龔海輝，謝 晶，張 青

（1.農(nóng)業(yè)部冷庫及制冷設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，上海 201306；2.上海海洋大學(xué)，上海 201306）

隨著物流技術(shù)的快速發(fā)展，國外先進制冷技術(shù)及新型保溫材料引進和應(yīng)用，中國冷藏庫建造技術(shù)有了很大的發(fā)展。冷庫在投資建設(shè)時應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)和條件綜合考慮初期投資成本和使用中的運行成本，從而降低冷庫的能耗，建設(shè)比較經(jīng)濟合理的冷庫。降低冷庫能耗，不僅在設(shè)計合理的制冷系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、加強科學(xué)管理及采用新設(shè)備、高新技術(shù)等方面，冷庫建筑的節(jié)能設(shè)計也相當重要。

1 冷庫建筑的型式

目前冷庫建筑的建造方式主要有三種形式：一是采用砌塊和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加保溫建造的土建冷庫；二是輕鋼結(jié)構(gòu)加裝配式冷庫型式；三是土建或鋼混結(jié)構(gòu)加裝配式冷庫型式。選用具體型式主要可根據(jù)不同區(qū)域、地理環(huán)境、投資成本、運行成本等因素而決定。

1.1 土建冷庫

在冷庫體結(jié)構(gòu)形式上，單層冷庫多采用梁板式結(jié)構(gòu)，多層冷庫則采用無粱樓蓋結(jié)構(gòu)形式。冷庫的墻、柱、樓板等主體采用砌塊、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，冷庫墻體內(nèi)側(cè)粘貼保溫層，保溫層兩側(cè)需做防潮隔汽層，內(nèi)側(cè)再做土建防護層。冷庫的保溫材料由稻殼、軟木、聚苯乙烯發(fā)展為聚氨酯噴涂。防潮隔汽材料已淘汰石油瀝青油氈的作法，而改用聚氨酯防水涂料及聚乙烯薄膜現(xiàn)場鋪貼的作法。土建冷庫的圍護結(jié)構(gòu)屬重型結(jié)構(gòu)，熱惰性較大，受外界空氣溫度及太陽輻射引起的溫度波動較小，庫溫較穩(wěn)定。土建冷庫的優(yōu)點是堅固，承重高，防火和耐久性好；缺點是施工工期較長，自重較重，地質(zhì)情況要求高，冷庫內(nèi)柱子較多，影響貨物堆放，降低了冷庫的有效使用容積。

和歐美不同的是，日本由于土地有限，大城市還是以多層冷庫居多，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)我國冷庫設(shè)計規(guī)范GB50072的規(guī)定，冷庫外圍護結(jié)構(gòu)單位面積的熱流量一般控制在l0W～12W/m2。為了減少圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量，很多國家建議隔熱層適當加厚，法國、前蘇聯(lián)、日本等國在設(shè)計隔熱層時，熱流量已主張按6.98W～8.14W/m2選取。

1.2 輕鋼結(jié)構(gòu)加裝配式冷庫

隨著輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和現(xiàn)代物流的需要，大柱網(wǎng)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)裝配式冷庫迅猛發(fā)展。冷庫承重采用鋼柱、鋼梁等輕型鋼結(jié)構(gòu)型式，保溫采用預(yù)制庫板現(xiàn)場拼接。輕鋼結(jié)構(gòu)與保溫板之間，有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是外結(jié)構(gòu)，另一種是內(nèi)結(jié)構(gòu)。輕鋼承重結(jié)構(gòu)在保溫板的外側(cè)，稱為外結(jié)構(gòu)，反之為內(nèi)結(jié)構(gòu)，外結(jié)構(gòu)比內(nèi)結(jié)構(gòu)用鋼量少。為了降低太陽的輻射熱，屋頂設(shè)有波紋壓型薄鋼板制成的屋面并下掛1.5米左右，與保溫層之間至少有600mm的空氣層。國內(nèi)多采用外結(jié)構(gòu)方式，主要是考慮結(jié)構(gòu)與地坪隔熱處理；而國外多采用內(nèi)結(jié)構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)與地坪使用了隔熱墊塊的技術(shù)措施[1]。

輕鋼結(jié)構(gòu)加裝配式冷庫這種形式的圍護結(jié)構(gòu)屬輕型結(jié)構(gòu)，熱惰性較小，受外界空氣溫度及太陽輻射引起的溫度波動較大。這種結(jié)構(gòu)型式的缺點是防火性差，投資成本和維護費用較高。

近年來，我國裝配式冷庫有了很大的發(fā)展，由于它重量輕，剛性好，強度高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝快捷，美觀衛(wèi)生等優(yōu)點，越來越受到用戶的青睞，特別在中小型冷庫建造中，裝配式冷庫逐漸取代了以稻殼、礦渣棉、軟木為隔熱層的土建冷庫。裝配式冷庫的庫板可分為粘貼型與澆注型兩類，后者應(yīng)用較廣。庫板的面板材料有鍍鋅鋼板、噴塑復(fù)合板、鋁合金板、膠合板和不銹鋼板等，面板一般都作壓筋處理。兩面板間的隔熱材料有聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料，前者因有較好的保溫性和抗?jié)裥裕瑧?yīng)用較廣。采用這種方式可無需設(shè)防潮隔汽層，但要做好庫板間接縫處理，通常的方法有鎖鉤聯(lián)接或聚氨酯灌發(fā)。

1.3 土建或鋼混結(jié)構(gòu)加裝配式冷庫

冷庫結(jié)構(gòu)為土建結(jié)構(gòu)，保溫采用預(yù)制冷庫板，這種形式較為多用。鋼混結(jié)構(gòu)介于以上土建和輕鋼結(jié)構(gòu)之間，它可適應(yīng)大跨度要求，墻體為土建形式，屋頂采用鋼梁或鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)?？缍刃?、荷載低的一般選用鋼梁（一般鋼梁單跨跨度不超過30米）；跨度大、荷載重的選用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。土建或鋼混結(jié)構(gòu)加裝配式冷庫型式的維護結(jié)構(gòu)熱惰性介于以上兩種型式之間，它在一定程度上避免了以上兩種結(jié)構(gòu)的缺點，近年來也應(yīng)用較多。

結(jié)構(gòu)型式的不同，所消耗的能源也不相同，它直接影響工程造價和建筑效果。應(yīng)經(jīng)過充分的驗算和經(jīng)濟分析比較，設(shè)計出最經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案。

2 冷庫保溫材料的選用

冷庫保溫設(shè)計主要是為了阻止外界的熱量滲入到冷庫內(nèi)，除了制冷系統(tǒng)設(shè)計外，隔熱設(shè)計是冷庫的生命。冷庫圍護結(jié)構(gòu)、保溫層的傳熱量占冷庫總熱負荷的20%～35%[2]，所以減少圍護結(jié)構(gòu)的熱負荷可以達到節(jié)能的目的。冷庫通過圍護結(jié)構(gòu)的耗冷量與圍護結(jié)構(gòu)單位熱流量成正比。要降低圍護結(jié)構(gòu)單位熱流量，一是選擇熱導(dǎo)率小的保溫材料，二是增加保溫層的厚度。而厚度又不宜太厚，否則會出現(xiàn)增加建造成本和減少使用空間等問題。因此，要在合適的厚度范圍內(nèi)選取保溫材料。

隔熱材料的選擇上，應(yīng)考慮其導(dǎo)熱系數(shù)小、吸濕性小之外，還應(yīng)考慮造價。

80年代以前，冷庫常用的隔熱材料有稻殼、軟木、爐渣和膨脹珍珠巖等，80年代后，新型保溫材料迅速發(fā)展，巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS、XPS）和聚氨酯泡沫塑料等越來越廣泛使用，施工方法也多種多樣。目前冷庫保溫廣泛使用的材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。

2.1 聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）

聚苯乙烯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)低，吸水性較高，但因其價格低廉，保溫性能相對較好，是目前用得較多的保溫材料之一。用這種材料制成的復(fù)合夾芯板已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代冷庫中，特別是高溫冷藏庫中。聚苯乙烯泡沫塑料用于冷庫保溫需滿足表1要求。

2.2 擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）

擠塑聚苯乙烯具有致密的表層及閉孔結(jié)構(gòu)內(nèi)層，其導(dǎo)熱系數(shù)大大低于同厚度的聚苯乙烯，具有更好的保溫性能；由于其內(nèi)層的閉孔結(jié)構(gòu)，其抗?jié)裥暂^好，在潮濕的環(huán)境中仍能保持良好的隔熱性能。

擠塑聚苯乙烯具有獨特的堅硬緊密的晶體結(jié)構(gòu)，它的抗壓強度高、抗水蒸汽滲透性能強，性能穩(wěn)定，使用年限持久，因此，被國際上認為是用于冷庫隔熱工程中的理想材料；因其壓縮強度高，價格適中等優(yōu)點，目前是我國冷庫地坪保溫材料的首選。擠塑聚苯乙烯泡沫塑料用于絕熱工程應(yīng)滿足表2要求。

2.3 聚氨酯泡沫塑料（PU）

聚氨酯泡沫塑料的氣泡結(jié)構(gòu)屬于閉孔泡沫材料，幾乎全部不連通，在常溫下，其靜態(tài)吸水率很低。在各種保溫材料中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料因其導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、壓縮強度大、耐久性能高等優(yōu)點，而成為冷庫保溫材料的首選。缺點是材料價格相對較高，但從全面權(quán)衡其經(jīng)濟性后可以發(fā)現(xiàn)，用聚氨酯隔熱材料其綜合運行成本并不高。聚氨酯用于冷庫保溫，有聚氨酯現(xiàn)場噴發(fā)和聚氨酯夾芯保溫板兩種形式。前者采用聚氨酯現(xiàn)場分層噴涂，可達到全封閉無接縫、與底物粘結(jié)力強的效果，保溫效果較好，但需做防潮層及防護層。防潮層可用新型高分子防水涂料，防護層可用土建形式或用金屬板圍護，施工周期長，且施工復(fù)雜。采用聚氨酯夾芯板則剛性好，強度高，結(jié)構(gòu)緊湊，可無需做防潮層，但須做好接縫處的密封；安裝快捷，現(xiàn)場施工周期短，施工簡單，冷庫內(nèi)美觀衛(wèi)生。聚氨酯泡沫塑料用于冷庫保溫需滿足表3要求。

表2 擠塑聚苯乙烯泡沫塑料物理機械性能[4]

表3 聚氨酯泡沫塑料物理力學(xué)性能[3]

以上產(chǎn)品，不僅可單獨使用，也可根據(jù)具體情況組合使用。聚氨酯泡沫塑料更適于做冷庫的墻、頂保溫隔熱材料，保溫性能及耐久性優(yōu)于其他材料；擠塑聚苯乙烯泡沫塑料做冷庫地面保溫較理想，其保溫性能、抗壓性能更優(yōu)。因此，在選擇保溫材料時，不僅要選擇材質(zhì)，還要進行綜合分析，為業(yè)主選擇材料提供正確依據(jù)。

保溫材料的生產(chǎn)廠家很多，但產(chǎn)品質(zhì)量卻參差不齊，因此冷庫施工中應(yīng)選擇質(zhì)優(yōu)、信譽好的廠家，同時還應(yīng)對施工中使用的保溫材料進行抽查檢測，確保質(zhì)量合格。

2.4 保溫層厚度的確定

冷庫保溫層的優(yōu)化設(shè)計，不僅是材料的選擇，保溫層厚度的確定對阻止熱傳導(dǎo)也是至關(guān)重要的。圍護結(jié)構(gòu)熱負荷與保溫層厚度成反比，增加保溫層厚度將減少冷庫的運行費用，但會增加初投資成本，因此需在冷庫建設(shè)時根據(jù)冷庫使用年限確定最佳經(jīng)濟厚度[5]。經(jīng)濟厚度是指為獲得最佳經(jīng)濟效果，使隔熱層的初投資、經(jīng)營管理費用和食品干耗損失費用之和為最小時的保溫層厚度。當防結(jié)露厚度比經(jīng)濟厚度大時，取防結(jié)露厚度作為最小保冷厚度；當經(jīng)濟厚度比防結(jié)露厚度大時，則取經(jīng)濟厚度作為最小保冷厚度[6]。

3 結(jié) 論

冷庫的建筑型式、保溫材料及其厚度的選用對初期投資成本和長期收益有重要作用，廉價的材料可以減少初期投資，但優(yōu)質(zhì)的材料更能帶來長期的運營效益。在倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，節(jié)能已成為社會發(fā)展的主題，建設(shè)節(jié)能型冷庫已成為冷庫行業(yè)的發(fā)展方向。

[1]談向東.國內(nèi)大型立體化自動冷庫建設(shè)動向[J].冷藏技術(shù)，2009,6(2):37-41.

[2]吳嘉.上海冷庫行業(yè)用電現(xiàn)狀與節(jié)電方向[J].能源研究與信息，1998,10(1):14-20.

[3]JB/T 6527-2006，組合冷庫用隔熱夾芯板[S].北京：中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布，2006-11-27.

[4]GB/T 10801.2-2002，絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）[S].北京：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布，2002-03-05.

[5]劉陽生，葉劍飛.冷庫圍護結(jié)構(gòu)隔熱層最佳厚度的探討[J].制冷，1989(4):44-48.

[6]薛永飛，李剛.中小型冷庫新型材料保冷厚度分析[J].制冷，2002,21(3):83-85.