[關鍵詞]冷庫 節能設計 原則和要點

前言

進入21世紀，國際能源危機明顯加劇，環境惡化問題日趨嚴峻，節能減排已成為全球性研究課題。隨著近年來我國建筑業的迅速發展，中國建筑能耗的總量逐年上升，目前已從70年代的10%上升至30%，能源與發展之間的矛盾日益突出，建筑節能已成為當前節能領域的當務之急。

冷庫作為一種特殊的建筑，多年來一直是耗能大戶。據統計，制冷設備能耗已占全國耗電量的15%左右。冷庫耗能不僅影響著冷庫產品的質量和成本，關系著企業的前途和命運，也直接影響著國家的經濟發展和節能建設的戰略方針。在世界性倡導節能減排的今天，建設節能型冷庫已成為冷庫行業的發展方向。

1 目前國內冷庫節能現狀

作為農產品的生產大國，我國冷庫的建設，無論在規模、數量、和技術水平上，與發達國家相比，都遠遠落后。建國初期建造的冷庫，普遍存在技術設備陳舊落后、冷庫保溫嚴重老化、自動化程度低、能耗高效率低的特點。自上世紀80年代以來，隨著國外新型保溫材料在國內的應用和先進技術的引進，冷庫的建設有了突飛猛進的發展。但在項目投資建設時，業主普遍關注的是投資成本和眼前利益，而設計也僅限于滿足使用和生產的需要，在冷庫的節能環保和運行成本等方面，幾乎很少考慮，致使國內冷庫普遍成為高耗能冷庫，部分冷庫的能耗已占據企業成本的30%。

影響冷庫能耗的因素很多，不同的地區，不同的產品，選用不同的設計方案，產生的能耗大不相同。要想從根本上解決冷庫的能耗問題，除了要有先進的技術和管理，最根本的是要從設計入手，提倡節能設計。

2 節能設計的發展與分類

我國自1986年頒布了第一本北方地區建筑節能設計標準，1987年出版了《機械工業節能設計技術規定》，近年又相繼出臺了《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》和《公共建筑節能設計標準》，新編了節能技術措施和圖集。在居住和公用建筑上，建筑節能設計工作已逐步走入正規，但在冷庫設計領域，則相對落后，基本處于空白。

冷庫的節能設計，大體可分為建筑設計與系統設計。簡單地說，建筑設計主要依靠建筑物從總體到單體直至具體構件的設計來保證和維持建筑內的使用條件，其目標就是要盡量減小能源設備裝機功率，使房間的負荷變小，為節能創造條件；而系統設計，例如制冷空調系統、電器系統等等的設計，就是在滿足實際負荷要求的情況下，盡量提高能源使用效率，它主要是依靠設備和系統本身的高效率來實現節能。建筑設計與系統設計二者是相輔相成的，必須有機結合，才能構成完整的節能設計。

3 節能設計應貫徹的原則

3.1 系統設計原則

冷庫的節能設計首先是總體系統設計。它包含有建筑規劃、建筑結構、制冷工藝、暖通空調、電器系統等多個專業領域，它絕不是多項節能技術或節能設備的簡單疊加，而是通過許多專業學科交叉結合，各項節能技術在設計和實際中的集成應用。

傳統的冷庫設計，往往將建筑設計和系統設計分開，建筑結構設計在先，委托民用或公用設計院進行設計；而系統設計在后，委托設備廠家進行設計。這樣，不僅不能保證設計質量，而且很容易造成設計上的脫節。冷庫在進行建筑規劃和方案設計時，制冷工藝等系統方案不確定，二者缺乏有效的溝通和長遠規劃，由此造成很多冷庫建成后，并不能完全滿足工藝的需要，必須重新改造，不僅造成資源浪費，有時還可能造成永久缺陷。

3.2 長遠規劃，合理建設原則。

冷庫設計應貫徹近遠期結合的原則，以近期為主，適當考慮擴建的可能性^[1]。

3.3 建設費用與運行費用相結合原則。

冷庫設計時，不僅要考慮投資成本，還要考慮實際運行成本和管理使用費用，要統籌兼顧，合理測算。

4 冷庫節能設計要點

以下分別從建筑、制冷和電器設計三方面，對冷庫節能設計要點進行闡述。

4.1 建筑節能設計

冷庫的建筑節能設計首先要從規劃做起。在進行冷庫廠區的總體規劃設計時，應將節能理念貫穿至規劃當中，不僅要考慮建筑方案，還要考慮系統要求。

（1）規劃廠區總平面。

根據當地的氣候情況和用戶具體要求，確定建筑物的朝向、平面尺寸和形狀等參數，科學布局，最大限度減少建筑物的能耗，獲得理想的節能效果。經測試，同樣形狀的建筑物，南北朝向比東西朝向的冷負荷要小50—70%，因此,選擇合理的建筑物朝向是一項重要的節能措施。

（2）合理布置平面、確定層高

冷庫與一般的工業與民用建筑不同，用戶因加工或儲藏的物品不同，其工藝流程千差萬別。這就要求建筑設計人員不僅要懂得建筑規范和知識，還要熟悉產品生產、加工、儲藏要求及特點，了解制冷空調設備、加工設備及相關電器等系統知識，多方面與用戶及系統設計人員溝通，合理確定冷庫的平面布置。

冷庫的主庫建筑一般分機房和庫房兩部分。

機房^[1]是機器間、設備間和冷凝器部分建筑物的統稱。機房的設計要充分考慮設備基礎、設備管路預留預埋件和洞口、屋面設備荷載、吊裝管道荷載、地下水池、設備操作平臺、調節站等因素，還要根據設備的要求考慮機房的防爆、防火、通風等設計。機房的布置應盡量使壓縮機房與變配電房靠近布置，以減少管路和材料的用量及其不必要的能量損失。

庫房^[1]是冷庫建筑群中的主體建筑，包括加工間、冷藏間和附屬用房。冷藏庫的平面尺寸和高度應根據貯藏物品的托盤大小、包裝規格、堆碼方式及堆碼高度等使用功能確定，貨架儲藏冷庫還應充分考慮貨架平面布置和貨架層數，以確定最佳的冷庫開間和層高，提高冷庫的使用效率。過去很多冷庫，建筑設計時只考慮建筑模數，不考慮實際堆貨情況，降低了冷庫的利用系數。加工間和附屬用房，除要按工藝流程布置平面外，還要根據溫度不同，合理調整房間布局。一般采用自然通風的附屬用房，布局應寬敞，窗戶要大，盡量布置在房屋邊緣；而有溫度要求和衛生要求的車間，則應盡量少開窗，以減少空調負荷。

（3）選擇節能優質保溫材料

冷庫通過圍護結構的跑冷量與圍護結構單位熱流量成正比。要降低圍護結構單位熱流量，一是選擇熱導率小的保溫材料，二是增加保溫層的厚度。而厚度又不宜太厚，否則會增加建造成本和減少使用空間等問題。因此，要在合適的厚度范圍內選取保溫材料。冷庫的隔熱保溫材料，目前廣泛使用的主要有聚苯乙烯、擠塑板和聚氨酯。

1）聚氨酯泡沫塑料（PU）：在各種保溫材料中，聚氨酯硬質泡沫塑料因其導熱系數小、隔熱好、吸水率低、壓縮強度大等優點，而成為冷庫保溫材料的首選產品。其總熱惰性指標低于1.5，僅為軟木隔熱混凝土內墻的16％～20％，缺點是產品價格相對較高。

2）聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）：聚苯乙烯硬質泡沫塑料因其低廉的價格，相對較好的保溫性能，在高溫庫占據了一定的市場。

3）擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）：因其壓縮強度高，價格適中等優點，近年來廣泛應用于冷庫中的地坪保溫。

以上產品，不僅可單獨使用，也可根據具體情況組合使用。如“EPS或XPS保溫板+PU噴涂”組合，應用于吊頂和墻面，保溫的同時適當降低了造價。因此，設計人員在選擇保溫材料時，不僅要選擇材質，對產品性能提出具體要求，還要進行綜合分析，為業主選擇材料提供正確依據。

（4）選擇節能的建筑做法

1）庫房的外表面顏色盡量設計成白色或淺色。這主要是利用它的反射來輻射熱量。顏色是影響反射率的主要因素。顏色越淺，反射太陽輻射的能力越大。如白色表面對太陽輻射的反射率可達0.8，而黑色只有0.1。因此，夏季在強烈的太陽照射下，白色表面的溫度可比黑色表面低25—30℃。

2）月臺盡量設置成封閉月臺，封閉月臺一方面可兼做暫存間使用，另一方面可減少冷量散失。

3）屋面盡可能設成保溫通風屋面。保溫通風屋面可降低庫內外的溫差，從而減少冷庫負荷。

（5）合理考慮荷載

冷庫荷載，應綜合計算，荷載過大，造成資源及原材料浪費；荷載考慮不足，容易造成缺陷和不安全隱患。一般地說，冷庫的荷載，除按規范考慮結構荷載外，還應考慮庫內吊頂、各種設備和管路、溶液等重量。如冷庫頂排管荷載一般考慮50—60KG/M²，冷庫內吊庫板荷載一般為20--30 KG/M²，比較合適。如庫內選用風機，則應根據風機位置考慮集中荷載或適當增加均布荷載。

（6）根據平面和荷載要求，選擇適當的結構形式。

冷庫的結構形式，大體可分為三類。一類是磚混或混凝土框架結構；一類是鋼結構拼裝冷庫；另一類是鋼混結構，即混凝土柱鋼梁或鋼網架結構。三種方案的適用范圍和特點：

1）磚混或混凝土框架結構

這種結構的冷庫優點是堅固，承重高，防火和耐久性好，整體性好。缺點是施工工期較長，自重較重，要求地質情況良好，冷庫內柱子較多，影響貨物堆放。為減少庫內柱子，比較常見的單層冷庫一般都采用雙T板，雙T板的經濟跨度一般不超過15米，跨度較大時，其造價較高，所以不適宜跨度較大冷庫。

2）鋼結構拼裝冷庫

自八十年代后期，鋼結構拼裝冷庫，因其自重輕、跨度大、安裝便捷，保溫性好等優點，在國內迅速推廣，尤其適宜地質不良和跨度較大的項目。缺點是防火性差，投資成本和維護費用較高。

3）鋼混結構

鋼混結構介于以上兩種結構形式之間。隨著近年冷庫火災事故蔓延上升趨勢，很多大型冷庫為實現防火分區的需要，將鋼柱改為混凝土柱，將外圍夾心板墻體改為磚墻砌筑，隔間采用保溫聚氨酯板。為適應大跨度要求，屋頂采用鋼梁或網架結構?？缍刃?、荷載低的一般選用鋼梁（一般鋼梁單跨跨度不超過30米），跨度大、荷載重的選用鋼網架結構。這種結構在一定程度上避免了以上兩種結構的缺點，近年來應用較多。

結構形式的不同，所消耗的能源不盡相同，直接影響著工程造價和建筑效果。設計人員在進行結構選型時，應經過充分的驗算和經濟分析比較，為用戶得出最經濟合理的結構設計方案。