相变储能在冷链物流中的应用与研究进展

张 爱 芳

（洛阳科技职业学院电子商务学院，河南 洛阳 471000）

随着全球冷链物流的快速发展，各种新型能源储存技术受到了广泛关注。相变储能作为一种热储能技术，在冷链物流中具有重要的应用前景。冷链物流是指将易腐、易变质的商品或物品在一定温度范围内进行运输和储存的过程，涉及食品、药品、生物制品等高度敏感的货物。保持适当的温度是确保这些货物保持良好品质的关键。而相变储能技术的优势使其成为解决冷链物流中能源储存问题的一项有前景的技术。

1 相变储能在冷链物流中应用的研究现状

相变储能在冷链物流中的应用属于新兴的研究领域，目前仍处于探索和发展阶段。现有研究主要集中在相变储能材料的选型和性能改进、相变储能系统的设计和优化、相变储能技术在实际冷链物流中的应用效果评估、商业化应用等方面。首先为相变储能材料的选型和性能改进。研究人员积极寻找适合冷链物流应用的相变储能材料。现有研究表明，主要适用材料包括有机相变材料、无机相变材料和复合相变材料等。①有机相变材料主要是相变蜡，具有较高的热容量和较好的热稳定性，且相变温度范围广，能够满足不同温度要求。但其热导率较低，限制了其在大规模储能系统中的应用。②无机相变材料主要是蓄冷盐，具有较高的热导率和较好的热稳定性，能够满足高功率密度储能的需求。但其相变温度范围较窄，难以满足不同温度要求。③复合相变材料主要是将有机相变材料和无机相变材料进行复合，从而克服各自的缺点，获得更好的综合性能。有研究证明，复合相变材料可以同时具备有机相变材料和无机相变材料的优点，如宽温度范围、高热导率等。除了材料本身的性能外，研究人员还在努力改进相变储能材料与其他组件之间的热传导效率，提高整个系统的性能。

其次为相变储能系统的设计和优化。研究人员通过建立相变储能系统的数学模型，可以对系统进行全面的设计和优化。一是根据冷链物流中需要调节的温度范围和要求，确定相变储能系统所需的相变储能材料的数量和容量。这取决于货物的质量和容积，以及所需的温度调节范围和稳定性。通过考虑储能材料的热容量、相变温度和储能周期等因素，可以确定最佳的材料配置方案。二是在相变储能系统中，热传导路径和热量交换效率对系统性能至关重要。研究人员通过优化相变储能材料的装配方式，最大限度地提高热量的传导和交换效率。例如，通过设计优化的导热结构、增加热交换面积、改进导热介质等手段来实现。三是相变储能系统在长期运行过程中需要保持稳定的温度调节性能，确保货物的安全和质量。因此，需要考虑系统的稳定性和可靠性，例如通过合理的温控策略、优化的系统维护和监测手段等来保证系统的稳定性。

其三为相变储能技术在实际冷链物流中的应用效果评估。国内外学者通过实验室试验和田间实验，对相变储能系统在冷链物流场景中的性能进行评估，并与传统制冷系统进行比较。具体包括：一是模拟实际冷链物流环境，将相变储能系统应用于温度调节中，并对其调节精度、稳定性和响应速度等进行评估。可以通过记录相变材料的相变温度、储能和释能过程中的温度变化曲线，以及调节系统的能力和效果等来评估其温度调节性能。二是对相变储能系统的能源消耗进行测量，并与传统制冷系统进行比较。通过对比两种系统的能源消耗、能源利用效率以及制冷剂的使用情况等指标，评估相变储能技术在能源利用方面的性能。三是对相变储能系统在实际冷链物流场景中的应用效果进行评估。在此过程中，需考虑不同环境条件下的温度调节需求、货物类型和储运方式等因素。通过在实际冷链运输过程中实施田间实验，并记录相变储能系统的性能参数，如温度变化、能源消耗、系统稳定性等，来对其应用效果进行评估。

最后为商业化应用。随着研究的深入，部分企业开始在冷链物流领域试点应用相变储能技术，并取得了一定的成果。这些企业通过合作建立示范项目，验证相变储能技术在实际商业运营中的可行性和效益。例如，在食品冷链物流中，利用相变储能技术帮助保持食品在特定温度范围内的新鲜度和质量。合作企业会将相变储能系统集成到冷链物流过程中，例如冷藏车辆、冷柜或冷库等，以应对温度调节的需求。同时，收集并分析数据，监测相变储能系统的性能和效果。尽管目前相变储能在冷链物流中的应用还处于初步阶段，但相关研究已经取得了一些进展。随着技术的不断发展和完善，相变储能技术在冷链物流中的应用有望实现更广泛的应用。

2 相变储能在冷链物流中应用的理念基础

相变储能技术利用物质相变时吸收或释放大量热量的特性。通过选择适当的相变材料，可以将热量储存于物质内部，在需要时释放出来。在冷链物流中，这种热量储存与释放的特性可以用于调节温度，保持货物在所需的温度范围内。相变储能技术相对于传统制冷系统具有较高的能量密度和热效率。其可以在储能过程中吸收和存储热量，而在释放过程中通过控制相变材料的相变温度和相变热量来恢复储存的热量。相较于传统的制冷系统，相变储能技术可以减少能源消耗，提高能源利用效率，从而在冷链物流中实现节能效果。此外，该技术可以提供较为精确的温度调节，因为相变材料具有明确的相变温度。通过选择不同的相变材料，可以调节储能系统在不同温度范围内的释能点，实现对冷链物流环境温度的精确控制，有助于保持货物的新鲜度和质量，并提高冷链物流过程的可靠性。通过相变储能技术的应用，在冷链物流运输中可利用物质自身的特性进行能量转换，不需要使用传统制冷系统中的化学制冷剂，符合可持续发展的理念，有助于减少冷链物流运输对环境的影响。基于以上理念基础，相变储能技术在冷链物流中应用的目标是通过节能、精确调节温度以及可持续发展等方面的优势，提高冷链物流的效率和可靠性，并降低对能源的依赖，为构建绿色、智能的冷链物流系统作出贡献。

3 相变储能在冷链物流中的应用

相变储能在冷链物流中的应用主要集中在以下几个方面：首先是在冷藏车辆和舱室的应用。在于冷柜和冷库中，相变材料可以吸收和储存多余的冷量，当环境温度升高时释放这些储存的冷量，维持冷藏空间的稳定温度。相变储能系统可以提供更加精确和可控的温度调节，确保冷藏货物的质量和安全。在应用过程中，可使冷藏车辆更具灵活性和可持续性。相变材料可以在冷藏车辆行驶时吸收多余的热能，而在停车或电动驱动模式下释放热量进行制冷。这种灵活性可以适应不同运输模式和需求，同时减少对传统能源的依赖。其次是在温度监测与控制场景中的应用。通过与传感器系统集成，相变储能技术可以实现对冷藏车辆或舱室内的温度进行实时监测。温度传感器可以将车厢内的温度数据实时传输给控制装置，确保及时了解温度波动和变化趋势。在此过程中，根据温度需求进行精确控制。当温度超过设定范围时，控制装置会相应地调整相变材料的能量释放量，使其释放更多的热量以降低温度。反之，当温度过低时，控制装置会减少相变材料的能量释放量，以提升温度。此外，可应用该技术根据不同的货物类型和运输需求来调整温度控制策略。对于敏感的生鲜食品，可以设置更加严格的温度控制范围，并确保储能系统能够快速响应温度变化。相变储能技术的灵活性使得温度控制可以根据具体情况进行个性化调整，保证货物的安全性和质量。最后在长途运输和断电后备中的应用。在长途冷链运输中，相变储能技术具备重要的后备热源功能，特别是在遇到故障的情况下。通过储存额外的热量，相变储能系统可以在需要时释放这些热量，保持货物的温度稳定。当冷藏车辆遭遇断电或能源供应故障时，传统的制冷系统无法继续工作，货物的温度可能会迅速上升，导致质量损失和风险增加。而相变储能技术可以作为一种后备热源，在这些情况下发挥重要作用。相变储能系统可以事先储存大量的热量，并将其转化为相变能。当断电或能源供应中断时，储存的相变能可以被释放出来，通过吸收热量来降低冷藏车辆内部的温度。