變電站綠色建筑設計探討

張浩

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都610000)

前言

我國自推行環保節能“可持續發展”口號以來，人們在節約資源的同時更加提倡保護環境減少污染,在建筑領域中，人們更加注重健康、適用和高效的使用空間，因此建設“可持續發展”的綠色建筑是當前我國生態環境日益惡化的重要手段。在變電站設計中，由于以往建設的變電站存在設計、建筑標準不統一，設備形式多，建設和運行成本高等情況。其中變電站庭院化、裝修材料高檔化，建筑面積較大，變電站的功能配置重復，施工工藝太復雜，設計優化不夠，工業化建筑的方向不明確等情況較為突出。因此，國家電網公司于2007年正式發出，在全國電力系統內建設“兩型一化”變電站，履行社會責任，創建和諧企業。為綠色建筑設計打下堅實的基礎。

1.優化總平面布置設計。某工程110kV變電站位于市區內，變電站圍墻內占地面積為1320m2。建設規模為11kV出線最終規模3回，本期為2回;10kV出線最終規模30回，本期20回。變壓器最終規模3×50MV·A，本期2×50MV·A。該110kV變電站的總平面布置本著優化設計、減少占地、節省工程投資，并與周圍環境相適應的原則，在滿足電氣工藝要求前提下，把110kVGIS室、10kV高壓室、主控室、電容器、主變、消弧線圈及必備的附屬房間布置在一幢3層綜合配電樓內，打破了以往相同規模的變電站2層布置的模式，使布局更加緊湊，功能區域劃分更加明確，工藝布置更加流暢，且綜合樓縮小寬度，主變室面向德億路，較大程度上減少了建筑物占地面積。變電站主入口與德億路相連接，交通方便。設計中依據站址區域自然地形、地貌，場區采用平坡式布置，結合區域洪澇水位，站區做到挖填方平衡，節省了工程投資(表1)。

表1 主要經濟技術指標比較

2.建筑節能與環保設計

2.1.主控樓建筑平面設計

該工程變電站主控樓建筑平面設計時，使主控樓建筑主要空間采用南北朝向，滿足冬季的日照要求，充分利用天然能源，改善建筑物室內熱環境的設計，即充分利用太陽能和自然通風來調節室內外溫差，以達節能效果。

2.2.外墻的節能措施

外墻是建筑物的重要圍護結構，約占整個外圍護結構的60%～70%，其傳熱系數大小，熱工性能好壞，直接影響著建筑物的節能效果。以前變電站外圍護結構大多采用黏土實心磚，無節能保溫措施，熱工性能差，同時消耗了大量的黏土資源。在該變電站設計中，選用自保溫外圍護結構體系。即選用自身傳熱系數滿足節能要求的加氣砌塊，規格為600mm×250mm×200 mm，強度 Mu5.0，傳熱系數1.02 W/(m·K)，作為框架結構填充材料，既保護環境、節約資源，又提高了室內環境的舒適度。

2.3.門窗的節能設計。外門窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，其能耗占建筑總能耗的比例較大，其中傳熱損失為1/3，冷風滲透為1/3。門窗一般由門窗框與玻璃構成，傳熱系數不易控制，使用中空防輻射玻璃造價較高。有關資料表明，夏熱冬冷地區，夏季窗戶輻射傳導的熱量占空調總能耗的30%，冬季占采暖能耗的21%，因此，外墻門窗的保溫隔熱性能對節能的實現是非常重要的。從能源的流失比例看，整個建筑的能量損失中有70%是從門窗流失的，而其中主要的能耗又是外門窗縫隙的空氣滲透。特別是空氣滲透，可以通過框料設計和五金選用而盡量避免。在姚砦變電站設計中，嚴格保證門窗的氣密性及保溫性能：嚴格控制外墻的窗墻面積比，在滿足使用功能情況下，窗洞盡量小;并減少突窗、落地窗，以減少窗戶的散熱面積，加強門窗的氣密性和保溫性能，減少空氣滲透帶來的能量消耗；窗框全部采用塑鋼窗，該型材自身的導熱系數低又采用多腔體結構，比鋼窗型材傳熱要小，約降低17%能耗;窗戶與主體之間采用節能橡膠墊片密封，外窗玻璃選用雙層中空玻璃，使能耗降到最低。

2.4.環保及其他。室內外裝修選用環保型、可循環使用無毒、無污染的裝修材料乳膠漆涂刷保護墻體，提高墻體的耐久性;給排水選用節水器具。室外地面除主控樓門前作硬化鋪裝外，其他均采用綠化覆蓋，起到清潔空氣，調節小氣候作用。硬化采用透水磚材料，減弱水的地表徑流，增加地下水涵養，減少水資源流失。

3.太陽能資源的利用。我國有豐富的太陽能資源，全國2/3以上地區全年太陽能輻照量大于5700MJ/(m2·a)，全年日照時數大于2200h。根據該地區所處緯度(34.72°)和太陽光最佳照射角度(7°)，全年日照時數2200～3000h，全年太陽能輻照量 4200～5400MJ(m2·a)，在不影響建筑功能情況下，將太陽能利用系統與建筑圍護結構統一規劃設計，即將太陽能光電池板架空安裝在建筑屋面，光電板支架與埋設在屋面板的預埋件牢固連接，并采取防水構造措施，保證屋面整體的保溫、隔熱、防水等功能。太陽能電池的輸出伏安特性具有較強的非線性，與日照強度、環境溫度、陰雨、霧等氣象因素有關。考慮應用系統的實際負載特性，將電池用作電壓源，根據系統的電壓等級及容量，將電池若干組串并聯連接。這樣，將白天太陽能電池組件的能量存儲于蓄電池，滿足日常及連續陰雨天夜晚照明需要的電能。

光電池和建筑圍護結構一體化設計，是利用太陽能組件將太陽能轉變為電能，它使建筑物從單純的耗能型轉變為供能型，產生的電能可獨立存儲，也可并網應用;它能夠與裝飾材料結合使用，集發電、隔聲、隔熱、遮陽裝飾功能于一身，且運行時沒有噪聲和廢氣;太陽能光電板優美的外觀，具有特殊的裝飾效果，又賦予建筑物鮮明的現代科技色彩。

4.環境友好。該110kV變電站位于兩住宅小區之間。為了達到與周圍環境相協調，與城市規劃要求風格一致，設計中圍墻采用和兩邊圍墻相一致的鏤空鐵藝圍墻。主控樓建筑外墻面裝修采用與周圍建筑物相一致的調色磚，使建筑物顯得清新典雅，融入周圍建筑群中，又體現工業建筑的特點;主控樓立面設計沒有多余的造型和線腳，功能性構件如起吊平臺、空調機位等成為造型的主要元素，在整體基調和諧統一的基礎上，將空調面板以飽和的純色加以強調。借助站區圍墻、主控樓入口雨蓬及窗分格等部位的設計，使建筑物層次豐富，簡單而不單調。

結語

該110kV變電站設計符合當前在建筑全壽命周期內最大限度地節約資源、保護環境、工業化的總體要求，貫徹了“可持續發展”的設計理念，提高了變電站建設的效率和效益;在建筑風格上，體現了電力工業設施的特點，線條流暢，與環境協調，圍繞一切有利于變電站運行的原則進行設計、建設；在站址選擇、裝飾材料方面、環保和節能方面都進行了技術比較和效益分析，達到了結構簡潔、安全可靠、環境優美的效果，既節約了資源又達到了與周圍環境的和諧共融。隨著國家電網建設發展，以及綠色工業建筑技術的產業化和設計理念的進一步提高，變電站“綠色工業建筑”設計建設將會更上一個新的臺階。

［1］卜一德.綠色建筑技術指南［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［2］姚江波，白蔚君.綠色建筑與建筑節能［J］.華中建筑，2000.