冷库结构与保温材料现状

2010-05-09龚海辉

物流科技 2010年2期

龚海辉，谢晶，张青

（1.农业部冷库及制冷设备质量监督检验测试中心，上海 201306；2.上海海洋大学，上海 201306）

随着物流技术的快速发展，国外先进制冷技术及新型保温材料引进和应用，中国冷藏库建造技术有了很大的发展。冷库在投资建设时应根据不同地区和条件综合考虑初期投资成本和使用中的运行成本，从而降低冷库的能耗，建设比较经济合理的冷库。降低冷库能耗，不仅在设计合理的制冷系统、电气系统、加强科学管理及采用新设备、高新技术等方面，冷库建筑的节能设计也相当重要。

1 冷库建筑的型式

目前冷库建筑的建造方式主要有三种形式：一是采用砌块和钢筋混凝土结构加保温建造的土建冷库；二是轻钢结构加装配式冷库型式；三是土建或钢混结构加装配式冷库型式。选用具体型式主要可根据不同区域、地理环境、投资成本、运行成本等因素而决定。

1.1 土建冷库

在冷库体结构形式上，单层冷库多采用梁板式结构，多层冷库则采用无粱楼盖结构形式。冷库的墙、柱、楼板等主体采用砌块、钢筋混凝土结构，冷库墙体内侧粘贴保温层，保温层两侧需做防潮隔汽层，内侧再做土建防护层。冷库的保温材料由稻壳、软木、聚苯乙烯发展为聚氨酯喷涂。防潮隔汽材料已淘汰石油沥青油毡的作法，而改用聚氨酯防水涂料及聚乙烯薄膜现场铺贴的作法。土建冷库的围护结构属重型结构，热惰性较大，受外界空气温度及太阳辐射引起的温度波动较小，库温较稳定。土建冷库的优点是坚固，承重高，防火和耐久性好；缺点是施工工期较长，自重较重，地质情况要求高，冷库内柱子较多，影响货物堆放，降低了冷库的有效使用容积。

和欧美不同的是，日本由于土地有限，大城市还是以多层冷库居多，为钢筋混凝土结构。根据我国冷库设计规范GB50072的规定，冷库外围护结构单位面积的热流量一般控制在l0W～12W/m2。为了减少围护结构的传热量，很多国家建议隔热层适当加厚，法国、前苏联、日本等国在设计隔热层时，热流量已主张按6.98W～8.14W/m2选取。

1.2 轻钢结构加装配式冷库

随着轻钢结构的发展和现代物流的需要，大柱网、大跨度钢结构装配式冷库迅猛发展。冷库承重采用钢柱、钢梁等轻型钢结构型式，保温采用预制库板现场拼接。轻钢结构与保温板之间，有两种结构形式：一种是外结构，另一种是内结构。轻钢承重结构在保温板的外侧，称为外结构，反之为内结构，外结构比内结构用钢量少。为了降低太阳的辐射热，屋顶设有波纹压型薄钢板制成的屋面并下挂1.5米左右，与保温层之间至少有600mm的空气层。国内多采用外结构方式，主要是考虑结构与地坪隔热处理；而国外多采用内结构方式，结构与地坪使用了隔热垫块的技术措施[1]。

轻钢结构加装配式冷库这种形式的围护结构属轻型结构，热惰性较小，受外界空气温度及太阳辐射引起的温度波动较大。这种结构型式的缺点是防火性差，投资成本和维护费用较高。

近年来，我国装配式冷库有了很大的发展，由于它重量轻，刚性好，强度高，结构紧凑，安装快捷，美观卫生等优点，越来越受到用户的青睐，特别在中小型冷库建造中，装配式冷库逐渐取代了以稻壳、矿渣棉、软木为隔热层的土建冷库。装配式冷库的库板可分为粘贴型与浇注型两类，后者应用较广。库板的面板材料有镀锌钢板、喷塑复合板、铝合金板、胶合板和不锈钢板等，面板一般都作压筋处理。两面板间的隔热材料有聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料，前者因有较好的保温性和抗湿性，应用较广。采用这种方式可无需设防潮隔汽层，但要做好库板间接缝处理，通常的方法有锁钩联接或聚氨酯灌发。

1.3 土建或钢混结构加装配式冷库

冷库结构为土建结构，保温采用预制冷库板，这种形式较为多用。钢混结构介于以上土建和轻钢结构之间，它可适应大跨度要求，墙体为土建形式，屋顶采用钢梁或钢网架结构。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。土建或钢混结构加装配式冷库型式的维护结构热惰性介于以上两种型式之间，它在一定程度上避免了以上两种结构的缺点，近年来也应用较多。

结构型式的不同，所消耗的能源也不相同，它直接影响工程造价和建筑效果。应经过充分的验算和经济分析比较，设计出最经济合理的结构方案。

2 冷库保温材料的选用

冷库保温设计主要是为了阻止外界的热量渗入到冷库内，除了制冷系统设计外，隔热设计是冷库的生命。冷库围护结构、保温层的传热量占冷库总热负荷的20%～35%[2]，所以减少围护结构的热负荷可以达到节能的目的。冷库通过围护结构的耗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，否则会出现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。

隔热材料的选择上，应考虑其导热系数小、吸湿性小之外，还应考虑造价。

80年代以前，冷库常用的隔热材料有稻壳、软木、炉渣和膨胀珍珠岩等，80年代后，新型保温材料迅速发展，岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS、XPS）和聚氨酯泡沫塑料等越来越广泛使用，施工方法也多种多样。目前冷库保温广泛使用的材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。

2.1 聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）

聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数低，吸水性较高，但因其价格低廉，保温性能相对较好，是目前用得较多的保温材料之一。用这种材料制成的复合夹芯板已被广泛应用于现代冷库中，特别是高温冷藏库中。聚苯乙烯泡沫塑料用于冷库保温需满足表1要求。

2.2 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）

挤塑聚苯乙烯具有致密的表层及闭孔结构内层，其导热系数大大低于同厚度的聚苯乙烯，具有更好的保温性能；由于其内层的闭孔结构，其抗湿性较好，在潮湿的环境中仍能保持良好的隔热性能。

挤塑聚苯乙烯具有独特的坚硬紧密的晶体结构，它的抗压强度高、抗水蒸汽渗透性能强，性能稳定，使用年限持久，因此，被国际上认为是用于冷库隔热工程中的理想材料；因其压缩强度高，价格适中等优点，目前是我国冷库地坪保温材料的首选。挤塑聚苯乙烯泡沫塑料用于绝热工程应满足表2要求。

2.3 聚氨酯泡沫塑料（PU）

聚氨酯泡沫塑料的气泡结构属于闭孔泡沫材料，几乎全部不连通，在常温下，其静态吸水率很低。在各种保温材料中，硬质聚氨酯泡沫塑料因其导热系数小、吸水率低、压缩强度大、耐久性能高等优点，而成为冷库保温材料的首选。缺点是材料价格相对较高，但从全面权衡其经济性后可以发现，用聚氨酯隔热材料其综合运行成本并不高。聚氨酯用于冷库保温，有聚氨酯现场喷发和聚氨酯夹芯保温板两种形式。前者采用聚氨酯现场分层喷涂，可达到全封闭无接缝、与底物粘结力强的效果，保温效果较好，但需做防潮层及防护层。防潮层可用新型高分子防水涂料，防护层可用土建形式或用金属板围护，施工周期长，且施工复杂。采用聚氨酯夹芯板则刚性好，强度高，结构紧凑，可无需做防潮层，但须做好接缝处的密封；安装快捷，现场施工周期短，施工简单，冷库内美观卫生。聚氨酯泡沫塑料用于冷库保温需满足表3要求。

表2 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料物理机械性能[4]

表3 聚氨酯泡沫塑料物理力学性能[3]

以上产品，不仅可单独使用，也可根据具体情况组合使用。聚氨酯泡沫塑料更适于做冷库的墙、顶保温隔热材料，保温性能及耐久性优于其他材料；挤塑聚苯乙烯泡沫塑料做冷库地面保温较理想，其保温性能、抗压性能更优。因此，在选择保温材料时，不仅要选择材质，还要进行综合分析，为业主选择材料提供正确依据。

保温材料的生产厂家很多，但产品质量却参差不齐，因此冷库施工中应选择质优、信誉好的厂家，同时还应对施工中使用的保温材料进行抽查检测，确保质量合格。

2.4 保温层厚度的确定

冷库保温层的优化设计，不仅是材料的选择，保温层厚度的确定对阻止热传导也是至关重要的。围护结构热负荷与保温层厚度成反比，增加保温层厚度将减少冷库的运行费用，但会增加初投资成本，因此需在冷库建设时根据冷库使用年限确定最佳经济厚度[5]。经济厚度是指为获得最佳经济效果，使隔热层的初投资、经营管理费用和食品干耗损失费用之和为最小时的保温层厚度。当防结露厚度比经济厚度大时，取防结露厚度作为最小保冷厚度；当经济厚度比防结露厚度大时，则取经济厚度作为最小保冷厚度[6]。