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冷链物流中冷库电气设计篇

冷链物流一般是指产品从生产、储存、运输、销售到消费始终处于规定的温度范围内,以保证产品质量,减少过程损耗的系统工程。近年来,我国高度重视冷链物流的发展,冷链物流的市场前景广阔。简要介绍了冷链物流重要设施之一的冷库建筑的电气设计特点。

冷链物流的现状

冷链最重要的应用领域集中在生鲜食品和药品领域。随着居民生活的不断改善,人们对食品质量安全的要求也在不断提高。特别是受疫情影响,我国冷链短缺问题凸显,国家更加重视冷链物流基础设施建设。近年来,国家将冷链物流建设纳入重点发展方向。

随着科学技术的进步、交通基础设施的不断完善、电子商务物流的兴起、线上线下商业模式的融合、国外食品进出口贸易的发展,冷链物流的建设和运营模式发生了很大的变化。现代冷链物流更加注重冷链商品配送的标准化和流通的高效率,对冷链商品的包装、仓储、配送、加工、运输等环节提出了更高的要求。目前我国冷链服务商多元化,主要有以下七种模式:仓储模式、运输模式、城市配送模式、综合模式、供应链模式、电子商务模式、平台模式。冷链设计时要因地制宜,根据不同模式采用不同的建设方案。

冷藏类型

冷库是用来为货物维持稳定的低温环境的储存设施。主要用于储存食品、药品、疫苗等商品,保证商品在一定时期内的质量,减少商品在流通中的损耗。可以说,冷库在货物的冷链流通中起着重要的作用。冷库设计的主要国家标准是《冷库设计规范》GB50072。目前的2010版是现行版,新版正在修订中。另外还有两个商业标准,SBJ16《气调冰箱设计规范》和SBJ17《室外组装式冰箱设计规范》。

冷库根据建筑规模分为大、中、小三个等级,GB50072中有明确规定,以此来确定冷库用电的负荷等级。根据冷藏温度,一般分为高温贮藏、低温贮藏和超低温贮藏。这些都是常见的名字。根据物品的需要,设计一个适合存放的冷库,真的很有必要。不同物品的储存温度规范中有一个列表。一般来说,果蔬、鸡蛋、样酒都存放在合适的高温仓库里,温度为0 ~ 4℃。其中有一种气调库,可以通过调节冷藏室的气体成分,让果蔬保存更久。设计中应考虑气密性要求。肉类和水产品一般储存在低温仓库中,温度为-18 ~-25℃。超低温贮藏一般用于深海产品的贮藏,如金枪鱼,以保持产品的新鲜度,贮藏温度为-45 ~-50℃甚至更低。不同温度环境的冷房对电气设备的选型、设置和布线有不同的要求,如对敷设电缆的工作温度要求。

冷库按结构形式可分为单层仓库、多层仓库和高层仓库。一般多层仓库和高层仓库都是框架式的,这是内陆贸易中经常使用的一种形式。它占地面积小,存储容量大,但缺点是垂直搬运不方便。单层仓库可以是框架结构,也可以是钢结构,这在国外很常见。携带方便但占地面积大。钢结构仓库一般是高架仓库,以商品流通为主,对商品包装质量规格要求严格。存放在货架上,可以设计成自动化仓库,周转快但投资高,一般用于大规模进出口贸易。

根据用途,冷库可分为生产配套仓库、仓储仓库和物流仓库。生产配套仓库规模不大,一般靠近食品加工车间设置,用于临时存放加工后的产品。型储仓,多为传统冷库,用于长期储存货物,赚取季节性商业差价,也作为国家粮食和物资的战略储备。现代物流冷库发展迅速。随着居民消费能力的提高,特别是网络技术的融合,对商品快速流通的需求更高。新型物流冷库不仅仅是传统的站台、大厅、冷库的建设模式,还增加了配送、加工面积的要求。冷库占建筑规模的比例逐渐降低,商品周转快,物流自动化程度高,能耗高。

冷链物流中冷库电气设计

冷链物流中冷库电气设计

不同制冷剂下的电气要求

冷库制冷离不开制冷剂。常用的制冷剂有三种:氨、氟利昂和CO2。过去也用乙二醇,但效率比不高,对管道腐蚀性强。现在也有添加了乙二醇作为添加剂的产品,市场上并没有广泛使用。不同的制冷剂由于其不同的特性,在电气设计中有不同的要求。

1.液氨制冷

可以说液氨是冷库常用的几种制冷剂中效率比最高的,技术成熟,但对设备管理、维护和操作的要求最严格。严格来说,液氨并不易燃易爆,但受环境影响会变得易燃易爆,而且有毒。形成的氨气比空气轻,特点是泄漏后有刺鼻气味,容易发现。由于液氨的这些特性,GB50072要求氨机房配备氨气浓度报警装置。当空气中的氨气浓度达到一定程度时,会自动发出报警信号,启动应急排气扇,氨气浓度传感器安装在氨制冷机组和氨储存容器上方的顶板上。这个装置可以保证机房内的氨气浓度控制在4%以下,远低于氨气的爆炸极限(16%)。在这个前提下,机房的照明可以按照正常环境来设计。但自2013年上海翁牌制冷实业有限公司液氨管道泄漏造成多人死亡后,多个地方政府取消了冷库氨制冷的审批。国务院安委会发布《涉氨制冷企业液氨使用专项治理技术指南》,进一步规范涉氨企业经营改造,要求氨房应急照明的灯具、开关、配电线路等按防爆建设。个人认为,考虑到氨气的特性,安装在氨机房屋顶上的电气设备和电路应按照防爆进行适当的构造,可以避免因操作不当而导致的事故。目前,一些专家对氨的使用和限制持有不同意见,认为不能盲目限制。毕竟对于大型冷库来说,氨制冷节能效果最好,技术也比较成熟。

氨机房有专门的控制室。除氨机自带的控制箱外,氨机房的启动控制柜、冷凝器控制柜、排气扇控制柜均集中布置在控制室。电缆沟是氨机房的主要路线。因为氨机房结霜多,电缆沟要排水好。作为氨制冷剂,有40 T的充装量限制,所以大型冷库的冷室一般采用冷风机冷却,导致储存产品干耗大,对储存产品的包装要求高。这也是商家不喜欢的一个方面。现在采用风机加风道模式,提高冷却均匀性,降低风速,减少干耗。小型冷库只能用顶排管,干耗低,制冷效果均匀。

2.氟利昂制冷

氟利昂一般是常温常压下的气体,稳定性强,无色无味,无毒,比空气重。如果大量制冷剂泄漏,仍然存在人员窒息的潜在危险。因此,应在相关机房和阀室设置氟利昂浓度报警装置,传感器应安装在离地面0.3 m的墙壁和气缸上,还应联动应急排气扇。氟制冷机房的电源线路一般不敷设在电缆沟内,使用的电缆沟必须用沙子填平。氟利昂和氨的比例相对安全,因此系统可以实现高度的自动控制,甚至无人控制。控制柜可就地安装在机房内,但将大机组的操作集中在控制室更安全。氟利昂制冷不如氨制冷节能,但优点在于操作管理方便,对操作人员技术要求低,无收费限制,末端有风机和排气管。使用氟利昂制冷的主要缺点在于环保,释放出来会破坏臭氧层,属于淘汰的制冷剂。目前有相对环保的氟利昂产品,价格和成本较高,使用也不是长久之计。

3.二氧化碳制冷

随着各地对氨制冷剂使用的限制和氟利昂制冷的环保化,CO2制冷逐渐成为冷库制冷的新选择,是近年来冷库中流行的制冷方式。CO2最大的优点是环保,不污染环境。缺点是液化压力高,对管道和设备的耐压要求远高于其他制冷剂,是一个隐患。另外,CO2比空气重,无色无味,泄漏后有工人窒息的危险。因此,有必要安装CO2浓度报警装置。传感器安装方法参照氟利昂制冷系统。目前,我国还没有成熟完整的CO2制冷冷库专项技术规范。

冷库制冷也有以氨为制冷剂,CO2为制冷剂的复叠系统,或者其他不同制冷剂之间的复叠。但无论何种类型的复叠,在设计时只要把握制冷剂或冷媒的特性,在不同的使用制冷剂或冷媒的地方设计电气系统即可。

冷链物流中冷库电气设计

冷链物流中冷库电气设计

冷库电气设计应注意的几个方面

1.变压器室位置的选择

冷库配电室的位置应符合GB50053的要求,并应靠近负荷中心设置。冷库区的主要大型设备一般都集中在冷藏室,所以一般情况下,配电室设置在冷藏室所在的机房楼内,靠近冷藏室的控制室。特别是氨制冷室,可以通过控制室与变压器室分开。对于氟制冷系统,根据工艺中自动控温的要求,大机组与库房的冷库之间可以采用一对一的形式,大机组分散在楼层或冷库的不同区域。此时,配电室可适当设在仓库区负荷中心附近。

很多地方都是按时间收费,有峰谷电价,这是冷库经营者会考虑的一个方面。因此,变压器室负荷需求系数的取值应考虑这一因素。除周转快的物流冷库能耗高、需求系数大外,仓储型冷库制冷机组主要考虑夜间运行,与库区其他建筑如宿舍、办公室、加工等有错开用电。此时,需求系数可以考虑降低,但一般不低于0.55。

市电停电时冷库内有生产或保温需要,一般需要设置发电机组作为备用电源。有些企业为了节省发电机,与供电方协商采用双电源或双回路供电。虽然理论上满足二级负荷供电规范的要求,但实际上很多地区的供电并不能满足真正双电源双回路的要求。而且投资成本不小,使用过程中因停电或高压设备停电造成经济损失的风险很大。

2.冷库电气系统

冷库系统的强电部分主要分为照明系统、电力系统和控制系统。照明系统包括工作照明、备用照明和疏散照明,其中容易忽略冷库平台前停车场照明的设置。动力系统主要涉及制冷机组、循环泵、蒸发冷却器、空气冷却器等制冷设备的配电。控制系统不仅仅是简单的电机启停,还包括不同设备之间的工艺协调,其中有些需要设置PLC自动控制。系统的弱电部分主要包括冷藏室呼叫系统、温度测量系统、监控系统、气体检测系统和火灾报警系统等。呼叫系统和气体检测系统为了保证人员的安全,测温系统与过程控制有关,监控系统与运行管理有关。在设计时,应注意不要忽视叉车充电室内的危险气体检测。冷藏过程中使用电动叉车,叉车使用的铅酸电池在充电结束时会释放出硫酸雾,其中含有少量的铅、氢和氧。当氢气积累到一定量,就有爆炸的危险。因此,叉车充电室内应采取防火防爆措施,并设置氢气检测系统与防爆排气扇联动。

3.设备选择和安装

冷库主要由平台、大厅、冷藏室等功能区组成。冷藏室是用来储存货物的。传统的货物分拣是在站台大厅进行的。对于现代物流冷库,由于其库存周转快、流通量大,还设有专门的配送分拣处理区。以前冷库的平台和大厅总是设计成开放式的室温环境,从食品安全标准的角度来看是不符合要求的。为了保证流通中商品的连续冷链,要求这些地方保持一定的低温密闭状态,要求的温度不一样,所以存在温差。由于温差的原因,不同温区的交界处是最容易结霜结露的地方,比如各个地方的出入口,所以这些地方的电气设备的设置和选择要特别注意。比如冷室门口附近因为冷热交换频繁,就有冷凝水滴落的现象。所以安装在这些地方的明装配电箱要有一定的防护,线路要采用进出的方式。

由于冷库商品的进出口,会将带有湿气的空气带入冷库,尤其是低温仓库。冷藏室时间长了,冷却风扇或顶部排气管容易结霜,需要定期扫霜融霜,会影响仓库内的其他电气设备和电路。2001版GB50072中要求冷室的照明灯应为防护等级为IP54的防潮灯,但2010版中没有规定要达到的具体等级,只要求食品卫生安全要求和冷室环境条件。IP54根据GB/T 4208规定,防尘防溅相当于室外电源柜、室外路灯、室内地灯、餐饮建筑等产生水蒸气的加工场所的电气设备所要求的最低防护等级是合理的。

冷库也有一些特殊要求,如冷库内的灯具要有防护罩,防止进出口时碰撞,灯具的金属外壳要用专用保护PE线连接,照明支路要有剩余电流保护装置。冷藏室的配电线路应选择符合环境温度条件的耐低温电缆。在靠近返回车场的站台上,应预留一个专门为冷藏车充电的室外插座。由于冷库结构形式和保温要求的特殊性,设备安装主要是敞开式安装,不会破坏冷库尤其是冷藏室的围护结构,有利于保温,便于维护。照明灯具、空气冷却器等冷室内设备的控制设置在温度较高、不易结霜、结露的冷室外的大厅、平台。冷室中不允许设置空气冷却器的急停按钮或开关。

4.线路铺设

冷库的电气线路敷设以明敷为主,冷库内的线路敷设可根据不同的温度和制冷形式,采用直接敷设、管内穿线、桥架穿线等多种敷设形式。目的是减少穿过绝缘层的线路的交叉点,并使对外壳结构的损坏最小化。如果站台大厅等除围护结构外没有专门的蓄冷保温层,可采用局部暗敷设。穿越冷库保温层的电气线路必须相对集中,减少交叉点以减少冷量损失,交叉点必须采取可靠的防火和防冷桥措施。目前采用桥架将线路引至冷房外的引入点,然后用小套管保护,外墙侧用火封堵,冷房内保温层侧用冷桥封堵。为提高冷桥效果,穿越处电缆保护套管直径一般不大于φ 25,可采用耐低温耐火的工程塑料管。

以前大部分冷库都是冷室末端用顶排管。由于冷室空气中含有水分,低温时容易结霜结冰,电气管道容易结冰,维修不便。所以线路进入冷室后,主要是直线敷设,采用排管支架,或者钢索,或者通过冷桥处理的预埋吊点。现代大型冷库末端一般采用空冷器降温后,由于空冷器的除湿作用,冷库内一般比较干燥,管道结冰的概率较小。因此,空冷器的冷室有多种形式的桥管布线。尤其是物流冷库,规模大,线路多,带桥集中敷设利大于弊。

5.呼叫和温度测量系统

在冷库内,靠近仓库门口处设置有呼叫按钮,防止人员被困在仓库内,仓库外的门上方设置有声光警示。呼叫信号同时传送到值班房间。带回房的冷藏室呼叫按钮设置在靠近仓库门的回房内。冷藏室配有呼叫按钮,在冷藏室的库门上方设置有长明灯,可以使用带电池的灯。电池安装在冷藏室外面的照明控制箱中。冷库需要测温系统,可以记录。冷藏室的温度传感器应安装在远离仓库门的地方。由于货物进出的影响,温度波动较大,测量不准确。还应安装在靠近外墙和冷室中间的位置,安装高度不应低于1.8m。

冷库的疏散照明

冷库一般为丙类仓库,消防应急照明和疏散指示标志的设置符合GB50016《建筑设计防火规范》的要求。值得讨论的是,设置消防应急照明和疏散指示标志的目的是为了在紧急情况下引导人们有效疏散。它们主要用于公共建筑和外来人员较多的拥挤场所,避免因混乱或环境不熟悉而迷失疏散方向和路径。像冷库这样的建筑,除了因为物流需求可能会有较多的人在专门的配送分拣处理区,一般的站台或者大厅面积都不大,人也不多。基本都是搬运工,熟悉工作环境,冷室的人就更少了。这些场所是否都应该设置消防应急照明和疏散指示标志还有待商榷。

冷链物流中冷库电气设计

冷链物流中冷库电气设计

火灾报警系统的设置

火灾报警系统应按GB50016第8.4.1条设置,并按GB50116《火灾自动报警系统设计规范》设计。根据GB50016,一般情况下,冷库建筑无需设置火灾报警系统,但应注意其他专业是否设置了发生火灾时需要联动的消防设备。比如电梯前室的防烟系统等。,如果在相应的场所或部位有这种需要联动的装置,就要考虑设置火灾报警系统。根据GB50116的要求,至少应采用集中报警系统,并设置消防控制室和火灾应急广播。这种做法可以讨论,本文不累。

在GB50072第4.2.2条的解释中,分析了冷库的冷藏室是否有火灾自动报警和自动喷水灭火设施。分析认为,启动消防系统的控制温度很难根据冷房的工况来设定,设定过低误操作的可能性很大。如果是按照正常火温设置的话,到了正常火温就更严重了。因此,在冷库中设置自动报警对冷库的冷库意义不大,日常维护管理费用也不小,该措施不可取。

GB51157第15.8.1条规定,面积大于1 000 m2的丙类仓储建筑应设置火灾自动报警系统。第15.8.1条规定,建筑高度大于12 m的低温场所应设置空气呼吸式感烟探测器,以往冷室的储存包装参差不齐,密封性不好。储存货物周转次数少,储存时间长。冷室空气中的水分在低温下容易结霜,特别是以顶部排气管冷却的形式,影响了传统的检测设备。而现代物流冷库包装规范中,多采用冷风机送冷风。虽然有些部位还是会结霜,但是冷室的空气比较干燥,对电器设备影响不大。所以可以考虑空气呼吸式火灾探测器(也叫空气取样火灾探测器)。空气呼吸式火灾探测器的工作原理是在被保护空间内设置空气采样管网,在采样管网上打采样孔,将被保护区域内的空气通过采样孔吸入探测器进行分析,从而进行火灾探测。由此可见,如果冷库要配备火灾探测器,采用空气取样火灾探测器更为合适。是否设置冷库应根据冷库的性质和用途、冷库内的环境条件和工艺制冷方式来确定,使安装的设备达到所需的效果。

冷库建筑看起来相对简单,但实际上由于制冷技术不同,用途不同,结构形式不同,存在多样性和复杂性,设计不能一概而论。随着物流业的发展和上下游产业的标准化,冷库建筑的使用功能和空间布局发生了很大的变化。自动化、智能化的仓储模式必将是未来冷库建设的主题。

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