低温仓储篇（六）
建筑和系统特征
温度分区
通过控制同一设施不同区域的制冷量可以达到温度分区控制的目的，即使维持这样的温度分区有难度，但如果采用一些分割物，就会简单很多。例如，隔热墙或者塑料隔热帘。后者主要是阻止暖气流进入温度较低的储存区域，特别是两侧温差不大于5.6℃时，可取得很好的效果。而当温差较大时，推荐使用隔热墙。
装卸货月台及库门
低温仓储设施的门是设计时必须要考虑的重要因素，特别是在漏热计算时。门起到分割室内外的作用，但是为了装卸货，必须经常开闭，对于维持设施内部温度十分不利。可采用一些方法尽量减少或避免漏热现象的发生，比如使用塑料隔热帘或者拉线开关，或使用开门计时器或地板压力传感器等。另外，空气幕也是一种行之有效的方法，早期的空气幕是一种简单风机系统，能有效地避免有害物质进入设施，但是不能保持室内的温度。新型的空气幕技术与设施制冷系统本身集成，可产生低温的气幕，从而有效地把暖空气拒之门外，并且可以防止结冰。
装卸货月台本身的温度控制也需考虑。有些低温储存货品需要在月台上存放一定的时间，等候装载进入运输环节，因此月台本身也需要保持低温，特别是当外界环境温度较高时。这也是保证冷链“无缝”连接的重要环节。另一方面，当环境温度很低时，月台就需要通过加热来防止一些温度敏感货品被冻伤，而这种热量可以通过制冷系统的热回收来实现。
冷冻室地板
冷冻室的地板有时发生隆起和破裂现象，这种现象常称为“冻胀”。这种危害在大型的冷库中相当明显，超市的冷冻室也会经常发生冻胀。在寒冷区域，冻胀是比较常见的现象，比如路面的冻胀破坏，如右图。
冻胀产生的原因，主要是由冷冻室地板下的土壤水分结冰引起，温度较高的水向温度较低的土层方向转移，在温差聚水作用及地下毛细作用下，水分迅速聚集到土壤表层并逐渐形成聚冰层，通常为数层凸镜面状的冰层，结冰后土体膨胀增大，形成冻胀，最终导致地板的隆起和破裂（图6-10）。冷冻室地坪的基土发生冻胀后，不仅使地板隆起影响堆货和使用，而且可破坏内衬墙致使冷藏库门无法开启或关闭。更重要的是地板隆起后将破坏地坪隔气层和隔热层，使地板隔热失效，加剧冻害，形成恶性循环。
冻胀通常只是发生在某种土壤中，比如结构较细的土壤，这种结构的土壤毛细作用较强，能够将水输送到聚冰层。由于从地下向上流动的热量很小，不能有效地阻止土壤温度达到冰点。因此，一般可借助外部热源，比如地板加热系统，来阻止土壤温度达到冰点。对于占地面积较小的设施，可通过自然对流获取周边热源。但是对大于20英尺的大型设施，则必须借助地板加热系统。
对于冷冻室地坪，采用“主动式”隔热处理至关重要。近年来，国内外冷库地坪隔热的处理方法倾向于寻求一种既廉价又实惠的热源来保持冷库基土始终处于0℃以上，从而使基土不致发生冻结。归纳起来看，目前国内外冷库地坪隔热处理方法主要有下列几种：
1）架空地坪：又可分为高架空地坪和低架空地坪两种。高架空地坪即是在冷库首层下部设地下室，地下室可作控温或其它用途。低架空则是用梁板系统或地垄墙将首层地坪托起。无论高架空地坪还是低架空地坪，均是以空气间层把冷库基土与地坪隔开，使库内冷量不至于直接传到基土，但空气间层温度过低时仍能导致基土产生冻害。
2）通风地坪：在冷库地坪保温层下部埋设通风管道。通风管道一般为水泥管或缸瓦管铺设。通风地坪又可分为自然通风和机械通风两种。自然通风地坪是靠室外空气为热源，当室外空气在热压和风压的作用下通过通风管道时不断补充热量，使冷库保温层下部始终保持在0℃以上。机械通风地坪则采用将蒸气送入通风管道的办法来提高冷库保温层下部的温度。这种方法一般在采暖季节使用，平时则采用风机将室外空气送入通风管道。自然通风地坪一般用于进深较短、冬季室外温度较高地区的冷库。机械通风地坪一般用于大型冷库，必须将通风管道通过通风管沟组织起来进行有计划的送热。
3）敷设热源地坪：在冷库地坪保温层的基层中敷设各种热源，如电热丝、油管、乙二醇防冻液等来防止基土的冻结。
冷库地坪隔热的作用，不仅仅是要满足围护结构对冷损耗的要求，从而使冷库经济、合理地运行，更重要的是要有相应的构造措施来防止基土的冻结。
冷库在发生基土冻胀时必须停产升温进行维修。轻度冻害在采取必要措施后，可恢复基土原状。重度或严重冻害，则很难使冷库基土恢复到原状。由于冻土中含有大量水分，一旦融化就会变成软土。这时，地基的承载力会大大降低，压缩将急剧增高。同时，将产生地基融沉，带来难以预料的后果。目前，解决冷库融化冻胀地基问题的有效方法还在探索当中。认识冻胀的危害，并作好冷库地坪的设计及完善管理工作，对于预防冻害的产生是非常必要的。
气调库
气调库通常通过控制氧气和二氧化碳的浓度，并维持在一个合适的水平，从而减少果蔬的呼吸，达到延长货架期的目的。气调库可以和任何制冷剂系统配合使用。催熟库是一种特殊的气调库，用来诱导并控制货品的成熟度，而不是简单的将货品维持在某一状态。气调库在建设时必须注意气密性，否则会对货品的质量产生严重影响，因此门及密封系统是必须仔细考虑的因素。美国ASHRAE手册（2002版，第21、22及23章）详细解释了何种类型的货品可以从气调库中获益，读者可做进一步的了解。
苹果是气调最典型的水果。根据品种的不同，通过气调可使苹果保存期延长至2到11个月。苹果的最佳气调参数为：2%～3%的氧气、1%～2%的二氧化碳，以及0～5℃的温度和90%～95%的相对湿度。梨也是较普遍使用气调的水果，根据品种不同，通过气调可延长保存期3到9个月。
采用气调的货品，必须是在其采收收获的最佳时期，并且需避免物理损伤。气调在果蔬运输过程中也非常重要，特别是长距离运输的货品或者那些容易腐烂、变质或者易熟的货品。除了气调，其它形式的环境调节方式，比如新风管理系统（AFAM+）、气调包装（MAP）等也被用于货品的运输中，从而延长货品的货架期。各种蔬菜和热带水果的进出口贸易通常采用具有气调功能的制冷集装箱运输，具体可参考本书第七章相关内容。
催熟库常被用来储存需要乙烯气体的货品，比如香蕉、西红柿、芒果等，这些水果往往需要乙烯来催熟，以达到零售的最佳“卖相”。一般来说，果蔬可以采收了，并不代表已经成熟了。采收后，催熟系统可调节果蔬色泽的一致性。在催熟流程开始时，往往需要升高货品的温度达到设定值，以优化催熟流程和时间，并诱导乙烯的产生。外部附加乙烯可缩短催熟时间并提高催熟的一致性。
将氮气或者二氧化碳加入气密性好的包装，从而调节氧气和二氧化碳的含量，称之为气调包装。气调包装可有效延长货品在零售储存环节的货架期。新鲜加工的沙拉和香蕉就是使用这种方法的典型例子。
加工和清洁设备时需注意的问题
在操作过程中，微粒状物质都会聚集在设备机器上，比如冷凝器盘管、风扇电机及蒸发器等，尤其是安装在室内的风扇电机及蒸发器。这种情况会严重影响系统的效率。
化学物质也会聚集在设备上，产生腐蚀，缩短设备运行寿命。设备上聚集微粒、化学物质、冲洗设备时水分和化学清洗剂均会产生腐蚀。同样，经常的杀菌消毒也会存在类似的问题。另外，靠近锅炉或者其它燃烧设备比较近的设备也会有腐蚀情况存在，因为化石燃料燃烧所排放的二氧化硫会与水结合，生成硫酸等具有腐蚀性的物质。所以在这些易腐蚀的环境中，通常采用不锈钢或者具有表面涂层的设备。
安装指导
低温设施隔热层一般采用预制的隔热板，隔热板一般为两侧板金或者塑料，中间为隔热材料的夹心结构。最常用的隔热材料是聚氨酯和聚苯乙烯，他们具有不同的隔热和结构特性。这些特性以及其它因素都是在进行隔热设计时必须考虑的。下面列出了一些在设计时应关注的普遍性问题。
（1）隔热特性：热传导，系统效率和施工
提高隔热效率意味着要获得较高的热阻，热阻以R表示，一般应高于R-30。表6-1和表6-2列出了在线发泡聚氨酯隔热板及聚苯乙烯隔热板的R值，可以看出，在4.4℃的平均温度下，R-17至R-52的范围内，典型的在线发泡聚氨酯隔热板的每英寸厚度的R值大致是聚苯乙烯隔热板的1.5倍。因此，聚苯乙烯隔热板需要更厚的厚度来达到与聚氨酯隔热板相当的隔热效果，聚苯乙烯隔热板可使用在壁厚较大的结构中。
表 1 现场发泡聚氨酯的隔热性能
板厚 |
导热系数 |
传热系数 |
热阻 |
||
in. |
cm |
W/(m·k) |
W/(m²·k) |
R值 |
k·m²/w |
2 |
5.08 |
0.0165 |
0.326 |
17.45 |
3.07 |
2.5 |
6.35 |
0.0165 |
0.261 |
21.81 |
3.84 |
3 |
7.62 |
0.0165 |
0.217 |
26.18 |
4.61 |
4 |
10.16 |
0.0165 |
0.163 |
34.90 |
6.14 |
5 |
12.7 |
0.0165 |
0.130 |
43.63 |
7.68 |
6 |
15.24 |
0.0165 |
0.108 |
52.35 |
9.21 |
注：基于4.4 ℃的平均温度下测得。
表 2 现场发泡聚苯乙烯的隔热性能
板厚 |
导热系数 |
热阻 |
|
in. |
cm |
K-因子 |
R值 |
2 |
5.08 |
0.24 |
8.34 |
2.5 |
6.35 |
0.24 |
10.43 |
3 |
7.62 |
0.24 |
12.51 |
4 |
10.16 |
0.24 |
16.68 |
5 |
12.7 |
0.24 |
20.85 |
6 |
15.24 |
0.24 |
25.02 |
8 |
20.32 |
0.24 |
33.36 |
10 |
25.4 |
0.24 |
41.7 |
12 |
30.48 |
0.24 |
50.04 |
注：基于4.4 ℃的平均温度下测得。
（2）设施隔热板的表面处理
不会暴露于腐蚀性环境的标准隔热面板一般采用26号钢板，根据制冷设施存在腐蚀性的环境的具体情况和成本预算，可采用更厚的钢板（如22号钢板）、不锈钢、纤维增强复合塑料（FRP）以及升级油漆（比如PVC塑溶油漆）等来避免腐蚀现象的产生。
（3）漏风
隔热面板的设施建设必须保持气体密封性，从而维持室内温度和效率。面板连接处、墙角、壁面与地板及天花板的连接处都是需要仔细考虑气密性的区域。
（4）火灾安全要求
根据隔热面板的可燃性，对于不同的隔热材料，保险公司通常会有不同的要求。当采用比较严格的要求时，建议采用可燃性较低的聚氨酯面板。
（5）政府对于隔热面板的要求
政府有关部门对隔热面板的使用都作了规定。例如，国家有关部门在《建筑设计防火规范》以及《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》中对于聚氨酯等隔热面板的使用提出了严格的要求。
（6）库房围护结构隔热层应防止在下列部位形成冷桥
冷桥是冷库的隔热结构中局部构造的不同引起该部位隔热性能降低，成为冷量大量传输的通道。在设计时应注意：
1）外墙、隔墙、地面及楼面隔热层的相互交接处；
2）门洞和管孔的四周；
3）冷藏门门洞外面局部地面和楼面；
4）柱子与地面或楼面的连接处。
本文来源于：《易腐品冷链百科全书》（第二版）
