低温库的建筑要求与改造.docx
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低温库的建筑要求与改造
低温库的建筑要求与改造
低温粮仓无论是采取自然冷却还是人工冷却，当仓外气温较高、湿度较大时，如仓库无一定的改造措施，粮温、仓温及粮食水分，常因受太阳辐射和大气温湿度的影响，使粮温上升，仓湿增加。
因此在低温储粮过程中，为了减少和削弱外界高温和潮湿的影响，必须对普通的粮仓进行围护结构的改造，以满足低温储藏对仓房的建筑要求。
一、低温库的建筑要求
（一）隔热保冷
这是低温库能否达到预期效果的一个关键。
根据计算，机械制冷低温储藏时所需的制冷量，有30%---35%左右是通过围护结构的耗冷量，如果仓房围护结构的隔热性较差，为了维持粮温仓温的低温及稳定性，将会延长制冷机组的运行时间及开机次数，使粮食的保管费用上升。
一般粮库的隔热保冷措施是采用由多层材料组成的隔热围护结构，以减少外界向低温库的传热量。
良好的隔热结构，能保持仓温、粮温的稳定，波动小，并减少制冷机或空调机的开启次数缩短运行时间，降低运行费用，节约粮食保管费。
（二）防潮隔汽
主要是防止外湿，包括雨水及水蒸气通过围护结构进入库内，引起仓内湿度增加，由于低温仓内外温差较大，必然引起仓内外水蒸气压差的增加，这就造成了对低温仓围护结构防潮层的严格要求。
同时当大气中的水蒸气通过围护结构的隔热层并在其中滞留时，将会降低隔热结构的隔热性能，破坏其隔热保冷效果。
因此在对普通仓房进行隔热改造的同时，还应对房顶、墙壁、地坪均进行防潮处理，增设防潮层或对原防潮层进行修补完善，且注意三面防潮层的连接，使它们连成一体，不留缝隙，常用的防潮材料为沥青和油毡，也可选用一些新型防潮材料，一般地区对围护结构进行二油一毡处理即可，对于潮湿地区可进行三油两毡处理。
（三）结构坚固
低温库的围护结构多是由多层材料组成的，要注意各层材料间在结构上应有坚固的拉结，施工时对承重结构尤其应注意，要防止在低温库使用期间，由于仓内外温差大而产生结构变形，影响了仓库寿命甚至出现危险。
（四）经济合理
在低温储藏技术中，仓库在仓房改造、购置设备的投资较大，低温库使用中的运行费也较高，因此在低温库的设计中，对所用材料、机组及工质的选择均应因地制宜、就地取材、充分考虑建库的经济性，以提高低温储藏的经济效益。
二、隔热材料
通常把导热系数小于0.23瓦/米.度，容重小于1000千克/米3的建筑材料称为隔热材料或保温材料。
（一）选择原则
在选择隔热材料时应考虑以下原则：
1、导热系数小
在选择隔热材料应首先考虑的。
一般低温库中使用的隔热材料其导热系数应在0.024---0.14瓦/米.度之间，以保证其隔热性能。
2、容重小
隔热材料之所以具有较小的导热系数和它的多孔性结构是分不开的。
而多孔性材料其容重就小。
在隔热材料的微孔中充满了空气，而空气质轻，导热系数小（λ=0.024---0.08瓦/米.度），因此容重小的材料内部孔隙多，λ值小，隔热性能好。
但是须要注意的是隔热材料中的孔隙应足够的小，如果孔隙较大甚至连成大洞，则会产生较强的对流传热，使隔热材料的隔热性大大下降，所以隔热材料的容重也可在一定程度上说明其隔热性。
如膨胀珍珠岩容重为300千克/米3时，λ为0.12瓦/米.度，而容重为90千克/米3时，λ为0.045瓦/米.度，由此可见良好的隔热材料多为孔隙多，密度小的轻质材料。
3、材料本身不易燃烧或可自熄
隔热材料最好具有较好的耐火性、安全性，在发生火灾时，不致沿隔热材料蔓延至它处和产生有毒气体。
如目前常用的聚苯乙烯泡沫塑料有两种，一种是可发性聚苯乙烯泡沫塑料，另一种是可熄性聚苯乙烯泡沫塑料，后者离开火焰后，在2秒钟内可自行熄灭，比较安全，但其价格比前者约高25%左右，所以在低温粮库中使用较多的还是可发性聚苯乙烯泡沫塑料。
4、机械强度高
这主要是对预制板材的要求，板材具有一定的机械强度可以避免在使用一定时斯后出现的变形、凸起、挠曲、沉陷和剥落等现象。
另外，选择机械强度高的隔热材料，还可以简化施工中的支撑结构，减少“冷桥”，降低施工费用。
5、其它性能
要求隔热材料应具备一定的增水性，不易吸水；不易霉烂、虫蛀、鼠食；无毒安全；价廉易购；施工方便。
以上几方面是在选择隔热材料时的一些原则，就目前所使用的隔热材料来讲，难以完全满足所有要求，因此在选择材料时要因地制宜，尽量就地取材，考虑材料的主要特性，尽可能做到经济合理。
（二）常用隔热料简介
1、稻壳
稻壳又称砻糠，因其价格低廉，取材容易，被广泛应用于低温库的隔热结构中，特别在外墙中应用较多，尤其在粮食部门稻壳来源极为丰富，所以是较早在低温粮库中使用的隔热材料之一。
稻壳的干容重为150千克/米3，其导热系数随含水量不同而变化。
约在0.093---0.16瓦/米.度之间，这种材料的主要缺点是憎水性差，吸湿性强，易生虫、霉烂、鼠咬，在使用期间还易产生密实性下沉，因此在使用之前应将稻壳充分晒干，灌注时力求密实，在使用中要定期检查，发现沉陷应及时填充密实，避免结构中出现冷桥，另外为了保证其隔热性能，使用若干年后应将稻壳进行更新或取出翻晒干燥后再填充到结构中。
2、膨胀珍珠岩
膨胀珍珠岩是目前国内低温库、民用住宅及工业建筑中常用的散粒状隔热材料，它是以珍珠岩、黑曜岩或松脂岩为原料，经破碎、预热、焙烧（1180---1250℃），使内部所含结晶水及挥发性成分急剧汽化，体积迅速膨胀并冷却成白色松散颗粒的膨胀珍珠岩，膨膨胀后的珍珠岩的体积为原体积的7---30倍，因此其具有容重小和隔热性好的特点。
作为隔热材料，膨胀珍珠岩具有导热系数小、容重小、无毒、无味、无刺激，并能避免虫蛀、霉烂、鼠咬，且不燃烧，来源丰富，价格低廉，常用于低温库外墙及仓顶的隔热，其缺点是吸水率较高，吸水量可达本身重量的2---9倍，容重越小其吸水率越高，吸水后其强度及隔热性能下降，因此在使用中应保持其干燥，我国很多地区都有丰富的珍珠岩矿，如黑龙江、、、、、山西及浙江等。
根据珍珠岩的性能不同，一般将产品分为三类，如表9-2所示。
表9-2 膨胀珍珠岩性能
指标
单位
产品分类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
容重
千克/米3
<80
80--150
150--200
粒度
粒径>2.5mm的不超过5%；粒径< 0.15mm的不大于8%
粒径< 0.15mm的不大于8%
粒径< 0.15mm的大于8%
导热系数
瓦/米.度
<0.052
0.052--0.064
0.064--0.076
含水率
重量百分比
<20%
<20%
<2%
使用温度
℃
800
800
800
3、膨胀蛭石
膨胀蛭石是以蛭石为原料，经烘干、破碎、焙烧（900---1000℃），在短时间内体积急剧增大而膨胀（约20倍）成为由许多薄片组成的、层状结构的松散颗粒。
它具有与膨胀珍珠岩一样的特征，也是一种很好的保温材料。
其容重为80---120千克/米3导热系数为0.05---0.07瓦/米.度，使用温度可高达1000---1100℃，耐碱不耐酸，吸水性较大。
我国的蛭石资源也很丰富，如河南、、、、、、、四川等地都有。
蛭石按其焙烧后的体积膨胀倍数分为四级：
一级的膨胀倍数大于8倍；第二级为6--8倍；三级为3--5倍；四级小于3倍。
蛭石的吸水性与容重成反比，容重越小吸水率越高。
每当吸水率提高1%时，它的导热系数平均增加2%左右。
4、聚苯乙烯泡沫塑料
泡沫塑料是以各种树脂为原料，加入一定量的发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料，经加热发泡膨胀而制成的一种新型轻质隔热材料。
其种类很多，均以所用树脂材料名称而得名。
用作隔热保温的泡沫塑料可分为硬质和软质两种，在围护结构中使用的泡沫塑料均属硬质泡沫塑料，且常为预制板材。
目前应用较普遍的是聚苯乙烯硬质泡沫塑料，也称作可发性聚苯乙烯泡沫塑料，它又可分为自熄性和非自熄性两种。
在隔热结构中以使用自熄性为宜。
它是以石油的副产品苯与乙烯合成为苯乙烯，再经过聚合成颗粒状的聚苯乙烯，然后加入戊烷作为发泡剂，若加入溴化物则可生产自熄性聚苯乙烯泡沫塑料。
这种材料加工方便，可根据需要做成不同厚度，不同大小的板材，也可作成管壳，灵活性好。
这种材料的优点是隔热保温性好，导热系数常在0.034瓦/米.度左右，容重小，有一定的憎水性，抗压强度高，不易腐烂变质，施工方便，不生虫、霉，防鼠咬。
在聚苯乙烯的使用中须要特别注意的是板块间的连接，施工时一定做到连接严密，不留缝隙，消灭冷桥，板块间的连接可分为粘接、搭接或两种同时使用，单纯的粘接一定要选择有效的粘接剂，可在市场上直接购买专用胶水，也可自行配制粘结剂，以汽油和沥青按3：
7的比例配制加热至70℃即可使用。
还可用树脂胶水与水泥（标号不低于400号）按1：
1.5---2配好搅匀使用，搭接是在板四周开出槽将板搭接起来，或用铝合金槽，木槽等将板接在一起。
如果能在槽内先涂一层粘结剂再搭接板则效果更好。
聚苯乙烯泡沫塑料的冷收缩现象较明显，其重量吸水率亦较大，且使用温度最高不得超过75℃，另外在使用和存放时应避免长期受阳光的照射，以防止老化延长使用寿命。
5、硬质聚氨酯泡沫塑料
硬质聚氨酯泡沫容重为20--50千克/米3，导热系数0.02---0.036千卡/米.时.℃，抗压强度为1.5---2千克/厘米2。
由于其气泡结构几乎全部是不相连通的。
所以，防水隔热性能都很好。
可以预制，也可以现场发泡，可以喷涂，也可灌注成型，还可以根据不同的使用要求配制不同密度、强度、耐热的泡沫体，适于快速施工。
由于粘结牢固，包裹密实，内外无接缝，又能保证隔热效果，既减少了隔热层厚度，又减少了施工工序，是一种很有前途的隔热材料，只是目前价格比较高，经济性差。
使用温度为70---160℃。
6、铝箔波纹纸板
在低温库建造中为了不减少仓容可使用反射性隔热材料，如铝箔波纹纸板。
这种材料是以高强度的波形纸与工业牛皮纸做成的三层或五层波纹瓦楞板在其上面贴一层厚0.008---0.014mm厚的铝箔而形成。
这种材料的隔热性能是由于波纹纸板间的空气薄层与能反射热射线的铝箔发亮表面的共同作用形成的。
若将空气层包括在内，其导热系数约为0.04瓦/米.度这种材料具有重量轻、隔热保温防潮效果好，有一定刚度、造价低廉、结构简单、取材容易施工方便等特点，其主要物理性能如表9-3所示。
表9-3 铝箔波纹纸板的物理性能
容重（kg/m3）
235
导热系数（w/m.k）
0.063
比热（kj/kg.k）
1.465
导温系数（m2/h）
0.7*10-3
48小时吸湿率（%）
3
反光系数（%）
83
太阳辐射热吸收率（%）
17
由此可见铝箔波纹板具有良好的反射热辐射性能，因而在外围护结构中常将铝箔放置在仓房的吊顶上面，这是因为在外围护结构各传热方式中，若具有了空气间层，能使辐射传热方式起主导作用，再覆上铝箔空气层后，就能达到优良的隔热效果。
铝箔波纹板可以固定于钢筋混凝土屋面板下或木屋架下，作为保温隔热顶棚使用。
三、隔热结构
低温库的隔热结构是保证库内外温差的基础，是限制和减少由围护结构而传入热量的关键，尤其在夏季，隔热结构的好坏，直接影响着粮食温度的波动情况及制冷设备的操作运行（屋顶、墙体及地坪）来隔热保冷。
1、墙体
目前国内低温粮库的隔热墙结构多为夹心墙，在这种隔热墙结构中，除了隔热层，还必须设防潮层。
因为在隔热层的内外侧由于温差的存在而造成了一个蒸气分压力差值，使得大气中的水蒸气同空气一起进入隔热层，并向低温、水气压更低的地方渗透。
另外，隔热材料的孔隙不是完全封闭的，水蒸气可以逐渐通过隔热层进入库内，这样既破坏了隔热材料的隔热性能，又增加了库内湿度，所以隔热保冷结构中应设置防潮层，并且防潮层应设置在隔热层的高温侧，如图9-6所示。
目前国内常用的防潮材料有两种：
一种是沥青加油毡组成的防潮材料，如两油一毡，三油两毡等，这类防潮材料在低温粮库中，应用的较广泛，其防潮效果也不错，其缺点是施工较麻烦。
另一类是塑料薄膜，其特点是施工方便，价格低廉，但易于老化，易脱焊脱胶。
塑料薄膜一般在墙体中的应用较少。
2、屋顶
低温库的屋顶隔热结构最常见的有两种形式，一种称直贴式，另一种称阁楼式。
（1）直贴式。
在原有仓顶的基础上直接将防潮层和隔热层粘贴或连接固定上去，因通常仓库屋顶均具备防潮层，所以一般只将隔热材料固定在仓顶内表面即可，工程量较小，如果选用板型隔热材料如聚苯乙烯泡沫塑料，则施工更方便，但原有仓库屋顶必须平滑整洁，无横梁阻挡，其结构如图9-7所示。
（2）阁楼式。
利用阁楼层使屋顶与库房隔开，并且两者之间留有空气隔热层。
这样进一步降低了由于室外温度影响和太阳辐射进入库内的热量，提高了隔热效果，是目前低温库普遍采用的一种隔热屋顶结构。
且隔热效果优于直贴式，并适用于原仓顶内表面不平滑或有梁阻挡等情况。
但这种结构施工量较大，并需新建一个顶棚，新顶棚的料可以就地取材如南方可采用竹笆，北方可用荆笆，价格均较低，若投资资金较为充足，还可选用一些装饰材料来建新顶棚，如纤维板、胶合板、压缩板再配合一些板槽或铝合金槽，不仅结构坚固，而且美观干净。
在这种结构中防潮材料常用塑料薄膜，它既可以防潮，又可防止颗粒状隔热材料的飞溅流失，其结构如图9-8所示。
3、地坪
冷库地坪大致可分为两种：
一种称作高温库地坪（指库温在0℃以上），另一种则称作低温库地坪（指库温在0℃以下）。
通常的低温粮库库温在15℃左右，因此其地坪应属于高温库地坪，此类地坪无须设隔热层，而是以防潮为主。
防潮层主要是防止水分因毛细管和气压差作用而渗透到地坪和冷库内，一般以二油一毡作为防潮层即可，并且此防潮层应与墙体防潮层连接，不可留有缝隙。
有时为了提高地坪的隔热性也可采用炉渣作为隔热层，炉渣厚度为500mm（粒径为d=10---40mm）。
在北方地区的低温粮库地坪也可不必全部采用隔热层只须沿外墙的周边填以深为500mm，宽为0.5m宽的隔热保温带，以防止“冷桥”的作用。
4、门、窗
低温库以密闭为主，多余的门窗应封死，库内侧用适当的隔热材料堵塞，仅留一个门供进出粮使用，此门应采用双层隔热仓门。
门是可以活动、启闭的隔热围护结构，要求轻巧、启闭灵活、密封性好，所以应选用强度高、质轻、耐低温、隔热性能好和不易变形的材料制作，并且隔热层应有足够的厚度，在门边缘还应装有密封条，利用其弹性，使门缝密闭。
另外，当门的尺寸较大时，应在右下方开一个小门，供平时操作、检验人员出入，而大门尽量少开，防止过多的热从门进入库内。
一般选用铝合金或白铁皮按门的尺寸大小做好一个具有一定厚度的壳子，中间填]充以隔热材料如超细玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料，硬质聚胺酯泡沫塑料、膨胀珍珠岩等。
另外为避免进出粮时过多的热量进入低温库，最好在门的上部装设气幕装置。
在静态隔热结构的施工中还应注意隔热层及防潮层的连续性及隔热层固定在围护结构上的牢固性。
所谓连续性主要指四周墙的隔热层、防潮层与仓顶、地坪层应连成一体，不留间隙，否则通过间隙会导致冷量损失及仓内温度的增加，另外还应注意隔热层应牢固地固定在围护结构上，以免使用期间产生脱落、沉陷，破坏其隔热性。
（二）动态隔热
动态隔热是目前国外新设计的一种粮仓中所安装的隔热结构。
特别是一些筒库常带有动态隔热层，以达到安全、大量、长期储藏粮食的目的。
这种动态隔热结构是：
使仓库四壁、仓顶、地坪完全封闭在循环空气的夹层中，而夹层中的循环空气则通过一定手段保持低温，这样便可保证库内的温度精确、稳定，结构如图9-9所示。
动态隔热结构除了可保证库温的精确稳定外，还有一个突出的优点，可以避免粮面结露，因为在这种结构中，从空调间送出的低温高速空气并未直接送入仓间与粮食接触，而是在夹层中循环流动，因此不会产生粮面结露。
四，围护结构的传热系数
低温库围护结构一个重要的性能是其隔热性，只有围护结构的隔热性符合要求，才能达到预期的低温储藏效果。
那么如何评价一个围护结构的隔热性呢？
通常我们采用一个K值来进行评价。
K是表示围护结构传递热量能力的系数，称作围护结构的总传热系数，其单位是瓦/米2.K，其物理意义是当围护结构两侧的空气温度相差1K时，1平方米围护结构的表面积在1小时内所通过的热量瓦数。
围护结构K值是低温库建筑的重要技术、经济指标之一。
它的大小标志着围护结构隔热性能的好与差，当然，在确定K值时不能只从隔热性方面考虑，应根据隔热材料的价格、制冷成本、库内外温差等因素进行综合分析，选择出一个最经济合理的K值。
既考虑初投资，又注意运行费用。
1、K值的计算
首先分析一下热量经围护结构时的传热情况：
热量首先是由外界热流体（如热空气）传给围护结构外表面，进而以导热方式通过围护结构，最后热量由围护结构的内表面传给库内的冷流体。
由此可见，热量从库外经围护结构传入库内的过程为复合传热过程，其中有导热也有对流换热，根据平壁传热公式，传过围护结构的总热量（单位：
瓦）为：
Q=KF△t
式中：
F---传热面积（米2）；△t---库内外温差（K）；K---传热系数（瓦/米2.K）
传热系数K与传热过程的热阻R成倒数关系，即：
K=1/R
由于围护结构的传热属于复合传热，所以总热阻R应为内、外表面的对流换热热阻Rα与导热热阻Rλ之和。
即：
R=Rα外+Rα内+Rλ；
因为：
Rα外=1/α外；Rα内=1/α内；Rλ=δi/Ri；
式中：
α外---围护结构外表面热系数，其值与室外风速有关（见表9-4），一般情况下取α外=23瓦/米2.K；
表9-4围护结构外表面换热系数α外
室外平均风速（m/s）
1.0
1.5
2
2.5
3
3.5
4
换热系数（w/m2.k）
13.97
17.45
19.8
22.1
24.4
25.6
27.95
换热系数（Kcal/m2.hr.k）
12
15
17
19
21
22
24
α内---围护结构内表面换热系数，一般取α内=10瓦/米.K
Rλi---围护结构中第i层材料的导热热阻；
δi---围护结构中第i层材料的厚度（米）；
λi---围护结构第i层材料导热系数（瓦/米2.K）。
所以：
公式 K=1/R=1/（1/α外+1/α内+∑ni=1δi/λi）
另外，考虑到隔热材料的受潮和施工工艺的不完善，实际上的K值应比计算值增加10%，即：
K实=1.1K计。
2、K值的选定与隔热层厚度
从以上K值的计算公式看到，只有当围护结构各层的材料和厚度确定以后，才能计算出K值。
在我们着手设计一个低温粮库时，当选定了围护结构各层的材料之后，如何确定其厚度呢？
这就需要根据以前的经验和要求，先初选一个K值，然后由公式：
K=1/R得到：
δx=λx[1/K-（1/α外+1/α内+∑n-1i=1δi/λi）]
算出围护结构第i层（常为隔热层）的厚度。
据报道，日本低温库的墙壁K值一般限制在0.35---0.58瓦/米2.度的范围内，准低温仓K值还可以适当增大些。
我国冷库围护结构的K值是根据库内外温差而定的，列于表9-5中，在低温库的设计中，可作为初算时的参考值。
表9-5 围护结构传热系数K值
室内外温差（℃）
K值（W/m2.K）
65--50
0.23--0.29
50--25
0.29--0.35
35--30
0.35--0.41
30--25
0.41--0.46
25--20
0.46--0.52
20--15
0.52--0.58
15--10
0.58--0.7
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