孫錦濤

謝 晶1，2，3

(1. 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2. 冷鏈裝備性能測(cè)試與節(jié)能評(píng)價(jià)公共服務(wù)平臺(tái)，上海 201306；3. 食品科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心〔上海海洋大學(xué)〕，上海 201306)

冷鏈物流為易腐食品貯藏、運(yùn)輸和銷售提供適宜的溫濕度，可以極大地降低農(nóng)產(chǎn)品和食品的腐損率。冷庫(kù)是食品冷凍加工、貯藏和流通的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是冷鏈的關(guān)鍵點(diǎn)，目前中國(guó)冷庫(kù)建設(shè)正在飛速發(fā)展，主要分布在水果、蔬菜基地的主產(chǎn)區(qū)和大中型城市郊區(qū)的蔬菜基地。根據(jù)中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)2019年公布的數(shù)據(jù)，中國(guó)冷庫(kù)總量達(dá)到6 052.5萬(wàn)t(1.51億m3)，但是直到現(xiàn)在中國(guó)人均冷庫(kù)的持有量仍然較低，冷庫(kù)供需仍然不足，伴隨著城鎮(zhèn)化，生鮮電商以及生鮮食品貿(mào)易的發(fā)展，冷庫(kù)市場(chǎng)發(fā)展的前景廣闊[1]。冷庫(kù)規(guī)模和數(shù)量還將快速增長(zhǎng)，同時(shí)冷庫(kù)的高能耗是不可忽視的問(wèn)題，冷庫(kù)的能耗由供冷用能、風(fēng)機(jī)用能、照明用能等多個(gè)方面構(gòu)成，但絕大部分的能源是由供冷的制冷系統(tǒng)消耗(約占冷庫(kù)總能耗的70%)[2]。

日益增長(zhǎng)的電力消耗給電力系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的壓力，早在2013年國(guó)家發(fā)改委就發(fā)布了《關(guān)于完善居民階梯電價(jià)制度的通知》，在保持居民用電價(jià)格總體水平基本穩(wěn)定的前提下，全面推行居民用電使用峰谷電價(jià)。在中國(guó)目前的電價(jià)體系中，大部分地區(qū)工商業(yè)用電分為“一般工商業(yè)用電”和“大工業(yè)用電”，對(duì)于冷庫(kù)若實(shí)行“大工業(yè)用電”則可以利用峰谷電價(jià)[3]，這也激勵(lì)了制冷行業(yè)使用蓄冷技術(shù)，在夜間峰谷電價(jià)時(shí)運(yùn)行制冷機(jī)組將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在白天用電高峰時(shí)再釋放出來(lái)，以緩解高峰電力供應(yīng)緊張的情況。劉金平等[4]在廣州珠江新城核心的集中供冷項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用冰蓄冷技術(shù)后減少了配電初投資1 800萬(wàn)元，運(yùn)行10余年制冷系數(shù)(COP)超過(guò)3.3，2019年僅一個(gè)夏季減少了18 MW的峰值電力負(fù)荷并轉(zhuǎn)移了3.772×107kW·h的峰值時(shí)段電力負(fù)荷至峰谷時(shí)段；并且提出了區(qū)域供冷在中國(guó)具有良好發(fā)展前景。對(duì)于比空調(diào)系統(tǒng)更加耗能的冷庫(kù)系統(tǒng)，利用蓄冷技術(shù)可帶來(lái)更加顯著的經(jīng)濟(jì)效益，緩解電力供給失衡問(wèn)題。陳放[5]提出了一種以氨/硝酸鋰為工質(zhì)的潛熱儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)行了熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)較常規(guī)氨雙級(jí)壓縮系統(tǒng)熱力性能提高了10.65%，每年節(jié)約電費(fèi)44.7萬(wàn)元。在用電緊張的地方，可應(yīng)用冰蓄冷技術(shù)提高冷庫(kù)的儲(chǔ)存效果同時(shí)緩解用電問(wèn)題。蓄冷技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，但在冷庫(kù)中的應(yīng)用還非常少，為此文章擬總結(jié)歸納可用于冷庫(kù)溫度區(qū)間的相變蓄冷材料的特點(diǎn)，及其在冷庫(kù)中的應(yīng)用案例，以期為未來(lái)蓄冷冷庫(kù)的發(fā)展提供參考。

1 蓄冷技術(shù)概述

由于相變材料(Phase change material，PCM)有很高的儲(chǔ)能密度，是當(dāng)前蓄冷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相變材料在冷鏈中的應(yīng)用有著很大的潛力。適合冷庫(kù)的相變材料要有適合的相變溫度，較大的潛熱的熱導(dǎo)率；沒有過(guò)冷，有穩(wěn)定的可逆融化和凝固的過(guò)程，不易燃燒、無(wú)毒，對(duì)材料無(wú)腐蝕性，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；應(yīng)該有較小的體積膨脹率和較低的蒸汽壓力，并且價(jià)廉易得[6]。蓄冷技術(shù)是先將獲得的冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在需要使用的時(shí)候再釋放出來(lái)的技術(shù)，是制冷技術(shù)的調(diào)節(jié)和補(bǔ)充。蓄冷技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在空調(diào)相關(guān)領(lǐng)域，在食品低溫物流和冷庫(kù)等行業(yè)的研究和應(yīng)用較少，但是這方面的需求也不容忽視。在電力處于低谷的時(shí)候制冷機(jī)工作制冷，利用儲(chǔ)能材料將這部分冷能儲(chǔ)存起來(lái)，在電力高峰時(shí)期再釋放出來(lái)，緩解用電高峰，提高能源利用率。蘇文等[7]討論了蓄冷技術(shù)在冷庫(kù)中的可行性，介紹了直接應(yīng)用于高溫冷藏庫(kù)用于減少制冷機(jī)組容量、低溫冷藏庫(kù)冷凝器循環(huán)冷卻水的降溫冷卻以及空調(diào)低溫水的制備3個(gè)方面。楊天潤(rùn)[8]搭建了相變蓄冷冷庫(kù)試驗(yàn)臺(tái)，采用相變(水凝膠：純水中添加碘化銀、硼砂等成核劑)蓄冷板儲(chǔ)存冷能，進(jìn)行了模擬和試驗(yàn)研究，解析模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型均有較好的一致性，經(jīng)濟(jì)性分析表明該冷庫(kù)回收期短，運(yùn)行收益優(yōu)良。相變蓄冷板在冷庫(kù)中的安裝位置也有研究，實(shí)際中的安放位置應(yīng)該優(yōu)先考慮頂部，可加強(qiáng)冷庫(kù)下部分的自然對(duì)流換熱，其次均勻地布置在側(cè)壁上，可使冷庫(kù)內(nèi)部溫度場(chǎng)分布更加均勻。孫靜等[9]研究了乙二醇蓄冷劑用于冷庫(kù)的可行性，設(shè)計(jì)了制冷劑、乙二醇載冷劑循環(huán)，試驗(yàn)結(jié)果表明乙二醇蓄冷劑用于果蔬冷庫(kù)可以達(dá)到果蔬貯藏保鮮的技術(shù)要求。郭偉杰[10]介紹了多溫級(jí)蓄能制冷系統(tǒng)在冷庫(kù)中的應(yīng)用，能夠充分利用峰谷電價(jià)達(dá)到削峰填谷，并且能量轉(zhuǎn)換效率高，儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)，可以適應(yīng)0 ℃的高溫冷庫(kù)和-18 ℃的低溫冷庫(kù)。此外，吳麗媛等[11]論述了相變蓄冷技術(shù)應(yīng)用于冷庫(kù)保鮮和低溫冷庫(kù)的廣闊應(yīng)用前景。

1.1 顯熱蓄冷

顯熱蓄冷是利用物質(zhì)的熱容在物質(zhì)不發(fā)生相態(tài)改變的情況下，隨著溫度升高或降低所吸收或釋放出來(lái)的能量，雖然顯熱蓄冷操作簡(jiǎn)單、成本低，但是所需蓄冷劑量大、所需空間多，大大地限制了其應(yīng)用。

Guan等[12]提出了使用固體石墨材料組為蓄能材料，用來(lái)加熱水的新型顯熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)。采用了兩種水箱組合系統(tǒng)來(lái)提高輸出溫度的質(zhì)量，防止顯熱蓄熱系統(tǒng)的溫度波動(dòng)。利用仿真軟件模擬，結(jié)果表明，采用了單雙罐系統(tǒng)兩步調(diào)整方法，固體石墨烯的蓄能材料可以滿足所需的熱水溫度要求。Vigneshwaran等[13]利用空氣作為蓄能材料，開發(fā)了一維動(dòng)態(tài)模型來(lái)研究不同模塊的顯熱存儲(chǔ)系統(tǒng)，利用動(dòng)態(tài)模型來(lái)研究適用于大規(guī)模應(yīng)用的顯熱存儲(chǔ)系統(tǒng)。分析了鑄鋼、鑄鐵和混凝土材料作為管殼結(jié)構(gòu)空氣在內(nèi)的儲(chǔ)能模塊，找出最適合集成到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中的最佳組合，儲(chǔ)存的能量可以用來(lái)發(fā)電，給鍋爐加熱水等。在冷庫(kù)蓄冷系統(tǒng)的研究中未見有顯熱蓄冷的應(yīng)用。

1.2 潛熱蓄冷

潛熱蓄冷是利用物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)吸收或釋放出來(lái)的能量，遠(yuǎn)高于利用熱容的顯熱吸收或釋放的能量，潛熱蓄冷的主要應(yīng)用有冰蓄冷、共晶鹽蓄冷技術(shù)等。

冰蓄冷技術(shù)也是使制冷機(jī)組在夜間峰谷電價(jià)時(shí)運(yùn)行，將制成的冰儲(chǔ)存起來(lái)，利用水的顯熱和潛熱將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)，待白天高峰時(shí)使用，選用冰作為蓄能材料是因?yàn)槠湎嘧儩摕釣?35 kJ/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液態(tài)時(shí)水的顯熱蓄冷量，儲(chǔ)能密度和水相比較大，因此需要的蓄冰槽也比蓄水槽小很多。但是也有著一些缺陷，由于冰的溫度為零度，導(dǎo)致蒸發(fā)溫度低以至于COP的下降，同時(shí)由于溫度低，管道系統(tǒng)需要保溫防止結(jié)露，系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制復(fù)雜。曹瓊[14]將冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用于糧食的低溫儲(chǔ)存中，可以很好地調(diào)節(jié)溫濕度保持糧食的品質(zhì)，降低糧食的發(fā)熱同時(shí)減少滅害蟲的投藥量，減少了糧食的化學(xué)污染。冰蓄冷技術(shù)還可以作為備用冷源，不僅可以緩解電力緊張狀況，而且還能降低制冷機(jī)組的裝機(jī)容量，使機(jī)組高效率滿負(fù)荷的運(yùn)行，提高能源利用率。江燕濤[15]提出了將動(dòng)態(tài)冰漿(冰漿、片冰)蓄冷技術(shù)應(yīng)用于冷庫(kù)制冷系統(tǒng)，利用其高濕低溫的特性可以提高冷庫(kù)果蔬的貯藏品質(zhì)。

1.3 熱化學(xué)蓄冷

熱化學(xué)蓄冷是利用某些物質(zhì)的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程會(huì)發(fā)生吸熱或放熱這一原理開發(fā)的蓄冷技術(shù)。目前該技術(shù)仍然處于研究中，存在一系列問(wèn)題需要解決才能用于實(shí)際工程中。在一定壓力的條件下，將某種氣體通入水中發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)釋放熱量，并生成氣體水合物晶體，反應(yīng)釋放的熱量，反過(guò)來(lái)加熱氣體水合物時(shí)，會(huì)發(fā)生吸收熱量的分解反應(yīng)，兩個(gè)過(guò)程都是相變過(guò)程，有較高的相變潛熱。包華汕[16]利用氯化銨—氨/氯化錳—氨吸附工質(zhì)的再吸附制冷循環(huán)對(duì)冰箱保溫箱體改造，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下(20～35 ℃)箱體大空間0～5 ℃的冷藏和小空間0 ℃以下的冷凍效果，冷藏空間在-1～6 ℃、冷凍空間在-10 ℃以下可以維持3 h。

2 相變蓄冷材料在冷鏈中應(yīng)用的研究進(jìn)展

相變儲(chǔ)能材料是冷庫(kù)蓄冷的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，不過(guò)目前相變材料仍然存在一些缺陷，這主要是由于過(guò)冷度大，導(dǎo)熱性差，穩(wěn)定性差等因素造成的。對(duì)于相變材料的這些缺陷，可添加成核劑以降低過(guò)冷度。成核劑可以在材料的相變過(guò)程中促進(jìn)晶核的形成，加快晶化速率，從而降低過(guò)冷度[17]。添加納米顆粒增強(qiáng)導(dǎo)熱性，例如金屬納米顆粒，非金屬納米顆粒和氧化石墨烯均勻地分散在相變材料中，以增強(qiáng)材料的整體導(dǎo)熱率[18]。添加聚合物材料以提高穩(wěn)定性，往相變材料中添加高分子量聚合物不僅在某種程度上降低了材料的過(guò)冷程度，消除了相分離，而且使材料具有良好的機(jī)械性能并增強(qiáng)了材料的熱穩(wěn)定性[19]。

目前相變材料已經(jīng)越來(lái)越多地用于易腐食品、疫苗和藥品的貯運(yùn)中，具體的蓄冷溫度與產(chǎn)品本身的性質(zhì)有關(guān)。Melone等[20]研制了在4～10 ℃溫度區(qū)間用于冷藏包裝的不同相變潛熱值的相變材料。Leducq等[21]研究了冰激淋貯運(yùn)中的相變蓄冷材料，長(zhǎng)期貯藏狀態(tài)下溫度波動(dòng)對(duì)冰晶尺寸分布的影響，并與傳統(tǒng)聚丙乙烯的包裝材料比較，發(fā)現(xiàn)相變蓄冷材料和傳統(tǒng)的聚丙乙烯材料相比可以使冰淇淋的溫度保持更加穩(wěn)定，并且PCM材料的相變溫度接近冰激淋的儲(chǔ)存溫度，可以改善冰淇淋的貯運(yùn)條件。劉升等[22]發(fā)明了一種混合山梨糖醇、硼砂和水的復(fù)合相變蓄冷材料，主要用于水果和蔬菜，以及疫苗的冷藏，該相變材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，并且無(wú)毒。章學(xué)來(lái)等[23]開發(fā)了一種用于相變溫度為5～15 ℃的相變儲(chǔ)能材料。該材料由月桂酸、單寧酸、十四烷醇和十二烷組成根據(jù)m月桂酸∶m單寧酸∶m十四烷醇∶m十二烷=27.1∶28.5∶29.6∶14.8混合。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種新的相變儲(chǔ)能材料的相變潛熱為154 kJ/kg，相變溫度為5.13 ℃，經(jīng)過(guò)600次循環(huán)仍顯示出良好的熱工性能，不發(fā)生相分離，適用于生鮮食品的冷鏈物流。陳嘉杰等[24]研究并測(cè)量了十二烷/膨脹石墨復(fù)合相變冷庫(kù)材料，該相變材料的相變溫度為-10.62～-9.82 ℃，相變潛熱為124.8～125.1 kJ/kg。Zhao等[25]開發(fā)了一種適用于冷鏈物流的復(fù)合相變材料，稱為TD-LA/EG，相變溫度為4.3 ℃，相變潛熱為247.1 kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為0.965 7 W/(m·K)，經(jīng)過(guò)400次高溫和低溫循環(huán)穩(wěn)定性試驗(yàn)后仍保持較好的穩(wěn)定性，其相變溫度僅升高了0.6 ℃，相變潛熱減少了1.9 kJ/kg，在冷庫(kù)和冷鏈運(yùn)輸有很好的應(yīng)用前景。班超方等[26]研制了一種過(guò)冷度較小的低溫復(fù)合相變材料，可以適用于低溫冷庫(kù)，其相變溫度為-25～-23 ℃，相變潛熱在200 kJ/kg以上，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)穩(wěn)定性試驗(yàn)后不會(huì)出現(xiàn)相分離。

3 相變蓄冷材料在冷庫(kù)中的應(yīng)用

相變蓄冷材料在冷庫(kù)中相當(dāng)于處于存放能量的倉(cāng)庫(kù)，高效率的貯存和釋放冷量需要相關(guān)設(shè)備的幫助[27]。范國(guó)濱等[28]為相變蓄冷冷庫(kù)提供了一種技術(shù)解決方案，即利用放熱回路、吸熱回路和相變材料進(jìn)行熱交換，該裝置尺寸小且能耗低。翁立奎等[29]設(shè)計(jì)了一種相變冷庫(kù)系統(tǒng)，以解決冷庫(kù)溫度場(chǎng)分布不均勻的問(wèn)題，用以防止“冰相變”浮起從而降低傳熱效率。區(qū)自強(qiáng)等[30]發(fā)明了一種相變式蓄冷裝置，可以有效地抑制蓄能材料的溫度分層問(wèn)題，提高蓄冷效率和蓄冷效果，并延長(zhǎng)蓄能材料的使用壽命。葛磊等[31]發(fā)明了一種高精度的液冷混流溫度控制裝置，包括相變冷庫(kù)和儲(chǔ)液罐，可以在不同的設(shè)定溫度范圍內(nèi)使冷庫(kù)溫度穩(wěn)定。

趙建輝[32]通過(guò)改造集裝箱為冷庫(kù)，用于低溫運(yùn)輸血液、疫苗等物資，使用了正十四烷為相變蓄冷材料，相變溫度為4.29 ℃，潛熱為216.2 kJ/kg，滿足血液(3～6 ℃)和疫苗(2～8 ℃)的溫度要求，并研制了一種結(jié)合泡沫銅材料，進(jìn)行了配方優(yōu)化，加快了凝固、融化速度，提高了冷庫(kù)裝備效能。吳麗媛等[33]將蓄冷系統(tǒng)加入冷庫(kù)中使用，利用保溫箱模擬冷庫(kù)，驗(yàn)證了在電價(jià)高峰的8 h內(nèi)冷庫(kù)內(nèi)溫度波動(dòng)小于0.6 ℃，最大溫差小于1.1 ℃，可以實(shí)現(xiàn)貨物保存的要求。Wang等[34]研究了相變蓄冷材料對(duì)冷庫(kù)性能的影響，在物理尺寸2 000 mm×1 200 mm×1 400 mm，保溫墻厚度為100 mm的小型高溫冷藏庫(kù)中進(jìn)行了試驗(yàn)，測(cè)量了冷庫(kù)不同區(qū)域的溫度，試驗(yàn)期間冷庫(kù)內(nèi)的溫度未超過(guò)5 ℃，符合食品保存的溫度要求。此外，還評(píng)估了其經(jīng)濟(jì)性能，該相變蓄冷冷庫(kù)的投資回收期約為4.1年。

蓄冷劑在使用時(shí)常制作成蓄冷板的結(jié)構(gòu)。蓄冷板也稱為冷板，在冷凍后，通過(guò)釋放儲(chǔ)存在內(nèi)部低共熔鹽溶液中的冷量來(lái)完成冷卻過(guò)程。冷板的外包裝通常由高密度聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍復(fù)合膜、鋁塑復(fù)合膜和其他材料制成。在實(shí)際應(yīng)用中，冷板與外界之間的熱交換性能制冷系統(tǒng)的制冷性能影響很大。Zhu等[35]分析了蓄冷劑的類型和質(zhì)量對(duì)冷板的蓄冷量的影響，以及蓄冷劑的類型，環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射對(duì)釋冷時(shí)間的影響，并提出了提高蓄冷板的蓄冷容量，減少蓄冷板充時(shí)間的方法。Li等[36]開發(fā)了一種新型的曲折結(jié)構(gòu)的蓄冷板，并將該蓄冷板的冷卻性能與3種不同尺寸的新型冷板進(jìn)行了比較，新型曲折結(jié)構(gòu)蓄冷板的冷卻速度更快，冷卻的時(shí)間縮短了39.1%。Zhang等[37]研究了初始溫度為30 ℃的NaCl蓄冷板冷卻到-25，-35，-40 ℃的冷卻和凝固過(guò)程，以及在冷庫(kù)中的釋放冷量過(guò)程。在冷卻凝固過(guò)程中，環(huán)境溫度對(duì)共晶液體開始結(jié)晶的時(shí)間影響很大，當(dāng)共晶液體開始結(jié)晶并至完全凍結(jié)時(shí)，環(huán)境溫度對(duì)其影響很小。在釋放冷量的過(guò)程中，當(dāng)環(huán)境溫度高于共晶液體的共晶溫度時(shí)，外部環(huán)境對(duì)冷藏板的冷卻釋放時(shí)間以及共晶鹽融化的過(guò)程有很大影響。

蓄冷板尺寸和放置的位置對(duì)于冷庫(kù)溫度場(chǎng)的影響。冷板在進(jìn)行熱交換時(shí)，環(huán)境溫度、冷板的尺寸、共晶液體的類型和制冷劑的量以及冷板的形狀都會(huì)對(duì)冷板的換熱過(guò)程產(chǎn)生不同程度的影響。邵陽(yáng)等[38]提出了頂置蓄冷板的冷庫(kù)，有霜時(shí)庫(kù)內(nèi)溫度波動(dòng)比無(wú)蓄冷板的冷庫(kù)減小了2.49 ℃，無(wú)霜時(shí)溫度波動(dòng)比無(wú)蓄冷板的冷庫(kù)減小了2.92 ℃，有效提高了藏品的質(zhì)量。楊鳳等[39]基于連續(xù)融霜的冷庫(kù)，研究了頂置蓄冷板對(duì)冷庫(kù)內(nèi)溫度波動(dòng)的影響，對(duì)比無(wú)頂置蓄冷板的冷庫(kù)發(fā)現(xiàn)使庫(kù)房?jī)?nèi)溫度波動(dòng)減小了2.94 ℃。范中陽(yáng)等[40]利用保溫箱模擬冷庫(kù)，研究了兩種冷板(放在頂部和周圍)對(duì)冷藏保溫箱中的環(huán)境溫度以及卷心菜的中心溫度以及過(guò)程中卷心菜質(zhì)量變化的影響。冷板放置在保溫箱四壁周圍時(shí)比放置在頂部具有更大的優(yōu)勢(shì)，箱中的溫度上升相對(duì)平坦。冷板放置在頂部時(shí)箱內(nèi)溫度升高較快，卷心菜的營(yíng)養(yǎng)指數(shù)迅速降低，所以建議在實(shí)際冷庫(kù)配置中盡可能將冷板放置在周圍。Zhao等[25]同時(shí)還開發(fā)了一種新型的疫苗冷庫(kù)，將開發(fā)的低溫相變材料與冷庫(kù)設(shè)備結(jié)合起來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，冷庫(kù)空載時(shí)，疫苗冷庫(kù)內(nèi)環(huán)境保持在2～8 ℃的最長(zhǎng)時(shí)間為47.73 h，冷庫(kù)頂板保持在2～8 ℃的時(shí)間最短為40.78 h。加載試驗(yàn)時(shí)，疫苗冷庫(kù)中維持2～8 ℃的最長(zhǎng)時(shí)間為52.36 h，可以確保疫苗始終處于所需的低溫環(huán)境中。

4 新型蓄冷技術(shù)在冷庫(kù)中的應(yīng)用

近年來(lái)，水合物蓄冷冷庫(kù)技術(shù)克服了冰蓄冷冷庫(kù)、水蓄冷冷庫(kù)和低共熔鹽冷庫(kù)的缺點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。因?yàn)樵摷夹g(shù)涉及水合物的形成放熱和溶解吸熱，可以用來(lái)制冷和蓄能。水合物包括烷烴水合物、鹵代烴水合物、CO2水合物、水溶性有機(jī)水合物和混合水合物。還可以通過(guò)添加劑(主要是表面活性劑、納米顆粒、多孔材料和熱力學(xué)促進(jìn)劑)等方法優(yōu)化其熱力性能，因此水合物冷庫(kù)的工業(yè)應(yīng)用顯示出巨大的潛力[41]。

在水合物中，CO2水合物對(duì)環(huán)境的影響最小，水合物蓄冷冷庫(kù)的COP可以達(dá)到8.0或更高[41]。由于可以采用不同的冷庫(kù)和冷卻方法，因此水合物冷庫(kù)技術(shù)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和適應(yīng)性。不過(guò)，在研究新的水合物蓄冷介質(zhì)，混合水合物介質(zhì)的使用和相互協(xié)同方法，水合物漿液的研究以及商業(yè)推廣方面，還需要進(jìn)一步的探索。

Yan等[42]介紹了一種新型的冷庫(kù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由基于熱管的天然冰存儲(chǔ)子系統(tǒng)和用于建筑物的雙運(yùn)行式制冷機(jī)組成，以增強(qiáng)其能源靈活性。在北京的一棟小型冷庫(kù)建筑中進(jìn)行了案例研究，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合熱管和冷凍水的冷庫(kù)系統(tǒng)在性能和配置上顯示出極大的互補(bǔ)性，建筑物冷庫(kù)的負(fù)荷系數(shù)從季節(jié)性的49.5%降低到19.5%，每日的負(fù)荷系數(shù)從72.2%降低到55.7%。結(jié)合了自然冷卻和機(jī)械冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，用不同的模式運(yùn)行，以提供季節(jié)性冷藏，夜間冷凍水制備存儲(chǔ)和特殊情況下的緊急需求，可用于緩解長(zhǎng)期，短期和實(shí)時(shí)的電力不平衡。王俊等[43]總結(jié)分析了分布式能源系統(tǒng)與蓄能技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用現(xiàn)狀，表示蓄能技術(shù)和可再生能源分布式系統(tǒng)耦合是未來(lái)的重要發(fā)展方向。

5 總結(jié)與展望

研究表明：利用相變材料在用電低谷時(shí)段蓄冷，在用電高峰時(shí)段釋放儲(chǔ)存的冷量，可緩解電網(wǎng)的負(fù)荷，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。同時(shí)相變蓄冷材料儲(chǔ)存的冷量可以減少冷庫(kù)內(nèi)的溫度波動(dòng)并有更好的保冷效果。相變蓄冷材料與冷庫(kù)結(jié)合可以使冷庫(kù)達(dá)到更好的冷藏效果，緩解當(dāng)下緊張的電力失衡問(wèn)題。冷庫(kù)的快速發(fā)展給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)也帶來(lái)了能源的快速消耗問(wèn)題，目前電能的使用狀況并不樂觀，電力失衡的問(wèn)題突出，蓄能技術(shù)的推廣應(yīng)用日益受到關(guān)注。冷庫(kù)是耗能大戶，蓄冷技術(shù)的研發(fā)更是迫在眉睫，這將提高能源利用率，緩解電網(wǎng)的峰谷差現(xiàn)象。相變蓄冷材料在今后的研究中需要強(qiáng)化導(dǎo)熱，研究成本更低的配方并易于制備，針對(duì)不同的溫度需求進(jìn)一步細(xì)化溫控條件，并拓展其在冷庫(kù)中的應(yīng)用，同時(shí)要注意相變材料的泄漏問(wèn)題。在冷庫(kù)應(yīng)用中，還需要注意蓄冷板的數(shù)量、形狀、尺寸以及安裝位置對(duì)冷庫(kù)運(yùn)行的影響，用以達(dá)到更加均勻的溫度分布、更小的溫度波動(dòng)、更加合理的制冷系統(tǒng)配置以及更加經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效率。