自然冷源在冷链的利用

关键词　自然冷源通风库跨季节蓄冷相变蓄冷二氧化碳载冷自然工质

一、自然冷源的 2 种利用路径

自然冷源的利用分直接与储存 2 条路径。直接利用是在冬季用室外低温空气给库内降温换气，代表设施是通风库与微型节能冷库；储存利用是把冬季的冰、雪或低温水体的冷量存起来，夏季再置换出来，代表设施是跨季节蓄冷库与相变蓄冷系统。

2 条路径的成本结构不同。直接利用的设备投入少，运行中只有风机与水泵耗电；储存利用要多付蓄冷介质与换热系统的投入，换回来的是夏季机械制冷运行时间的下降。

图 1　自然冷源的 2 条利用路径

二、通风库在产地的适用条件

通风库是在自然冷源充沛地区采用保温隔热建筑，通过通风方式降温换气的贮藏设施。农业农村部发布的设施建设材料给出的适用区域是三北地区（华北、西北和东北）、华东地区的部分省市及西南部分地区，适宜柑橘、马铃薯等大宗耐贮果蔬。

通风库的优点是降温比贮藏窖快，投资及运行成本比冷藏库低；缺点是温度受外界气候影响，昼夜温差明显，管理复杂。库门为保温门，进风口和出风口采用保温窗，库内设置循环风机使环境均匀。

三、冬季通风降温的能耗

冬季通风降温的能耗明显低于机械制冷。科普中国发布的微型节能冷库材料给出的数据是，贮量 1.5 万公斤的库体在果菜前期预冷与降温阶段单机日耗电 40 到 50 千瓦时，库温稳定后日耗电约 7 到 8 千瓦时，冬季北方地区结合自然冷源通风降温时的月耗电量为 7 到 8 千瓦时。

设备造价也在产地可承受的范围内。微型节能冷库一般造价 4 万到 5 万元，利用旧房或土窑窖改建可以减少土建费 30% 到 50%，使用寿命可达 30 年。

效果上有产地的实测。每日甘肃网 2026 年 3 月报道，定西市安定区的自然冷源贮藏库用压差式通风气调技术，马铃薯贮藏 5 个月的损失率控制在 8% 以下。

图 2　自然冷源设施的耗电量对照（千瓦时）

四、跨季节蓄冷的技术原理

跨季节蓄冷把冬季的冷量以冰或相变材料的形式储存，夏季作为冷源使用。中国农业大学李里特团队的技术方案是以水为基质，冬季把冷资源以冰的形式贮存，同时释放潜热维持库内温度，夏季用冰提供低温与高湿条件。

人民日报 1995 年 3 月 5 日的报道记录了这项技术的首座工程：河北饶阳建成 1200 吨果蔬保鲜库，库内温度控制在 ±1℃ 左右，湿度维持在 90% 以上；同等贮量的自然冷源库比机械制冷库每年节电 15 万到 40 万千瓦时，合 4 万到 10 万元，停电 2 天到 3 天不会造成大的损失。

天津滨海生态农业科技园与河北工业大学合作应用自然冷能跨季节储存技术，把冬季冰雪的冷能存于浅层土壤与地下室，夏季经泵房水处理与储冷换热置换出来供冷。中国供销合作网披露的对比是，同样为 1 万平方米面积供冷，压缩机功率 300 千瓦，与地源热泵匹配的功率为 30 千瓦，耗电为压缩机的 1/10。

五、相变蓄冷改造的实测结果

相变蓄冷是跨季节蓄冷在冷库场景的落地形式，用相变材料在谷电时段蓄冷、峰电时段释冷。中车齐车集团石家庄公司为北京首农集团 600 平方米冷库做改造，人民网河北频道报道的对比测试结果是：传统风冷式冷库日耗电 622.4 千瓦时、日均电费 574.5 元、制冷日均启停 43.5 次；相变蓄冷式冷库日耗电 518.3 千瓦时、日均电费 272.2 元、制冷日均启停 11.86 次。节能 16.73%，降费 52.64%，启停次数降低 72.74%，年减排二氧化碳 12.3 吨。

深圳机场国际货站进港冷库二期采用森若新材科技有限公司的分布式相变蓄能系统，用 5 摄氏度与 -18 摄氏度 2 档相变材料。深圳市人民政府门户网站披露的实测数据是，节能率约 15%，叠加峰谷电价政策后电费节约超过 66%。

图 3　相变蓄冷改造前后的电费（元/天）

六、自然工质制冷剂的替代

自然冷源的另一层含义是自然工质制冷剂。二氧化碳（R744）的全球变暖潜能值为 1，氨（R717）与丙烷（R290）属于低潜能值的天然工质，替代氢氟碳化物可以大幅压低制冷剂环节的碳排放。

装备端的做法是复叠与载冷。冰轮环境技术股份有限公司 2025 年年度报告披露，公司的 NH3/CO2 螺杆复叠制冷系统关键技术获中国制冷学会科技进步奖特等奖，“自然工质 CO2 热力循环高效转化关键技术”获天津市技术发明奖一等奖。福建雪人股份有限公司把二氧化碳载冷与超低温方案落到冷库项目，玉湖冷链广州交易中心库容 5.2 万吨、成都交易中心库容 11.7 万吨采用 R744/R507A 复叠配置；菲律宾 Kryos 冷库采用 R744/R717 双天然工质复叠。

七、CO2 载冷的能效表现

二氧化碳作为载冷剂的能效优势来自物性。冷库视界给出的口径是，二氧化碳冰点低、黏度小，可减少载冷剂输送过程的压力损失，泵功率可节约 90%，蒸发器无油膜覆盖，换热效率高。

换热温差小带来除霜周期的拉长。采用二氧化碳载冷的项目，蒸发器换热温差小，部分项目连续运行 2 年仍无需除霜；除霜周期长，货物干耗少，储存果蔬时减少水分丢失，运行费用随之下降。

系统压力高是二氧化碳的短板。低压循环系统的设计压力高于常规氟系统，对管路与阀件的选型要求更高，这是载冷方案在设计阶段要解决的问题。

八、自然冷源在冷链的利用判断

自然冷源的利用分产地和城市 2 类场景。产地端的通风库与微型节能冷库，投入在数万元级，冬季结合自然低温通风可以把月耗电压到 7 到 8 千瓦时，适合马铃薯、柑橘这类耐储果蔬，缺点是对气候的依赖强。

城市端的相变蓄冷与自然工质制冷，投入更大，收益来自峰谷价差与制冷剂替代。中车齐车集团石家庄公司的改造把电费降了 52.64%，深圳机场进港冷库二期把电费节约做到 66% 以上；自然工质方面，冰轮环境的 NH3/CO2 复叠与雪人股份的 R744 载冷已经在万吨级冷库落地。

2 条路径的边界由地理条件划开。年均气温低的地区适合直接利用，峰谷电价差大的地区适合蓄冷，制冷剂替代则在所有地区都受配额约束推动。

图 4　自然冷源利用的 3 类技术

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