冷鏈物流是利用溫控、保鮮等技術(shù)工藝和冷庫(kù)、冷藏車(chē)、冷藏箱等設(shè)施設(shè)備，確保冷鏈產(chǎn)品在加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、流通等全過(guò)程始終處于規(guī)定環(huán)境下的系統(tǒng)工程。其中，冷鏈產(chǎn)品在冷庫(kù)中的儲(chǔ)存是其質(zhì)量保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，儲(chǔ)存過(guò)程中的能耗與費(fèi)用在整個(gè)冷鏈物流中也占有相當(dāng)大的比重，因此冷庫(kù)建設(shè)成為冷鏈物流新基地的重要內(nèi)容。
2023年6月6日，在河南鄭州召開(kāi)的2023年綠色冷鏈發(fā)展峰會(huì)上，國(guó)家發(fā)展改革委相關(guān)負(fù)責(zé)人強(qiáng)調(diào)，對(duì)于冷鏈物流低碳發(fā)展的方向，必須把綠色發(fā)展理念貫穿到全鏈條、各領(lǐng)域，注重技術(shù)裝備研發(fā)改觀(guān)，研究制定冷庫(kù)、冷藏車(chē)等能效標(biāo)準(zhǔn)，完善綠色冷鏈物流技術(shù)裝備認(rèn)證及標(biāo)準(zhǔn)體系。結(jié)合《“十四五”冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》和“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，筆者以冷鏈物流中的冷庫(kù)建設(shè)為契機(jī)，從節(jié)能減排、環(huán)境和諧等方面精簡(jiǎn)論述、探析“綠色概念”的設(shè)計(jì)理念。
一、國(guó)內(nèi)冷鏈物流冷庫(kù)現(xiàn)狀及發(fā)展
2018年以來(lái)，在市場(chǎng)需求、國(guó)家政策刺激等多項(xiàng)因素影響下，冷鏈物流冷庫(kù)如雨后春筍般快速增長(zhǎng)，在全國(guó)各地布局開(kāi)發(fā)。通過(guò)工程設(shè)計(jì)、同行交流、案例資料的閱讀等方式了解，現(xiàn)行冷鏈物流冷庫(kù)大部分為鋼結(jié)構(gòu)裝配式冷庫(kù)，有單層、雙層、立體冷庫(kù)之分；制冷系統(tǒng)中的制冷劑大部分選用R507，少量選用R744；制冷系統(tǒng)型式以直接膨脹供液方式為主，桶泵供液方式相對(duì)較少，R507/R744載冷系統(tǒng)或復(fù)疊系統(tǒng)只在少量工程項(xiàng)目中應(yīng)用。
近年來(lái)，我國(guó)冷鏈物流市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)，國(guó)家骨干冷鏈物流基地、產(chǎn)地銷(xiāo)地冷鏈設(shè)施建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，冷鏈裝備水平顯著提升，截至2020年，冷鏈物流市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)3800億元，冷庫(kù)庫(kù)容近1.8億立方米[1]。2023年9月22日，中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)公布的數(shù)據(jù)顯示，1～8月份我國(guó)冷鏈物流需求總量為2.4億噸，同比增長(zhǎng)5.35%。業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人士分析，在政策的大力支持下，我國(guó)冷鏈物流運(yùn)行總體情況持續(xù)向好，保持企穩(wěn)回升態(tài)勢(shì)，冷鏈物流行業(yè)有望迎來(lái)黃金發(fā)展期。
二、冷鏈物流冷庫(kù)綠色設(shè)計(jì)
冷鏈物流冷庫(kù)在建設(shè)期需要投入大量的建設(shè)資金，在運(yùn)營(yíng)期需消耗大量電能以保持冷庫(kù)內(nèi)的溫度，同樣需要投入大量的運(yùn)營(yíng)資金。因此，在擬定冷鏈物流冷庫(kù)方案時(shí)，不應(yīng)只關(guān)注冷庫(kù)建設(shè)期的投資，冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)期的能量消耗、運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用的節(jié)約同樣是關(guān)注的焦點(diǎn)。我們要以長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的眼光，從冷鏈物流冷庫(kù)項(xiàng)目的全生命周期統(tǒng)籌擬定建設(shè)方案和運(yùn)用方案，以及內(nèi)在因素和外在影響；從節(jié)約能源、與環(huán)境友好和諧、為貨物提供安全適用和高效的使用空間、為運(yùn)行管理提供健康工作環(huán)境等方面，考慮冷鏈物流冷庫(kù)的綠色設(shè)計(jì)。
1. 節(jié)約能源
冷庫(kù)“維冷”是一個(gè)系統(tǒng)工程，為保證庫(kù)內(nèi)溫度達(dá)到使用要求，既要克服外界環(huán)境熱量的侵入，又需要制冷系統(tǒng)提供足夠的冷量。制冷系統(tǒng)運(yùn)行遵循“能量平衡”的自然規(guī)律，通過(guò)消耗電能，把庫(kù)內(nèi)的熱量和消耗的電能共同排放到外界環(huán)境中。
(1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度的選擇
現(xiàn)代冷鏈物流冷庫(kù)中，墻體、屋面常用聚氨酯（PIR）雙面彩鋼保溫板為圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料，地面常用具有一定抗壓強(qiáng)度的擠塑板（XPS）為保溫材料，其厚度與允許的單位面積熱流量有關(guān)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)允許的單位面積熱流量越大，其厚度選擇越小，反之，其厚度選擇越大?！独鋷?kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50072-2021明確規(guī)定冷間外墻、屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的單位面積熱流量可在6～11W/m2范圍內(nèi)選擇，日本、法國(guó)和美國(guó)規(guī)定，單位面積熱流量分別不超過(guò)7.2W/m2、8.0W/m2和6.3W/m2[2]。為節(jié)約能源、減少庫(kù)溫波動(dòng)，建議在6～8W/m2的范圍內(nèi)確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層的厚度。
(2）建立分布式園區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)
《冷庫(kù)單位產(chǎn)品能源消耗指標(biāo)》DB31/595-2021明確了冷鏈物流冷庫(kù)的單位產(chǎn)品能源消耗基準(zhǔn)值：凍結(jié)物冷藏為0.48～0.60k W·h/t·d，冷卻物冷藏為1.08k W·h/t·d，按此基準(zhǔn)推算，凍結(jié)物冷藏與冷卻物冷藏比例為4:1的10000t冷庫(kù)，滿(mǎn)庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，每天耗電量約為6825k W·h，可見(jiàn)冷庫(kù)能耗在冷鏈物流體系中占比較大。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為無(wú)污染、廉價(jià)、人類(lèi)能夠自由利用的可再生資源，成為能夠改變?nèi)祟?lèi)能源結(jié)構(gòu)的關(guān)注焦點(diǎn)。為節(jié)約能源，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，在冷鏈物流園區(qū)的建筑屋面上架設(shè)太陽(yáng)能光伏電池組件，并配置太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供電系統(tǒng)，利用調(diào)頻、調(diào)峰聯(lián)合能源的綜合手段，以滿(mǎn)足自身負(fù)載的需要，多余或不足的電力通過(guò)電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)。
(3）制冷系統(tǒng)余熱的利用
制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，制冷機(jī)組排出的熱量通過(guò)冷凝器排向外界大氣環(huán)境，為提高能源回收利用，減少排氣對(duì)大氣環(huán)境的影響，在制冷壓縮機(jī)的排氣管道上設(shè)置熱氣融霜管和與熱回收器連接管道。熱氣融霜管與冷卻設(shè)備連接，通過(guò)閥門(mén)切換實(shí)現(xiàn)自動(dòng)融霜；制冷機(jī)組排出的熱量通過(guò)熱回收器與多元醇不凍液實(shí)現(xiàn)熱量交換，通過(guò)溫度控制器與電動(dòng)閥聯(lián)控實(shí)現(xiàn)對(duì)多元醇的加熱及溫度控制，溫度升高后的多元醇作為冷庫(kù)地坪防凍加熱或冷風(fēng)機(jī)融霜的熱源。
(4）制冷系統(tǒng)余冷的利用
凍結(jié)物冷藏間內(nèi)的冷風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳熱管及翅片表面的霜層會(huì)不斷增厚，由于霜層會(huì)影響冷風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及制冷效果，通過(guò)PLC程序設(shè)計(jì)自動(dòng)熱工質(zhì)融霜，把低溫融霜水引向蒸發(fā)式冷凝器的接水盤(pán)或遠(yuǎn)置水箱，既節(jié)省了補(bǔ)水量，又降低了冷卻循環(huán)水的溫度，冷凝溫度同時(shí)降低。冷凝溫度每降低1℃，單位制冷量的耗電將降低4%～5%左右[3]，可見(jiàn)融霜水的循環(huán)利用，能夠較大比例地節(jié)約電能。
2. 環(huán)境友好和諧方面
制冷系統(tǒng)中制冷劑的ODP和GWP值，是影響大氣臭氧層變薄和環(huán)境溫室效應(yīng)的兩個(gè)指標(biāo)，事關(guān)環(huán)境友好和諧。我們應(yīng)從使用天然制冷工質(zhì)或GWP值低的制冷劑、減少制冷劑的充注量、減少制冷劑的排放量等方面考慮綠色設(shè)計(jì)。
(1）制冷劑的選擇
在現(xiàn)代化冷庫(kù)中，大體上有R717、R507、R744、R134a四種制冷劑分別在不同的冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中使用，其中R717、R744是天然制冷工質(zhì)，對(duì)大氣環(huán)境影響較小，R507、R134a的GWP值較高，對(duì)大氣環(huán)境變暖有較大的不利影響。由于R717有毒、有味、易燃、易爆且安全等級(jí)為B2級(jí)制冷劑，在安全上有一定的危險(xiǎn)性，最近幾年氨庫(kù)安全事故頻發(fā)，使得政府部門(mén)加大了對(duì)氨制冷系統(tǒng)的管理力度。因此，現(xiàn)代冷鏈物流冷庫(kù)中，選擇R717的較少；R134a的沸點(diǎn)為-26.5℃，一般在高溫制冷系統(tǒng)中使用，具有高、低溫冷藏間的現(xiàn)代物流冷庫(kù)中很少使用；R744的臨界溫度為31.1℃，在常規(guī)的自然環(huán)境下，為減少排氣溫度，一般選用亞臨界二氧化碳制冷系統(tǒng)，即二氧化碳的載冷系統(tǒng)或復(fù)疊系統(tǒng)，由于二氧化碳制冷系統(tǒng)的工作壓力及初期投資較高，選用R744的較少；總之在現(xiàn)代冷鏈物流冷庫(kù)中，使用最多的制冷劑為R507。
經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定，在蒸發(fā)溫度低于-20℃的工況下，R717/R744復(fù)疊制冷系統(tǒng)的COP值高于單級(jí)NH3壓縮制冷系統(tǒng)、單級(jí)NH3壓縮載冷劑制冷系統(tǒng)與雙級(jí)NH3壓縮載冷劑制冷系統(tǒng)；在蒸發(fā)溫度低于-40℃的工況下，R717/R744復(fù)疊制冷系統(tǒng)的COP值高于雙級(jí)NH3壓縮制冷系統(tǒng)[4]。結(jié)合國(guó)家的“雙碳”目標(biāo)政策和國(guó)外高GWP值制冷劑的禁用年限：2016年美國(guó)環(huán)境保護(hù)部（EPA）公布了兩項(xiàng)新法規(guī)，自2021年1月1日起，禁止一批高GWP值制冷劑在某些新生產(chǎn)產(chǎn)品中使用，包括R134a，自2023年1月1日起，禁止R507在新生產(chǎn)的冷庫(kù)設(shè)備中使用，從安全性、能效比、制冷劑充注量、系統(tǒng)回油及潤(rùn)滑油的影響、投資成本、投資回收期等方面綜合考慮，建一座或兩座物流冷庫(kù)設(shè)置一個(gè)制冷機(jī)房，內(nèi)設(shè)一套氨制冷系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)分配帶動(dòng)二氧化碳復(fù)疊系統(tǒng)、二氧化碳載冷系統(tǒng)、含蓄冷功能的不凍液載冷系統(tǒng)，以滿(mǎn)足凍結(jié)物冷藏間或凍結(jié)間（庫(kù)溫<-25℃）、凍結(jié)物冷藏間（庫(kù)溫≥-25℃）、冷卻物冷藏間（0℃左右）或穿堂的降溫要求。
(2）設(shè)置自動(dòng)型空氣分離器
由于抽真空未徹底、充注制冷劑或潤(rùn)滑油帶入空氣、制冷劑或潤(rùn)滑油高溫下的分解等原因，制冷系統(tǒng)中可能會(huì)存在少量的不凝性氣體，一般存在于冷凝器和高壓貯液器中。制冷系統(tǒng)中有不凝性氣體存在時(shí)，就會(huì)引起系統(tǒng)中的冷凝壓力升高、耗電量增加[5]。根據(jù)制冷系統(tǒng)中放空氣的位置點(diǎn)數(shù)選擇自動(dòng)型空氣分離器型號(hào)，通過(guò)溫度控制器、液位控制器與電磁閥的聯(lián)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)混合氣體的冷卻、分離、排放過(guò)程，可以降低冷凝壓力、節(jié)約能源，又可以減少混合氣體中的制冷劑直接排向大氣、減少對(duì)環(huán)境的污染。
3. 安全、適用、高效的冷藏空間
(1）冷鏈物流冷庫(kù)中大量的貨物或食品需要在合適的溫度、相對(duì)濕度、良好空氣質(zhì)量環(huán)境下儲(chǔ)存，才能保證貨物或食品的質(zhì)量安全，為此要考慮冷間溫度和相對(duì)濕度的探測(cè)、顯示、控制、報(bào)警功能，以及空氣質(zhì)量檢測(cè)、分析、報(bào)警功能；冷間內(nèi)嚴(yán)禁設(shè)置閥門(mén)和法蘭，冷卻設(shè)備的調(diào)節(jié)閥可集中設(shè)置在專(zhuān)門(mén)規(guī)劃的調(diào)節(jié)站間內(nèi)。
(2）冷間規(guī)劃和布局時(shí)，綜合考慮貨架的布置型式與尺寸、運(yùn)輸工具所需通道寬度、貨物距墻及頂?shù)木嚯x，合理布置冷藏間空間，冷藏間外墻的長(zhǎng)寬比不超過(guò)2[6]，以保證冷間空間的高效利用，減少貨物在冷間中的進(jìn)、出庫(kù)時(shí)間。
4. 運(yùn)行管理的健康工作環(huán)境
冷鏈物流冷庫(kù)的運(yùn)行管理，包括冷鏈物流的運(yùn)行管理和制冷系統(tǒng)的運(yùn)行管理。
(1）冷鏈物流的運(yùn)行管理
(1)冷藏間設(shè)置外墻長(zhǎng)度60m以下、長(zhǎng)寬比不超過(guò)2，可以減少運(yùn)營(yíng)人員的工作強(qiáng)度及在冷間中的工作時(shí)間，提高工作效率。
(2)布局規(guī)劃小型堆垛機(jī)立體冷庫(kù)，以其高效、靈活和節(jié)省空間的特點(diǎn)，提高倉(cāng)儲(chǔ)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本；以其智能自控的特點(diǎn)，提高貨物儲(chǔ)存的精確性和準(zhǔn)確性，有助于更好地管理庫(kù)存水平和減少庫(kù)存損失。
(3)搭建專(zhuān)業(yè)的物流信息平臺(tái)，建設(shè)一體化OMS訂單管理系統(tǒng)，具體包括BMS計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)、WMS倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、TMS運(yùn)輸管理系統(tǒng)，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用、入庫(kù)管理、盤(pán)點(diǎn)管理、出庫(kù)管理、單據(jù)報(bào)表、調(diào)度管理、運(yùn)輸管理、質(zhì)量管理等工作環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、傳輸和儲(chǔ)存。
(2）制冷系統(tǒng)的運(yùn)行管理
制冷系統(tǒng)采用全自動(dòng)PLC集成控制系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)和云計(jì)算輔助管理，實(shí)現(xiàn)本地操作、遠(yuǎn)程操作多點(diǎn)管理功能和集中監(jiān)控、手機(jī)端監(jiān)控等監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)制冷系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行方案，所有數(shù)據(jù)可以上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理、節(jié)能管理和分析。
三、結(jié)束語(yǔ)
節(jié)能減排是當(dāng)今世界范圍內(nèi)的一大主題，“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)提出的促進(jìn)人與自然和諧共生、構(gòu)建人類(lèi)生命共同體的戰(zhàn)略要求。因此冷鏈物流冷庫(kù)設(shè)計(jì)也要適時(shí)而進(jìn)、順應(yīng)這一潮流和趨勢(shì)，本著“綠色設(shè)計(jì)”的理念，提升我國(guó)冷鏈物流技術(shù)在國(guó)際范圍內(nèi)的影響力，另外隨著光伏、碳交易、數(shù)字孿生等熱點(diǎn)的產(chǎn)生，“綠色”的冷鏈物流將迎來(lái)廣闊的發(fā)展前景。
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