趙 斌

(上海市機電設(shè)計研究院有限公司, 上海 200040)

0 引 言

目前,冷庫作為冷鏈物流行業(yè)中的重要一環(huán),其技術(shù)落后限制了冷鏈物流行業(yè)的整體發(fā)展。特別是近年來隨著人們消費水平的提高,對各種生鮮類食品的需求不斷擴大,同時市場對大型冷庫的需求也更加緊迫[1]。

本文結(jié)合具體工程實例,介紹大型裝配式冷庫的電氣設(shè)計,可為類似工程提供參考。

1 項目概況

某冷庫位于江蘇省南京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū),主要包括冷庫、設(shè)備輔房、管理用房、車隊管理維修用房及門衛(wèi)等,總占地面積為41 570 m2建筑面積約為52 008 m2,建筑物總高度為22.50 m,存儲容量約為80 000 t,日吞吐量約為2 000 t。其中冷庫由多個冷間組成,冷間為單層鋼結(jié)構(gòu),冷間A、B南北長度為151.10 m,冷間A、B東西長度為74.90 m,冷間C南北長度為106.10 m,冷間C東西長度為103.20 m。卸貨區(qū)單層局部3層鋼結(jié)構(gòu),南北向長度均為21.40 m,東西向長度分別與冷間A、B、C相同。

項目效果圖如圖1所示。

圖1 項目效果圖

2 防雷及接地設(shè)計

2.1 建筑物防雷

2.1.1 建筑物防雷等級的確定

經(jīng)計算,該冷庫的年預(yù)計雷擊次數(shù)為0.448次/年,根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》[2]第3.0.3條規(guī)定,劃分為第二類防雷建筑。

2.1.2 建筑物防雷措施

(1) 防直擊雷措施。冷庫雖為彩鋼板屋面,但是在彩鋼板屋面上方敷設(shè)225 mm厚XPS保溫板、隔氣層以及高分子防水卷材(全部為絕緣材料)。屋面節(jié)點詳圖如圖2所示。因此,鋼屋面不能作為防雷接閃器使用,所以需在屋面上敷設(shè)10×10 m或12×8 m的熱鍍鋅鋼網(wǎng)格作為防雷接閃器。屋面防水材料為柔性材料,熱鍍鋅鋼網(wǎng)無法采用水泥墩的形式固定在屋面;不能用金屬支架固定在屋面鋼結(jié)構(gòu)上,因支架在穿越保溫及防水層會造成大量冷橋及漏水;不能貼裝,如避雷網(wǎng)遭受雷擊,瞬時高電流會產(chǎn)生高溫,有可能熔穿防水層及保溫層。所以,避雷網(wǎng)的安裝需要與屋面防水供應(yīng)商協(xié)商,由防水供應(yīng)商定制專業(yè)支架,并采取非常規(guī)工藝將熱鍍鋅扁鋼網(wǎng)固定在屋面。屋面現(xiàn)場完成照片如圖3所示。施工過程中,應(yīng)盡量避免在屋面上焊接作業(yè),如果保護工作不到位,現(xiàn)場焊接作業(yè)時滴落的熔渣極易熔穿防水層。

圖2 屋面節(jié)點詳圖

圖3 屋面現(xiàn)場完成照片

結(jié)合上述分析,該項目設(shè)計及實施過程中,設(shè)計方與屋面卷材供應(yīng)商經(jīng)過多次討論,最終在施工過程中定制的避雷網(wǎng)支架采用專業(yè)粘合劑固定在屋面上,并用與屋面卷材類似的加強貼片熱熔固定支架,保證支架的連接機械強度。避雷網(wǎng)采用熱鍍鋅圓鋼以方便與支架的連接,熱鍍鋅圓鋼之間的連接采用專用連接件,盡量減少屋面上的焊接作業(yè)。

(2) 引下線。冷庫引下線理論上可以利用鋼柱,因為該項目采用更先進的外包式冷庫,所有鋼結(jié)構(gòu)部件均包裹在冷庫內(nèi)部,如果需要利用鋼柱作為防雷引下線,則屋面避雷帶與鋼柱之間的連接需要穿越外墻保溫板,會造成冷橋。更重要的是,由于屋面避雷帶與鋼柱之間的連接線穿越處靠近柱頂,距地約22 m,室內(nèi)外溫差大且室外濕度大時極易形成冰柱,冰柱掉落并造成人身傷害的可能性較大。因此,冷庫防雷引下線采用熱鍍鋅圓鋼作為專用引下線(沿外墻敷設(shè)),平均間距不大于10 m,同時為美觀進行刷白處理。防雷引下線節(jié)點圖如圖4所示。

圖4 防雷引下線節(jié)點圖

2.2 接 地

冷庫采用共同接地方式,要求接地電阻≤1 Ω。變壓器中性點工作接地、防雷接地、電氣設(shè)備保護接地、等電位聯(lián)結(jié)接地及其他電子設(shè)備的功能接地公用同一接地體。設(shè)計利用承臺內(nèi)2根直徑大于16 mm的主鋼筋下端和混凝土樁鋼制頂板可靠焊接,利用混凝土樁作為接地極(混凝土樁內(nèi)應(yīng)保證至少2根直徑大于16 mm的縱向鋼筋與鋼制頂板可靠焊接)、兩側(cè)與預(yù)埋的承臺邊緣的鋼板焊接、上端鋼柱焊接,在地坪下0.8 m深獨立敷設(shè)40×4 mm熱鍍鋅扁鋼網(wǎng),與作為接地極使用的承臺兩側(cè)預(yù)埋鋼板焊接,組成接地網(wǎng)。如接地電阻無法滿足要求,可另外補打接地極,直到接地電阻滿足要求。

3 照明設(shè)計

3.1 一般照明燈具的布置及選擇

冷間內(nèi)檐口處桁架下旋高度為19.7 m,高層貨架的高度約為17.0 m,貨架間距約為1.9 m。庫內(nèi)貨物以托盤為單位存儲,所以定性為一般件倉庫,因此燈具沿貨架間走道布置,緩沖區(qū)平均布置,同時避讓冷凍風(fēng)機進風(fēng)口及出風(fēng)口,按標準GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標準》的要求,照度為100 lx。卸貨區(qū)內(nèi)燈具平均布置,燈具間距匹配屋面檁條間距(方便施工),按GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標準》的要求,照度為100 lx。其他區(qū)域參照規(guī)范要求布置燈具,燈具布置完成后核算功率密度均滿足規(guī)范要求,采用DIALux軟件建模核算后照度滿足使用要求。

冷間、穿堂設(shè)計采用LED光源深照型燈具,防護等級不低于IP65,其他區(qū)域均采用LED光源燈具。冷庫設(shè)計的最低溫度為-25 ℃左右,氣體放電燈由于低溫啟動時間比較長而不是最佳選擇,大功率熒光燈由于低溫效率會大大下降也不適用。LED光源光效較高,衰減較小,而且集中發(fā)熱量較大、散熱困難的問題在低溫冷庫中得到充分解決,因此LED光源特別適合在冷庫中使用。需要注意的是,在選擇LED光源燈具時必須強調(diào)燈具配套電源的低溫適用性,特別是在一些超低溫庫中的應(yīng)用,這比較容易被忽視[3-4]。

3.2 應(yīng)急及疏散照明燈具的布置及選擇

冷間內(nèi)所有疏散出口上方設(shè)置常明燈及疏散出口指示燈,沿貨架間走道布置疏散誘導(dǎo)燈。卸貨區(qū)在所有疏散出口上方設(shè)置疏散出口指示燈,沿疏散走道布置疏散誘導(dǎo)燈。其他區(qū)域在所有疏散出口上方設(shè)置疏散出口指示燈,沿疏散走道布置方向指示燈,冷間和穿堂不建議使用自帶電池的應(yīng)急燈具,因為低溫環(huán)境對電池的性能影響較大,往往達不到目標應(yīng)急時間。建議使用集中電源型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng),集中電源盡量避免布置在低溫環(huán)境,若無法避免,則需采取相應(yīng)的保溫及防火措施。

3.3 照明節(jié)能

為了最大程度的節(jié)能,LED光源燈具效率需大于75%,LED光源光效不小于100 lm/W,所有燈具功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。辦公及輔助區(qū)的照明均采用分散控制,冷間及穿堂的照明采用智能集中系統(tǒng),每盞燈具都配置無線通信模塊及唯一的通信地址。集中控制器通過無線通信單獨控制每盞燈的開啟、關(guān)閉及亮度,通過后臺軟件對燈具進行自由編組、時控及實時監(jiān)控,根據(jù)冷庫不同的使用狀態(tài)靈活調(diào)整照明,達到節(jié)能目的。照明控制器圖如圖5所示。

圖5 照明控制器圖

4 供配電系統(tǒng)設(shè)計

4.1 負荷等級

該工程為大型食品冷凍倉庫,所有制冷設(shè)備均由電力驅(qū)動,如果供電故障會造成制冷失效,且裝配式冷庫蓄冷能力不及傳統(tǒng)土建冷庫,一旦制冷失效時間過長,庫內(nèi)大量食品變質(zhì)報廢,會造成重大經(jīng)濟損失。因此,該項目中的制冷設(shè)備、應(yīng)急照明、消防設(shè)備等為二級負荷。

4.2 供電電源和變配電間

在廠區(qū)北側(cè)輔助用房內(nèi)建20 kV變配電間,由于當(dāng)?shù)貤l件限制只申請到單路20 kV常用電源供電,安裝2臺SCB 11-1 600 kVA干式變壓器,變壓器負載率約為75%,低壓側(cè)采用并聯(lián)電容器,其中無功補償使高壓側(cè)功率因數(shù)大于0.92。變壓器低壓側(cè)設(shè)母聯(lián)。低壓配電接地保護形式采用TN-S。

在20 kV變配電旁設(shè)置柴油發(fā)電機室,內(nèi)裝一臺常載額定功率為2 400 kW的柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源,室外設(shè)埋地油箱。油機出線采用防護等級為IP67的密集母線將電源引入安裝在20 kV變配電間內(nèi)的應(yīng)急電源配電柜組[5-7]。

柴油機發(fā)電機容量的選擇需要與制冷專業(yè)緊密配合,為了節(jié)約造價并降低使用、維護成本,制冷專業(yè)需要計算在極端氣溫條件下冷庫保冷或小批量進出貨時制冷系統(tǒng)需要的最小功率,以此為依據(jù)計算柴油發(fā)電機的功率。埋地油箱容積的選擇需要考慮所在地區(qū)附近加油站的分布及距離。

4.3 低壓配電設(shè)計

低壓配電根據(jù)功能分區(qū)及防火分區(qū)按區(qū)域供電,采用放射和樹干相結(jié)合的方式配電。按區(qū)域設(shè)置配電總箱,再由總箱分配至各用電設(shè)備。二級負荷由常用電源和應(yīng)急電源至負荷末端,末端配電設(shè)自動投切裝置。

4.4 電纜選擇及敷設(shè)方式

該工程三級負荷采用阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜和阻燃塑料絕緣電線供電,電纜在橋架內(nèi)敷設(shè),電線在金屬線槽內(nèi)敷設(shè)或穿金屬保護管敷設(shè)。二級負荷采用耐火交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜和耐火塑料絕緣電線供電,電纜在橋架內(nèi)敷設(shè),電線在金屬線槽內(nèi)敷設(shè)或穿金屬保護管敷設(shè)。在供電線路進入冷間時盡量集中穿越保溫板,并由建筑專業(yè)及保溫板供應(yīng)商配合做防冷橋處理。需要注意的是,冷間內(nèi)電纜采用低溫電纜,特別是冷風(fēng)機的配電線路必須為低溫電纜,因為普通電纜在低溫環(huán)境中絕緣層物理特性下降,在有振動的環(huán)境中使用可能會造成絕緣層破裂。

5 火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

(1) 采用集中報警系統(tǒng),消防控制室布置在主門衛(wèi)內(nèi)。

(2) 報警區(qū)域的劃分。按防火分區(qū)劃分報警區(qū)域。

(3) 探測器的選擇。冷凍庫比較高,超出普通感煙探測器的使用范圍,不適用。鋼結(jié)構(gòu)建筑物容易發(fā)生輕微形變,線性光束感煙探測器容易因結(jié)構(gòu)變形而發(fā)生移位,因此也不適用。冷凍庫內(nèi)有大量高貨架遮擋視線,火焰探測不能及時發(fā)現(xiàn)火情[8-9]。綜上所述,早期空氣采樣探測器比較適合高貨架冷庫的需求,采樣管采用雙層布置(底層分布在貨架中,頂層布置在屋架下方),采樣管布置完畢后須采用軟件進行靈敏度校驗。探測本體建議安裝在冷間內(nèi),如果安裝在穿堂或室外,溫差容易造成采樣管結(jié)冰堵塞,因此早期空氣采樣探測器的選型及采購需要注意低溫適用性。早期空氣采樣探測器宜配置空氣過濾及濾水裝置,為增加使用壽命,在條件允許的情況下可配置管路自動清洗裝置,便于采樣管道維護。建議選擇具有聯(lián)網(wǎng)功能的早期空氣探測器,便于后期集中監(jiān)控及管理。其他區(qū)域根據(jù)環(huán)境特征采用點型感煙或感溫探測器吸頂安裝。早期空氣探測器現(xiàn)場圖如圖6所示。

圖6 早期空氣探測器現(xiàn)場圖

(4) 布線。信號總線、消防設(shè)備聯(lián)動控制線等均采用耐火絕緣銅芯電纜或?qū)Ь€,在專業(yè)消防線槽內(nèi)敷設(shè)或穿金屬保護管敷設(shè)。另外,在冷間內(nèi)布線時采用耐低溫導(dǎo)線。

(5) 預(yù)作用噴淋系統(tǒng)的聯(lián)動控制。冷庫庫區(qū)內(nèi)設(shè)置噴淋系統(tǒng),但由于冷間的低溫環(huán)境,庫區(qū)內(nèi)采用的是預(yù)作用噴淋系統(tǒng),當(dāng)有火情發(fā)生時,由于電氣火災(zāi)報警系統(tǒng)的配合,干式系統(tǒng)轉(zhuǎn)為濕式系統(tǒng),系統(tǒng)的漏報和誤動作都會造成重大損失。因此,電氣火災(zāi)報警系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)的配合是整個項目消防設(shè)計的一大難點。

規(guī)范要求,預(yù)作用系統(tǒng)的聯(lián)動控制方式應(yīng)由同一報警區(qū)域內(nèi)2只及以上獨立的感應(yīng)探測器或1只感煙探測器與1只手動報警按鈕的報警信號,作為預(yù)作用閥組開啟的聯(lián)動觸發(fā)信號。感煙探測器與1只手動報警按鈕的報警信號聯(lián)合作為觸發(fā)信號,相當(dāng)于自動信號得到人工確認。但是2只以上獨立感煙探測器的報警信號作為觸發(fā)信號,存在一定風(fēng)險,單臺早期空氣探測器探測范圍較大,如果火情發(fā)生的地點不利,煙霧擴散較慢,第二臺探測器探測到煙霧的時間較長,不利于火情的快速控制。因此,在滿足規(guī)范要求的前提下,電氣專業(yè)與給排水專業(yè)提出第三套聯(lián)動方案:干式噴淋系統(tǒng)在無火災(zāi)情況下,噴淋管內(nèi)充滿壓縮空氣,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時噴頭熔化,管道內(nèi)空氣壓力快速下降,可以認為有火災(zāi)發(fā)生,因此將早期空氣探測器探測的報警信號與管道壓力信號相結(jié)合來判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。當(dāng)只有管道壓力下降信號時,系統(tǒng)認為是管路漏氣,起動空壓機補充壓力,當(dāng)有早期空氣探測器系統(tǒng)報警的前提下收到管道壓力下降信號時,則認為有火災(zāi)發(fā)生,此時關(guān)閉管道壓縮空氣進氣閥,起動噴淋水泵,打開庫內(nèi)管道末端水氣分離閥排掉管道內(nèi)空氣,噴淋系統(tǒng)才能工作。

除此之外,早期空氣探測器靈敏度較高,在冷庫安裝過程中注意對成品的保護,在調(diào)試過程中注意環(huán)境的標定及靈敏度調(diào)節(jié),一旦誤報警后將干式系統(tǒng)轉(zhuǎn)為濕式系統(tǒng),會影響冷庫的正常使用。

(6) 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。該項目中所有配電箱都安裝總線式剩余電流探測器,通過總線將剩余電流信號傳送至消防控制室的監(jiān)測主機,當(dāng)配電系統(tǒng)中的剩余電流突然增大,則可能有火災(zāi)隱患,此時系統(tǒng)報警,提醒工作人員查明原因,做到防范于未然[10]。

6 結(jié) 語

介紹了某大型裝配式冷庫的電氣設(shè)計,目前冷庫已投產(chǎn)使用中,運行狀況良好,與之相似的多座冷庫已在上海、南京、廣州等地投入使用。