大型钢结构外保温装配冷库设计要点简述
1 行业背景
近年来我国冷链物流行业发展迅速, 但目前的冷链设施和冷链装备不足, 冷链有关硬件设施虽然建设速度发展较快, 但仍然无法匹配目前农副产品冷链物流的缺口。原有设施设备陈旧, 发展和分布不均衡。其布局主要分布在各水果、蔬菜主产区以及大中城市郊区的蔬菜基地、以及为满足政府冻肉储备任务的分布在大中城市的冷库, 无法为农副产品流通系统地提供有效的低温保障。
在国家层面, 我国冷链体系从整体上看十分不完整, 且总量较少, 人均保有量更是远低于发达国家水平, 这将直接关系到我国目前亟待解决的食品安全问题。根据近些年国家提出的有关物流行业尤其是冷链物流行业的发展规划和政策导向可以看出, 未来冷链物流仍然是物流行业发展的重点和热点。
2 冷库类型及建造技术的现状
冷库作为冷链物流的中枢节点具有至关重要的作用。冷链物流各环节中易腐食品停留时间最长的环节就是冷库, 因此设计、建造好冷库对冷链物流行业的健康发展至关重要。
目前国内冷库数量众多, 但经营状态差异很大。传统多层土建结构冷库具有占地小, 使用空间大和造价低廉的特点。除此之外, 由于其存储货品主要为低温肉类及水产品, 而且传统的包装方式比较粗放, 客户一般都很在意长时间储存货品带来的干损耗问题, 故传统冷库一般采用排管降温。冷库的使用单位非常重视冷库的存储环境和条件却往往忽视产品运输冷链不中断这个关键问题。传统冷库一般多配置常温穿堂, 且穿堂内装卸站台采用的门、升降平台都是普通类型, 很多都未考虑其气密性和保温性能。冷库内采用排管制冷, 长时间使用都需要定期对排管进行除霜, 且除霜手段过于陈旧, 且对制冷系统安全有一定风险。此外除霜作业同时会给存储食品带来污染的风险。该类型冷库的主要用户主要是食品生产企业, 尤其是肉类加工企业和一些传统农副产品批发市场的批发商、供应商。
近年来涌现了一批代表先进制冷技术和储运技术的单层钢结构装配式冷库, 主要使用方为国内外大型食品供应商和高标准的第三方冷链物流运营单位。现阶段使用该类型冷库的客户主要存储进出口高端果品、奶制品、肉类及水产品包括药品等附加值较高的商品。
3 冷库类型及建造技术的发展趋势
自上世纪50年代我国建造起第一座冷库开始, 多层冷库一直占有行业市场大部分比例。近年来受益于改革开放近三十年食品工业和对应物流体系的快速发展, 国内陆续引入了很多知名跨国食品供应商和物流服务商。其首先引入了国外先进的冷库建造技术和设备。与此同时国内市场随着冷链物流的蓬勃发展, 冷链物流领域内出现了很多服务于第三方物流功能的冷库。在此背景下出现了单层钢结构装配式冷库这种形式。该冷库储货方式采用多层货架甚至是高层货架及全自动货架, 储存货品要求包装的规格整齐规矩, 其形式满足了新时代物流背景下要求高速的物流周转效率和运输速度的要求。
单层钢结构装配式冷库根据维护结构的位置可分为内保温装配和外保温装配两种形式。上述两种类型在世界范围内均有广泛应用, 其中欧洲范围内的内保温装配冷库占据较大比例, 而外保温装配冷库主要应用在北美地区。有关两种装配冷库类型优势的比较和讨论近年来频繁出现在各类行业学术会议中, 结论各不相同。根本原因是建设方或者运营方对冷库关注的侧重点各不相同, 自然结论无法达成一致。如果把内保温装配库的节能优势与外保温比较或者取外保温的空间优势与内保温比较显然都是比较片面的。市场上两种类型的长期并存就是对这种比较结果的客观体现, 所以这里就不在赘述。
4 外保温装配式冷库技术要点简述
冷库作为冷链物流环节中易腐食品停留最长时间的场所其能耗也较大。冷库的能耗主要来源于两部分, 一部分为储藏商品降温带来的消耗, 另一部分为日常营运过程中维护结构及运行物流设备设施带来的能耗。货品能耗不属于冷库节能措施和手段考虑的范畴, 故冷库的节能手段主要考虑维护结构的节能和物流设备选型及管理。
下文将装配式外保温冷库划分物流设备设施和维护结构这两大部分进行论述。
4.1 冷库的维护结构
4.1.1 冷库的保温体系及材料选择
装配式外保温冷库顾名思义, 冷库的保温层位于结构主体的外侧, 将结构包裹。冷库由于室内外温差较大, 保温材料中无机类保温很难满足需求, 故多采用有机保温材料。常用保温材料类型有聚苯乙烯泡沫 (EPS) 、挤塑聚苯板 (XPS) 和聚氨酯 (PU) 等。由于国家防火规范的严格控制, 普通聚苯板受其耐火性能差的限制基本不在选用之列。挤塑聚苯板相比具有抗压性能好, 耐火性能可达到GB8624-2012规定的B2甚至B1级, 故常选用做为冷库的地面或屋面的保温材料。聚氨酯相比挤塑聚苯具有尺寸稳定性好, 导热系数低、整体性更佳的特点, 但其使用也受到耐火性能的限制。近年来出现的聚异氰脲酸酯 (PIR) 相比聚氨酯 (PU) 的耐火性能更佳, 可达到GB8624-2012规定的B1级, 同时抗压性强、导热系数低、尺寸稳定性极佳, 具有更广泛的应用前景。
4.1.2 冷库的地面
冷库是高耗能的仓储建筑, 体型应尽可能方正避免异形并减小其外表面面积。冷库的维护体系主要包括地面、墙面和屋面三个部分。冷库的地面维护主要考虑其室内低温环境与建筑房心土或者架空层之间的冷传导效应。大型钢结构外保温装配式冷库通常采用地坪加热系统解决低温冷藏间地坪防冻胀问题。经比较, 在地质较好的地块, 加热系统相比较传统大架空的防冻胀形式节约的造价可达到土建投资的10%左右。当然, 具体项目的地坪防冻胀设计还需要考虑项目所在地的实际地质条件。在地质条件较差的区域考虑冷库地坪的安全性优先选择大架空防冻, 一劳永逸。在回访项目中我们发现, 地坪的设计往往被建设单位忽略。但恰恰是地坪设计中的一些疏漏造成了冷库地坪产生冻鼓, 导致无法补救的损失。
4.1.3 冷库的墙面
外保温装配式冷库的外墙一般都采用轻质保温夹芯板拼装。需要格外注意的是板缝拼装的整体密封性能的好坏直接决定了冷库使用是否安全和节能。轻质保温夹芯板本身的热惰性不佳, 且受制于工厂的生产工艺和实际道路运输条件无法生产、运输无缝的大尺寸板材。板材拼接宜采用竖板拼装方式, 低温侧建议拼装缝满打密封胶。板材拼装的密封程度和所选择的板材性能直接决定了墙面维护系统的优劣。建议建设单位一定选择有类似工程安装经验的施工方, 参照国外的经验做法, 板缝内一般满打不干性的密封胶且应保证拼装紧密牢固。板材固定方式要考虑冷库降温后的结构变形对维护结构的影响, 故建议尽可能采用暗埋悬挂式固定方式。
国内近年来装配式外保温冷库的实践案例其内外保温墙板多采用双面彩钢板PIR夹芯板。地面的保温受到上部荷载的作用一般选择抗压强度更高的挤塑聚苯板。屋面保温可选择挤塑聚苯板或PIR软面板, 其中PIR板具有更好的尺寸稳定性, 但价格较高。现阶段保温材料的选择更大程度取决于国家消防法规的要求, 由于冷库储存货物价值高且建筑维护构造较为单一, 因此设计建议选择防火性能更好地材料以满足保温和防火的有关要求。
装配式外保温冷库金属面夹芯板除考虑保温材料的性能外还应综合建筑所处环境的气候特点, 使用部位和饰面效果等因素选择适当的金属面板材质和金属面涂层。常用金属板类型有热镀锌钢板和镀铝锌板;钢板涂层包括PE、HDP、PVDF涂层等可选类型。涂层对建筑耐久性具有重要作用, 故板面涂层的选择应根据项目所在地气候特点及使用需求谨慎决策。
4.1.4 冷库的屋面
外保温装配式冷库屋面多采用复合保温组合屋面, 即金属面承重板上铺设保温层、隔汽层、防火隔离层和防水层。由于外保温冷库的制冷管道直接敷设在露天的室外屋面, 故大大减小了氨泄露带来的可能的危害。根据国家有关规范要求, 屋面可燃类保温及防水层之间应铺装一层10mm厚不燃烧材料隔离层。防水多采用单层高分子卷材即可达到I级防水的要求。此外, 屋面考虑制冷管道及支座一般需要提高屋面保温材料的抗压强度。屋冷库屋面与周圈墙面交界处需要预留好空隙, 采用发泡聚氨酯现场堵实。如采用岩棉等材料做高温库屋面保温时有必要在其下方增设一道隔汽层以确保降温过程析出的水分不进入到保温层中降低保温效果。
4.2 冷库的物流设备设施
冷库内常用物流设备设施含货物运输传送设备及仓储管理设备等。据估算, 冷库维护结构的能耗约60%~80%源自穿堂及冷藏间频繁开启的门、升降平台及门封等位置。因此选择适用节能的物流设备以达到长期节省维护和运营成本的目的已经越来越成为冷链物流行业的共识。
4.2.1 站台提升门
站台装卸货均通过设置在站台外立面的垂直分节保温提升门。门体开启和关闭过程中冷热空气对流带来大量冷量损耗, 故该位置的节能设计将直接影响冷库节能效果。国内的外保温装配冷库装卸站台标准配置垂直保温提升门门板一般采用门板厚度40mm左右的PIR或PU夹芯板, 其热阻值≮2.0。门板底部应配置柔性橡胶密封条, 以保证一定的地面平整度情况下门板的气密性。目前北美市场已经广泛使用了冷库专用的垂直提升门, 其保温门板的厚度已经加大, 相信不久的将来一定引入国内市场。
另外由于门体尺寸大, 开启关闭时建议待冷藏车辆接驳停靠站台后由室内一侧打开依次打开提升门和冷藏车门, 此做法可最大程度减小门体开启关闭带来的损耗, 同时实现了冷藏车与低温穿堂的无缝联系即冷链不中断。从室内一侧打开冷藏车的冷藏门需要充分考虑冷藏箱门的宽度, 故垂直提升门洞配置宽度建议≮2.6m, 高度一般在2.7~3m之间。门洞过大或过小都不利于与相应冷藏车辆接驳, 过大的洞口会带来更大的能耗。
4.2.2 站台升降平台
为满足不同物流车型与站台接驳的需求, 冷库站台实践案例中使用的升降平台有多种类型, 包含普通翻转舌板平台、伸缩式舌板平台、垂直式平台和带升降平台的专用装卸房等。常温穿堂的站台一般选用普通翻转舌板的升降平台。低温穿堂站台处升降平台则需要考虑更多节能的因素。经测算, 使用普通升降平台通过其缝隙跑出的冷气能耗占到穿堂维护结构能耗的约50%。故选择节能型的升降平台对于冷库的节能具有重要的作用。
采用垂直式升降平台其优点是平台基坑连续且平整, 非常利于清洁维护, 同时站台门可关闭至平台坑底, 彻底阻断了通过升降平台自身缝隙跑冷的渠道。另外冷藏车停靠时可在站台室内一侧依次打开提升门和冷藏车门, 实现冷链连续且车辆停靠全过程冷量损失少。其缺点是占用低温穿堂的面积, 且平台之间的空隙区域为防止人员和叉车等运输跌落常常设置防撞柱等保护隔离措施, 占用空间较大。
采用伸缩式升降平台可有效的解决占用穿堂空间的问题, 其占用空间与普通平台相似。伸缩式平台通过特殊基坑的设计亦可实现站台门落下后彻底阻断跑冷的缝隙。由于站台门板至冷藏车厢间存在一定的距离, 故通过升降平台的伸缩式舌板搭接至冷藏车厢。其缺点是不能在室内一侧操作打开冷藏车厢门, 须在室外打开后指挥车辆停靠, 该过程冷藏车厢会有一定冷量损耗。
5 结语
本文结合目前冷库建设领域内比较新的技术和设备设施对大型外保温装配式冷库进行介绍。希望借助冷链物流行业大发展的“东风”, 提升国内冷库建造标准和设计水平。经过欧美发达国家几十年的实践总结, 伴随着现代新型物流设备设施的大量装备和国内劳动力成本的不断上升, 相信装配式外保温冷库会在未来的冷链物流仓储市场中占有更大的比重和更好的经济效益。
摘要：近年来我国冷链物流行业发展迅速, 但目前的冷链设施和冷链装备不足, 冷链有关硬件设施虽然建设速度发展较快, 但仍然无法匹配目前农副产品冷链物流的缺口。近年来涌现了一批代表先进制冷技术和储运技术的单层钢结构装配式冷库, 主要使用方为国内外大型食品供应商和高标准的第三方冷链物流运营单位。下文将装配式外保温冷库划分物流设备设施和维护结构这两大部分进行论述。
关键词：冷链物流,冷库,外保温,装配式冷库,穿堂,冷藏间
参考文献
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