鐵路機械冷藏車運輸果蔬理論淺析

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

關鍵詞:鐵路；機械冷藏車；果蔬運輸

我國是農業(yè)生產和農產品消費大國，果蔬生產是我國農業(yè)經濟的重要支柱之一。目前全國蔬菜產量約占全球總產量的60%，水果產量占全球總產量的30%[1]。為保證果蔬品質和安全，減少資源浪費，世界各國都普遍重視果蔬的貯藏和運輸。歐美國家的果蔬的冷鏈貯運技術發(fā)達，冷藏運輸率高達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缺乏，特別是專業(yè)化預冷設施嚴重匱乏，大約80%的果蔬未經預冷在較高的環(huán)境溫度或常溫狀態(tài)下流通，導致果蔬采后流通損失嚴重。根據冷鏈市場調研統(tǒng)計，果蔬腐爛每年就超過1.42億噸，經濟損失達1000億元以上。同時由于未及時進行預冷處理及采用冷藏運輸，造成營養(yǎng)成分流失以及可能產生霉變和腐爛，給國民的食品安全帶來一定的威脅。隨著國民經濟的發(fā)展，人們的消費觀念也從初級需求“吃得到”向更高要求“吃得好”轉變，更注重食品的質量、新鮮和安全。近年來，國家進一步加強對食品安全的重視，出臺了新的《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“構建以國內大循環(huán)為主體、國際國內雙循環(huán)相互促進新發(fā)展格局”，果蔬的冷鏈物流產業(yè)受到更加廣泛的關注。鐵路冷藏運輸具有長距離、大運量、全天候、安全高效、節(jié)能環(huán)保等運輸優(yōu)勢，上世紀曾在相當長的時期是我國果蔬等鮮活貨物的主要運輸方式。隨著市場經濟結構轉變和高速公路的發(fā)展，尤其是綠色通道的開通，鐵路冷藏運輸量急劇下降。近年來，國家相繼提出“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”、“美麗中國”等系列環(huán)保發(fā)展國策，“調整運輸結構，減少公路貨運量，增加鐵路貨運量”將促進冷鏈運輸逐漸由公路向鐵路轉移，鐵路機械冷藏車作為果蔬主要運輸工具，其技術發(fā)展直接將為增加鐵路冷鏈運量，推動冷鏈運輸公轉鐵發(fā)揮重要推動作用。

1果蔬貯運特性

果蔬是有生命的活體，采收后仍在繼續(xù)其生命活動，主要標志就是“呼吸作用”，即果蔬會利用空氣中的氧和其本身所含的糖、酸等營養(yǎng)成分發(fā)生化學變化，從而取得維持其生命活動所必需的熱量，同時釋放出二氧化碳、水和多余的熱量。果蔬的后熟作用或衰老過程也是一個消耗其本身營養(yǎng)物質而導致變質或腐爛的過程。果蔬呼吸熱的大小與環(huán)境溫度成非線性關系。溫度升高，呼吸熱會以更快的速度進行。果蔬采收后，不但攜帶大量的“田間熱”，同時具有高呼吸熱的特點，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輸面臨的關鍵問題。而預冷措施可以迅速排除“田間熱”、抵制呼吸作用的進程，是延長果蔬貯藏期、保障貨物質量的基本保證。相關試驗表明，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6個星期把果溫降低到2℃，在2℃條件下只能貯藏12～20天；采摘后經7天把果溫降低到2℃，再經28天降低到0℃，在0℃條件下可貯藏6個月；采摘后經7天把果溫降低到0℃，在0℃條件下可貯藏7個月；采摘后經7天把果溫度降低到-1℃，在-1℃條件下可貯藏9個月[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天內菜芯中維生素C下降了59.4%；但在4℃冷藏時，6天內菜芯中維生素C只降低了8%[4]。因此，果蔬采收后及時預冷處理可以延長其保鮮期，同時預冷可以減少營養(yǎng)流失，保持其原有的外觀和風味。

2機械冷藏車主要熱計算

鐵路機械冷藏車車內主要熱負荷的研究是其制冷設備研制或選型時的依據。制冷設備的制冷能力主要是根據運輸貨物時所需要抵消各種因素條件下產生的熱量來決定的，貨物在運輸過程中，車內產生的熱量由以下多種因素構成[5]。（1）車體傳熱產生的熱量：Q1=3.6kF（t外－t內）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外為車外計算溫度，℃；t內為車內計算溫度，℃；Z為傳熱時間，h。（2）車體漏熱產生的熱量Q2＝0.1Q1(2)（3）太陽輻射產生的熱量Q3＝3.6YkF（t陽－t內）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陽為計算期間太陽照射車輛的時間，h。（4）通風換氣產生的熱量Q4＝V通[c(t外－t內)＋q(f1p1－f2p2)](4)式中：V通為計算期間的通風容積，m³；c為空氣的容積比熱，kJ/(m³•K)；q為水蒸汽的凝結熱或凝固熱，車內零上溫度時為凝結熱，kJ/g；f1、f2分別為通風換氣時外界與車內空氣的相對濕度；p1、p2分別為空氣在外界與車內溫度時的飽和絕對濕度，g/m3。（5）貨物降溫時所產生的熱量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部尺寸不協(xié)調時的充滿系數(shù)。（6）車體降溫產生的熱量Q6=m車c車[t初－(t'外+t'內)/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'內分別為計算期間終了的當量的車外和車內溫度，℃。（7）貨物呼吸產生的熱量Q7＝0.0036m貨•q貨•z貨(9)式中：q貨為貨物在車內溫度下的呼吸熱，W/t；z貨為貨物在車內放出的呼吸熱的時間，h。（8）車內產生的總熱量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6＋Q7(10)（9）制冷設備熱負荷Qh＝Q/(3600Z)(11)根據中鐵特貨運輸?shù)呢浳锝y(tǒng)計分析，運輸鮮貨量最大依次為香蕉、葡萄、蔬菜。香蕉的承運溫度為11℃～15℃，葡萄的承運溫度為1℃～4℃。香蕉主產區(qū)為海南和廣西。海南香蕉可一年四季出產，主要采摘時間為9月份。海南島9份平均氣溫為25℃～35℃。葡萄主產區(qū)為新疆哈密，主要采摘時間為8月和9月，哈密8月平均氣溫17℃～33℃，9月平均氣溫11℃～28℃。運輸葡萄時一般采用夜間裝貨，貨物裝車時的溫度約為25℃。表1為鐵路機械冷藏車夏季運輸果蔬的制冷負荷計算情況。由以上計算分析可知，貨物預冷負荷占總負荷的60%以上。

3預冷對鐵路機械冷藏車運輸果蔬的重要性

從果蔬貯運的特性和車內熱負荷的分析，結合鐵路機械冷藏車制冷特點來看，預冷對鐵路機械冷藏車運輸果蔬的重要性主要包括：運輸貨物品質保障、裝備制造成本、運輸成本和運輸效率等。

3.1有利于保證貨物運輸質量

既有的鐵路機械冷藏車運輸果蔬的試驗和經驗表明了預冷對果蔬運輸?shù)闹匾?。如果能在貨物裝車后及時把貨物溫度降低至適宜溫度，則在后續(xù)運輸過程中，就能比較均衡、穩(wěn)定且比較經濟地保持貨溫的適宜溫度，從而有效地保證貨物質量。如果裝車后不能及時把貨溫降低至適宜溫度，則在后續(xù)運輸過程中，即使頻繁地開啟制冷設備，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量。未預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，同時溫度不能迅速下降，又會刺激貨物的呼吸作用從而促進貨物間內溫度的升高；二是貨物不能及時降低到適宜溫度，又會促進“呼吸高峰”的到來，更加惡化了冷藏車的降溫效能。運輸經驗證明車內溫度不能在36～48小時內降到適宜溫度，果蔬質量就極難保證，易造成果蔬運輸?shù)母癄€事故。為了提高鐵路機械冷藏車運輸果蔬的品質保證，《鐵路鮮活貨物運輸規(guī)則》還要求果蔬裝貨前應對車體進行預冷，運輸香蕉時預冷溫度為11℃～15℃，運輸菠蘿和柑桔時預冷溫度為9℃～12℃，其它貨物廂體的預冷溫度為0℃～3℃。目的就是果蔬裝車后，制冷設備的制冷能力完全用于對貨物快速降溫，并且對于運輸已預冷貨物，車體預冷有利于減少貨物的溫度波動，也利于保證的貨物品質。

3.2有利于降低裝備制造成本

在貨物預冷充分的條件下，機械冷藏車可配置制冷量較低的制冷設備，可降低制冷設備的采購成本成本。另一方面，對車體隔熱性要求可降低。如在相同的車體結構條件下，可以減少保溫層的厚度，從而增加車內裝貨的有效容積，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械冷藏車承運一些對控溫范圍要求不太嚴格的貨物，而隔熱保溫車的制造相比機械冷藏車節(jié)省了制冷設備的采購、安裝調試、試驗費用，大幅度降低了車輛的制造成本。

3.3有利于降低運輸成本

果蔬是否預冷對運輸能耗影響較大，采用機械冷藏車承運未預冷貨物需要長時間運行制冷設備對貨物進行降溫。理論計算和運行經驗表明，用于貨物降溫的熱負荷占總熱負荷的60%～80%。運輸預冷香蕉和未預冷香蕉對比可知，萬噸公里燃油消耗量差別在5kg～8kg之間。果蔬在運輸前通過冷庫或預冷設備進行預冷的費用要比在冷藏車上預冷費用低得多。大型冷庫的制冷成本約為機械冷藏車制冷成本的1/8[5]。而且機械冷藏車的制冷設備主要由發(fā)動機驅動，而在地面冷庫預冷通常采用電力驅動，更加節(jié)能環(huán)保。已預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輸，運輸途中無油耗、無機械故障、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械冷藏車的容積更大，有利于提高車輛的載重，降低運輸費用。

3.4有利于提高裝備的運用效率

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

4新型鐵路機械冷藏車運輸果蔬的實踐

隨著制冷和電氣控制技術的進步，新型冷藏運輸裝備制冷機組技術得到顯著發(fā)展，在節(jié)能環(huán)保性提高的同時，對承運貨物品質保障的實用性也得到明顯改善。將傳統(tǒng)恒溫和通風模式改進為全自動控制的啟停模式和連續(xù)運行模式。當選擇使用連續(xù)運行模式時，貨間溫度達到設定溫度時，制冷機組不停機，持續(xù)以小冷量工作，將貨間的溫度波動控制在極小范圍內，減少了貨物的溫度波動，更好的保證貨物的運輸品質。2016年6月，中車長江車輛有限公司利用B10型單節(jié)機械冷藏車進行制冷機組升級換代的改造車進行了運輸果蔬的試驗研究，從青州市運輸土豆、姜、胡蘿卜、南瓜、冬瓜、西紅柿、包菜、芹菜、水蜜桃、大蒜等到額濟納旗。貨物從冷庫經汽車轉運至貨場，貨物裝車前，對車廂進行預冷，在車內采用緊密堆碼裝載。制冷機組的運行模式設定為連續(xù)運行模式，車內溫度設定為0℃?？傔\輸時間為140小時。試驗結束卸車時，承運貨物品質完好，未出現(xiàn)貨損情況。

5結束語

果蔬的鐵路冷鏈運輸直接關系到國計民生，對國家經濟更好的高質量可持續(xù)發(fā)展意義重大。果蔬預冷后運輸以及鐵路機械冷藏車技術水平直接影響果蔬運輸品質和運輸經濟性。隨著國家對整個冷鏈建設的完善和鐵路機械冷藏車的技術創(chuàng)新，鐵路機械冷藏車將擔負更多的果蔬運輸作用。

參考文獻

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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