冷庫結構與保溫材料現狀

龔海輝，謝 晶，張 青

（1.農業部冷庫及制冷設備質量監督檢驗測試中心，上海 201306；2.上海海洋大學，上海 201306）

隨著物流技術的快速發展，國外先進制冷技術及新型保溫材料引進和應用，中國冷藏庫建造技術有了很大的發展。冷庫在投資建設時應根據不同地區和條件綜合考慮初期投資成本和使用中的運行成本，從而降低冷庫的能耗，建設比較經濟合理的冷庫。降低冷庫能耗，不僅在設計合理的制冷系統、電氣系統、加強科學管理及采用新設備、高新技術等方面，冷庫建筑的節能設計也相當重要。

1 冷庫建筑的型式

目前冷庫建筑的建造方式主要有三種形式：一是采用砌塊和鋼筋混凝土結構加保溫建造的土建冷庫；二是輕鋼結構加裝配式冷庫型式；三是土建或鋼混結構加裝配式冷庫型式。選用具體型式主要可根據不同區域、地理環境、投資成本、運行成本等因素而決定。

1.1 土建冷庫

在冷庫體結構形式上，單層冷庫多采用梁板式結構，多層冷庫則采用無粱樓蓋結構形式。冷庫的墻、柱、樓板等主體采用砌塊、鋼筋混凝土結構，冷庫墻體內側粘貼保溫層，保溫層兩側需做防潮隔汽層，內側再做土建防護層。冷庫的保溫材料由稻殼、軟木、聚苯乙烯發展為聚氨酯噴涂。防潮隔汽材料已淘汰石油瀝青油氈的作法，而改用聚氨酯防水涂料及聚乙烯薄膜現場鋪貼的作法。土建冷庫的圍護結構屬重型結構，熱惰性較大，受外界空氣溫度及太陽輻射引起的溫度波動較小，庫溫較穩定。土建冷庫的優點是堅固，承重高，防火和耐久性好；缺點是施工工期較長，自重較重，地質情況要求高，冷庫內柱子較多，影響貨物堆放，降低了冷庫的有效使用容積。

和歐美不同的是，日本由于土地有限，大城市還是以多層冷庫居多，為鋼筋混凝土結構。根據我國冷庫設計規范GB50072的規定，冷庫外圍護結構單位面積的熱流量一般控制在l0W～12W/m2。為了減少圍護結構的傳熱量，很多國家建議隔熱層適當加厚，法國、前蘇聯、日本等國在設計隔熱層時，熱流量已主張按6.98W～8.14W/m2選取。

1.2 輕鋼結構加裝配式冷庫

隨著輕鋼結構的發展和現代物流的需要，大柱網、大跨度鋼結構裝配式冷庫迅猛發展。冷庫承重采用鋼柱、鋼梁等輕型鋼結構型式，保溫采用預制庫板現場拼接。輕鋼結構與保溫板之間，有兩種結構形式：一種是外結構，另一種是內結構。輕鋼承重結構在保溫板的外側，稱為外結構，反之為內結構，外結構比內結構用鋼量少。為了降低太陽的輻射熱，屋頂設有波紋壓型薄鋼板制成的屋面并下掛1.5米左右，與保溫層之間至少有600mm的空氣層。國內多采用外結構方式，主要是考慮結構與地坪隔熱處理；而國外多采用內結構方式，結構與地坪使用了隔熱墊塊的技術措施[1]。

輕鋼結構加裝配式冷庫這種形式的圍護結構屬輕型結構，熱惰性較小，受外界空氣溫度及太陽輻射引起的溫度波動較大。這種結構型式的缺點是防火性差，投資成本和維護費用較高。

近年來，我國裝配式冷庫有了很大的發展，由于它重量輕，剛性好，強度高，結構緊湊，安裝快捷，美觀衛生等優點，越來越受到用戶的青睞，特別在中小型冷庫建造中，裝配式冷庫逐漸取代了以稻殼、礦渣棉、軟木為隔熱層的土建冷庫。裝配式冷庫的庫板可分為粘貼型與澆注型兩類，后者應用較廣。庫板的面板材料有鍍鋅鋼板、噴塑復合板、鋁合金板、膠合板和不銹鋼板等，面板一般都作壓筋處理。兩面板間的隔熱材料有聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料，前者因有較好的保溫性和抗濕性，應用較廣。采用這種方式可無需設防潮隔汽層，但要做好庫板間接縫處理，通常的方法有鎖鉤聯接或聚氨酯灌發。

1.3 土建或鋼混結構加裝配式冷庫

冷庫結構為土建結構，保溫采用預制冷庫板，這種形式較為多用。鋼混結構介于以上土建和輕鋼結構之間，它可適應大跨度要求，墻體為土建形式，屋頂采用鋼梁或鋼網架結構。跨度小、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。土建或鋼混結構加裝配式冷庫型式的維護結構熱惰性介于以上兩種型式之間，它在一定程度上避免了以上兩種結構的缺點，近年來也應用較多。

結構型式的不同，所消耗的能源也不相同，它直接影響工程造價和建筑效果。應經過充分的驗算和經濟分析比較，設計出最經濟合理的結構方案。

2 冷庫保溫材料的選用

冷庫保溫設計主要是為了阻止外界的熱量滲入到冷庫內，除了制冷系統設計外，隔熱設計是冷庫的生命。冷庫圍護結構、保溫層的傳熱量占冷庫總熱負荷的20%～35%[2]，所以減少圍護結構的熱負荷可以達到節能的目的。冷庫通過圍護結構的耗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，否則會出現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。

隔熱材料的選擇上，應考慮其導熱系數小、吸濕性小之外，還應考慮造價。

80年代以前，冷庫常用的隔熱材料有稻殼、軟木、爐渣和膨脹珍珠巖等，80年代后，新型保溫材料迅速發展，巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS、XPS）和聚氨酯泡沫塑料等越來越廣泛使用，施工方法也多種多樣。目前冷庫保溫廣泛使用的材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料、擠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導熱系數低，吸水性較高，但因其價格低廉，保溫性能相對較好，是目前用得較多的保溫材料之一。用這種材料制成的復合夾芯板已被廣泛應用于現代冷庫中，特別是高溫冷藏庫中。聚苯乙烯泡沫塑料用于冷庫保溫需滿足表1要求。

2.2 擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）

擠塑聚苯乙烯具有致密的表層及閉孔結構內層，其導熱系數大大低于同厚度的聚苯乙烯，具有更好的保溫性能；由于其內層的閉孔結構，其抗濕性較好，在潮濕的環境中仍能保持良好的隔熱性能。

擠塑聚苯乙烯具有獨特的堅硬緊密的晶體結構，它的抗壓強度高、抗水蒸汽滲透性能強，性能穩定，使用年限持久，因此，被國際上認為是用于冷庫隔熱工程中的理想材料；因其壓縮強度高，價格適中等優點，目前是我國冷庫地坪保溫材料的首選。擠塑聚苯乙烯泡沫塑料用于絕熱工程應滿足表2要求。

2.3 聚氨酯泡沫塑料（PU）

聚氨酯泡沫塑料的氣泡結構屬于閉孔泡沫材料，幾乎全部不連通，在常溫下，其靜態吸水率很低。在各種保溫材料中，硬質聚氨酯泡沫塑料因其導熱系數小、吸水率低、壓縮強度大、耐久性能高等優點，而成為冷庫保溫材料的首選。缺點是材料價格相對較高，但從全面權衡其經濟性后可以發現，用聚氨酯隔熱材料其綜合運行成本并不高。聚氨酯用于冷庫保溫，有聚氨酯現場噴發和聚氨酯夾芯保溫板兩種形式。前者采用聚氨酯現場分層噴涂，可達到全封閉無接縫、與底物粘結力強的效果，保溫效果較好，但需做防潮層及防護層。防潮層可用新型高分子防水涂料，防護層可用土建形式或用金屬板圍護，施工周期長，且施工復雜。采用聚氨酯夾芯板則剛性好，強度高，結構緊湊，可無需做防潮層，但須做好接縫處的密封；安裝快捷，現場施工周期短，施工簡單，冷庫內美觀衛生。聚氨酯泡沫塑料用于冷庫保溫需滿足表3要求。

表2 擠塑聚苯乙烯泡沫塑料物理機械性能[4]

表3 聚氨酯泡沫塑料物理力學性能[3]

以上產品，不僅可單獨使用，也可根據具體情況組合使用。聚氨酯泡沫塑料更適于做冷庫的墻、頂保溫隔熱材料，保溫性能及耐久性優于其他材料；擠塑聚苯乙烯泡沫塑料做冷庫地面保溫較理想，其保溫性能、抗壓性能更優。因此，在選擇保溫材料時，不僅要選擇材質，還要進行綜合分析，為業主選擇材料提供正確依據。

保溫材料的生產廠家很多，但產品質量卻參差不齊，因此冷庫施工中應選擇質優、信譽好的廠家，同時還應對施工中使用的保溫材料進行抽查檢測，確保質量合格。

2.4 保溫層厚度的確定

冷庫保溫層的優化設計，不僅是材料的選擇，保溫層厚度的確定對阻止熱傳導也是至關重要的。圍護結構熱負荷與保溫層厚度成反比，增加保溫層厚度將減少冷庫的運行費用，但會增加初投資成本，因此需在冷庫建設時根據冷庫使用年限確定最佳經濟厚度[5]。經濟厚度是指為獲得最佳經濟效果，使隔熱層的初投資、經營管理費用和食品干耗損失費用之和為最小時的保溫層厚度。當防結露厚度比經濟厚度大時，取防結露厚度作為最小保冷厚度；當經濟厚度比防結露厚度大時，則取經濟厚度作為最小保冷厚度[6]。

3 結 論

冷庫的建筑型式、保溫材料及其厚度的選用對初期投資成本和長期收益有重要作用，廉價的材料可以減少初期投資，但優質的材料更能帶來長期的運營效益。在倡導節能減排的今天，節能已成為社會發展的主題，建設節能型冷庫已成為冷庫行業的發展方向。

[1]談向東.國內大型立體化自動冷庫建設動向[J].冷藏技術，2009,6(2):37-41.

[2]吳嘉.上海冷庫行業用電現狀與節電方向[J].能源研究與信息，1998,10(1):14-20.

[3]JB/T 6527-2006，組合冷庫用隔熱夾芯板[S].北京：中華人民共和國國家發展和改革委員會發布，2006-11-27.

[4]GB/T 10801.2-2002，絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局發布，2002-03-05.

[5]劉陽生，葉劍飛.冷庫圍護結構隔熱層最佳厚度的探討[J].制冷，1989(4):44-48.

[6]薛永飛，李剛.中小型冷庫新型材料保冷厚度分析[J].制冷，2002,21(3):83-85.