鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬理論淺析

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摘要:發(fā)展果蔬鐵路冷藏運(yùn)輸對節(jié)能環(huán)保有重要意義。由果蔬貯藏特性可知預(yù)冷對果蔬貯運(yùn)質(zhì)量有著極大的影響。本文對鐵路機(jī)械冷藏車主要熱負(fù)荷組成進(jìn)行分析，并以運(yùn)輸香蕉和葡萄為例進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明果蔬預(yù)冷熱負(fù)荷占鐵路機(jī)械冷藏車總負(fù)荷的60%以上。最后介紹了新型鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬的試驗(yàn)情況。

關(guān)鍵詞:鐵路；機(jī)械冷藏車；果蔬運(yùn)輸

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)大國，果蔬生產(chǎn)是我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。目前全國蔬菜產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的60%，水果產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的30%[1]。為保證果蔬品質(zhì)和安全，減少資源浪費(fèi)，世界各國都普遍重視果蔬的貯藏和運(yùn)輸。歐美國家的果蔬的冷鏈貯運(yùn)技術(shù)發(fā)達(dá)，冷藏運(yùn)輸率高達(dá)80%～100%，損耗率不到5%[1]。我國由于果蔬采后處理和冷鏈裝備及技術(shù)缺乏，特別是專業(yè)化預(yù)冷設(shè)施嚴(yán)重匱乏，大約80%的果蔬未經(jīng)預(yù)冷在較高的環(huán)境溫度或常溫狀態(tài)下流通，導(dǎo)致果蔬采后流通損失嚴(yán)重。根據(jù)冷鏈?zhǔn)袌稣{(diào)研統(tǒng)計(jì)，果蔬腐爛每年就超過1.42億噸，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1000億元以上。同時(shí)由于未及時(shí)進(jìn)行預(yù)冷處理及采用冷藏運(yùn)輸，造成營養(yǎng)成分流失以及可能產(chǎn)生霉變和腐爛，給國民的食品安全帶來一定的威脅。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的消費(fèi)觀念也從初級(jí)需求“吃得到”向更高要求“吃得好”轉(zhuǎn)變，更注重食品的質(zhì)量、新鮮和安全。近年來，國家進(jìn)一步加強(qiáng)對食品安全的重視，出臺(tái)了新的《食品安全法》等系列政策和法規(guī)。在“十四五”開局之年，國家提出了“構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國際國內(nèi)雙循環(huán)相互促進(jìn)新發(fā)展格局”，果蔬的冷鏈物流產(chǎn)業(yè)受到更加廣泛的關(guān)注。鐵路冷藏運(yùn)輸具有長距離、大運(yùn)量、全天候、安全高效、節(jié)能環(huán)保等運(yùn)輸優(yōu)勢，上世紀(jì)曾在相當(dāng)長的時(shí)期是我國果蔬等鮮活貨物的主要運(yùn)輸方式。隨著市場經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和高速公路的發(fā)展，尤其是綠色通道的開通，鐵路冷藏運(yùn)輸量急劇下降。近年來，國家相繼提出“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”、“美麗中國”等系列環(huán)保發(fā)展國策，“調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，減少公路貨運(yùn)量，增加鐵路貨運(yùn)量”將促進(jìn)冷鏈運(yùn)輸逐漸由公路向鐵路轉(zhuǎn)移，鐵路機(jī)械冷藏車作為果蔬主要運(yùn)輸工具，其技術(shù)發(fā)展直接將為增加鐵路冷鏈運(yùn)量，推動(dòng)冷鏈運(yùn)輸公轉(zhuǎn)鐵發(fā)揮重要推動(dòng)作用。

1果蔬貯運(yùn)特性

果蔬是有生命的活體，采收后仍在繼續(xù)其生命活動(dòng)，主要標(biāo)志就是“呼吸作用”，即果蔬會(huì)利用空氣中的氧和其本身所含的糖、酸等營養(yǎng)成分發(fā)生化學(xué)變化，從而取得維持其生命活動(dòng)所必需的熱量，同時(shí)釋放出二氧化碳、水和多余的熱量。果蔬的后熟作用或衰老過程也是一個(gè)消耗其本身營養(yǎng)物質(zhì)而導(dǎo)致變質(zhì)或腐爛的過程。果蔬呼吸熱的大小與環(huán)境溫度成非線性關(guān)系。溫度升高，呼吸熱會(huì)以更快的速度進(jìn)行。果蔬采收后，不但攜帶大量的“田間熱”，同時(shí)具有高呼吸熱的特點(diǎn)，迅速排除“田間熱”，將其降到適宜的溫度、抑制其呼吸作用是果蔬貯藏運(yùn)輸面臨的關(guān)鍵問題。而預(yù)冷措施可以迅速排除“田間熱”、抵制呼吸作用的進(jìn)程，是延長果蔬貯藏期、保障貨物質(zhì)量的基本保證。相關(guān)試驗(yàn)表明，果蔬采摘后在不同的冷卻條件下，貯藏的效果是不同的：9月份采摘的蘋果，采摘后經(jīng)6個(gè)星期把果溫降低到2℃，在2℃條件下只能貯藏12～20天；采摘后經(jīng)7天把果溫降低到2℃，再經(jīng)28天降低到0℃，在0℃條件下可貯藏6個(gè)月；采摘后經(jīng)7天把果溫降低到0℃，在0℃條件下可貯藏7個(gè)月；采摘后經(jīng)7天把果溫度降低到-1℃，在-1℃條件下可貯藏9個(gè)月[2]。在20℃下采收的花椰菜，保鮮期最多2天；而將其迅速冷卻到0℃，保鮮期可增至42天[1]。蘋果、梨等采后在常溫下存放1天，將失去10天的低溫貯藏期，豌豆采后在20℃下放置1～3天，將縮短12～25天的貯藏壽命[3]。由此可見，果蔬采收后冷卻速度和冷卻終溫對果蔬的貯藏效果的影響十分顯著。另外，果蔬在不同貯藏溫度下的營養(yǎng)流失速度是不同的。在23℃～25℃室溫條件下，6天內(nèi)菜芯中維生素C下降了59.4%；但在4℃冷藏時(shí)，6天內(nèi)菜芯中維生素C只降低了8%[4]。因此，果蔬采收后及時(shí)預(yù)冷處理可以延長其保鮮期，同時(shí)預(yù)冷可以減少營養(yǎng)流失，保持其原有的外觀和風(fēng)味。

2機(jī)械冷藏車主要熱計(jì)算

鐵路機(jī)械冷藏車車內(nèi)主要熱負(fù)荷的研究是其制冷設(shè)備研制或選型時(shí)的依據(jù)。制冷設(shè)備的制冷能力主要是根據(jù)運(yùn)輸貨物時(shí)所需要抵消各種因素條件下產(chǎn)生的熱量來決定的，貨物在運(yùn)輸過程中，車內(nèi)產(chǎn)生的熱量由以下多種因素構(gòu)成[5]。（1）車體傳熱產(chǎn)生的熱量：Q1=3.6kF（t外－t內(nèi)）Z(1)式中：k為車體傳熱系數(shù)，W/(m2•K)；F為車體傳熱面積，m2；t外為車外計(jì)算溫度，℃；t內(nèi)為車內(nèi)計(jì)算溫度，℃；Z為傳熱時(shí)間，h。（2）車體漏熱產(chǎn)生的熱量Q2＝0.1Q1(2)（3）太陽輻射產(chǎn)生的熱量Q3＝3.6YkF（t陽－t內(nèi)）Z陽(3)式中：Y為太陽照射面占車體傳熱面積的百分比，%；t陽為太陽照射面的車體表面溫度，℃；Z陽為計(jì)算期間太陽照射車輛的時(shí)間，h。（4）通風(fēng)換氣產(chǎn)生的熱量Q4＝V通[c(t外－t內(nèi))＋q(f1p1－f2p2)](4)式中：V通為計(jì)算期間的通風(fēng)容積，m³；c為空氣的容積比熱，kJ/(m³•K)；q為水蒸汽的凝結(jié)熱或凝固熱，車內(nèi)零上溫度時(shí)為凝結(jié)熱，kJ/g；f1、f2分別為通風(fēng)換氣時(shí)外界與車內(nèi)空氣的相對濕度；p1、p2分別為空氣在外界與車內(nèi)溫度時(shí)的飽和絕對濕度，g/m3。（5）貨物降溫時(shí)所產(chǎn)生的熱量Q5＝(m貨c貨＋m容c容)△t貨(5)式中：m貨、m容分別為貨物及包裝容器的重量，kg；c貨、c容分別為貨物及包裝容器的比熱，kJ/(kg•K)；△t貨為計(jì)算期間貨物降溫的度數(shù)的溫度，℃。m貨＋m容＝M貨(6)M貨＝Vrφ(7)M貨為冷藏車的裝載量，kg；V為冷藏車的裝載容積，m³；r為易腐貨物的平均單位體積重量，kg/m³；φ為考慮到貨物和包裝尺寸與車輛內(nèi)部尺寸不協(xié)調(diào)時(shí)的充滿系數(shù)。（6）車體降溫產(chǎn)生的熱量Q6=m車c車[t初－(t'外+t'內(nèi))/2](8)式中：m車為車體需冷卻部分的重量，kg；c車為車體需冷卻部分的平均比熱，kJ/(kg•K)；t初為車體初始溫度，℃；t'外、t'內(nèi)分別為計(jì)算期間終了的當(dāng)量的車外和車內(nèi)溫度，℃。（7）貨物呼吸產(chǎn)生的熱量Q7＝0.0036m貨•q貨•z貨(9)式中：q貨為貨物在車內(nèi)溫度下的呼吸熱，W/t；z貨為貨物在車內(nèi)放出的呼吸熱的時(shí)間，h。（8）車內(nèi)產(chǎn)生的總熱量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6＋Q7(10)（9）制冷設(shè)備熱負(fù)荷Qh＝Q/(3600Z)(11)根據(jù)中鐵特貨運(yùn)輸?shù)呢浳锝y(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)輸鮮貨量最大依次為香蕉、葡萄、蔬菜。香蕉的承運(yùn)溫度為11℃～15℃，葡萄的承運(yùn)溫度為1℃～4℃。香蕉主產(chǎn)區(qū)為海南和廣西。海南香蕉可一年四季出產(chǎn)，主要采摘時(shí)間為9月份。海南島9份平均氣溫為25℃～35℃。葡萄主產(chǎn)區(qū)為新疆哈密，主要采摘時(shí)間為8月和9月，哈密8月平均氣溫17℃～33℃，9月平均氣溫11℃～28℃。運(yùn)輸葡萄時(shí)一般采用夜間裝貨，貨物裝車時(shí)的溫度約為25℃。表1為鐵路機(jī)械冷藏車夏季運(yùn)輸果蔬的制冷負(fù)荷計(jì)算情況。由以上計(jì)算分析可知，貨物預(yù)冷負(fù)荷占總負(fù)荷的60%以上。

3預(yù)冷對鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬的重要性

從果蔬貯運(yùn)的特性和車內(nèi)熱負(fù)荷的分析，結(jié)合鐵路機(jī)械冷藏車制冷特點(diǎn)來看，預(yù)冷對鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬的重要性主要包括：運(yùn)輸貨物品質(zhì)保障、裝備制造成本、運(yùn)輸成本和運(yùn)輸效率等。

3.1有利于保證貨物運(yùn)輸質(zhì)量

既有的鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬的試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)表明了預(yù)冷對果蔬運(yùn)輸?shù)闹匾?。如果能在貨物裝車后及時(shí)把貨物溫度降低至適宜溫度，則在后續(xù)運(yùn)輸過程中，就能比較均衡、穩(wěn)定且比較經(jīng)濟(jì)地保持貨溫的適宜溫度，從而有效地保證貨物質(zhì)量。如果裝車后不能及時(shí)把貨溫降低至適宜溫度，則在后續(xù)運(yùn)輸過程中，即使頻繁地開啟制冷設(shè)備，仍然不能把貨溫降低至要求的溫度范圍，更不能保持均勻、穩(wěn)定與適宜的溫度，因而不能可靠地保證貨物質(zhì)量。未預(yù)冷貨物裝車后降溫困難的主要原因，一是果蔬采收后“田間熱”大，同時(shí)溫度不能迅速下降，又會(huì)刺激貨物的呼吸作用從而促進(jìn)貨物間內(nèi)溫度的升高；二是貨物不能及時(shí)降低到適宜溫度，又會(huì)促進(jìn)“呼吸高峰”的到來，更加惡化了冷藏車的降溫效能。運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)證明車內(nèi)溫度不能在36～48小時(shí)內(nèi)降到適宜溫度，果蔬質(zhì)量就極難保證，易造成果蔬運(yùn)輸?shù)母癄€事故。為了提高鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬的品質(zhì)保證，《鐵路鮮活貨物運(yùn)輸規(guī)則》還要求果蔬裝貨前應(yīng)對車體進(jìn)行預(yù)冷，運(yùn)輸香蕉時(shí)預(yù)冷溫度為11℃～15℃，運(yùn)輸菠蘿和柑桔時(shí)預(yù)冷溫度為9℃～12℃，其它貨物廂體的預(yù)冷溫度為0℃～3℃。目的就是果蔬裝車后，制冷設(shè)備的制冷能力完全用于對貨物快速降溫，并且對于運(yùn)輸已預(yù)冷貨物，車體預(yù)冷有利于減少貨物的溫度波動(dòng)，也利于保證的貨物品質(zhì)。

3.2有利于降低裝備制造成本

在貨物預(yù)冷充分的條件下，機(jī)械冷藏車可配置制冷量較低的制冷設(shè)備，可降低制冷設(shè)備的采購成本成本。另一方面，對車體隔熱性要求可降低。如在相同的車體結(jié)構(gòu)條件下，可以減少保溫層的厚度，從而增加車內(nèi)裝貨的有效容積，減輕車輛自重，增加載重，降低車輛的制造成本。另外，還可以考慮在春末夏初等環(huán)境溫度不太高的季節(jié)采用隔熱保溫車代替代機(jī)械冷藏車承運(yùn)一些對控溫范圍要求不太嚴(yán)格的貨物，而隔熱保溫車的制造相比機(jī)械冷藏車節(jié)省了制冷設(shè)備的采購、安裝調(diào)試、試驗(yàn)費(fèi)用，大幅度降低了車輛的制造成本。

3.3有利于降低運(yùn)輸成本

果蔬是否預(yù)冷對運(yùn)輸能耗影響較大，采用機(jī)械冷藏車承運(yùn)未預(yù)冷貨物需要長時(shí)間運(yùn)行制冷設(shè)備對貨物進(jìn)行降溫。理論計(jì)算和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，用于貨物降溫的熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的60%～80%。運(yùn)輸預(yù)冷香蕉和未預(yù)冷香蕉對比可知，萬噸公里燃油消耗量差別在5kg～8kg之間。果蔬在運(yùn)輸前通過冷庫或預(yù)冷設(shè)備進(jìn)行預(yù)冷的費(fèi)用要比在冷藏車上預(yù)冷費(fèi)用低得多。大型冷庫的制冷成本約為機(jī)械冷藏車制冷成本的1/8[5]。而且機(jī)械冷藏車的制冷設(shè)備主要由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而在地面冷庫預(yù)冷通常采用電力驅(qū)動(dòng)，更加節(jié)能環(huán)保。已預(yù)冷貨物在春末夏初等環(huán)境溫度不太高的季節(jié)還可以使用隔熱保溫車運(yùn)輸，運(yùn)輸途中無油耗、無機(jī)械故障、無污染，節(jié)能環(huán)保。且相同外形尺寸的隔熱保溫車的容積比機(jī)械冷藏車的容積更大，有利于提高車輛的載重，降低運(yùn)輸費(fèi)用。

3.4有利于提高裝備的運(yùn)用效率

果蔬是否預(yù)冷可影響機(jī)械冷藏車的一次加油后的續(xù)航時(shí)間，貨物預(yù)冷可以減少制冷燃油消耗，從而減少加油作業(yè)次數(shù)，減少車輛整備時(shí)間，提高車輛直達(dá)速度，使車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間得到壓縮，提高了車輛的運(yùn)用效率。貨物預(yù)冷后采用隔熱保溫車運(yùn)輸時(shí)無須加油作業(yè)，相比機(jī)械冷藏車的裝卸作業(yè)停留時(shí)間更短，直達(dá)速度更快。另外，隔熱保溫車上沒有制冷設(shè)備，大大縮短了其檢修維護(hù)時(shí)間，車輛運(yùn)用效率更高。

4新型鐵路機(jī)械冷藏車運(yùn)輸果蔬的實(shí)踐

隨著制冷和電氣控制技術(shù)的進(jìn)步，新型冷藏運(yùn)輸裝備制冷機(jī)組技術(shù)得到顯著發(fā)展，在節(jié)能環(huán)保性提高的同時(shí)，對承運(yùn)貨物品質(zhì)保障的實(shí)用性也得到明顯改善。將傳統(tǒng)恒溫和通風(fēng)模式改進(jìn)為全自動(dòng)控制的啟停模式和連續(xù)運(yùn)行模式。當(dāng)選擇使用連續(xù)運(yùn)行模式時(shí)，貨間溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，制冷機(jī)組不停機(jī)，持續(xù)以小冷量工作，將貨間的溫度波動(dòng)控制在極小范圍內(nèi)，減少了貨物的溫度波動(dòng)，更好的保證貨物的運(yùn)輸品質(zhì)。2016年6月，中車長江車輛有限公司利用B10型單節(jié)機(jī)械冷藏車進(jìn)行制冷機(jī)組升級(jí)換代的改造車進(jìn)行了運(yùn)輸果蔬的試驗(yàn)研究，從青州市運(yùn)輸土豆、姜、胡蘿卜、南瓜、冬瓜、西紅柿、包菜、芹菜、水蜜桃、大蒜等到額濟(jì)納旗。貨物從冷庫經(jīng)汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至貨場，貨物裝車前，對車廂進(jìn)行預(yù)冷，在車內(nèi)采用緊密堆碼裝載。制冷機(jī)組的運(yùn)行模式設(shè)定為連續(xù)運(yùn)行模式，車內(nèi)溫度設(shè)定為0℃。總運(yùn)輸時(shí)間為140小時(shí)。試驗(yàn)結(jié)束卸車時(shí)，承運(yùn)貨物品質(zhì)完好，未出現(xiàn)貨損情況。

5結(jié)束語

果蔬的鐵路冷鏈運(yùn)輸直接關(guān)系到國計(jì)民生，對國家經(jīng)濟(jì)更好的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展意義重大。果蔬預(yù)冷后運(yùn)輸以及鐵路機(jī)械冷藏車技術(shù)水平直接影響果蔬運(yùn)輸品質(zhì)和運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。隨著國家對整個(gè)冷鏈建設(shè)的完善和鐵路機(jī)械冷藏車的技術(shù)創(chuàng)新，鐵路機(jī)械冷藏車將擔(dān)負(fù)更多的果蔬運(yùn)輸作用。

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作者:張敏 景傳峰 高建華 金曉平 舒麟 單位:中車長江車輛有限公司