現代冷鏈物流中冷庫的電氣設計！

時間：2023-10-30 21:25:05來源：admin01欄目：冷鏈新聞閱讀：

導讀

冷鏈物流泛指產品在生產、貯藏運輸、銷售到消費前的各個環節始終處于規定的溫度區間，以保證產品質量、減少過程損耗的一項系統工程。近幾年，我國高度重視冷鏈物流的發展，冷鏈物流市場前景廣闊。本文簡要介紹冷鏈物流重要設施之一冷庫建筑的電氣設計特點。

冷鏈物流現狀

冷鏈物流最主要的應用領域集中在食品生鮮和藥品領域。隨著居民生活不斷改善，群眾對食品質量和安全方面的要求不斷提高，特別是受疫情的影響，我國在冷鏈方面的不足凸顯出來，國家對冷鏈物流基礎設施的建設更加重視。近幾年國家把冷鏈物流的建設納入重點發展的方向。

伴隨著時代科技的進步，交通基礎設施的不斷完善，電商物流的興起，線上線下的商業模式的融合，加上對外食品進出口貿易的發展，讓冷鏈物流在其建設和運營模式上發生了較大的變化。現代的冷鏈物流更加注重冷鏈商品配送的規范化和流通的高效率，在冷鏈商品的包裝、儲藏、配送加工及運輸方面提出了更高要求。目前我國冷鏈服務商呈現多樣化態勢，主要表現為以下7 種模式：倉儲型、運輸型、城市配送型、綜合型、供應鏈型、電商型和平臺型等，設計時就需要因地制宜，針對不同型式采取不同的建設方案。

冷庫的類型

冷庫是用來維持物品所需的穩定低溫環境的一種存儲設施，主要用來存放食品、醫藥和疫苗等物品，在一定時間內確保物品的品質，并降低物品在流通過程中的損失，可以說冷庫在物品的冷鏈流通過程中所起的作用至關重要。在冷庫設計中依據的主要行業國家規范就是GB50072《冷庫設計規范》，目前2010 年版本為現行版，新的版本正在修編中。此外還有SBJ16《氣調冷藏庫設計規范》和SBJ17《室外裝配冷庫設計規范》兩本商業行標。

冷庫按建筑規模分為大中小三檔，這在GB50072中有明確規定，以此確定冷庫用電的負荷等級。按冷藏溫度一般分為高溫庫、低溫庫和超低溫庫，這些都是俗稱，真正要根據物品的需求設計適合存放的冷庫，不同物品適應的存放溫度規范里有列表。一般說來果蔬、蛋品和樣酒等存放在適合高溫庫，庫溫0～4 ℃，其中還有一種通過調節冷間氣體成分以便果蔬保存時間更長的氣調庫，設計時要考慮氣密要求。肉類、水產類一般存放在低溫庫，庫溫-18～-25 ℃。超低溫庫一般用來存放遠洋深海產品，比如金槍魚，用來保持產品鮮度，庫溫-45～-50 ℃甚至更低。不同溫度環境的冷間對電氣設備選用、設置和線路敷設是不同的，比如敷設的電纜就有工作溫度的要求。

按結構形式分，冷庫又可分為單層庫、多層庫和高層庫，一般多層和高層庫都為框架型式，是內陸貿易常采用的形式，占地小庫容大，缺陷是垂直搬運不便，單層庫可為框架或者鋼結構形式，這種形式在國外很常見，搬運便利但占地大。鋼結構的庫一般為高架庫，側重商品的流通，對商品的包裝質量規格要求較嚴格，采用貨架存放，可設計成自動化庫，周轉快，但投資高，一般用于大批量的進出口貿易。

按用途分，冷庫又可分為生產配套庫、存儲型庫和物流型庫。生產配套庫規模不大，一般緊鄰食品加工車間設置，用來臨時存放加工成品。存儲型庫，傳統冷庫居多，用來長期存放物品，賺季節性商業差價，也有用作國家食品物資的戰略儲備。物流型冷庫近代發展迅速，隨著居民消費能力的提高特別是網絡科技的融合，對商品快速流通的要求更高，新型物流冷庫已經不僅僅是月臺、穿堂和冷間的傳統建設模式，新增了配送加工區域要求，冷間占用建筑規模的比重也逐漸降低，商品周轉快，物流自動化程度高，能耗大。

不同制冷劑下的電氣要求

冷庫制冷離不開制冷劑，較常用的有三種：氨、氟利昂和CO2，以往也有用乙二醇，但它效能比不高，且對管道腐蝕性較強，現在也有乙二醇加入添加劑的產品，市場使用還不多。不同制冷劑由于特性不同，在電氣設計方面有不同的要求。

1. 液氨制冷

液氨可以說是冷庫幾種常用制冷劑中效能比最高的一種，技術成熟，但對于設備的管理、維護和操作要求最嚴。液氨嚴格來說不易燃易爆，但受環境影響會氣化變得易燃易爆，且有毒性，形成的氨氣比空氣輕，其顯著特點是泄漏后有刺鼻氣味，較容易發現。正是由于液氨的這些特性，GB50072 中要求氨機房設置氨氣體濃度報警裝置，當空氣中氨氣濃度達到100×10?6 或150×10?6 時，自動發出報警信號，聯動開起事故排風機，且氨氣濃度傳感器安裝在氨制冷機組及貯氨容器上方的頂板上。該裝置能保證機房氨氣濃度控制在4%以下，遠遠達不到氨氣的爆炸下限(16%)，在此前提下機房照明可按正常環境設計。但自2013 年上海翁牌冷藏實業有限公司液氨管道發生泄漏造成多人死亡事故發生后，許多地方政府取消了冷庫用氨制冷的審批。國務院安委會出臺了《涉氨制冷企業液氨使用專項治理技術指導書》，對涉氨企業的運營和改造作了進一步的規范，并要求氨機房應急照明的燈具、開關和配電線路按防爆施工。個人認為考慮到氨氣特性，設置在氨機房頂板的電氣設備和線路均按防爆施工為妥，可避免操作不當引發事故。在用氨和限氨方面，目前有專家持不同意見，認為不能一味限制，畢竟對于大型冷庫，氨制冷節能效果最佳且技術成熟。

氨機房有設置專門的控制室，除氨機自帶的控制箱外，氨機起動控制柜、冷凝器控制柜和機房排風機控制柜等均集中布置在控制室內，氨機房以電纜溝走線為主，由于氨機房局部霜溶水多，要做好電纜溝的排水。氨作為制冷劑規范上有充注量40 T 以內的限制，因此大型冷庫冷間內一般采用冷風機制冷，存品干耗大，對存品包裝要求高，這也是商家不喜歡的方面，現在有采用風機加風道模式提高制冷均勻度，降低風速減少干耗。小規模冷庫才能采用頂排管，干耗小，制冷效果均勻。

2. 氟利昂制冷

氟利昂一般在常溫常壓下均為氣體，穩定性強，無色無味無毒且比空氣重，如出現大量的制冷劑泄漏，還存在使人員產生窒息的潛在性危險。因此在相關機房、閥門間要設置氟利昂體濃度報警裝置，傳感器安裝在距地0.3 m 的墻面、柱面上，同樣聯動事故排風機。氟制冷機房內的動力配線一般不采用電纜溝敷設，有用到電纜溝的必須用砂填滿。氟利昂與氨比相對安全，因此系統可實現自動化控制的程度高，甚至做到無人操控。控制柜可以在機房內就地安裝，但大型機組建議還是集中在控制室操作比較穩妥。氟利昂制冷不如采用氨制冷節能，但其優勢在于操作和管理便捷，對操作人員的技術要求低，沒有充注量限制，末端采用風機和排管均可。采用氟利昂制冷主要的不足在于環保方面，釋放出來會破壞臭氧層，屬于逐步淘汰的制冷劑，目前有相對環保型的氟利昂產品，價格成本較高，使用上不是長久之計。

3. CO2 制冷

隨著各地對氨制冷劑的使用限制，加上氟利昂制冷的環保問題，CO2 制冷逐步成為冷庫制冷新的選擇，是近幾年比較熱門的冷庫制冷方式。CO2 最大的優勢是環保，不污染環境。不足方面是液化壓力大，對管道和設備抗壓要求比其他制冷劑高很多，這是個隱患。另外CO2比空氣重且無色無味，泄露后存在造成工人窒息的危險，因此需要安裝CO2 濃度報警裝置，傳感器安裝方式參考氟利昂制冷系統，當前國內還沒有針對采用CO2 制冷冷庫較成熟完整的專用技術規范。

冷庫制冷也有制冷劑采用氨，載冷劑采用CO2 的復疊系統，或者其他不同制冷劑之間的覆疊，但不管是什么型式的復疊，設計時只要抓住制冷劑或載冷劑的特性，在不同制冷劑或載冷劑使用場所有針對地進行電氣系統的設計即可。

冷庫電氣設計中要留意的方面

1. 變配電房位置的選定

冷庫變配電房的選址要符合GB50053 的要求，要靠近負荷中心設置。一般冷庫所在場區主要大型設備集中在制冷機房，因此一般情況下變配電房設置在制冷機房所在的設備房建筑中，緊鄰制冷機房控制室。特別是氨制冷機房，可通過控制室與變配電房隔開。對于氟制冷系統，根據工藝上自動控溫要求有可能大型機組與庫房冷間采用一對一形式，大型機組分散設置在樓層或者冷庫不同區域，這時變配電房可酌情選擇在庫區內靠近負荷中心位置。

很多地方用電分時段收費，存在峰谷電價，這是冷庫運營商會考慮的方面。因此在變配電房負荷需要系數取值上要考慮到這個因素。除了周轉快的物流冷庫能耗大需要系數高外，以存儲為主冷庫的制冷機組考慮主要在夜間運行，與庫區其他如宿舍、辦公和加工等建筑在時間段上存在錯開用電的情況，這時需要系數可以考慮低些，但一般不低于0.55。

冷庫市電停電時有生產或保溫需求，因此一般要設置發電機組作為備用電源。有些企業為了省掉發電機，與供電方面協商采用雙電源或者雙回路供電，盡管理論上達到了二級負荷供電規范上的要求，實際很多區域供電還滿足不了真正雙電源雙回路的條件，而且投資成本不小，使用時因為電源或者高壓設備故障斷電造成經濟損失的風險很大。

2. 冷庫的電氣系統

冷庫電氣系統強電部分主要分為照明系統、動力系統和控制系統。照明系統包括工作照明、備用照明和疏散照明，其中容易忽略的是冷庫月臺前回車場照明的設置;動力系統主要涉及制冷機組、循環泵、蒸發冷和冷風機等制冷設備配電;控制系統不僅僅是簡單的電動機起動停止，還要考慮不同設備之間的工藝配合，有的需要設置PLC 自動控制。電氣系統弱電部分主要包括冷間呼叫系統、測溫系統、監控系統、氣體探測系統和火災報警系統等等。呼叫系統和氣體探測系統為了確保人員安全，測溫系統與工藝操控有關，監控系統與運營管理有關。設計時要注意的是不要忽略了叉車充電間的危險氣體探測。冷庫搬運過程用到電動叉車，叉車用鉛酸蓄電池在充電終了時釋放硫酸霧，夾著少量的鉛以及氫氣和氧氣，氫氣積累到一定量有爆炸危險，因此叉車充電間要采取防火防爆措施，設置氫氣探測系統與防爆排風機聯動。

3. 設備選擇與安裝

冷庫主要由月臺、穿堂和冷間等功能區構成，冷間用來存放貨物，傳統的貨物分揀就在月臺穿堂上進行，對于現代物流冷庫，由于存貨周轉快，流通量大，還配套有專門的配送分揀加工區。以往冷庫的月臺和穿堂常設計成敞開式的常溫環境，從食品安全標準角度看是不符合要求的。為保證商品在流通過程中的冷鏈不斷，這些場所均要求維持一定的低溫封閉狀態，而且要求的溫度不同，因此存在著溫差。不同溫區交界處由于溫差的存在是最容易結霜結露的場所，比如各場所出入口，因此這些場所電氣設備的設置和選用要特別注意。比如冷間門口附近由于冷熱交換頻繁，有冷凝水滴落現象，因此安裝在這些場所的明裝配電箱除了要有一定的防護等級外，線路還要采用下進下出方式。

冷庫由于商品的進出，會不斷把帶水份的空氣帶入冷間，特別是低溫庫，冷間內時間長了制冷風機或頂排管容易結霜，要定期掃霜和融霜，這會影響到庫內其他的電氣設備和線路。GB50072 的2001 年版本中有要求冷間內照明燈具選用防護等級為IP54 的防潮燈具，但在2010年版本中卻沒有明確要達到的具體等級，只要求符合食品衛生安全要求和冷間環境條件。IP54 根據GB/T 4208闡述要達到防塵和防濺水，相當于室外用電箱柜、室外路燈、室內地面燈具和餐飲建筑中產生水汽的加工場所電氣設備所要求的最低防護等級，是有一定道理的。

冷庫還有些特有的要求，比如冷間內燈具要帶防護罩，防止進出貨時碰撞，燈具的金屬外殼應接專用保護PE 線，照明支路設置剩余電流保護裝置。冷間內配電線路均要選用符合環境溫度條件的耐低溫電纜。月臺靠近回車場側要預留供冷藏車充電的專用室外插座。冷庫由于其結構形式和保溫需求的特殊性，設備安裝以明裝為主，這樣不會破壞冷庫特別是冷間的圍護結構，有利于保溫也便于維護。冷間內的設備如照明燈具、冷風機等的控制均設置在冷間外的穿堂和月臺等溫度較高不容易結霜結露的場所。冷風機的急停按鈕或開關不允許設置在冷間內。

4. 線路敷設

冷庫的電氣線路敷設以明敷設為主，冷間內線路敷設根據溫度和制冷形式不同可采用直敷、穿管和穿橋架等多種敷設形式。目的是為了減少線路穿越保溫層的穿越點，盡量少破壞圍護結構。月臺穿堂等場所，如果除圍護結構外沒有設置專用冷庫保溫層，可采用局部暗敷設形式。穿越冷間保溫層的電氣線路必須相對集中，減少穿越點以降低冷損，且穿越處必須采取可靠的防火和防止產生冷橋的措施。現采用橋架將線路引至冷間外引入點，然后轉為小套管保護，外墻墻體側進行防火封堵，冷間內保溫層側進行防冷橋密封。為提高防冷橋效果，穿越點處電纜保護套管直徑一般不大于Φ25，可采用耐低溫耐火工程塑料管。

以往冷間末端采用頂排管的冷庫居多，由于冷間內空氣中含水分，在低溫狀態下容易結霜結凍，電氣管道內容易凍結不便維護，因此線路進入冷間后以直敷設為主，利用排管支架，或者鋼索，或者通過經過冷橋處理的預埋吊點進行敷設。現代大型冷庫末端普遍采用冷風機制冷后，由于冷風機的抽濕效應，冷間內總體較干燥，造成管道凍結的概率小，因此，風機庫冷間內采用橋架管道布線的形式多。特別是物流冷庫，規模大線路多，采用橋架集中敷設利大于弊。

5. 呼叫和測溫系統

冷間內在庫門口附近設置呼叫按鈕，防止人員被困庫內，門外庫門上方設置聲光警示。呼喚信號同時傳送到有人值班的房間。有回籠間的冷間呼叫按鈕設置在回籠間內靠近庫門處。設有呼叫按鈕的冷間，冷間內庫門的上方設置長明燈，可采用自帶蓄電池燈具，蓄電池安裝在冷間外照明控制箱內。冷庫要求設置測溫系統，并可記錄。冷間內溫度傳感器的安裝要避開靠近庫門處，由于進出貨物影響，溫度波動大，測量不準確，還要避開冷風機和送風道出風口，宜設置在靠近外墻處和冷間的中部，安裝高度不宜低于1.8 m。

冷庫的疏散照明

冷庫一般劃分為丙類倉庫，消防應急照明和疏散指示標志的設置符合GB50016《建筑設計防火規范》的要求。值得探討的是，消防應急照明和疏散指示標志設置的目的是引導人員在緊急情況下進行有效疏散，主要用在外來人較多的公共建筑和人員密集場所，避免由于慌亂或不熟悉環境找不到疏散方向和路徑。對于冷庫這類建筑，除了因物流需求在專用配送分揀加工區有可能人員較多外，一般的月臺或穿堂面積不大，人員不多，基本上是搬運工人，對工作環境比較熟悉，冷間內人就更少，是否這類場所全部都要設置消防應急照明和疏散指示標志有待探討。

火災報警系統的設置

設置火災報警系統要根據GB50016 規范的8.4.1 條文確定，然后再依據GB50116《火災自動報警系統設計規范》進行設計。根據GB50016，一般情況下冷庫建筑不需要設置火災報警系統，但要注意其它專業是否設置了火災時需要聯動的消防設備。如電梯前室的防煙系統等，如果有此類需要聯動的設備在相應場所或部位，必須考慮設置火災報警系統。根據GB50116 要求，至少要采用集中報警系統，設置消防控制室和消防應急廣播，這樣的做法是可以探討的，本文不再累牘。

GB50072 中4.2.2 條文說明中，對冷庫冷間內是否設置火災自動報警和自動噴淋消防設施作出了分析。分析認為根據冷間工況，對起動消防系統的控制溫度難以設定，設置過低誤動作的可能性很大。如按正常火情溫度設定，達到正常火情溫度時已是較為嚴重的程度。因此在冷間內設置自動報警對冷庫的冷間而言，意義不大，日常維護、管理費用不小，故此措施不可取。

GB51157 第15.8.1 條規定，每座占地面積大于1 000 m2 的丙類存儲型建筑要設置火災自動報警系統。第15.8.1 條規定建筑高度大于12 m 的低溫場所宜設置吸氣式感煙火災探測器。以往冷間存貨包裝參差不一，密封性也不好，存品周轉次數少，存放時間長，冷間內空氣中水分多在低溫下容易結霜，特別是頂排管送冷形式，對傳統探測設備有影響。而現代物流冷庫存品包裝規范，采用冷風機送冷居多，雖然局部仍會結霜，但冷間內空氣相對干燥，對電氣設備影響小，可考慮采用吸氣式火災探測器(也稱為空氣采樣火災探測器)。吸氣式火災探測器的工作原理是通過在防護空間布置空氣采樣管網，并在采樣管網上打采樣孔，通過采樣孔把保護區的空氣吸入探測器進行分析，從而進行火災探測。可見冷庫如果要設置火災探測器，采用空氣采樣火災探測器比較適合。是否冷庫都要設置，要根據冷庫的性質用途、冷間內環境條件和工藝制冷方式確定，讓安裝的設備起到需要的效果。

冷庫建筑看上去比較單一，但實際上由于制冷工藝的不同，用途的不同，結構形式的不同，存在著多樣性和復雜性，設計時不能一概而論。隨著物流行業的發展，上下游產業的規范化，讓冷庫建筑在使用功能和空間布局上有了很大的變化，自動化、智能化存儲方式必然是未來冷庫建設的主題。

文章來源：本刊《電氣時代》原創作者福建省水產設計院張聰亮

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