近年來，隨著社會對于藥品、食品質(zhì)量安全問題的關(guān)注與重視，市場對于冷鏈物流運輸?shù)男枨笠仓饾u增加。肉類、果蔬、水產(chǎn)品三類食品在我國的農(nóng)業(yè)運輸效率普遍較低，不能全面滿足人們對于冷鏈物流市場的具體需求。現(xiàn)存的冷鏈物流運輸過程普遍采用干冰或制冷機組的冷藏車制冷模式，能耗較大，對于小容量的冷鏈物流運輸來說，不夠經(jīng)濟實惠。除此之外，對于生態(tài)環(huán)境也有著很大程度上的污染與影響。為了響應(yīng)與滿足國家對能源和環(huán)境上的要求，冷鏈物流運輸需要一種新型、節(jié)能型、環(huán)保型的冷鏈物流運輸車。
現(xiàn)階段，冷鏈物流運輸?shù)闹饕评浞绞綖闄C械式壓縮制冷，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、溫度浮動大、溫控難度高。針對于此，設(shè)計一款環(huán)保、節(jié)能的新型冷鏈物流運輸車輛有著至關(guān)重要的意義。除此之外，相變儲能技術(shù)的核心與關(guān)鍵在于相變儲能材料的研發(fā)與制備，現(xiàn)有的相變儲能材料普遍具有熱導(dǎo)率低、過冷度大、相分離嚴(yán)重等一系列問題。同時，針對食品類產(chǎn)品的冷鏈物流運輸所選用的相片儲能材料，要求不泄漏且無毒無害。尤其是需要零攝氏度以下進行食品運輸所需的相變儲能材料，性能不穩(wěn)定且種類較少。
1 相變儲能材料研究現(xiàn)狀
1.1 相變儲能材料的滯后與過冷現(xiàn)象研究
相變儲能材料主要利用物質(zhì)相態(tài)變化過程中釋放或吸收熱量的特有性質(zhì)，進行蓄熱或蓄冷的一種新型儲能材料。相變過程中基本不變的溫度，作為其最大的優(yōu)勢，主要用來控制體系溫度。相變儲能材料的固液相變過程普遍被認(rèn)定為等溫過程，并且這種情況僅局限于大多數(shù)純凈物，而大部分相變儲能材料往往有著低于熔化溫度的凝固溫度，這種現(xiàn)象則通常稱為相變滯后。對于液體物質(zhì)來說，大部分物質(zhì)不在理論凝固點立即結(jié)晶，反而是在較低溫度開始結(jié)晶，這種現(xiàn)象稱為相變過冷。研究表明，相變過冷與相變滯后現(xiàn)象在自然界的相變過程中較為常見，與此同時相變儲能材料在放熱的過程中會產(chǎn)生較大的影響。
相變儲能材料能夠在較小的溫度區(qū)間內(nèi)釋放或吸收大量能量，以維持冷藏車廂的溫度，同時解決能量供需在空間和時間上的矛盾，大幅度提升能源的利用效率。由于其自身具有的優(yōu)良特點，使得各國家、各行業(yè)領(lǐng)域都相應(yīng)開展了廣泛研究。目前，德國在使用相變蓄能冷藏箱時，已經(jīng)實現(xiàn)了恒溫的冷藏效果，使得其在航空冷鏈快遞物流運輸中得到了大規(guī)模的應(yīng)用，而國內(nèi)的某知名公司也根據(jù)此技術(shù)，逐步開展了蓄能冷藏箱的冷鏈物流運輸業(yè)務(wù)。
2 相變儲能材料分類
2.1 根據(jù)相變溫度范圍分類
根據(jù)相變的溫度范圍，可將相變儲能材料分為低溫相變儲能材料、中溫相變儲能材料、高溫相變儲能材料。低溫相變儲能材料主要是冰、有機物和水合鹽；中溫相變儲能材料主要是高分子材料和有機物；高溫相變儲能材料主要是金屬合金和熔融鹽。
2.2 根據(jù)相變材料構(gòu)成分類
根據(jù)相變材料的構(gòu)成，能夠?qū)⑾嘧儍δ懿牧蟿澐譃橐韵氯悾簾o機相變儲能材料、有機相變儲能材料和無機-有機相變儲能材料。無機相變儲能材料可以劃分為共晶體材料與化合物材料，其中共晶體材料在熔化和結(jié)晶的過程中，會維持一定溫度，不產(chǎn)生相分離的現(xiàn)象，其組成部分主要包括水、鹽類、水溶液、結(jié)晶水合鹽；有機相變儲能材料主要包括酯、石蠟、多元醇、有機酸等一系列有機物。相關(guān)實驗表明，有機相變儲能材料的結(jié)晶過程通常較為穩(wěn)定，沒有腐蝕性；無機-有機相變儲能材料主要由無機和有機相變材料復(fù)合而成。
2.3 根據(jù)相變過程相態(tài)分類
根據(jù)相變過程相態(tài)的變化，相變儲能材料可以分為固-固相變儲能材料、固-氣相變儲能材料、液-氣相變儲能材料、固-液相變儲能材料。固-固相變儲能材料的相變過程不存在相態(tài)轉(zhuǎn)變，只存在晶型變化過程中放出與吸收的熱量，固-固相變儲能材料主要包含多元醇、高密度聚乙烯和金屬有機化合物；液-氣相變儲能材料、固-氣相變儲能材料由于相變過程中生成大量氣體，使得劇烈膨脹的氣體難以分裝，因此工程應(yīng)用中較少涉及；固-液相變儲能材料主要包括石蠟、冰、水合鹽等，由于其自身具有的制備簡單、原料廉價、儲冷密度大、相變潛熱高等一系列優(yōu)勢，因而被普遍應(yīng)用于冷鏈物流運輸領(lǐng)域。
3 相變儲能材料在冷鏈物流運輸過程中的應(yīng)用
在生鮮食品電商配送行業(yè)，相變儲能材料以冰袋、冰盒、冰排等多種形式逐漸得到了廣泛應(yīng)用。眾多學(xué)者正在研究將相變儲能材料應(yīng)用于冷鏈物流運輸車中，以盡可能減少冷鏈物流運輸過程中較大的溫度浮動。由于生鮮產(chǎn)品在運輸過程中有著龐大的數(shù)量，大多需要長途進行運輸，從而在食品類產(chǎn)品運輸時普遍選用冷鏈物流運輸車。
冷鏈物流運輸車的廂體結(jié)構(gòu)與隔熱材料在很大程度上直接或間接地影響著冷鏈物流運輸車的環(huán)保性能、機械強度與絕熱性能。常見的冷鏈物流運輸車廂體主要由內(nèi)蒙皮、外蒙皮和隔熱材料三層構(gòu)成，為整體提升廂體的隔熱性能和可容積使用率，可以適當(dāng)在隔熱材料中加入相變儲能材料，以制成新型的隔熱材料。廂體結(jié)構(gòu)中的相變儲能材料能夠在相變過程中對外部環(huán)境的滲入熱量進行吸收，充分發(fā)揮蓄熱作用，以大幅度降低廂體的制冷負(fù)荷。因此，這種廂體結(jié)構(gòu)能夠在很大程度上起到絕熱的作用。
現(xiàn)階段，冷鏈物流運輸車的隔熱結(jié)構(gòu)通常由具有低成本、低親水性、低導(dǎo)熱性等優(yōu)點的聚氨酯泡沫層構(gòu)成。常用的廂體隔熱材料主要是擠塑聚苯乙烯泡沫、膨脹型聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料，但針對目前聚氨酯泡沫的膨脹劑改變，致使其隔熱能力大幅降低的情況，能夠通過相變儲能材料的集成方法，使冷鏈物流運輸車廂體結(jié)構(gòu)的熱通量得到有效限制。相變儲能材料主要有以下兩種集成方式，一種是創(chuàng)建復(fù)合隔熱材料層，將相變儲能材料分散于傳統(tǒng)隔熱材料以形成均質(zhì)層；另一種是在隔熱墻中設(shè)計一層裝載相變儲能材料，以此作為相變材料隔熱層。目前，冷鏈物流運輸車廂體結(jié)構(gòu)增加相變層的相關(guān)技術(shù)還未實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，研究重點主要集中于相變儲能材料的分析與篩選等方面。隨著人們對于節(jié)能環(huán)保的要求逐漸提升，發(fā)展節(jié)能環(huán)保型冷鏈物流運輸車顯得至關(guān)重要。相變儲能材料作為提升能源利用效率和促進環(huán)境保護的重要材料，應(yīng)用于冷鏈物流運輸車將是未來的發(fā)展趨勢。
4 結(jié)論與展望
現(xiàn)階段，相變儲能材料應(yīng)用于冷鏈物流運輸中的實際應(yīng)用普遍集中于冷鏈運輸?shù)牡蜏嘏渌团c冷庫儲存領(lǐng)域。未來，相變儲能材料及相關(guān)技術(shù)在冷鏈物流運輸?shù)陌l(fā)展方向主要集中在材料的實際應(yīng)用與性能研究兩個層面。在實際應(yīng)用層面，針對儲運的不同產(chǎn)品，針對性地提供具有適宜相變溫度的蓄冷劑，以保持低溫環(huán)境，將相變儲能技術(shù)應(yīng)用于食品行業(yè)的生產(chǎn)加工、低溫儲藏、運輸配送、成品銷售構(gòu)成的完整冷鏈中，同時進行經(jīng)濟性、合理性的評價與分析；在材料性能層面，深度研究相變儲能材料的相變機理，將滯后、過冷以及相分離等一系列問題逐一解決，進一步開發(fā)與研究功能型的相變儲能材料以滿足不同場合的具體需求。
綜上所述，眾多學(xué)者對于相變儲能材料在冷鏈物流運輸過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀展開了大規(guī)模的研究。隨著研究的逐漸深入，相變蓄冷物流運輸車也應(yīng)運而生。相變儲能材料應(yīng)用于冷鏈物流運輸中能夠有效節(jié)約能源、避免資源浪費，也能夠使冷鏈物流運輸行業(yè)朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。通過一系列研究，使相變儲能材料的合理應(yīng)用代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械制冷，不斷推動與促進相變儲能材料在冷鏈物流運輸過程中的積極影響與合理應(yīng)用，真正實現(xiàn)綠色、節(jié)能、減排、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
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