫箱內(nèi)平均溫度、外界環(huán)境平均溫度，K；T為運(yùn)輸時(shí)間，h。

聯(lián)立（3）～（6）式即為泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸加冰量計(jì)算模型。

1.2機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸能耗計(jì)算模型

機(jī)械冷藏車調(diào)溫范圍廣、精確可靠，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的果蔬保鮮運(yùn)輸。由于隨車裝備了制冷機(jī)組，機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸?shù)哪芎囊蚕鄬?duì)較高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年用于冷藏運(yùn)輸制冷油耗就達(dá)50萬t[10]。目前，國(guó)內(nèi)外研究者主要通過車輛燃油消耗量統(tǒng)計(jì)分析和冷藏車廂熱工性能分析的方法，對(duì)冷藏保鮮運(yùn)輸能耗展開研究。

1.2.1車輛燃油消耗量統(tǒng)計(jì)分析方法機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸能耗主要包括車輛行駛能耗和機(jī)械制冷能耗，國(guó)內(nèi)外研究者通過統(tǒng)計(jì)和分析實(shí)際運(yùn)輸過程中總?cè)加拖牧浚òㄜ囕v行駛、機(jī)械制冷燃油消耗量）的方法對(duì)機(jī)械冷藏運(yùn)輸能耗進(jìn)行了研究[11-13]。本研究運(yùn)用車輛燃油消耗量統(tǒng)計(jì)分析方法研究機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸能耗，首先統(tǒng)計(jì)機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸車輛的總?cè)加拖牧?，然后轉(zhuǎn)化為單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗。機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型如下：

式中：WM為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗，kJ/（kg·100 km）；FZ為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸車輛的100 km總?cè)加拖牧?，L/100 km；be為運(yùn)輸車輛燃油消耗率，g/（kW·h）；mC為運(yùn)輸果蔬質(zhì)量，kg。

已知機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸車輛100 km總?cè)加拖牧?，即可通過該模型獲得機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸 100 km 能耗，但是該模型具有一定的局限性：機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸車輛100 km總?cè)加拖牧啃枰龃罅康臄?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析才可獲得；制冷燃油消耗量受果蔬原始溫度、果蔬種類、外界環(huán)境溫度等變量因素的影響，影響能耗計(jì)算模型求解準(zhǔn)確性。

1.2.2冷藏廂體熱工性能分析法冷藏廂體熱工性能分析法利用熱力學(xué)理論基礎(chǔ)，對(duì)冷藏運(yùn)輸過程中冷藏廂體的熱負(fù)荷進(jìn)行分析。國(guó)內(nèi)外研究者比較詳細(xì)、全面地研究了冷藏運(yùn)輸廂體的熱工性能，分析了冷藏運(yùn)輸過程中冷量傳遞和冷量消耗的構(gòu)成[14-16]，為研究冷藏運(yùn)輸能耗提供了理論基礎(chǔ)。本研究在分析機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸冷藏廂體熱工性能的基礎(chǔ)上，建立單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。建模過程如下：

式中：QR、QT、QL、QS、QB、QF分別為冷藏保鮮運(yùn)輸制冷量、冷藏廂體傳熱耗冷量、縫隙漏熱耗冷量、太陽輻射耗冷量、貨物呼吸耗冷量、冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行耗冷量，kJ；αk為冷藏廂體傳熱系數(shù)，kW/（m2·K）；Sk為冷藏廂體傳熱面積，m2；Sf為冷藏廂體外表面輻射面積，常取車廂總傳熱面積[17]；tn、tw分別為冷藏廂體內(nèi)部平均溫度、冷藏廂體外界環(huán)境平均溫度，K；tf為冷藏廂體外表面受輻射平均溫度，常取tf=tw+20 ℃；τf為每晝夜日照時(shí)間，一般取12～16 h；mC為運(yùn)輸果蔬質(zhì)量，kg；rC為果蔬呼吸強(qiáng)度，kW/kg；P為冷風(fēng)機(jī)功率，kW；T為運(yùn)輸時(shí)間，h。

聯(lián)立（8）～（13）即為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸過程中的制冷量。制冷量由制冷機(jī)組工作耗能轉(zhuǎn)換而來，制冷機(jī)組能耗與機(jī)械冷藏車制冷機(jī)組的能效比有關(guān)，制冷量和能耗轉(zhuǎn)換公式如下：

式中：qR為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸制冷能耗，kJ；COP為制冷機(jī)組能效比，W/W。

車輛行駛100 km燃油消耗量轉(zhuǎn)化為100 km能量。轉(zhuǎn)換公式：

式中：qV為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸車輛行駛能耗，kJ；FV為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸車輛行駛?cè)加拖牧浚琇；be為運(yùn)輸車輛燃油消耗率，g/（kW·h）；ρ為燃料密度，g/cm3。

完成機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸制冷能耗和車輛行駛能耗計(jì)算模型后，則可建立機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。模型如下：

式中：WM為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗，kJ/（kg·100 km）；mC為運(yùn)輸果蔬質(zhì)量，kg；S為保鮮運(yùn)輸總里程，km。

聯(lián)立（14）～（16）式即為機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。利用該模型可以不經(jīng)過實(shí)車運(yùn)輸即可對(duì)各種果蔬的冷藏保鮮運(yùn)輸能耗進(jìn)行預(yù)算和對(duì)比，并且該模型充分考慮了果蔬種類、運(yùn)輸環(huán)境溫度、冷藏設(shè)備性能等變量因素對(duì)制冷能耗的影響，因此，該模型具有一定的通用性和較高的準(zhǔn)確性。同時(shí)，根據(jù)該模型可以分析能耗構(gòu)成及其能耗比例，為冷藏運(yùn)輸設(shè)備性能優(yōu)化以及冷藏運(yùn)輸節(jié)能提供理論支持。然而，冷藏廂體熱工性能分析法所需參數(shù)較多，計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜，車廂傳熱系數(shù)、車輛燃油消耗率等參數(shù)隨使用年限的增加而變化較大。

1.3蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸能耗計(jì)算模型

蓄冷板制冷利用共晶液的“放冷”實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，在運(yùn)輸前利用低價(jià)的電能對(duì)蓄冷板進(jìn)行“充冷”，在蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸過程中蓄冷板“放冷”以降低運(yùn)輸環(huán)境的溫度[18]。蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸所消耗的能量包括充冷能耗和車輛行駛能耗。首先，參照（8）～（13）式對(duì)冷藏廂體進(jìn)行熱工性能分析，獲得蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸制冷量QR，然后建立蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。建模過程如下：

式中：qC為蓄冷板充冷能耗，kJ；WP為蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗，kJ/（kg·100 km）；COP為充冷機(jī)組能效比，W/W；mC為運(yùn)輸果蔬質(zhì)量，kg；S為保鮮運(yùn)輸總里程，km。

聯(lián)立（17）、（18）式即為蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。根據(jù)該模型，可以確定每次果蔬保鮮運(yùn)輸所需要的能耗，避免不足“充冷”造成果蔬保鮮品質(zhì)下降，避免過度“充冷”造成能源消耗浪費(fèi)。此外，還可以根據(jù)模型確定每次運(yùn)輸適宜的蓄冷板個(gè)數(shù)，增加載貨質(zhì)量。

1.4液氮冷藏保鮮運(yùn)輸能耗計(jì)算模型

液氮冷藏車?yán)靡旱嘧兾鼰岷偷獨(dú)馍郎匚鼰岬脑磉M(jìn)行降溫，降溫過程環(huán)保無污染，并且降溫速度快且均勻。液氮冷藏保鮮運(yùn)輸所消耗的能耗為液氮生產(chǎn)能耗和車輛行駛能耗。由于液氮生產(chǎn)能耗受液氮生產(chǎn)工藝、工作效率等因素的影響而難以控制，從運(yùn)輸企業(yè)生產(chǎn)角度出發(fā)，本研究將液氮生產(chǎn)能耗以購(gòu)買液氮費(fèi)用轉(zhuǎn)換為燃油消耗量的方式加以標(biāo)準(zhǔn)化。液氮冷藏保鮮運(yùn)輸能耗建模過程與泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸能耗模建模過程相似，具體為：

式中：FN為液氮冷藏保鮮運(yùn)輸100 km總?cè)加拖牧浚琇/100 km；FV為液氮冷藏保鮮運(yùn)輸車輛行駛100 km耗油量，L/100 km；WN為液氮冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸 100 km 能耗，kJ/（kg·100 km）；YN為購(gòu)買液氮費(fèi)用，元；X為燃油單價(jià)，元/L；be為運(yùn)輸車輛燃油消耗率，g/（kW·h）；ρ為燃料密度，g/cm3；mC為運(yùn)輸果蔬質(zhì)量，kg。

聯(lián)立式（19）、（20）即為液氮冷藏保鮮運(yùn)輸單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗計(jì)算模型。由該模型可以看出，在運(yùn)輸車輛100 km燃油消耗量和燃油單價(jià)一定的情況下，液氮消耗量越小則運(yùn)輸能耗越小。但是，液氮消耗量過小會(huì)導(dǎo)致制冷量不足，從而導(dǎo)致果蔬保鮮效果下降。因此，根據(jù)運(yùn)輸果蔬品種、運(yùn)輸距離選擇滿足運(yùn)輸保鮮要求的最小液氮消耗量，是液氮冷藏保鮮運(yùn)輸中保證果蔬品質(zhì)和降低運(yùn)輸能耗的關(guān)鍵。采用熱平衡法對(duì)冷藏車廂進(jìn)行熱工性能分析，建立液氮消耗量模型。建模過程如下：

式中：QE、QW分別為液氮汽化吸熱量、氮?dú)馍郎匚鼰崃?，kJ；CP1為液氮?dú)饣瘽摕?，kJ/kg；CP2為氮?dú)獗葻崛?，kJ/（kg·K）；mN為液氮質(zhì)量，kg；tn、tN分別為冷藏廂體內(nèi)部環(huán)境溫度、氮?dú)獬跏紲囟?，K。

聯(lián)立式（8）～（13）和式（21）～（23）即為液氮冷藏保鮮運(yùn)輸液氮消耗量計(jì)算模型。

2結(jié)論

本研究結(jié)合果蔬公路保鮮運(yùn)輸生產(chǎn)的實(shí)際情況，將泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸加冰量、機(jī)械冷藏保鮮運(yùn)輸燃油消耗量、蓄冷板冷藏保鮮運(yùn)輸耗電量以及液氮冷藏保鮮運(yùn)輸?shù)囊旱牧拷y(tǒng)一量化為能量單位，分別對(duì)4種果蔬公路保鮮運(yùn)輸方式建立了以單位質(zhì)量果蔬運(yùn)輸100 km能耗[kJ/（kg·100 km）]為評(píng)價(jià)指標(biāo)的能耗計(jì)算模型，為不同果蔬公路保鮮運(yùn)輸方式的能耗計(jì)算、運(yùn)輸節(jié)能控制和保鮮運(yùn)輸方式選擇提供理論支持。同時(shí)，建立了泡沫箱加冰保鮮運(yùn)輸加冰量計(jì)算模型和液氮冷藏運(yùn)輸液氮消耗量計(jì)算模型，為優(yōu)化加冰量和液氮量提供理論支持?？傊?，通過建立能耗計(jì)算模型，以期為果蔬公路保鮮運(yùn)輸節(jié)能和果蔬公路保鮮運(yùn)輸管理提供參考。

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