大型装配式冷库电气设计

赵 斌

(上海市机电设计研究院有限公司, 上海 200040)

0 引 言

目前,冷库作为冷链物流行业中的重要一环,其技术落后限制了冷链物流行业的整体发展。特别是近年来随着人们消费水平的提高,对各种生鲜类食品的需求不断扩大,同时市场对大型冷库的需求也更加紧迫[1]。

本文结合具体工程实例,介绍大型装配式冷库的电气设计,可为类似工程提供参考。

1 项目概况

某冷库位于江苏省南京经济技术开发区,主要包括冷库、设备辅房、管理用房、车队管理维修用房及门卫等,总占地面积为41 570 m2建筑面积约为52 008 m2,建筑物总高度为22.50 m,存储容量约为80 000 t,日吞吐量约为2 000 t。其中冷库由多个冷间组成,冷间为单层钢结构,冷间A、B南北长度为151.10 m,冷间A、B东西长度为74.90 m,冷间C南北长度为106.10 m,冷间C东西长度为103.20 m。卸货区单层局部3层钢结构,南北向长度均为21.40 m,东西向长度分别与冷间A、B、C相同。

项目效果图如图1所示。

图1 项目效果图

2 防雷及接地设计

2.1 建筑物防雷

2.1.1 建筑物防雷等级的确定

经计算,该冷库的年预计雷击次数为0.448次/年,根据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》[2]第3.0.3条规定,划分为第二类防雷建筑。

2.1.2 建筑物防雷措施

(1) 防直击雷措施。冷库虽为彩钢板屋面,但是在彩钢板屋面上方敷设225 mm厚XPS保温板、隔气层以及高分子防水卷材(全部为绝缘材料)。屋面节点详图如图2所示。因此,钢屋面不能作为防雷接闪器使用,所以需在屋面上敷设10×10 m或12×8 m的热镀锌钢网格作为防雷接闪器。屋面防水材料为柔性材料,热镀锌钢网无法采用水泥墩的形式固定在屋面;不能用金属支架固定在屋面钢结构上,因支架在穿越保温及防水层会造成大量冷桥及漏水;不能贴装,如避雷网遭受雷击,瞬时高电流会产生高温,有可能熔穿防水层及保温层。所以,避雷网的安装需要与屋面防水供应商协商,由防水供应商定制专业支架,并采取非常规工艺将热镀锌扁钢网固定在屋面。屋面现场完成照片如图3所示。施工过程中,应尽量避免在屋面上焊接作业,如果保护工作不到位,现场焊接作业时滴落的熔渣极易熔穿防水层。

图2 屋面节点详图

图3 屋面现场完成照片

结合上述分析,该项目设计及实施过程中,设计方与屋面卷材供应商经过多次讨论,最终在施工过程中定制的避雷网支架采用专业粘合剂固定在屋面上,并用与屋面卷材类似的加强贴片热熔固定支架,保证支架的连接机械强度。避雷网采用热镀锌圆钢以方便与支架的连接,热镀锌圆钢之间的连接采用专用连接件,尽量减少屋面上的焊接作业。

(2) 引下线。冷库引下线理论上可以利用钢柱,因为该项目采用更先进的外包式冷库,所有钢结构部件均包裹在冷库内部,如果需要利用钢柱作为防雷引下线,则屋面避雷带与钢柱之间的连接需要穿越外墙保温板,会造成冷桥。更重要的是,由于屋面避雷带与钢柱之间的连接线穿越处靠近柱顶,距地约22 m,室内外温差大且室外湿度大时极易形成冰柱,冰柱掉落并造成人身伤害的可能性较大。因此,冷库防雷引下线采用热镀锌圆钢作为专用引下线(沿外墙敷设),平均间距不大于10 m,同时为美观进行刷白处理。防雷引下线节点图如图4所示。

图4 防雷引下线节点图

2.2 接 地

冷库采用共同接地方式,要求接地电阻≤1 Ω。变压器中性点工作接地、防雷接地、电气设备保护接地、等电位联结接地及其他电子设备的功能接地公用同一接地体。设计利用承台内2根直径大于16 mm的主钢筋下端和混凝土桩钢制顶板可靠焊接,利用混凝土桩作为接地极(混凝土桩内应保证至少2根直径大于16 mm的纵向钢筋与钢制顶板可靠焊接)、两侧与预埋的承台边缘的钢板焊接、上端钢柱焊接,在地坪下0.8 m深独立敷设40×4 mm热镀锌扁钢网,与作为接地极使用的承台两侧预埋钢板焊接,组成接地网。如接地电阻无法满足要求,可另外补打接地极,直到接地电阻满足要求。

3 照明设计

3.1 一般照明灯具的布置及选择

冷间内檐口处桁架下旋高度为19.7 m,高层货架的高度约为17.0 m,货架间距约为1.9 m。库内货物以托盘为单位存储,所以定性为一般件仓库,因此灯具沿货架间走道布置,缓冲区平均布置,同时避让冷冻风机进风口及出风口,按标准GB 50034—2013《建筑照明设计标准》的要求,照度为100 lx。卸货区内灯具平均布置,灯具间距匹配屋面檩条间距(方便施工),按GB 50034—2013《建筑照明设计标准》的要求,照度为100 lx。其他区域参照规范要求布置灯具,灯具布置完成后核算功率密度均满足规范要求,采用DIALux软件建模核算后照度满足使用要求。

冷间、穿堂设计采用LED光源深照型灯具,防护等级不低于IP65,其他区域均采用LED光源灯具。冷库设计的最低温度为-25 ℃左右,气体放电灯由于低温启动时间比较长而不是最佳选择,大功率荧光灯由于低温效率会大大下降也不适用。LED光源光效较高,衰减较小,而且集中发热量较大、散热困难的问题在低温冷库中得到充分解决,因此LED光源特别适合在冷库中使用。需要注意的是,在选择LED光源灯具时必须强调灯具配套电源的低温适用性,特别是在一些超低温库中的应用,这比较容易被忽视[3-4]。

3.2 应急及疏散照明灯具的布置及选择

冷间内所有疏散出口上方设置常明灯及疏散出口指示灯,沿货架间走道布置疏散诱导灯。卸货区在所有疏散出口上方设置疏散出口指示灯,沿疏散走道布置疏散诱导灯。其他区域在所有疏散出口上方设置疏散出口指示灯,沿疏散走道布置方向指示灯,冷间和穿堂不建议使用自带电池的应急灯具,因为低温环境对电池的性能影响较大,往往达不到目标应急时间。建议使用集中电源型消防应急照明和疏散指示系统,集中电源尽量避免布置在低温环境,若无法避免,则需采取相应的保温及防火措施。

3.3 照明节能

为了最大程度的节能,LED光源灯具效率需大于75%,LED光源光效不小于100 lm/W,所有灯具功率因数应大于0.9。办公及辅助区的照明均采用分散控制,冷间及穿堂的照明采用智能集中系统,每盏灯具都配置无线通信模块及唯一的通信地址。集中控制器通过无线通信单独控制每盏灯的开启、关闭及亮度,通过后台软件对灯具进行自由编组、时控及实时监控,根据冷库不同的使用状态灵活调整照明,达到节能目的。照明控制器图如图5所示。

图5 照明控制器图

4 供配电系统设计

4.1 负荷等级

该工程为大型食品冷冻仓库,所有制冷设备均由电力驱动,如果供电故障会造成制冷失效,且装配式冷库蓄冷能力不及传统土建冷库,一旦制冷失效时间过长,库内大量食品变质报废,会造成重大经济损失。因此,该项目中的制冷设备、应急照明、消防设备等为二级负荷。

4.2 供电电源和变配电间

在厂区北侧辅助用房内建20 kV变配电间,由于当地条件限制只申请到单路20 kV常用电源供电,安装2台SCB 11-1 600 kVA干式变压器,变压器负载率约为75%,低压侧采用并联电容器,其中无功补偿使高压侧功率因数大于0.92。变压器低压侧设母联。低压配电接地保护形式采用TN-S。

在20 kV变配电旁设置柴油发电机室,内装一台常载额定功率为2 400 kW的柴油发电机组作为应急电源,室外设埋地油箱。油机出线采用防护等级为IP67的密集母线将电源引入安装在20 kV变配电间内的应急电源配电柜组[5-7]。

柴油机发电机容量的选择需要与制冷专业紧密配合,为了节约造价并降低使用、维护成本,制冷专业需要计算在极端气温条件下冷库保冷或小批量进出货时制冷系统需要的最小功率,以此为依据计算柴油发电机的功率。埋地油箱容积的选择需要考虑所在地区附近加油站的分布及距离。

4.3 低压配电设计

低压配电根据功能分区及防火分区按区域供电,采用放射和树干相结合的方式配电。按区域设置配电总箱,再由总箱分配至各用电设备。二级负荷由常用电源和应急电源至负荷末端,末端配电设自动投切装置。

4.4 电缆选择及敷设方式

该工程三级负荷采用阻燃交联聚乙烯绝缘铜芯电缆和阻燃塑料绝缘电线供电,电缆在桥架内敷设,电线在金属线槽内敷设或穿金属保护管敷设。二级负荷采用耐火交联聚乙烯绝缘铜芯电缆和耐火塑料绝缘电线供电,电缆在桥架内敷设,电线在金属线槽内敷设或穿金属保护管敷设。在供电线路进入冷间时尽量集中穿越保温板,并由建筑专业及保温板供应商配合做防冷桥处理。需要注意的是,冷间内电缆采用低温电缆,特别是冷风机的配电线路必须为低温电缆,因为普通电缆在低温环境中绝缘层物理特性下降,在有振动的环境中使用可能会造成绝缘层破裂。

5 火灾报警系统设计

(1) 采用集中报警系统,消防控制室布置在主门卫内。

(2) 报警区域的划分。按防火分区划分报警区域。

(3) 探测器的选择。冷冻库比较高,超出普通感烟探测器的使用范围,不适用。钢结构建筑物容易发生轻微形变,线性光束感烟探测器容易因结构变形而发生移位,因此也不适用。冷冻库内有大量高货架遮挡视线,火焰探测不能及时发现火情[8-9]。综上所述,早期空气采样探测器比较适合高货架冷库的需求,采样管采用双层布置(底层分布在货架中,顶层布置在屋架下方),采样管布置完毕后须采用软件进行灵敏度校验。探测本体建议安装在冷间内,如果安装在穿堂或室外,温差容易造成采样管结冰堵塞,因此早期空气采样探测器的选型及采购需要注意低温适用性。早期空气采样探测器宜配置空气过滤及滤水装置,为增加使用寿命,在条件允许的情况下可配置管路自动清洗装置,便于采样管道维护。建议选择具有联网功能的早期空气探测器,便于后期集中监控及管理。其他区域根据环境特征采用点型感烟或感温探测器吸顶安装。早期空气探测器现场图如图6所示。

图6 早期空气探测器现场图

(4) 布线。信号总线、消防设备联动控制线等均采用耐火绝缘铜芯电缆或导线,在专业消防线槽内敷设或穿金属保护管敷设。另外,在冷间内布线时采用耐低温导线。

(5) 预作用喷淋系统的联动控制。冷库库区内设置喷淋系统,但由于冷间的低温环境,库区内采用的是预作用喷淋系统,当有火情发生时,由于电气火灾报警系统的配合,干式系统转为湿式系统,系统的漏报和误动作都会造成重大损失。因此,电气火灾报警系统和喷淋系统的配合是整个项目消防设计的一大难点。

规范要求,预作用系统的联动控制方式应由同一报警区域内2只及以上独立的感应探测器或1只感烟探测器与1只手动报警按钮的报警信号,作为预作用阀组开启的联动触发信号。感烟探测器与1只手动报警按钮的报警信号联合作为触发信号,相当于自动信号得到人工确认。但是2只以上独立感烟探测器的报警信号作为触发信号,存在一定风险,单台早期空气探测器探测范围较大,如果火情发生的地点不利,烟雾扩散较慢,第二台探测器探测到烟雾的时间较长,不利于火情的快速控制。因此,在满足规范要求的前提下,电气专业与给排水专业提出第三套联动方案:干式喷淋系统在无火灾情况下,喷淋管内充满压缩空气,当发生火灾时喷头熔化,管道内空气压力快速下降,可以认为有火灾发生,因此将早期空气探测器探测的报警信号与管道压力信号相结合来判断是否有火灾发生。当只有管道压力下降信号时,系统认为是管路漏气,起动空压机补充压力,当有早期空气探测器系统报警的前提下收到管道压力下降信号时,则认为有火灾发生,此时关闭管道压缩空气进气阀,起动喷淋水泵,打开库内管道末端水气分离阀排掉管道内空气,喷淋系统才能工作。

除此之外,早期空气探测器灵敏度较高,在冷库安装过程中注意对成品的保护,在调试过程中注意环境的标定及灵敏度调节,一旦误报警后将干式系统转为湿式系统,会影响冷库的正常使用。

(6) 电气火灾监控系统。该项目中所有配电箱都安装总线式剩余电流探测器,通过总线将剩余电流信号传送至消防控制室的监测主机,当配电系统中的剩余电流突然增大,则可能有火灾隐患,此时系统报警,提醒工作人员查明原因,做到防范于未然[10]。

6 结 语

介绍了某大型装配式冷库的电气设计,目前冷库已投产使用中,运行状况良好,与之相似的多座冷库已在上海、南京、广州等地投入使用。