铁路机械冷藏车运输果蔬理论浅析

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摘要:发展果蔬铁路冷藏运输对节能环保有重要意义。由果蔬贮藏特性可知预冷对果蔬贮运质量有着极大的影响。本文对铁路机械冷藏车主要热负荷组成进行分析，并以运输香蕉和葡萄为例进行计算。结果表明果蔬预冷热负荷占铁路机械冷藏车总负荷的60%以上。最后介绍了新型铁路机械冷藏车运输果蔬的试验情况。

关键词:铁路；机械冷藏车；果蔬运输

我国是农业生产和农产品消费大国，果蔬生产是我国农业经济的重要支柱之一。目前全国蔬菜产量约占全球总产量的60%，水果产量占全球总产量的30%[1]。为保证果蔬品质和安全，减少资源浪费，世界各国都普遍重视果蔬的贮藏和运输。欧美国家的果蔬的冷链贮运技术发达，冷藏运输率高达80%～100%，损耗率不到5%[1]。我国由于果蔬采后处理和冷链装备及技术缺乏，特别是专业化预冷设施严重匮乏，大约80%的果蔬未经预冷在较高的环境温度或常温状态下流通，导致果蔬采后流通损失严重。根据冷链市场调研统计，果蔬腐烂每年就超过1.42亿吨，经济损失达1000亿元以上。同时由于未及时进行预冷处理及采用冷藏运输，造成营养成分流失以及可能产生霉变和腐烂，给国民的食品安全带来一定的威胁。随着国民经济的发展，人们的消费观念也从初级需求“吃得到”向更高要求“吃得好”转变，更注重食品的质量、新鲜和安全。近年来，国家进一步加强对食品安全的重视，出台了新的《食品安全法》等系列政策和法规。在“十四五”开局之年，国家提出了“构建以国内大循环为主体、国际国内双循环相互促进新发展格局”，果蔬的冷链物流产业受到更加广泛的关注。铁路冷藏运输具有长距离、大运量、全天候、安全高效、节能环保等运输优势，上世纪曾在相当长的时期是我国果蔬等鲜活货物的主要运输方式。随着市场经济结构转变和高速公路的发展，尤其是绿色通道的开通，铁路冷藏运输量急剧下降。近年来，国家相继提出“打赢蓝天保卫战”、“美丽中国”等系列环保发展国策，“调整运输结构，减少公路货运量，增加铁路货运量”将促进冷链运输逐渐由公路向铁路转移，铁路机械冷藏车作为果蔬主要运输工具，其技术发展直接将为增加铁路冷链运量，推动冷链运输公转铁发挥重要推动作用。

1果蔬贮运特性

果蔬是有生命的活体，采收后仍在继续其生命活动，主要标志就是“呼吸作用”，即果蔬会利用空气中的氧和其本身所含的糖、酸等营养成分发生化学变化，从而取得维持其生命活动所必需的热量，同时释放出二氧化碳、水和多余的热量。果蔬的后熟作用或衰老过程也是一个消耗其本身营养物质而导致变质或腐烂的过程。果蔬呼吸热的大小与环境温度成非线性关系。温度升高，呼吸热会以更快的速度进行。果蔬采收后，不但携带大量的“田间热”，同时具有高呼吸热的特点，迅速排除“田间热”，将其降到适宜的温度、抑制其呼吸作用是果蔬贮藏运输面临的关键问题。而预冷措施可以迅速排除“田间热”、抵制呼吸作用的进程，是延长果蔬贮藏期、保障货物质量的基本保证。相关试验表明，果蔬采摘后在不同的冷却条件下，贮藏的效果是不同的：9月份采摘的苹果，采摘后经6个星期把果温降低到2℃，在2℃条件下只能贮藏12～20天；采摘后经7天把果温降低到2℃，再经28天降低到0℃，在0℃条件下可贮藏6个月；采摘后经7天把果温降低到0℃，在0℃条件下可贮藏7个月；采摘后经7天把果温度降低到-1℃，在-1℃条件下可贮藏9个月[2]。在20℃下采收的花椰菜，保鲜期最多2天；而将其迅速冷却到0℃，保鲜期可增至42天[1]。苹果、梨等采后在常温下存放1天，将失去10天的低温贮藏期，豌豆采后在20℃下放置1～3天，将缩短12～25天的贮藏寿命[3]。由此可见，果蔬采收后冷却速度和冷却终温对果蔬的贮藏效果的影响十分显著。另外，果蔬在不同贮藏温度下的营养流失速度是不同的。在23℃～25℃室温条件下，6天内菜芯中维生素C下降了59.4%；但在4℃冷藏时，6天内菜芯中维生素C只降低了8%[4]。因此，果蔬采收后及时预冷处理可以延长其保鲜期，同时预冷可以减少营养流失，保持其原有的外观和风味。

2机械冷藏车主要热计算

铁路机械冷藏车车内主要热负荷的研究是其制冷设备研制或选型时的依据。制冷设备的制冷能力主要是根据运输货物时所需要抵消各种因素条件下产生的热量来决定的，货物在运输过程中，车内产生的热量由以下多种因素构成[5]。（1）车体传热产生的热量：Q1=3.6kF（t外－t内）Z(1)式中：k为车体传热系数，W/(m2•K)；F为车体传热面积，m2；t外为车外计算温度，℃；t内为车内计算温度，℃；Z为传热时间，h。（2）车体漏热产生的热量Q2＝0.1Q1(2)（3）太阳辐射产生的热量Q3＝3.6YkF（t阳－t内）Z阳(3)式中：Y为太阳照射面占车体传热面积的百分比，%；t阳为太阳照射面的车体表面温度，℃；Z阳为计算期间太阳照射车辆的时间，h。（4）通风换气产生的热量Q4＝V通[c(t外－t内)＋q(f1p1－f2p2)](4)式中：V通为计算期间的通风容积，m³；c为空气的容积比热，kJ/(m³•K)；q为水蒸汽的凝结热或凝固热，车内零上温度时为凝结热，kJ/g；f1、f2分别为通风换气时外界与车内空气的相对湿度；p1、p2分别为空气在外界与车内温度时的饱和绝对湿度，g/m3。（5）货物降温时所产生的热量Q5＝(m货c货＋m容c容)△t货(5)式中：m货、m容分别为货物及包装容器的重量，kg；c货、c容分别为货物及包装容器的比热，kJ/(kg•K)；△t货为计算期间货物降温的度数的温度，℃。m货＋m容＝M货(6)M货＝Vrφ(7)M货为冷藏车的装载量，kg；V为冷藏车的装载容积，m³；r为易腐货物的平均单位体积重量，kg/m³；φ为考虑到货物和包装尺寸与车辆内部尺寸不协调时的充满系数。（6）车体降温产生的热量Q6=m车c车[t初－(t'外+t'内)/2](8)式中：m车为车体需冷却部分的重量，kg；c车为车体需冷却部分的平均比热，kJ/(kg•K)；t初为车体初始温度，℃；t'外、t'内分别为计算期间终了的当量的车外和车内温度，℃。（7）货物呼吸产生的热量Q7＝0.0036m货•q货•z货(9)式中：q货为货物在车内温度下的呼吸热，W/t；z货为货物在车内放出的呼吸热的时间，h。（8）车内产生的总热量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6＋Q7(10)（9）制冷设备热负荷Qh＝Q/(3600Z)(11)根据中铁特货运输的货物统计分析，运输鲜货量最大依次为香蕉、葡萄、蔬菜。香蕉的承运温度为11℃～15℃，葡萄的承运温度为1℃～4℃。香蕉主产区为海南和广西。海南香蕉可一年四季出产，主要采摘时间为9月份。海南岛9份平均气温为25℃～35℃。葡萄主产区为新疆哈密，主要采摘时间为8月和9月，哈密8月平均气温17℃～33℃，9月平均气温11℃～28℃。运输葡萄时一般采用夜间装货，货物装车时的温度约为25℃。表1为铁路机械冷藏车夏季运输果蔬的制冷负荷计算情况。由以上计算分析可知，货物预冷负荷占总负荷的60%以上。

3预冷对铁路机械冷藏车运输果蔬的重要性

从果蔬贮运的特性和车内热负荷的分析，结合铁路机械冷藏车制冷特点来看，预冷对铁路机械冷藏车运输果蔬的重要性主要包括：运输货物品质保障、装备制造成本、运输成本和运输效率等。

3.1有利于保证货物运输质量

既有的铁路机械冷藏车运输果蔬的试验和经验表明了预冷对果蔬运输的重要性。如果能在货物装车后及时把货物温度降低至适宜温度，则在后续运输过程中，就能比较均衡、稳定且比较经济地保持货温的适宜温度，从而有效地保证货物质量。如果装车后不能及时把货温降低至适宜温度，则在后续运输过程中，即使频繁地开启制冷设备，仍然不能把货温降低至要求的温度范围，更不能保持均匀、稳定与适宜的温度，因而不能可靠地保证货物质量。未预冷货物装车后降温困难的主要原因，一是果蔬采收后“田间热”大，同时温度不能迅速下降，又会刺激货物的呼吸作用从而促进货物间内温度的升高；二是货物不能及时降低到适宜温度，又会促进“呼吸高峰”的到来，更加恶化了冷藏车的降温效能。运输经验证明车内温度不能在36～48小时内降到适宜温度，果蔬质量就极难保证，易造成果蔬运输的腐烂事故。为了提高铁路机械冷藏车运输果蔬的品质保证，《铁路鲜活货物运输规则》还要求果蔬装货前应对车体进行预冷，运输香蕉时预冷温度为11℃～15℃，运输菠萝和柑桔时预冷温度为9℃～12℃，其它货物厢体的预冷温度为0℃～3℃。目的就是果蔬装车后，制冷设备的制冷能力完全用于对货物快速降温，并且对于运输已预冷货物，车体预冷有利于减少货物的温度波动，也利于保证的货物品质。

3.2有利于降低装备制造成本

在货物预冷充分的条件下，机械冷藏车可配置制冷量较低的制冷设备，可降低制冷设备的采购成本成本。另一方面，对车体隔热性要求可降低。如在相同的车体结构条件下，可以减少保温层的厚度，从而增加车内装货的有效容积，减轻车辆自重，增加载重，降低车辆的制造成本。另外，还可以考虑在春末夏初等环境温度不太高的季节采用隔热保温车代替代机械冷藏车承运一些对控温范围要求不太严格的货物，而隔热保温车的制造相比机械冷藏车节省了制冷设备的采购、安装调试、试验费用，大幅度降低了车辆的制造成本。

3.3有利于降低运输成本

果蔬是否预冷对运输能耗影响较大，采用机械冷藏车承运未预冷货物需要长时间运行制冷设备对货物进行降温。理论计算和运行经验表明，用于货物降温的热负荷占总热负荷的60%～80%。运输预冷香蕉和未预冷香蕉对比可知，万吨公里燃油消耗量差别在5kg～8kg之间。果蔬在运输前通过冷库或预冷设备进行预冷的费用要比在冷藏车上预冷费用低得多。大型冷库的制冷成本约为机械冷藏车制冷成本的1/8[5]。而且机械冷藏车的制冷设备主要由发动机驱动，而在地面冷库预冷通常采用电力驱动，更加节能环保。已预冷货物在春末夏初等环境温度不太高的季节还可以使用隔热保温车运输，运输途中无油耗、无机械故障、无污染，节能环保。且相同外形尺寸的隔热保温车的容积比机械冷藏车的容积更大，有利于提高车辆的载重，降低运输费用。

3.4有利于提高装备的运用效率

果蔬是否预冷可影响机械冷藏车的一次加油后的续航时间，货物预冷可以减少制冷燃油消耗，从而减少加油作业次数，减少车辆整备时间，提高车辆直达速度，使车辆周转时间得到压缩，提高了车辆的运用效率。货物预冷后采用隔热保温车运输时无须加油作业，相比机械冷藏车的装卸作业停留时间更短，直达速度更快。另外，隔热保温车上没有制冷设备，大大缩短了其检修维护时间，车辆运用效率更高。

4新型铁路机械冷藏车运输果蔬的实践

随着制冷和电气控制技术的进步，新型冷藏运输装备制冷机组技术得到显著发展，在节能环保性提高的同时，对承运货物品质保障的实用性也得到明显改善。将传统恒温和通风模式改进为全自动控制的启停模式和连续运行模式。当选择使用连续运行模式时，货间温度达到设定温度时，制冷机组不停机，持续以小冷量工作，将货间的温度波动控制在极小范围内，减少了货物的温度波动，更好的保证货物的运输品质。2016年6月，中车长江车辆有限公司利用B10型单节机械冷藏车进行制冷机组升级换代的改造车进行了运输果蔬的试验研究，从青州市运输土豆、姜、胡萝卜、南瓜、冬瓜、西红柿、包菜、芹菜、水蜜桃、大蒜等到额济纳旗。货物从冷库经汽车转运至货场，货物装车前，对车厢进行预冷，在车内采用紧密堆码装载。制冷机组的运行模式设定为连续运行模式，车内温度设定为0℃。总运输时间为140小时。试验结束卸车时，承运货物品质完好，未出现货损情况。

5结束语

果蔬的铁路冷链运输直接关系到国计民生，对国家经济更好的高质量可持续发展意义重大。果蔬预冷后运输以及铁路机械冷藏车技术水平直接影响果蔬运输品质和运输经济性。随着国家对整个冷链建设的完善和铁路机械冷藏车的技术创新，铁路机械冷藏车将担负更多的果蔬运输作用。

参考文献

[1]尚海涛,凌建刚,朱麟,等.果蔬预冷与我国冷链物流的发展[J].农产品加工(创新版),2013(2):52-56.

[2]陈善道.水果蔬菜贮运前的预冷[J].长沙铁道学院学报,1979(1):93-103.

[3]车凤斌.预冷是提高保鲜质量的重要技术措施[J].保鲜与加工,2002(2):26.

[4]何晓灵,郭凌,罗宗铭,等.蔬菜及水果的贮存与质量变化的研究[J].广州化工,2000,28(4):20-23.

[5]孙桂初,刘东岭.铁路冷藏运输[M].北京:中国铁道出版社,1994.

作者:张敏 景传峰 高建华 金晓平 舒麟 单位:中车长江车辆有限公司