杜麗麗 楊 博 謝 強(qiáng) 左建冬 邵麗麗

（松下冷機(jī)系統(tǒng)（大連）有限公司 大連 116000）

引言

近年來，我國(guó)冷鏈?zhǔn)袌?chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，特別是在生鮮電商及線下超市的帶動(dòng)下，果蔬冷庫(kù)需求不斷提高，截至2020年，我國(guó)果蔬冷庫(kù)庫(kù)容量達(dá)1 776 萬噸，增長(zhǎng)率位于所有儲(chǔ)物冷庫(kù)的首位，根據(jù)國(guó)家“十四五”冷鏈發(fā)展規(guī)劃要求，要加強(qiáng)配套冷鏈設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)構(gòu)建反季節(jié)蔬菜、高原夏菜、熱帶水果等從優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)到主銷區(qū)的全流程果蔬冷鏈物流體系[1]。在眾多類型的冷庫(kù)類型中，用于儲(chǔ)存果蔬的高架冷庫(kù)在我國(guó)的應(yīng)用并不多，本文結(jié)合實(shí)際工程的應(yīng)用，著重闡述一下這一類型冷庫(kù)的設(shè)計(jì)及施工重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 工程概況

河南某超市配套冷鏈倉(cāng)儲(chǔ)配送中心高架立體冷庫(kù)建筑占地面積5 958.58 m2，面積約4 445 m2，庫(kù)高約38（-4.00 ～ +34.15）m，擁有托盤位3 萬個(gè)，儲(chǔ)存容量達(dá)3 萬噸，被分割成三個(gè)不同尺寸的冷間，其中冷間1和冷間2 設(shè)計(jì)庫(kù)溫為-1 ℃，主要儲(chǔ)存果蔬類產(chǎn)品，冷間1 尺寸為87 m×15.3 m×37 m，冷間2 尺寸為87 m×8.5 m×37 m，冷間3 設(shè)計(jì)庫(kù)溫為-18 ℃，主要儲(chǔ)存冷凍食品，尺寸為87 m×24 m×37 m。其中冷間2 作為變溫庫(kù)，可以進(jìn)行中低溫切換。

圖1 某果蔬高架冷庫(kù)全景

2 整體方案設(shè)計(jì)

2.1 穩(wěn)定的高層建筑結(jié)構(gòu)

整個(gè)項(xiàng)目采用外保溫內(nèi)承重式鋼結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)、柱底有下柱墩，預(yù)埋地腳錨栓，主體結(jié)構(gòu)形式為單層門式鋼結(jié)構(gòu)，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，綜合考慮造價(jià)、工期還是在空間利用率上，選擇實(shí)腹H 型鋼柱樣式，鋼柱均為焊接形式，鋼柱分為2 節(jié)，上下通過栓焊接點(diǎn)連接。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的難點(diǎn)在于高層鋼結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的工藝，立柱定位準(zhǔn)確性以及選材的耐低溫性能和防冷橋做法。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)整體框架圖

圖3 外保溫板安裝圖

2.2 完善耐久的保溫體系

1）整體材料的選擇

采用外貼保溫結(jié)構(gòu)，這種保溫形式具有冷庫(kù)庫(kù)容可實(shí)現(xiàn)最大化，庫(kù)內(nèi)設(shè)備及管道吊架與主結(jié)構(gòu)連接無需穿透庫(kù)板，冷橋少，整體外觀效果好等特點(diǎn)，同時(shí)考慮到消防規(guī)范要求，故在冷庫(kù)墻面、頂部采用PIR 保溫板外側(cè)加設(shè)A 級(jí)不燃性巖棉夾芯板，從而滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》相關(guān)要求。巖棉板外側(cè)加覆PVDF 涂層，這樣也能在今后的使用過程中更好的保護(hù)冷庫(kù)保溫板，使得整個(gè)建筑的壽命更長(zhǎng)久。

2）鋼結(jié)構(gòu)立柱防冷橋處理

在外保溫高架冷庫(kù)中，鋼結(jié)構(gòu)立柱通過高強(qiáng)度螺栓與地面基礎(chǔ)相連接，因此這部分的防冷橋處理顯得十分重要，本工程采用高密度高強(qiáng)度的聚氨酯保溫墊塊，抗壓強(qiáng)度達(dá)到30 Mpa，不僅能有效的滿足隔熱的功能，還能起到支撐荷載的作用，在施工中同時(shí)還要注意做好保溫與混凝土之間的防水處理，如圖5所示。

圖4 巖棉板安裝圖

圖5 鋼結(jié)構(gòu)立柱冷橋處理圖

2.3 貨架

高架庫(kù)的優(yōu)勢(shì)在于密集型儲(chǔ)存、自動(dòng)化存取、信息化管理，針對(duì)目前使用于高架庫(kù)貨架的幾種形式的分析比較（表1），最終決定采用整個(gè)高架庫(kù)設(shè)置8 條巷道，采用直道型巷道堆垛機(jī)，設(shè)置單雙伸巷道貨架，南北穿堂輸送設(shè)備均連接至加工區(qū)域。物流計(jì)算機(jī)調(diào)度和信息管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式?？刂葡到y(tǒng)采用無線以太網(wǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。堆垛機(jī)與出入庫(kù)端輸送系統(tǒng)控制設(shè)備通過無線以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。穿堂設(shè)置有纏膜機(jī)，用以貨物進(jìn)行纏膜包覆，放置托盤上貨物在儲(chǔ)存及堆垛機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中塌落。

圖6 橫梁式貨架圖

表1 橫梁庫(kù)和密集庫(kù)（子母車）的分析比較

2.4 物流輸送系統(tǒng)（能否有主界面照片）

物流輸送系統(tǒng)包含傳送帶、纏膜機(jī)、托盤輸送機(jī)、堆垛機(jī)、提升機(jī)、運(yùn)行軌道等硬件組成，軟件采用自主開發(fā)的WMS 智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和WCS 智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于貨物最佳的進(jìn)出貨、分配、調(diào)度、管理以及控制功能，可以說，物流輸送系統(tǒng)對(duì)于高架冷庫(kù)的使用效率、物料的智能化、信息化起著至關(guān)重要的作用。

進(jìn)出貨輸送流程如圖7～11。

圖7 穿堂入庫(kù)流程

圖8 分揀區(qū)入庫(kù)流程

圖9 穿堂出庫(kù)流程

圖10 分揀區(qū)出庫(kù)流程

圖11 分揀區(qū)物流設(shè)施

2.5 先進(jìn)的制冷系統(tǒng)

通過分析儲(chǔ)存貨物類型，進(jìn)出貨周期，冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)工藝要求，初投資以及運(yùn)行費(fèi)用、各種制冷劑及供液方式等因素，最終選定冷間1 和冷間2 果蔬存儲(chǔ)庫(kù)采用R507桶泵供液，制冷主機(jī)采用多機(jī)頭并聯(lián)螺桿壓縮機(jī)組，末端蒸發(fā)器為吊頂式側(cè)出風(fēng)型冷風(fēng)機(jī)輔以織物風(fēng)道系統(tǒng)，冷間3 采用R507/CO2載冷系統(tǒng)，桶泵供液，制冷主機(jī)采用半封閉變頻螺桿壓縮機(jī)組，末端蒸發(fā)器采用倉(cāng)式冷風(fēng)機(jī)，通過其“冷湖效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)庫(kù)內(nèi)冷空氣的自然對(duì)流換熱，該系統(tǒng)氟利昂R507 均在制冷機(jī)房，末端均為CO2，兩者通過板殼式冷凝蒸發(fā)器連接，，大大提高了系統(tǒng)的整體能效，降低了系統(tǒng)充注量。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的冷熱綜合利用設(shè)計(jì)理念，利用壓縮機(jī)余熱加熱地坪防凍系統(tǒng)，通過采集濕球溫度以及干球溫度值，并進(jìn)行PID 演算，提供冷凝壓力的浮動(dòng)控制方式，根據(jù)季節(jié)和溫度的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整冷凝壓力，實(shí)現(xiàn)了精確的高壓控制，降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

制冷設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)：

整個(gè)項(xiàng)目在制冷設(shè)計(jì)上有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意，一是果蔬在儲(chǔ)存過程中會(huì)釋放乙烯和二氧化碳，因此要在設(shè)計(jì)上采用合理的通風(fēng)方式降低庫(kù)內(nèi)有害氣體的濃度，以益于果品的保鮮。本項(xiàng)目建筑保溫主體形式為鋼結(jié)構(gòu)外保溫形式，屋面不宜開洞進(jìn)行直接通風(fēng)，開洞后的防水工作，保溫端冷橋工作較。

難得到保障，且容易為日后冷庫(kù)運(yùn)行造成隱患；通風(fēng)口布置在外墻又產(chǎn)生新的難點(diǎn)，由于建筑為外保溫形式外墻開洞后直接通向庫(kù)內(nèi)，室內(nèi)外連接處處理不好容易形成冷橋，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)在室內(nèi)形成滴水甚至結(jié)冰等情況，針對(duì)此問題，采用室外微型冷庫(kù)門進(jìn)行保溫段冷，冷庫(kù)門同時(shí)配備門框加熱及限位開關(guān)保證通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定；針對(duì)室內(nèi)風(fēng)管，送鳳管若采用金屬風(fēng)管在夏季通風(fēng)時(shí)容易產(chǎn)生內(nèi)壁結(jié)露的現(xiàn)象，此問題即使在金屬風(fēng)管外包裹保溫材料也不能很好的規(guī)避，最終采用植物布袋進(jìn)行送風(fēng)，避免送鳳管結(jié)露問題，同時(shí)也可使送風(fēng)更佳均勻。

二是對(duì)于溫度場(chǎng)的均勻設(shè)計(jì)，由于果蔬儲(chǔ)存對(duì)冷庫(kù)內(nèi)溫度的均勻性要求極高，需要保證38 m 高差內(nèi)平均溫度在±0.5 ℃內(nèi)波動(dòng)，近似于冰溫庫(kù)的要求，由于果蔬的呼吸特性，儲(chǔ)存過程中會(huì)釋放呼吸熱，為了均衡掉呼吸熱、通風(fēng)換氣熱、新入貨的貨物熱、機(jī)械熱等影響庫(kù)溫的因素，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)我們借助了CFD 溫度場(chǎng)模擬技術(shù)，BIM 手段，分別模擬了不同風(fēng)量，不同布風(fēng)口位置和數(shù)量條件下的氣流組織，通過多次的輸入?yún)?shù)調(diào)整來指導(dǎo)庫(kù)內(nèi)的冷風(fēng)機(jī)、送風(fēng)布袋的設(shè)計(jì)，并在熱氟融霜控制、低負(fù)荷下冷風(fēng)機(jī)風(fēng)扇的獨(dú)立控制等方面作了精細(xì)化設(shè)計(jì)。通過CFD 模擬的數(shù)據(jù)結(jié)果可以得出如下結(jié)論：

1）果蔬高架冷庫(kù)需要采用大風(fēng)量，小風(fēng)速的設(shè)計(jì)，100 %風(fēng)量條件下的溫度最為均勻，絕大部分區(qū)域溫度維持在（-1.5 ～0）℃之間，即使在貨架中心部位，也能滿足設(shè)計(jì)要求。而在風(fēng)量為70 %和 50 %風(fēng)量滿負(fù)荷下均不能滿足需求，局部區(qū)域溫度分別超過 4 ℃和 7 ℃。

圖12 機(jī)房設(shè)備布局圖

圖13 通風(fēng)口布局圖

2）連接庫(kù)內(nèi)蒸發(fā)器的織物布袋風(fēng)道送風(fēng)方式采用滲透送風(fēng)，微孔置換送風(fēng)以及主動(dòng)對(duì)流送風(fēng)相結(jié)合的方式，對(duì)于高架果蔬冷庫(kù)應(yīng)該加大主動(dòng)對(duì)流送風(fēng)的風(fēng)量，減少滲透送風(fēng)，依靠主動(dòng)對(duì)流送風(fēng)，抵消部分水果產(chǎn)生的呼吸熱，通過微孔置換送風(fēng)降低儲(chǔ)存水果的干耗。為保證整個(gè)溫度場(chǎng)的均勻，出風(fēng)風(fēng)口風(fēng)速設(shè)定在7.50 m/s 以上，末端風(fēng)速應(yīng)達(dá)到0.5 m/s 左右。在項(xiàng)目施工過程中，降整個(gè)冷間分割為若干個(gè)單元，分別在距離地面2 m 處，18 m，32 m 處，每個(gè)截面設(shè)置7 處溫度傳感器，采集到的數(shù)據(jù)如表2。

表2 溫度傳感器數(shù)據(jù)表

經(jīng)過項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)后的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，溫度場(chǎng)與CFD 模擬結(jié)果基本一致。模擬結(jié)果詳見文獻(xiàn)[2]。

2.6 智能的自動(dòng)控制集成系統(tǒng)

項(xiàng)目采用集中控制系統(tǒng)的方案，上位機(jī)采用工業(yè)級(jí)專用計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)管系統(tǒng)內(nèi)PLC 系統(tǒng)參數(shù)配置、各種設(shè)備的動(dòng)作、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、加濕滅菌系統(tǒng)配置獨(dú)立的PLC 控制系統(tǒng)。云平臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步查詢，運(yùn)行監(jiān)控、多終端報(bào)警、在線報(bào)警、報(bào)修等功能。管理人員在對(duì)應(yīng)級(jí)別權(quán)限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的設(shè)備信息監(jiān)控。

圖14 CFD 溫度場(chǎng)模擬

圖15 集中控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖16 集中控制監(jiān)控界面

壓縮機(jī)組根據(jù)吸氣壓力，完成多機(jī)頭并聯(lián)機(jī)組的分級(jí)啟停、加減載。制冷系統(tǒng)配置蒸發(fā)式冷凝器，根據(jù)排氣壓力控制蒸發(fā)冷水泵及風(fēng)扇分級(jí)啟停。庫(kù)內(nèi)降溫階段的控制流程圖，制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制是以壓縮機(jī)組的待機(jī)信號(hào)為前提，在自動(dòng)運(yùn)行模式下，通過判斷庫(kù)內(nèi)溫度與目標(biāo)溫度的比較來控制末端閥件及設(shè)備的運(yùn)行，最終到達(dá)直接控制庫(kù)內(nèi)溫度目的。當(dāng)然，系統(tǒng)有必要配置溫度上下限保護(hù)報(bào)警提示功能，泵前后壓差報(bào)警、主要設(shè)備故障報(bào)警約束制冷系統(tǒng)的運(yùn)行功能。

熱氣融霜的化霜方式最大優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)節(jié)能性優(yōu)于電化霜的融霜方式，也不需要額外搭建水系統(tǒng)來完成水沖霜，本項(xiàng)目有選用熱氣化霜的融霜方式，融霜效果與季節(jié)、入貨量、融霜次數(shù)等因素相關(guān)，使用方需根據(jù)具體情況，合理調(diào)整融霜參數(shù)設(shè)置，如時(shí)間、融霜時(shí)長(zhǎng)、融霜次數(shù)、甚至翅片溫度傳感器的位置調(diào)整，都是必要的干預(yù)。

通風(fēng)系統(tǒng)可選擇兩種運(yùn)行模式，按照冷間劃分系統(tǒng)，同時(shí)與制冷系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，規(guī)定系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)，依次為，融霜?jiǎng)幼鲀?yōu)先級(jí)最高，其次是通風(fēng)、制冷動(dòng)作。

加濕系統(tǒng)可選擇兩種運(yùn)行模式，按照冷間劃分系統(tǒng)，同時(shí)與制冷系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，規(guī)定系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)，依次為，融霜?jiǎng)幼鲀?yōu)先級(jí)最高，其次是制冷動(dòng)作、加濕動(dòng)作。滅菌系統(tǒng)采用周期開啟的模式管理設(shè)備運(yùn)行。

3 結(jié)論

伴隨著中國(guó)冷鏈產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)冷庫(kù)設(shè)施需要朝著單體儲(chǔ)量大，智能化、綠色化、節(jié)能型、先進(jìn)性方向去發(fā)展。筆者希望在這個(gè)工程中的設(shè)計(jì)和施工中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軐?duì)今后同類型冷庫(kù)的建設(shè)起到借鑒作用。