溫和地區(qū)變電站建筑的節(jié)能設計

周圣然

摘 要：變電站是電力系統(tǒng)電能供應鏈條中的一個非常重要的環(huán)節(jié)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(xiàn)代變電站能源消耗的重中之重，應當對其加強重視。在構(gòu)建節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的今天，加強對變電站建筑采取節(jié)能設計問題的研究，具有非常重大的現(xiàn)實意義和研究意義。變電站建筑設計過程中，節(jié)能設計是其中的重要組成部分。該文結(jié)合溫和地區(qū)的氣候特征，對該地區(qū)的變電站建筑節(jié)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(qū) 變電站建筑 節(jié)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(jié)能設計標準》GB50189-2015，全面提升了我國公共建筑設計節(jié)能水平，實現(xiàn)了我國建筑行業(yè)節(jié)能領域的全覆蓋。其中，處于建筑熱工分區(qū)中的溫和地區(qū)，地理位置特殊，實際是處于夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)之間的特殊氣候帶，主要包括云南大部分地區(qū)和貴州局部地區(qū)，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(qū)最為典型。對于處于溫和地區(qū)內(nèi)的變電站建筑，應當嚴格按照《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2015的要求進行設計，最大限度地實現(xiàn)節(jié)能降耗之目的。

1 優(yōu)化總平面布置

溫和地區(qū)變電站站區(qū)總平面設計時，應在滿足《城市電力規(guī)劃規(guī)范》中35～500 kV變電站規(guī)劃用地面積控制指標和設備安全運行的前提下，結(jié)合擬建站址的自然地形地貌、周圍的環(huán)境條件以及地域文化和建筑環(huán)境，優(yōu)化設計布置，盡量減小站區(qū)用地面積，之后應結(jié)合溫和地區(qū)特點，盡可能地將站區(qū)總平面設計為南北向布置，以便于后續(xù)站內(nèi)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(qū)內(nèi)土（石）方自平衡，避免外購土方、棄土等，若站址位于山區(qū)或者丘陵地區(qū)，應根據(jù)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(chǎn)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(tài)環(huán)境。站外挖、填方邊坡應根據(jù)周圍環(huán)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(yōu)先采用植草護面。

2 合理的建筑布局和功能分區(qū)優(yōu)化

在對站內(nèi)單體建筑設計時，首先需考慮溫和地區(qū)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(yōu)化生產(chǎn)性房間的工藝布置，壓縮非生產(chǎn)性房間的布設、數(shù)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(shù)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(jié)能效應而言，建筑單位面積對應的外表面積越小，外圍護結(jié)構(gòu)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(shù)。

對于建筑功能分區(qū)的設計，溫和地區(qū)夏季并不炎熱，建筑內(nèi)除了對溫、濕度有嚴格要求的設備房間外，均可不設置空調(diào)。故應優(yōu)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(cè)或東北側(cè)，降低太陽得熱，減少空調(diào)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(qū)明確，降低相鄰空間的噪聲干擾及設備噪聲對周圍環(huán)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(nèi)噪聲級和隔聲性能符合相關規(guī)范要求。

3 圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設計

溫和地區(qū)常年氣候溫和、年較差較小，因而室內(nèi)外溫差較小，由外墻、屋面?zhèn)鳠岫l(fā)的空調(diào)冷熱負荷較小，在建筑能耗中的占比遠低于其他氣候區(qū)，設計中不適于照搬其他氣候區(qū)外墻、屋面熱工性能指標，而新版《公共建筑節(jié)能設計標準》也針對該地區(qū)的氣候特征增加了圍護結(jié)構(gòu)的限值要求。

對處于該地區(qū)的變電站建筑的圍護墻體設計而言，從經(jīng)濟適用角度出發(fā)，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?shù)牟牧蟻磉_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(jié)約至少45%的能耗，而且其節(jié)土和利廢效果也非常的明顯。從保溫隔熱角度出發(fā)，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(fā)氣劑，經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護而制成的建筑制品，具有輕質(zhì)、保溫、隔熱等性能和可據(jù)、可切等諸多優(yōu)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(shù)約為0.81 W/（㎡·k），熱惰性指標約4.34，很好的滿足了節(jié)能降耗的要求。

對于屋面設計，在考慮工業(yè)建筑是以功能為主的建筑的前提下，采用優(yōu)于傳統(tǒng)平屋面的倒置式屋面做法。該做法與傳統(tǒng)平屋面做法最大的區(qū)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(shù)，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(jié)合變電站建筑的特點和綜合經(jīng)濟效益，建議選用導熱系數(shù)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(yōu)越的抗?jié)裥院秃芨叩目箟簭姸鹊臄D塑聚苯乙烯泡沫塑料板。結(jié)合變電站建筑設備機房對室溫的要求和溫和地區(qū)夏季氣溫特點，建議選用厚度為75 mm，傳熱系數(shù)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(nèi)變電站時，還可根據(jù)城市規(guī)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(jié)能設計

建筑外門窗對建筑能耗有著較大影響。對節(jié)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(shù)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(jié)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(qū)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(nèi)，具體應根據(jù)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(diào)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(shù)≤2.5 W/（㎡·k）、太陽得熱系數(shù)≤0.30/0.35（東、南、西向/北向）的節(jié)能型門窗，比如窗框及玻璃可根據(jù)立面設計選用保溫隔熱性能較好的斷橋型鋁合金節(jié)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?shù)谋夭牧系取Ａ硗鈶獙ν忾T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(guī)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(diào)的房間設置閉門鎖，保證在空調(diào)使用時門扇處于常閉狀態(tài)，減少室內(nèi)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(qū)屬低緯高原地區(qū)，經(jīng)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(qū)經(jīng)濟適用并能明顯改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境、大幅減少空調(diào)能耗的重要節(jié)能措施。具體設計中可配合建筑立面和空調(diào)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(diào)活動式內(nèi)、外遮陽，以此遮擋夏季日照，降低能耗。

5 通風設計

溫和地區(qū)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(qū)行之有效的傳統(tǒng)方式，而對于空調(diào)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(nèi)余熱，可使全年累計冷負荷大幅減少。對該區(qū)域內(nèi)變電站建筑的通風設計，應根據(jù)冬、夏兩季主導風向并結(jié)合各電氣設備房間的設備發(fā)熱量和對溫度的要求，優(yōu)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(nèi)氣流，使氣流從溫度要求高到溫度要求低的方向或發(fā)熱量低的設備到發(fā)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(nèi)可通過大門、內(nèi)廊窗、門廳窗、樓梯間窗、衛(wèi)生間窗等形成穿堂風，若室內(nèi)采用內(nèi)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(yōu)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(tǒng)設溫度自動控制，設定風機的啟停溫度，以利于節(jié)能。此外，對通風設備的選型，以高效低噪聲風機為宜，空調(diào)設備應選用環(huán)保冷媒和能耗等級為一級的設備，以滿足綠色環(huán)保和節(jié)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(xiàn)出工業(yè)化特征，減少裝飾性構(gòu)件，外墻表面做淺色飾面處理，以降低對太陽輻射的吸收；內(nèi)裝修應選用環(huán)保型、可循環(huán)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(nèi)空氣質(zhì)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?shù)妊b飾；建筑照明設計，應選用高效節(jié)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(fā)電廠和變電站照明設計技術規(guī)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(guī)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(tǒng)中相關的設備和衛(wèi)生器具應選用節(jié)能節(jié)水型等。

7 結(jié)語

總而言之，溫和地區(qū)變電站建筑節(jié)能設計過程中，應結(jié)合該地區(qū)氣候特點，嚴格按照《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2015，并根據(jù)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(jié)能設計，只有這樣才能使設計的方案更有針對性。變電站節(jié)能設計過程中，應當兼顧資源節(jié)約、環(huán)境保護，從環(huán)保、安全、經(jīng)濟、耐久以及美觀等方面綜合分析；在溫和地區(qū)的變電站設計時，應當從節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能以及環(huán)保和節(jié)材視角出發(fā)，在確保安全可靠性、技術先進性基礎上，推廣應用節(jié)能減排技術，采用環(huán)保型節(jié)能建材，堅持經(jīng)濟適用 原則，對造價進行合理控制，力求實現(xiàn)資源利用的最大化。

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