[關(guān)鍵詞]冷庫(kù) 節(jié)能設(shè)計(jì) 原則和要點(diǎn)

前言

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)際能源危機(jī)明顯加劇，環(huán)境惡化問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，節(jié)能減排已成為全球性研究課題。隨著近年來(lái)我國(guó)建筑業(yè)的迅速發(fā)展，中國(guó)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(fā)展之間的矛盾日益突出，建筑節(jié)能已成為當(dāng)前節(jié)能領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急。

冷庫(kù)作為一種特殊的建筑，多年來(lái)一直是耗能大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，制冷設(shè)備能耗已占全國(guó)耗電量的15%左右。冷庫(kù)耗能不僅影響著冷庫(kù)產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，關(guān)系著企業(yè)的前途和命運(yùn)，也直接影響著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能建設(shè)的戰(zhàn)略方針。在世界性倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，建設(shè)節(jié)能型冷庫(kù)已成為冷庫(kù)行業(yè)的發(fā)展方向。

1 目前國(guó)內(nèi)冷庫(kù)節(jié)能現(xiàn)狀

作為農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)冷庫(kù)的建設(shè)，無(wú)論在規(guī)模、數(shù)量、和技術(shù)水平上，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。建國(guó)初期建造的冷庫(kù)，普遍存在技術(shù)設(shè)備陳舊落后、冷庫(kù)保溫嚴(yán)重老化、自動(dòng)化程度低、能耗高效率低的特點(diǎn)。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著國(guó)外新型保溫材料在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用和先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，冷庫(kù)的建設(shè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但在項(xiàng)目投資建設(shè)時(shí)，業(yè)主普遍關(guān)注的是投資成本和眼前利益，而設(shè)計(jì)也僅限于滿足使用和生產(chǎn)的需要，在冷庫(kù)的節(jié)能環(huán)保和運(yùn)行成本等方面，幾乎很少考慮，致使國(guó)內(nèi)冷庫(kù)普遍成為高耗能冷庫(kù)，部分冷庫(kù)的能耗已占據(jù)企業(yè)成本的30%。

影響冷庫(kù)能耗的因素很多，不同的地區(qū)，不同的產(chǎn)品，選用不同的設(shè)計(jì)方案，產(chǎn)生的能耗大不相同。要想從根本上解決冷庫(kù)的能耗問(wèn)題，除了要有先進(jìn)的技術(shù)和管理，最根本的是要從設(shè)計(jì)入手，提倡節(jié)能設(shè)計(jì)。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展與分類

我國(guó)自1986年頒布了第一本北方地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，1987年出版了《機(jī)械工業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，近年又相繼出臺(tái)了《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，新編了節(jié)能技術(shù)措施和圖集。在居住和公用建筑上，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作已逐步走入正規(guī)，但在冷庫(kù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，則相對(duì)落后，基本處于空白。

冷庫(kù)的節(jié)能設(shè)計(jì)，大體可分為建筑設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，建筑設(shè)計(jì)主要依靠建筑物從總體到單體直至具體構(gòu)件的設(shè)計(jì)來(lái)保證和維持建筑內(nèi)的使用條件，其目標(biāo)就是要盡量減小能源設(shè)備裝機(jī)功率，使房間的負(fù)荷變小，為節(jié)能創(chuàng)造條件；而系統(tǒng)設(shè)計(jì)，例如制冷空調(diào)系統(tǒng)、電器系統(tǒng)等等的設(shè)計(jì)，就是在滿足實(shí)際負(fù)荷要求的情況下，盡量提高能源使用效率，它主要是依靠設(shè)備和系統(tǒng)本身的高效率來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。建筑設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)二者是相輔相成的，必須有機(jī)結(jié)合，才能構(gòu)成完整的節(jié)能設(shè)計(jì)。

3 節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹的原則

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

冷庫(kù)的節(jié)能設(shè)計(jì)首先是總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它包含有建筑規(guī)劃、建筑結(jié)構(gòu)、制冷工藝、暖通空調(diào)、電器系統(tǒng)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，它絕不是多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)或節(jié)能設(shè)備的簡(jiǎn)單疊加，而是通過(guò)許多專業(yè)學(xué)科交叉結(jié)合，各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)在設(shè)計(jì)和實(shí)際中的集成應(yīng)用。

傳統(tǒng)的冷庫(kù)設(shè)計(jì)，往往將建筑設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)分開(kāi)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在先，委托民用或公用設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)；而系統(tǒng)設(shè)計(jì)在后，委托設(shè)備廠家進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣，不僅不能保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且很容易造成設(shè)計(jì)上的脫節(jié)。冷庫(kù)在進(jìn)行建筑規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)時(shí)，制冷工藝等系統(tǒng)方案不確定，二者缺乏有效的溝通和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，由此造成很多冷庫(kù)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(fèi)，有時(shí)還可能造成永久缺陷。

3.2 長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，合理建設(shè)原則。

冷庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹近遠(yuǎn)期結(jié)合的原則，以近期為主，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性^[1]。

3.3 建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用相結(jié)合原則。

冷庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮投資成本，還要考慮實(shí)際運(yùn)行成本和管理使用費(fèi)用，要統(tǒng)籌兼顧，合理測(cè)算。

4 冷庫(kù)節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

以下分別從建筑、制冷和電器設(shè)計(jì)三方面，對(duì)冷庫(kù)節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

4.1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

冷庫(kù)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)首先要從規(guī)劃做起。在進(jìn)行冷庫(kù)廠區(qū)的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將節(jié)能理念貫穿至規(guī)劃當(dāng)中，不僅要考慮建筑方案，還要考慮系統(tǒng)要求。

（1）規(guī)劃廠區(qū)總平面。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r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(shù)，科學(xué)布局，最大限度減少建筑物的能耗，獲得理想的節(jié)能效果。經(jīng)測(cè)試，同樣形狀的建筑物，南北朝向比東西朝向的冷負(fù)荷要小50—70%，因此,選擇合理的建筑物朝向是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。

（2）合理布置平面、確定層高

冷庫(kù)與一般的工業(yè)與民用建筑不同，用戶因加工或儲(chǔ)藏的物品不同，其工藝流程千差萬(wàn)別。這就要求建筑設(shè)計(jì)人員不僅要懂得建筑規(guī)范和知識(shí)，還要熟悉產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏要求及特點(diǎn)，了解制冷空調(diào)設(shè)備、加工設(shè)備及相關(guān)電器等系統(tǒng)知識(shí)，多方面與用戶及系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員溝通，合理確定冷庫(kù)的平面布置。

冷庫(kù)的主庫(kù)建筑一般分機(jī)房和庫(kù)房?jī)刹糠帧?/span>

機(jī)房^[1]是機(jī)器間、設(shè)備間和冷凝器部分建筑物的統(tǒng)稱。機(jī)房的設(shè)計(jì)要充分考慮設(shè)備基礎(chǔ)、設(shè)備管路預(yù)留預(yù)埋件和洞口、屋面設(shè)備荷載、吊裝管道荷載、地下水池、設(shè)備操作平臺(tái)、調(diào)節(jié)站等因素，還要根據(jù)設(shè)備的要求考慮機(jī)房的防爆、防火、通風(fēng)等設(shè)計(jì)。機(jī)房的布置應(yīng)盡量使壓縮機(jī)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(kù)房^[1]是冷庫(kù)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(kù)的平面尺寸和高度應(yīng)根據(jù)貯藏物品的托盤大小、包裝規(guī)格、堆碼方式及堆碼高度等使用功能確定，貨架儲(chǔ)藏冷庫(kù)還應(yīng)充分考慮貨架平面布置和貨架層數(shù)，以確定最佳的冷庫(kù)開(kāi)間和層高，提高冷庫(kù)的使用效率。過(guò)去很多冷庫(kù)，建筑設(shè)計(jì)時(shí)只考慮建筑模數(shù)，不考慮實(shí)際堆貨情況，降低了冷庫(kù)的利用系數(shù)。加工間和附屬用房，除要按工藝流程布置平面外，還要根據(jù)溫度不同，合理調(diào)整房間布局。一般采用自然通風(fēng)的附屬用房，布局應(yīng)寬敞，窗戶要大，盡量布置在房屋邊緣；而有溫度要求和衛(wèi)生要求的車間，則應(yīng)盡量少開(kāi)窗，以減少空調(diào)負(fù)荷。

（3）選擇節(jié)能優(yōu)質(zhì)保溫材料

冷庫(kù)通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的跑冷量與圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位熱流量成正比。要降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位熱流量，一是選擇熱導(dǎo)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(huì)增加建造成本和減少使用空間等問(wèn)題。因此，要在合適的厚度范圍內(nèi)選取保溫材料。冷庫(kù)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(zhì)泡沫塑料因其導(dǎo)熱系數(shù)小、隔熱好、吸水率低、壓縮強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，而成為冷庫(kù)保溫材料的首選產(chǎn)品。其總熱惰性指標(biāo)低于1.5，僅為軟木隔熱混凝土內(nèi)墻的16％～20％，缺點(diǎn)是產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高。

2）聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）：聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫塑料因其低廉的價(jià)格，相對(duì)較好的保溫性能，在高溫庫(kù)占據(jù)了一定的市場(chǎng)。

3）擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）：因其壓縮強(qiáng)度高，價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于冷庫(kù)中的地坪保溫。

以上產(chǎn)品，不僅可單獨(dú)使用，也可根據(jù)具體情況組合使用。如“EPS或XPS保溫板+PU噴涂”組合，應(yīng)用于吊頂和墻面，保溫的同時(shí)適當(dāng)降低了造價(jià)。因此，設(shè)計(jì)人員在選擇保溫材料時(shí)，不僅要選擇材質(zhì)，對(duì)產(chǎn)品性能提出具體要求，還要進(jìn)行綜合分析，為業(yè)主選擇材料提供正確依據(jù)。

（4）選擇節(jié)能的建筑做法

1）庫(kù)房的外表面顏色盡量設(shè)計(jì)成白色或淺色。這主要是利用它的反射來(lái)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(yáng)輻射的能力越大。如白色表面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率可達(dá)0.8，而黑色只有0.1。因此，夏季在強(qiáng)烈的太陽(yáng)照射下，白色表面的溫度可比黑色表面低25—30℃。

2）月臺(tái)盡量設(shè)置成封閉月臺(tái)，封閉月臺(tái)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(shè)成保溫通風(fēng)屋面。保溫通風(fēng)屋面可降低庫(kù)內(nèi)外的溫差，從而減少冷庫(kù)負(fù)荷。

（5）合理考慮荷載

冷庫(kù)荷載，應(yīng)綜合計(jì)算，荷載過(guò)大，造成資源及原材料浪費(fèi)；荷載考慮不足，容易造成缺陷和不安全隱患。一般地說(shuō)，冷庫(kù)的荷載，除按規(guī)范考慮結(jié)構(gòu)荷載外，還應(yīng)考慮庫(kù)內(nèi)吊頂、各種設(shè)備和管路、溶液等重量。如冷庫(kù)頂排管荷載一般考慮50—60KG/M²，冷庫(kù)內(nèi)吊庫(kù)板荷載一般為20--30 KG/M²，比較合適。如庫(kù)內(nèi)選用風(fēng)機(jī)，則應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)位置考慮集中荷載或適當(dāng)增加均布荷載。

（6）根據(jù)平面和荷載要求，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。

冷庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式，大體可分為三類。一類是磚混或混凝土框架結(jié)構(gòu)；一類是鋼結(jié)構(gòu)拼裝冷庫(kù)；另一類是鋼混結(jié)構(gòu)，即混凝土柱鋼梁或鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。三種方案的適用范圍和特點(diǎn)：

1）磚混或混凝土框架結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的冷庫(kù)優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固，承重高，防火和耐久性好，整體性好。缺點(diǎn)是施工工期較長(zhǎng)，自重較重，要求地質(zhì)情況良好，冷庫(kù)內(nèi)柱子較多，影響貨物堆放。為減少庫(kù)內(nèi)柱子，比較常見(jiàn)的單層冷庫(kù)一般都采用雙T板，雙T板的經(jīng)濟(jì)跨度一般不超過(guò)15米，跨度較大時(shí)，其造價(jià)較高，所以不適宜跨度較大冷庫(kù)。

2）鋼結(jié)構(gòu)拼裝冷庫(kù)

自八十年代后期，鋼結(jié)構(gòu)拼裝冷庫(kù)，因其自重輕、跨度大、安裝便捷，保溫性好等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)迅速推廣，尤其適宜地質(zhì)不良和跨度較大的項(xiàng)目。缺點(diǎn)是防火性差，投資成本和維護(hù)費(fèi)用較高。

3）鋼混結(jié)構(gòu)

鋼混結(jié)構(gòu)介于以上兩種結(jié)構(gòu)形式之間。隨著近年冷庫(kù)火災(zāi)事故蔓延上升趨勢(shì)，很多大型冷庫(kù)為實(shí)現(xiàn)防火分區(qū)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(yīng)大跨度要求，屋頂采用鋼梁或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。跨度小、荷載低的一般選用鋼梁（一般鋼梁?jiǎn)慰缈缍炔怀^(guò)30米），跨度大、荷載重的選用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在一定程度上避免了以上兩種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，近年來(lái)應(yīng)用較多。

結(jié)構(gòu)形式的不同，所消耗的能源不盡相同，直接影響著工程造價(jià)和建筑效果。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)充分的驗(yàn)算和經(jīng)濟(jì)分析比較，為用戶得出最經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。