冷库的节能设计

[关键词]冷库 节能设计 原则和要点

前言

进入21世纪，国际能源危机明显加剧，环境恶化问题日趋严峻，节能减排已成为全球性研究课题。随着近年来我国建筑业的迅速发展，中国建筑能耗的总量逐年上升，目前已从70年代的10%上升至30%，能源与发展之间的矛盾日益突出，建筑节能已成为当前节能领域的当务之急。

冷库作为一种特殊的建筑，多年来一直是耗能大户。据统计，制冷设备能耗已占全国耗电量的15%左右。冷库耗能不仅影响着冷库产品的质量和成本，关系着企业的前途和命运，也直接影响着国家的经济发展和节能建设的战略方针。在世界性倡导节能减排的今天，建设节能型冷库已成为冷库行业的发展方向。

1 目前国内冷库节能现状

作为农产品的生产大国，我国冷库的建设，无论在规模、数量、和技术水平上，与发达国家相比，都远远落后。建国初期建造的冷库，普遍存在技术设备陈旧落后、冷库保温严重老化、自动化程度低、能耗高效率低的特点。自上世纪80年代以来，随着国外新型保温材料在国内的应用和先进技术的引进，冷库的建设有了突飞猛进的发展。但在项目投资建设时，业主普遍关注的是投资成本和眼前利益，而设计也仅限于满足使用和生产的需要，在冷库的节能环保和运行成本等方面，几乎很少考虑，致使国内冷库普遍成为高耗能冷库，部分冷库的能耗已占据企业成本的30%。

影响冷库能耗的因素很多，不同的地区，不同的产品，选用不同的设计方案，产生的能耗大不相同。要想从根本上解决冷库的能耗问题，除了要有先进的技术和管理，最根本的是要从设计入手，提倡节能设计。

2 节能设计的发展与分类

我国自1986年颁布了第一本北方地区建筑节能设计标准，1987年出版了《机械工业节能设计技术规定》，近年又相继出台了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》和《公共建筑节能设计标准》，新编了节能技术措施和图集。在居住和公用建筑上，建筑节能设计工作已逐步走入正规，但在冷库设计领域，则相对落后，基本处于空白。

冷库的节能设计，大体可分为建筑设计与系统设计。简单地说，建筑设计主要依靠建筑物从总体到单体直至具体构件的设计来保证和维持建筑内的使用条件，其目标就是要尽量减小能源设备装机功率，使房间的负荷变小，为节能创造条件；而系统设计，例如制冷空调系统、电器系统等等的设计，就是在满足实际负荷要求的情况下，尽量提高能源使用效率，它主要是依靠设备和系统本身的高效率来实现节能。建筑设计与系统设计二者是相辅相成的，必须有机结合，才能构成完整的节能设计。

3 节能设计应贯彻的原则

3.1 系统设计原则

冷库的节能设计首先是总体系统设计。它包含有建筑规划、建筑结构、制冷工艺、暖通空调、电器系统等多个专业领域，它绝不是多项节能技术或节能设备的简单叠加，而是通过许多专业学科交叉结合，各项节能技术在设计和实际中的集成应用。

传统的冷库设计，往往将建筑设计和系统设计分开，建筑结构设计在先，委托民用或公用设计院进行设计；而系统设计在后，委托设备厂家进行设计。这样，不仅不能保证设计质量，而且很容易造成设计上的脱节。冷库在进行建筑规划和方案设计时，制冷工艺等系统方案不确定，二者缺乏有效的沟通和长远规划，由此造成很多冷库建成后，并不能完全满足工艺的需要，必须重新改造，不仅造成资源浪费，有时还可能造成永久缺陷。

3.2 长远规划，合理建设原则。

冷库设计应贯彻近远期结合的原则，以近期为主，适当考虑扩建的可能性^[1]。

3.3 建设费用与运行费用相结合原则。

冷库设计时，不仅要考虑投资成本，还要考虑实际运行成本和管理使用费用，要统筹兼顾，合理测算。

4 冷库节能设计要点

以下分别从建筑、制冷和电器设计三方面，对冷库节能设计要点进行阐述。

4.1 建筑节能设计

冷库的建筑节能设计首先要从规划做起。在进行冷库厂区的总体规划设计时，应将节能理念贯穿至规划当中，不仅要考虑建筑方案，还要考虑系统要求。

（1）规划厂区总平面。

根据当地的气候情况和用户具体要求，确定建筑物的朝向、平面尺寸和形状等参数，科学布局，最大限度减少建筑物的能耗，获得理想的节能效果。经测试，同样形状的建筑物，南北朝向比东西朝向的冷负荷要小50—70%，因此,选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能措施。

（2）合理布置平面、确定层高

冷库与一般的工业与民用建筑不同，用户因加工或储藏的物品不同，其工艺流程千差万别。这就要求建筑设计人员不仅要懂得建筑规范和知识，还要熟悉产品生产、加工、储藏要求及特点，了解制冷空调设备、加工设备及相关电器等系统知识，多方面与用户及系统设计人员沟通，合理确定冷库的平面布置。

冷库的主库建筑一般分机房和库房两部分。

机房^[1]是机器间、设备间和冷凝器部分建筑物的统称。机房的设计要充分考虑设备基础、设备管路预留预埋件和洞口、屋面设备荷载、吊装管道荷载、地下水池、设备操作平台、调节站等因素，还要根据设备的要求考虑机房的防爆、防火、通风等设计。机房的布置应尽量使压缩机房与变配电房靠近布置，以减少管路和材料的用量及其不必要的能量损失。

库房^[1]是冷库建筑群中的主体建筑，包括加工间、冷藏间和附属用房。冷藏库的平面尺寸和高度应根据贮藏物品的托盘大小、包装规格、堆码方式及堆码高度等使用功能确定，货架储藏冷库还应充分考虑货架平面布置和货架层数，以确定最佳的冷库开间和层高，提高冷库的使用效率。过去很多冷库，建筑设计时只考虑建筑模数，不考虑实际堆货情况，降低了冷库的利用系数。加工间和附属用房，除要按工艺流程布置平面外，还要根据温度不同，合理调整房间布局。一般采用自然通风的附属用房，布局应宽敞，窗户要大，尽量布置在房屋边缘；而有温度要求和卫生要求的车间，则应尽量少开窗，以减少空调负荷。

（3）选择节能优质保温材料

冷库通过围护结构的跑冷量与围护结构单位热流量成正比。要降低围护结构单位热流量，一是选择热导率小的保温材料，二是增加保温层的厚度。而厚度又不宜太厚，否则会增加建造成本和减少使用空间等问题。因此，要在合适的厚度范围内选取保温材料。冷库的隔热保温材料，目前广泛使用的主要有聚苯乙烯、挤塑板和聚氨酯。

1）聚氨酯泡沫塑料（PU）：在各种保温材料中，聚氨酯硬质泡沫塑料因其导热系数小、隔热好、吸水率低、压缩强度大等优点，而成为冷库保温材料的首选产品。其总热惰性指标低于1.5，仅为软木隔热混凝土内墙的16％～20％，缺点是产品价格相对较高。

2）聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）：聚苯乙烯硬质泡沫塑料因其低廉的价格，相对较好的保温性能，在高温库占据了一定的市场。

3）挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）：因其压缩强度高，价格适中等优点，近年来广泛应用于冷库中的地坪保温。

以上产品，不仅可单独使用，也可根据具体情况组合使用。如“EPS或XPS保温板+PU喷涂”组合，应用于吊顶和墙面，保温的同时适当降低了造价。因此，设计人员在选择保温材料时，不仅要选择材质，对产品性能提出具体要求，还要进行综合分析，为业主选择材料提供正确依据。

（4）选择节能的建筑做法

1）库房的外表面颜色尽量设计成白色或浅色。这主要是利用它的反射来辐射热量。颜色是影响反射率的主要因素。颜色越浅，反射太阳辐射的能力越大。如白色表面对太阳辐射的反射率可达0.8，而黑色只有0.1。因此，夏季在强烈的太阳照射下，白色表面的温度可比黑色表面低25—30℃。

2）月台尽量设置成封闭月台，封闭月台一方面可兼做暂存间使用，另一方面可减少冷量散失。

3）屋面尽可能设成保温通风屋面。保温通风屋面可降低库内外的温差，从而减少冷库负荷。

（5）合理考虑荷载

冷库荷载，应综合计算，荷载过大，造成资源及原材料浪费；荷载考虑不足，容易造成缺陷和不安全隐患。一般地说，冷库的荷载，除按规范考虑结构荷载外，还应考虑库内吊顶、各种设备和管路、溶液等重量。如冷库顶排管荷载一般考虑50—60KG/M²，冷库内吊库板荷载一般为20--30 KG/M²，比较合适。如库内选用风机，则应根据风机位置考虑集中荷载或适当增加均布荷载。

（6）根据平面和荷载要求，选择适当的结构形式。

冷库的结构形式，大体可分为三类。一类是砖混或混凝土框架结构；一类是钢结构拼装冷库；另一类是钢混结构，即混凝土柱钢梁或钢网架结构。三种方案的适用范围和特点：

1）砖混或混凝土框架结构

这种结构的冷库优点是坚固，承重高，防火和耐久性好，整体性好。缺点是施工工期较长，自重较重，要求地质情况良好，冷库内柱子较多，影响货物堆放。为减少库内柱子，比较常见的单层冷库一般都采用双T板，双T板的经济跨度一般不超过15米，跨度较大时，其造价较高，所以不适宜跨度较大冷库。

2）钢结构拼装冷库

自八十年代后期，钢结构拼装冷库，因其自重轻、跨度大、安装便捷，保温性好等优点，在国内迅速推广，尤其适宜地质不良和跨度较大的项目。缺点是防火性差，投资成本和维护费用较高。

3）钢混结构

钢混结构介于以上两种结构形式之间。随着近年冷库火灾事故蔓延上升趋势，很多大型冷库为实现防火分区的需要，将钢柱改为混凝土柱，将外围夹心板墙体改为砖墙砌筑，隔间采用保温聚氨酯板。为适应大跨度要求，屋顶采用钢梁或网架结构。跨度小、荷载低的一般选用钢梁（一般钢梁单跨跨度不超过30米），跨度大、荷载重的选用钢网架结构。这种结构在一定程度上避免了以上两种结构的缺点，近年来应用较多。

结构形式的不同，所消耗的能源不尽相同，直接影响着工程造价和建筑效果。设计人员在进行结构选型时，应经过充分的验算和经济分析比较，为用户得出最经济合理的结构设计方案。