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冷库库体结构温控技术的应用与优化
 

在冷库的各种温控技术手段中，冷库的库体结构设计是重要一环。数据显示，在冷库的各种耗冷因素中，与建筑相关的因素约占15%~30%。因此，冷库库体结构的保温隔热效果如何，对冷库温控的效果影响很大。从温控角度而言，冷库库体结构的保温是一种被动的手段，即，冷库板及地坪共同构成的保温围护体系，通过被动减少冷逸，或室外热空气进入，从而可以消减制冷系统的额外无效能耗。因此，冷库库体结构的保温隔热体系的主要作用是，减少或隔绝热量的热传导（冷桥）和对流（漏冷）。
 

一、冷库库体结构温控技术探讨

库体结构温控技术主要包括冷库主体结构隔热处理、冷库墙面板保温设计、屋面保温设计、地坪处理、保温材料防潮与防湿等关键技术。下面详细介绍各项技术的内容与应用。

1.冷库主体结构隔热处理

根据主要建筑材料，冷库主要分为土建冷库和钢结构冷库。本文主要探讨钢结构冷库。钢结构冷库又可分为室内装配式冷库与室外装配式冷库，参见图1、图2。

 

 

室内装配式冷库，是采用冷库板将冷空气与钢结构主体材料隔绝的冷库结构。由于主钢框架接触的是室外常温环境，因此，室内装配式冷库的主钢框架无需进行额外保温处理。室外装配式冷库则与之相反，其库体钢柱柱脚下面需加设特种保温垫块，以防止冷空气通过钢柱产生冷逸造成地坪冻融，进而危及冷库主体结构。

目前室外装配式冷库的基础技术均已成熟，因此在世界范围内拥有最广泛的应用。而室内装配式冷库由于主钢架在冷库板外面，需额外采用一层彩钢板或其他耐候防材料遮风挡雨，以避免主钢架的锈蚀，因此较室外装配式冷库，额外增加了一笔不小的成本。室内装配式冷库适用于由普通建筑或普通仓储改造为冷库的项目。

2.冷库墙面板保温及气密性设计

冷库墙面板主要用材如表1所示。K值（热导率）越小，代表该种材料保温隔热性能越佳。结合表1数据可判断出，聚氨酯（PU）与聚异氰脲材料（PIR）是相对较好的选择。其中，后者可以达到消防要求的B1级材料，因此应用比聚氨酯更广，也是低温库不可替代的保温材料。这两种材料多是在工厂流水线上复合成夹芯板，再将成品运输至施工现场（不同于混凝土土建库多采用的现场喷涂发泡方式），通过专用螺钉与钢框架结构连接。而保温隔热性能最佳的真空绝热板（VIP）由于造价过高，在国内大型冷库建筑中缺少应用案例。

 

 

由于国内新消防法规要求提高，能够达到A级防火性能要求的岩棉及玻璃丝棉夹芯板应用大幅上升。但由于材料自身特性，在夹芯板受到撞击或开洞等原因造成内外钢板破损时，上述两种芯材会因吸水造成保温效果减小甚至丧失，并存在老化掉屑等情况。当采用上述两种保温材料时，夹芯板四面企口、门洞等位置应提前设计，在工厂提前预制，杜绝现场手工切割，以有效封闭芯材。内外钢板本身，除提供芯材有效防护外，还具有气密性的作用，冷库板与檩条和主结构连接塑料头自攻钉时，应使用胶或绝缘垫片有效封堵，防止水汽侵入芯材。表2为保温材料其他各项指标对比。

 

 

冷库板越厚，外部热传导造成的冷耗越小，但同时冷库建设成本越高。如何把握建设成本与后期运营成本的均衡，需要根据不同地区的温湿度以及冷库库温来综合考虑。在采用聚氨酯材质情况下，冷藏库建议不低于100毫米，低温冷冻库建议不低于150毫米。

冷库夹芯板一般采用竖装，即板宽约1米的夹芯板，长度方向垂直于地坪拼接，长度方向（24米以内）一般不对接。夹芯板在安装时，提前拼接槽内注胶，扣紧的板缝可解决气密性与冷逸问题。夹芯板内层钢板直接与室内冷空气接触，如果不作处理，内板上下两端将会形成一个冷桥。通常做法是，在屋面和地坪保温层对应范围内，将内板现场切槽，槽口宽度不低于20毫米，在内层钢板与屋面、地坪保温层交汇区域，现场充注、发泡聚氨酯材料，从而阻断内层钢板冷桥（如图3所示）。这样，冷库板大面就有效阻断了冷桥，解决了墙面气密性问题。

为阻断冷库板与主体钢结构节点位置处的冷桥，采用塑料头自攻钉，将预埋在夹芯板内侧的预埋钢板固定在檩条上。自攻钉不穿透夹芯板，而是埋置在夹芯板芯材中间。塑料头所传导的少量冷逸也为保温芯材所阻断。这样可很好地解决连接点的冷桥问题。

以上几点，再结合转角位置板细部处理，就能很好地保障冷库墙面板保温及气密性。

 

 

3.屋面保温设计

室外装配式冷库屋面兼具防水保温、抵抗紫外线及酸雨侵蚀等作用。同时，由于冷库内多存储食品、药品，对洁净度要求很高。因此，屋面保温处理更需要谨慎。

目前在国际上较为通行的做法是，钢结构檩条之上铺设镀锌钢板（可以选择耐腐蚀性更好的铝板或不锈钢板），钢板接缝、搭接位置均用耐候胶密封；钢板上铺设防潮隔汽层，防止室内湿气向上侵蚀保温层，同时加强气密性和防止屋顶掉屑；两层岩棉或挤塑块保温层错缝铺设；柔性卷材TPO或耐老化PVC，敷设在保温层之上。卷材自身搭接、与墙面衔接部位等位置，全部采用热焊接。构造如图4所示。这种屋面处理做法，可以较好解决防水及气密性。保温材料厚度根据热工计算采用，一般建议厚度不低于200毫米。

室内装配式冷库由于不需考虑防水及耐候性，其屋面板推荐采用夹芯板。

 

 

4.地坪处理

国内目前已经有超过9300万立方米冷库，不少地坪冻融问题较为严重。

根据国际制冷协会推荐做法（如图5所示）从下到上其构造为：稳定层、隔汽层、素混凝土稳定层、防冻融加热层（压缩机排气加热或/和电加热）、隔汽层、抗压保温挤塑保温材料、隔汽层、钢筋混凝土面层及表面耐磨处理。

 

 

目前国内冷库地坪，主要是加热层及防潮层处理问题比较突出。

国内不少冷库选择通过架空层或管道通风方式，来隔绝室内冷逸侵入基底土壤。管道通风存在长度限制（管道不宜超过30米），架空层处理则存在建筑投入成本问题，且两者均没有彻底解决客观存在的冷逸问题，造成地坪冻融。

采用管道油路加热或电加热，则可以解决这个问题。电加热需要较多的电能消耗，对大型冷库而言，不推荐单一采用。管道油路加热，可以选择丙二醇或乙二醇（后者毒性大，冷库安全要求高时不推荐）等作为介质，压缩机排气加热，通过热交换器传输给油路介质，热量不足时，采用电加热作为补充。

在施工过程中，需加强控制钢管质量及焊接质量管控。油路管道埋设在地坪之下，其弊端是无法更换。因此，在混凝土覆盖前，首先进行通水加压试验，确保管道畅通无杂物，且无漏点存在。

5.保温材料防潮、防湿设计

地坪处理构造中，尤其要注意防潮层敷设。从图5中可以看出，按照国际制冷协会的推荐做法，特别强调敷设了3层防潮层。其目的是隔绝来自室内与基底土壤的湿气对加热层及保温层的侵蚀，防止破坏或削弱地坪的保温、隔热性能。

材料受潮后，其导热率将显著增大，保温效果急剧下降。此外，保温层被建筑构造外板和内板（屋、墙面）或地坪构造层所覆盖，受潮或进水后，保温层很难在冷库运营使用期间变干。因此，冷库保温构造层是否能持续保持其保温效果，除了材料自身性能因素之外，最重要的是库体构造措施能否有效防止水、汽侵入。

高温侧水蒸汽分压力大于低温侧，建筑防潮层多在保温层的室外侧敷设。但如上文屋面和地坪部分而言，防潮构造层最好能在保温层室内外两侧均敷设。其中，在屋面构造中，柔性屋面自身相当于一层防潮层，但如有可能，屋面最好也增设室外侧防潮层。

对于墙面而言，由于内外钢板是良好的隔绝湿气材料，因此，夹芯板无需增设额外防潮层。但要注意板缝位置里外需注胶，以保证湿气不从该位置侵入夹芯板内，避免破坏库体气密性。

在冷库板与主钢结构和檩条连接位置，由于钉子会破坏夹芯板内层钢板的完整，湿气有可能从钉口位置侵入芯材。因此，连接钉口位置需要注意钉帽下加设柔性垫片，或采用其他防水汽手段。

在设计时，对于可能受到外力冲击位置的墙板，需要加设保护措施，如踢脚、防撞护栏等。运营期间，对内外钢板破损的，要及时进行封堵，以防止水、汽持续侵入。

红外线热成像仪可快捷、直观地检查冷库板保温隔热性能。冷库建成时应采用热成像仪检查冷库是否存在冷桥部位。若存在问题，应责成进行整改，直至问题解决。在运营阶段，推荐每五年扫描一次，对保温损毁或老化部位，应及时进行保养或更换。
 

二、冷库未来发展趋势与温控技术优化

1.自动化、智能化是未来发展趋势

冷库应该在建造和运营中，以最小的成本实现食品、药品的保质、保鲜。根据欧美国家经验，在人均国民生产总值达到6000美元以上时，冷库会有爆发式需求增长。而与此相对应，人力成本在此阶段也相应增加。因此，为降低运营成本和人工成本，冷库采用自动化、智能化设备是一个必然发展趋势。此外，除必要的检修外，自动化冷库杜绝了人员及叉车等机械进出冷库，对室内温度影响也降至最低，所以可有效降低能耗（有资料表明，自动化冷库相比传统冷库，能耗可以降低90%）。为发挥堆垛机等自动化设备的优势，其巷道运行长度最好在100米左右。为了在相同体积下有最小的表面积（表面积与体积的比率较小，可以有效降低由于围护原因带来的能耗），冷库又需要尽可能接近立方体。国内对于冷库占地面积的限值，又是这一设计原则的障碍。在自动化冷库设计过程中，需要根据自动化控制系统如堆垛机运行方式、站台设置、货架高度等，结合建筑消防要求考虑冷库建筑尺寸。

2.多温区存储满足市场需求

生鲜品类众多，对冷库保鲜、储藏温度需求很宽泛，如，果蔬的存储温度在5℃~20℃，蛋奶在2℃~-4℃，多数水产肉类则需存储在-18℃以下低温环境，优质金枪鱼等高端产品冷藏温度要求在-50℃以下（该温区冷库目前在中国市场较为稀少，导致高端优质客户需求无法满足）。旺盛的市场需求必将刺激和推动冷库朝多温区方向发展。冷库在规划设计阶段，应该考虑今后库温变化的可能，将冷库保温板厚度选择在一个能承受预计最低温度的数值。

从配送成本角度考虑，在一个物流园区内，普通物流干仓与多温区冷库应该统筹规划设置。目前国内能够提供如货物分拣、包装等增值服务的冷库占比过少，这也是造成国内高端冷库匮乏的一个重要因素。从理货方便等角度考虑，冷库（低温）穿堂应改变目前普遍跨度较小的弊端，跨度应在15米以上为宜。

3.钢结构冷库将成为主流

国内相关规范把檐口高度高于7米的仓库定义为高架库。冷库室内净空高度超过15米，巷道长度超过100米，是能够体现堆垛机效率优势的建筑体量。国内及国际上都有单层冷库高度接近50米的高架库工程案例。

目前，中国城市工业用地中具有优越的交通和配送辐射位置的优质地块极为稀缺，再加上国内有着世界最严格的冷库消防规范，对冷库单体占地面积约束很大。因此，冷库有在最小占地面积上获取最大库容的市场驱动力。这也使得适宜建造大跨度、高尺度冷库的钢结构材料在冷库建筑上得以广泛应用。

中国近几年钢材价格持续处于历史低位，使得钢结构冷库建造成本持续降低。如前文所述，钢结构及夹芯板冷库材料的自身性能，也保证了钢结构冷库在增加实际库容（钢结构梁、柱截面尺寸小，且梁或桁架跨越能力大则室内可减少或不用设柱子）、降低能耗方面是混凝土材料所无法比拟的。同时，钢结构冷库具有施工周期短（现场工期不超过4个月），达到建筑设计寿命后建材可回收（以重量计，回收率超过60%），较混凝土材料更环保等优势，综合成本低于钢筋混凝土冷库。欧美国家几十年的实际运营效果也证实了钢结构冷库的可靠性。这也是本文对冷库库体结构的温控技术的探讨主要围绕钢结构冷库进行的原因。

    资料来源：《物流技术与应用》冷链增刊2016年9期
    转载时间：2016年11月07日
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