食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與應(yīng)用

屈睿瑰，宗 巖，劉廣海，謝如鶴，黃 欣

（1. 廣州城市職業(yè)學(xué)院 城市建設(shè)工程系，廣東 廣州 510405；2. 中國(guó)鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844；3. 廣州大學(xué) 物流與運(yùn)輸研究所，廣東 廣州 510006；4. 中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，目前我國(guó)跨入世界能源消費(fèi)大國(guó)行列。作為能源消耗最大來(lái)源之一的物流運(yùn)輸業(yè)目前已占全部能耗的 1/3，而且成本高居不下，約占社會(huì) GDP 的 20% 左右(為西方發(fā)達(dá)國(guó)家的 2 倍)[1]，其中在鮮活農(nóng)產(chǎn)品和其他易腐食品的冷藏運(yùn)輸方面能耗需求巨大。同時(shí)，因管理、技術(shù)等多方面原因，單位能耗為西方發(fā)達(dá)國(guó)家的 2 倍左右[2]。因此，無(wú)論是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)與環(huán)境保護(hù)，還是加快農(nóng)業(yè)與食品工業(yè)發(fā)展，降低冷藏運(yùn)輸能耗都是重中之重。國(guó)際制冷學(xué)會(huì)將冷藏運(yùn)輸節(jié)能列為未來(lái)重點(diǎn)研究課題[3]，國(guó)際國(guó)內(nèi)也對(duì)相關(guān)技術(shù)如制冷系統(tǒng)、智能控制、冷藏運(yùn)輸裝備優(yōu)化等方面開展大量研究，但相關(guān)研究主要集中在技術(shù)領(lǐng)域，而對(duì)于一個(gè)冷藏運(yùn)輸企業(yè)而言，管理水平、設(shè)備條件、操作技術(shù)、外部環(huán)境等方面都會(huì)對(duì)運(yùn)輸能耗造成影響，這是一個(gè)綜合復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題[4]。為此，應(yīng)通過(guò)對(duì)管理、技術(shù)等方面的綜合考慮，加強(qiáng)探討影響冷藏運(yùn)輸能耗的關(guān)鍵因素，并針對(duì)具體企業(yè)存在問(wèn)題提出相應(yīng)解決策略。

1 食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)

冷藏運(yùn)輸是指采用加熱、制冷或隔熱等措施保證貨物處于一定溫度環(huán)境下的運(yùn)輸方式。根據(jù)熱力學(xué)原理，冷藏運(yùn)輸裝備熱負(fù)荷可以表述為

式中：Q(n) 為裝備熱負(fù)荷，W；Fk為裝備第 k 向內(nèi)表面面積，m2；αck為裝備第 k 向內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)，W/( m2·K)；tik(n) 為裝備第 k 向內(nèi)表面溫度，K；tr(n) 為裝備內(nèi)部空氣溫度，K；qc(n) 為食品的呼吸熱，W；La(n) 為滲風(fēng)、通風(fēng)量，m3/h；(cρ)o為裝備外空氣單位熱容，J/( m3·K)；to(n) 為裝備外部空氣溫度，K。

由⑴式可知，冷藏運(yùn)輸能耗的影響因素很多而且構(gòu)成復(fù)雜，運(yùn)輸產(chǎn)品不同、運(yùn)輸時(shí)間等各因素發(fā)生改變時(shí)，其整體能耗總量和整體構(gòu)成均可能出現(xiàn)較大變化。研究表明，管理水平、操作技術(shù)、設(shè)備條件及外部環(huán)境等方面都會(huì)在一定程度上對(duì)其造成影響，在實(shí)際操作中很難具體量化冷藏運(yùn)輸能耗的構(gòu)成[5]。因此，為達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，首先需要選擇合適的運(yùn)輸裝備和運(yùn)輸技術(shù)。在運(yùn)輸裝備方面，由于運(yùn)輸裝備是載體，目前冷藏汽車、冷藏集裝箱和鐵路冷藏車是使用最為廣泛的冷藏運(yùn)輸裝備，它們由設(shè)有隔熱層的箱體、制冷設(shè)備(多使用化石燃料轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)) 及其他附屬設(shè)施構(gòu)成，制冷性能、保溫性能和氣密性能是衡量其能耗水平的關(guān)鍵指標(biāo)。在運(yùn)輸技術(shù)方面，由于冷藏運(yùn)輸是冷鏈環(huán)節(jié)中的一個(gè)部分，因而運(yùn)輸速度、預(yù)冷、包裝、裝載方式、接駁形式、環(huán)境變化、流程監(jiān)管等不可避免會(huì)影響整體能耗。因此，合理評(píng)價(jià)冷藏運(yùn)輸企業(yè)的總體能耗水平，需要采用合適的評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)指標(biāo)，在分析影響冷藏運(yùn)輸能耗因素的基礎(chǔ)上，找到關(guān)鍵控制點(diǎn)，確定其影響因子，進(jìn)而找到相應(yīng)的節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，盡可能使節(jié)能綜合評(píng)價(jià)客觀、全面。

自 2004年起，針對(duì)冷藏運(yùn)輸能耗展開長(zhǎng)期跟蹤研究，在綜合國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)3000 余次冷藏運(yùn)輸能耗狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)管理水平、設(shè)備條件、操作技術(shù)、外部環(huán)境等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并且對(duì)國(guó)內(nèi) 53 名冷藏運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)＜?、從業(yè)技術(shù)及管理人員采用問(wèn)卷調(diào)查，得到影響食品冷藏運(yùn)輸能耗水平的主要指標(biāo)，并確定指標(biāo)評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)值及評(píng)價(jià)方法。運(yùn)輸企業(yè)能耗指標(biāo)體系包括目標(biāo)、領(lǐng)域、指標(biāo)、方法 4個(gè)層次。目標(biāo)層為評(píng)價(jià)目標(biāo)，即食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗水平；領(lǐng)域?qū)芋w現(xiàn)宏觀層次的冷藏運(yùn)輸能耗影響因素，包括管理、設(shè)備、操作和環(huán)境 4個(gè)部分；指標(biāo)層為影響冷藏運(yùn)輸能耗的各具體因素，共計(jì) 13 項(xiàng)，以 Ⅲ.1～Ⅲ.13 表示，運(yùn)輸企業(yè)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成如表1 所示。

在分析方法選擇上，由于影響冷藏運(yùn)輸能耗指標(biāo)眾多，但每個(gè)指標(biāo)的影響度則有所不同，主要采用層次分析法與熵技術(shù)相結(jié)合的方式。層次分析法具有邏輯性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高等特性，但由于在使用過(guò)程中采用專家打分的方式，評(píng)價(jià)指標(biāo)容易受到專家知識(shí)結(jié)構(gòu)、個(gè)人意志等因素影響，在指標(biāo)權(quán)重方面可能會(huì)產(chǎn)成一定的偏差，從而影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。為彌補(bǔ)該方法的不足，通過(guò)引入熵技術(shù)對(duì)層次分析法進(jìn)行修正，該方法首先采用層次分析法取得相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重，然后采用熵技術(shù)對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，從而消除誤差，提高精度。

表1 運(yùn)輸企業(yè)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成

2 食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗評(píng)價(jià)方法

2.1 指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重的確定以專家評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，采用相關(guān)數(shù)學(xué)方法分析得到。目前層次分析法的權(quán)向量計(jì)算中，常用幾何平均法、和積法、最小二乘法等。采用幾何平均法，令評(píng)價(jià)結(jié)果權(quán)向量為 w = ( w1，w2，…，wn)T，則

式中：wi為第 i 項(xiàng)權(quán)重值；為pj的n次根 ，為判斷矩陣各元素行乘積，

由于現(xiàn)實(shí)條件的多變性，評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)存在一定的不足，為保證評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行一致性檢測(cè)，計(jì)算公式為

式中：CR 為判斷矩陣隨機(jī)一致性比率，CI 為判斷矩陣一般一致性指標(biāo)，RI 為判斷矩陣隨機(jī)一致性指標(biāo)。

按照上述方法，研究選取 53 名冷藏運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)＜?、從業(yè)技術(shù)及管理人員對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到相關(guān)參數(shù)的權(quán)重系數(shù)，如表2 所示。

表2 基于層次分析法的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.2 指標(biāo)權(quán)重修正

由信息論可以將熵定義為

式中：qi為系統(tǒng)某種狀態(tài)概率。

若存在 m種狀況，n個(gè)參數(shù)，可以組合為R =(rij)m×n，對(duì)于第j個(gè)指標(biāo)有

式中：Ej為第j個(gè)指標(biāo)的信息熵；qij為第j個(gè)指標(biāo)第 i種狀態(tài)的概率，

設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)為 ω，最終熵權(quán)為 ω'，可知

將熵修正方法引入指標(biāo)權(quán)重確定，得到修正后結(jié)果如表3 所示。

表3 權(quán)重修正值

2.3 食品冷藏運(yùn)輸節(jié)能關(guān)鍵點(diǎn)的確定

在分析得到影響冷藏運(yùn)輸能耗主要因素的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入層次熵分析法，計(jì)算得到各影響因素的權(quán)重。由表3 可知，在不同領(lǐng)域，影響冷藏運(yùn)輸綜合能耗排在前 3 位的分別是操作、設(shè)備和管理，其中操作對(duì)能耗的影響最大。在具體指標(biāo)方面，“Ⅲ.9 食品預(yù)冷”排在首位，占總權(quán)重的 0.119 (Ⅱ.3與Ⅲ.9 權(quán)重值之積)，排在第二位和第三的分別是“Ⅲ.1 人員及制度管理”和“Ⅲ.8 行駛速度”，各占 0.117 (Ⅱ.1 與Ⅲ.1 權(quán)重值之積) 和0.111 (Ⅱ.3 與Ⅲ.8 權(quán)重值之積)?？梢娚鲜?3個(gè)問(wèn)題在冷藏運(yùn)輸中是應(yīng)重點(diǎn)考慮和解決的，這與冷藏運(yùn)輸調(diào)研及能耗分析計(jì)算結(jié)果相吻合。

在“食品預(yù)冷”方面，由于冷藏運(yùn)輸裝備的制冷量是按照維持低溫而非降溫目的設(shè)計(jì)的，若食品未預(yù)冷即裝車，為保持適宜的溫度，一方面裝備將不得不減少裝車量，另一方面制冷系統(tǒng)在高負(fù)荷條件下長(zhǎng)期工作也將消耗大量能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，是否預(yù)冷將導(dǎo)致單位運(yùn)輸能耗相差 50% 甚至更多。“人員及制度管理”也是能耗管理的核心問(wèn)題，冷藏運(yùn)輸技術(shù)性強(qiáng)，操作復(fù)雜，若無(wú)嚴(yán)格的規(guī)范和完善的人員培訓(xùn)制度，即使設(shè)備先進(jìn)也難以保障節(jié)能政策的實(shí)施，在實(shí)際操作中甚至存在關(guān)閉制冷系統(tǒng)以達(dá)到節(jié)能目的的“節(jié)能”行為，因而必須嚴(yán)加規(guī)范。在“行駛速度”方面，由于冷藏運(yùn)輸時(shí)刻需要以制冷手段維持適宜的溫度，速度越快則能耗越低，鐵路由于運(yùn)能、列車編組等方面的原因造成冷藏運(yùn)輸速度較低，這也是困擾鐵路冷藏運(yùn)輸?shù)闹匾獑?wèn)題之一，亟待解決。

為簡(jiǎn)化操作而且更好地分析各因素的重要性，研究以權(quán)重為基礎(chǔ)，將 13 項(xiàng)具體指標(biāo)分為 A、B、C3 級(jí)，其中，A 為非常重要，權(quán)重值在 0.10 之上；B 為重要，權(quán)重值在 0.05～0.10 之間；小于 0.05 的為比較重要，列為 C 級(jí)。由此，冷藏運(yùn)輸企業(yè)可以明確獲知影響冷藏運(yùn)輸綜合能耗的關(guān)鍵因素，并可以在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，在保障食品安全的基礎(chǔ)上降低運(yùn)輸能耗。

3 食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗評(píng)價(jià)體系的實(shí)際應(yīng)用

3.1 評(píng)價(jià)依據(jù)

利用上述食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗評(píng)價(jià)方法，可以對(duì)冷藏運(yùn)輸企業(yè)的能耗水平進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。在具體操作上，一方面遵循現(xiàn)有國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)冷藏運(yùn)輸?shù)囊?guī)范和分級(jí)，如在管理和環(huán)境方面主要以 ATP 協(xié)議和 GB/T 22918 為基準(zhǔn)，在設(shè)備方面主要參考 ISO 1496、GB/T 7392、GB/T 5600、QC/T 449 等，在技術(shù)操作方面依據(jù) ATP 協(xié)議、SB/T 10728、SB/T 10729、SB/T 10730、SB/T 10731等，另一方面參考團(tuán)隊(duì)能耗評(píng)價(jià)研究成果展開分析[6-7]。

3.2 評(píng)價(jià)過(guò)程

為驗(yàn)證方法的實(shí)際應(yīng)用效果，以某大型鐵路冷藏運(yùn)輸企業(yè)為例進(jìn)行分析。該企業(yè)為大型國(guó)有上市公司，2009年起購(gòu)入冷藏運(yùn)輸裝備開始從事鐵路冷藏運(yùn)輸業(yè)務(wù)，目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)大型冷藏運(yùn)輸企業(yè)之一。將該企業(yè)各項(xiàng)參數(shù)得分從高到低設(shè)為 a、b、c、d、e 5個(gè)級(jí)別，其中 a 為最優(yōu)，e 為最差，上述評(píng)分對(duì)應(yīng)于相應(yīng)指標(biāo)的行業(yè)領(lǐng)先、行業(yè)先進(jìn)、行業(yè)平均、行業(yè)較低和行業(yè)落后水平。利用表1 所示的影響冷藏運(yùn)輸綜合能耗的各關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，在操作、設(shè)備、管理、環(huán)境等方面逐一進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)結(jié)果如表4 所示。

3.3 指標(biāo)分析

根據(jù)冷藏運(yùn)輸企業(yè)節(jié)能綜合評(píng)價(jià)結(jié)果 (見表4)，該企業(yè)在綜合節(jié)能的整體表現(xiàn)上處于較高水平，13項(xiàng)指標(biāo)中有 5 項(xiàng)處于 a 級(jí)水平，4 項(xiàng)處于b級(jí)水平。

（1）在設(shè)備方面，因其 2009年后才開始從事冷藏運(yùn)輸業(yè)務(wù)，所有設(shè)備均為新購(gòu)而且標(biāo)準(zhǔn)較高，所以在整個(gè)行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，值得注意的是應(yīng)關(guān)注維修保養(yǎng)，同時(shí)在新技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用方面應(yīng)更加積極。

（2）在管理方面，作為大型國(guó)有上市公司，在制度管理、從業(yè)人員管理、流程監(jiān)控、總結(jié)改進(jìn)等方面有據(jù)可依，但是也應(yīng)看到，因鐵路網(wǎng)絡(luò)的局限和運(yùn)輸制度的限制，在路徑選擇上，該企業(yè)不如公路企業(yè)靈活(如列車編組、開行線路選擇等)，而且在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)處理方面較為僵化(如裝備故障反應(yīng)慢等)，有待加強(qiáng)。

（3）在操作方面，最大的問(wèn)題在于運(yùn)輸速度慢，該企業(yè)受限于鐵路運(yùn)力，平均運(yùn)輸速度只有20km/h，耗能巨大，這也是問(wèn)題最為突出的指標(biāo)，亟待改進(jìn)。

表4 某冷藏運(yùn)輸企業(yè)節(jié)能綜合評(píng)價(jià)

（4）在環(huán)境方面，與其他冷藏運(yùn)輸企業(yè)(主要是公路運(yùn)輸企業(yè)) 相比較，運(yùn)輸距離長(zhǎng)、氣象變化大等使該企業(yè)在能耗方面的壓力更大，因而也需要有針對(duì)性地采取措施加以改進(jìn)。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

應(yīng)用上述方法可以分析冷藏運(yùn)輸整體運(yùn)作過(guò)程中的不足和優(yōu)勢(shì)。對(duì)該企業(yè)而言，運(yùn)輸速度的提升、路徑選擇及優(yōu)化等是最薄弱環(huán)節(jié)也是關(guān)鍵問(wèn)題，亟待改進(jìn)；整個(gè)外部環(huán)境的改善亦相當(dāng)重要。盡管存在客觀因素導(dǎo)致部分問(wèn)題難以短期解決，但也存在改進(jìn)的空間，如提高載重等；此外，該企業(yè)可以積極爭(zhēng)取國(guó)家和地方政府的相關(guān)政策支持等。

4 結(jié)束語(yǔ)

在綜合國(guó)內(nèi)外研究成果、調(diào)研、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出食品冷藏運(yùn)輸綜合能耗評(píng)價(jià)體系。該體系綜合考慮影響食品冷藏運(yùn)輸能耗水平的主要指標(biāo)，在管理、設(shè)備、技術(shù)和環(huán)境 4個(gè)領(lǐng)域列出 13 項(xiàng)主要因素，并給出指標(biāo)評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)值及評(píng)價(jià)的方式方法。最后以某大型鐵路冷藏運(yùn)輸企業(yè)為例進(jìn)行了分析，對(duì)其能耗水平進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出針對(duì)性的改進(jìn)意見。該方法已在國(guó)內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中得到應(yīng)用，相關(guān)成果可以為食品冷藏運(yùn)輸節(jié)能作業(yè)提供依據(jù)。今后將以此為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，最終形成完整規(guī)范的冷藏運(yùn)輸能耗評(píng)測(cè)和分析改進(jìn)體系，在冷藏運(yùn)輸節(jié)能領(lǐng)域里發(fā)揮積極作用。

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