溫和地區變電站建筑的節能設計

周圣然

摘 要：變電站是電力系統電能供應鏈條中的一個非常重要的環節和組成部分，然而變電站實際運行過程中，會消耗大量的能量，其中建筑能源消耗作為現代變電站能源消耗的重中之重，應當對其加強重視。在構建節約型和環境友好型社會的今天，加強對變電站建筑采取節能設計問題的研究，具有非常重大的現實意義和研究意義。變電站建筑設計過程中，節能設計是其中的重要組成部分。該文結合溫和地區的氣候特征，對該地區的變電站建筑節能設計要點進行分析，并在此基礎上談一下自己的觀點和認識，以供參考。

關鍵詞：溫和地區 變電站建筑 節能設計 研究

中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0093-02

由中國建筑科學研究院牽頭進行全面修訂，并于2015年10月1日開始實施的《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015，全面提升了我國公共建筑設計節能水平，實現了我國建筑行業節能領域的全覆蓋。其中，處于建筑熱工分區中的溫和地區，地理位置特殊，實際是處于夏熱冬暖和夏熱冬冷地區之間的特殊氣候帶，主要包括云南大部分地區和貴州局部地區，其主要指標為：最冷月平均溫度0～13℃，最熱月平均溫度18～25℃，尤其以昆明地區最為典型。對于處于溫和地區內的變電站建筑，應當嚴格按照《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015的要求進行設計，最大限度地實現節能降耗之目的。

1 優化總平面布置

溫和地區變電站站區總平面設計時，應在滿足《城市電力規劃規范》中35～500 kV變電站規劃用地面積控制指標和設備安全運行的前提下，結合擬建站址的自然地形地貌、周圍的環境條件以及地域文化和建筑環境，優化設計布置，盡量減小站區用地面積，之后應結合溫和地區特點，盡可能地將站區總平面設計為南北向布置，以便于后續站內建筑的朝向設計提供場地條件。對于場地豎向設計，在滿足防洪、防澇標準的基礎上，盡量使站區內土（石）方自平衡，避免外購土方、棄土等，若站址位于山區或者丘陵地區，應根據自然條件采用階梯式進行布置，以此來有效減小土（石）方工程量及邊坡、擋墻占地面積。實際工程中，若產生棄土，則應當事先落實好棄土地點，并采取復耕還林等措施保持本地的水土生態環境。站外挖、填方邊坡應根據周圍環境狀況采取植草、漿砌片石等方式護面，防止水土流失，條件允許時優先采用植草護面。

2 合理的建筑布局和功能分區優化

在對站內單體建筑設計時，首先需考慮溫和地區氣候特征和冬、夏季主導風向，對建筑進行朝向設計，以選擇南、東南或西南朝向為宜，建筑長軸為東西向，充分利用日照，增加自然采光，減少人工照明。之后，應在滿足建筑功能要求的前提下，嚴格按照兩型一化原則進行設計，優化生產性房間的工藝布置，壓縮非生產性房間的布設、數量以及尺寸，以此來有效減小建筑面積、體積以及占地能耗。另外要對建筑的體形系數進行控制，即建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。對于建筑節能效應而言，建筑單位面積對應的外表面積越小，外圍護結構的熱損失越小。故應在平面設計中減少不必要的變化，立面設計中簡化外立面設計、減少不必要的凹凸變化，以此嚴格控制建筑體形系數。

對于建筑功能分區的設計，溫和地區夏季并不炎熱，建筑內除了對溫、濕度有嚴格要求的設備房間外，均可不設置空調。故應優先將制冷負荷大的房間（比如主控制室以及計算機室和通訊機房等）布置于北側或東北側，降低太陽得熱，減少空調能耗。此外還需考慮設備房間和辦公休息房間進行分開布置，使動靜功能分區明確，降低相鄰空間的噪聲干擾及設備噪聲對周圍環境的影響，同時合理選用隔聲及吸音性能較好的建筑圍護結構構件，在控制隔聲和吸音能耗成本的前提下，采取有效的隔聲、減噪措施，保證室內噪聲級和隔聲性能符合相關規范要求。

3 圍護結構的節能設計

溫和地區常年氣候溫和、年較差較小，因而室內外溫差較小，由外墻、屋面傳熱而引發的空調冷熱負荷較小，在建筑能耗中的占比遠低于其他氣候區，設計中不適于照搬其他氣候區外墻、屋面熱工性能指標，而新版《公共建筑節能設計標準》也針對該地區的氣候特征增加了圍護結構的限值要求。

對處于該地區的變電站建筑的圍護墻體設計而言，從經濟適用角度出發，可不做額外的保溫層處理，而是采用單一墻體保溫做法并選用適當的材料來達到降低能耗的目的。其中對材料的選用禁止使用粘土磚，而是采用加氣混凝土砌塊、混凝土板以及輕骨料混凝土墻等，可節約至少45%的能耗，而且其節土和利廢效果也非常的明顯。從保溫隔熱角度出發，建議選用蒸壓加氣混凝土砌塊，它是以硅、鈣為原料，以鋁粉（膏）為發氣劑，經過蒸壓養護而制成的建筑制品，具有輕質、保溫、隔熱等性能和可據、可切等諸多優點，可作為變電站建筑墻體的材料。具體設計中，可采用250 mm厚的蒸壓加氣混凝土砌塊墻體，其傳熱系數約為0.81 W/（㎡·k），熱惰性指標約4.34，很好的滿足了節能降耗的要求。

對于屋面設計，在考慮工業建筑是以功能為主的建筑的前提下，采用優于傳統平屋面的倒置式屋面做法。該做法與傳統平屋面做法最大的區別是憎水性隔熱材料設置于防水層之上。由于選擇了新型的憎水性保溫材料，避免了普通屋面常因非憎水性保溫材料吸濕吸水而增加導熱系數，降低了保溫效果，同時還延緩了防水層的老化，提高了屋面整體防水功能。對于憎水性保溫材料的選擇，結合變電站建筑的特點和綜合經濟效益，建議選用導熱系數低（一般≤0.030 W/（m·k））、重量輕（表觀密度一般在32～38 kg/m?之間）并且具備優越的抗濕性和很高的抗壓強度的擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板。結合變電站建筑設備機房對室溫的要求和溫和地區夏季氣溫特點，建議選用厚度為75 mm，傳熱系數為0.40 W/（㎡·k）的擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板為宜。此外，若變電站為城市戶內變電站時，還可根據城市規劃需要，選用隔熱性能更好，但成本相對較高的種植屋面。

4 外門窗節能設計

建筑外門窗對建筑能耗有著較大影響。對節能設計而言，外窗的窗墻比、材料選型和氣密性、太陽得熱系數是主要的技術指標。

對于窗墻比的設計，減小窗墻比可降低外窗自身的熱量傳遞，利于節能，但卻減少了自然光的利用，增加了人工照明的能耗，故窗墻比設計應采取較為平衡的設計。鑒于溫和地區氣候特征，變電站建筑窗墻比建議控制在>0.40并≤0.70的范圍內，具體應根據不同功能房間的要求及其不同的朝向進行設計，以達到減小能耗并充分利用自然光和自然通風的目的。比如安裝空調的設備房間，在滿足采光通風的基礎上，外窗面積應盡量減小；繼電小室等對溫、濕度要求較嚴格的設備房間可少開窗；休息室、辦公室等應盡量采用天然采光，減少人工照明，適當增加窗地比等。

在對窗墻比進行控制之后，應選用傳熱系數≤2.5 W/（㎡·k）、太陽得熱系數≤0.30/0.35（東、南、西向/北向）的節能型門窗，比如窗框及玻璃可根據立面設計選用保溫隔熱性能較好的斷橋型鋁合金節能窗或塑鋼窗，玻璃采用中空隔熱玻璃；防火門可在其門芯板上加裝適當的保溫材料等。另外應對外門窗的氣密性作不低《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GBT 7106中規定的6級標準的要求，即在10 Pa壓差下，每小時每米縫隙的空氣滲透量在1.0～1.5 m?之間以及每小時每平方米面積的空氣滲透量在3.0～4.3 m?之間。為確保門窗的氣密性，建議采用自粘密封條，還可在使用空調的房間設置閉門鎖，保證在空調使用時門扇處于常閉狀態，減少室內外的熱交換，以此來有效減少空氣滲透照成的能量消耗。

此外，溫和地區屬低緯高原地區，經年太陽高度角大，大氣透明度高，太陽輻射強烈，建筑遮陽是該地區經濟適用并能明顯改善夏季室內熱環境、大幅減少空調能耗的重要節能措施。具體設計中可配合建筑立面和空調房間功能要求，設計建筑遮陽以降低能耗。南向宜采用水平式外遮陽，東西向外窗宜適用可調活動式內、外遮陽，以此遮擋夏季日照，降低能耗。

5 通風設計

溫和地區普遍冬暖夏涼，夏季氣溫不高且日較差偏大，自然通風是這一地區行之有效的傳統方式，而對于空調房間，室外新風也是理想的天然冷源，在過度季和夏季絕大部分時間，通過增大新風量消除室內余熱，可使全年累計冷負荷大幅減少。對該區域內變電站建筑的通風設計，應根據冬、夏兩季主導風向并結合各電氣設備房間的設備發熱量和對溫度的要求，優化設計建筑平面及空間，促進自然通風，并在設備房間采取機械通風等措施組織室內氣流，使氣流從溫度要求高到溫度要求低的方向或發熱量低的設備到發熱量高的設備流動，以達到良好的通風效果。具體而言，建筑物內可通過大門、內廊窗、門廳窗、樓梯間窗、衛生間窗等形成穿堂風，若室內采用內走廊布局時，走廊端頭設置可開啟外窗，以此充分利用自然通風，降低能耗；對電纜層的通風設計，應優先利用自然通風，當自然通風不能滿足要求時，應采用自然進風、機械排風；電氣設備房間應采用自然進風、機械排風的通風方式；主變室排風系統設溫度自動控制，設定風機的啟停溫度，以利于節能。此外，對通風設備的選型，以高效低噪聲風機為宜，空調設備應選用環保冷媒和能耗等級為一級的設備，以滿足綠色環保和節能降噪的要求。

6 其他

對于變電站建筑的外裝修，應當簡潔大方，體現出工業化特征，減少裝飾性構件，外墻表面做淺色飾面處理，以降低對太陽輻射的吸收；內裝修應選用環保型、可循環的無毒、無污染裝修材料，墻體用乳膠漆涂刷或其他可改善室內空氣質量的新型材料，不采用花崗巖、大理石、鋁塑板、實木等材料，另外減少不必要的吊頂等裝飾；建筑照明設計，應選用高效節能燈具，如LED燈、T5型熒光燈等，在滿足燈具最低允許安裝高度及美觀要求的前提下，降低燈具安裝高度，之后通過合理布置燈具，使各房間或場所的照度值滿足《火力發電廠和變電站照明設計技術規定》DL/T 5390中的相關要求，并使正常照明功率密度值不高于規范中的目標值；給排水設計應合理選用給水用水定額、給水應充分利用市政供水壓力、系統中相關的設備和衛生器具應選用節能節水型等。

7 結語

總而言之，溫和地區變電站建筑節能設計過程中，應結合該地區氣候特點，嚴格按照《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015，并根據變電站建筑的特殊性、功能要求以及擬建地點的地形地貌進行多個方面的節能設計，只有這樣才能使設計的方案更有針對性。變電站節能設計過程中，應當兼顧資源節約、環境保護，從環保、安全、經濟、耐久以及美觀等方面綜合分析；在溫和地區的變電站設計時，應當從節水、節地、節能以及環保和節材視角出發，在確保安全可靠性、技術先進性基礎上，推廣應用節能減排技術，采用環保型節能建材，堅持經濟適用 原則，對造價進行合理控制，力求實現資源利用的最大化。

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