模塊化智能變電站預制艙節能設計研究

黃永旭

摘要：如今社會經濟快速發展，人們生產及生活中對變電站系統的應用要求越來越高，尤其是在變電站設計方面，節能性的理念逐漸深入人心。文章分析了變電站總體平面的布置設計原則，分析了變電站預制艙節能設計的基本要點。分析了模塊化智能變電站預制艙外表面積及特征對節能性的影響，從配置自動艙門、優化采光設計、環境溫度監控等角度，對變電站預制艙的細節化節能設計進行分析。

關鍵詞：模塊化;智能變電站;預制艙;節能設計

一、變電站預制艙節能設計的基本原則及節能性設計意義

（一）總體設計原則

變電站是現代電力系統中不可或缺的一部分，為了滿足不同的供電管理需求，針對變電站的整體設計需要考慮多方面因素。而預制艙則是我國基于標準配送式理念而推出的戶外智能變電站。這種變電站主要設立于戶外，而預制艙則可以被認為是為變電站系統搭建、運行所搭建的空間?？紤]到預制艙本身以及工作環境的特殊性，其節能性設計尤為重要。首先，變電站的整體布置應當根據現場環境特征做好充分考慮，基本原則是將變電站預制艙整體設計為南北走向，這樣做的目的在于避免其大部分主體部位長時間被太陽直曬。在此基礎上，根據當地季風特征，對朝向進行微調，使變電站預制艙在夏季能夠利用季風通風，在冬季能夠依靠太陽輻射，進而保證其內部溫度的穩定性。其次，要對現場地質結構、水文條件進行全面的勘察，確保將變電站布置在地質結構穩定、地下水位較低的位置。另外，在城市區域內的變電站設計，還要在安全和節能方面做到兼顧，再結合技術管理需求，合理配置預制艙和各個功能區的相對位置關系，便于在后期運行管理的時候進一步減少能耗，提高效率。

（二）節能性設計意義

如今人們生產生活對電力的需求越來越大，各種規模的變電站長期需要處于高負荷運轉的情況，其中的預制艙是主要的能耗體。由于傳統的變電站設計建造缺乏節能性理念，其運行管理過程中存在較為嚴重的能耗問題。一方面，為了滿足當代電力生產管理的相關需求，變電站預制艙并不能完全在一個十分理想的環境中搭建和運行，因此其很容易因環境因素而導致能耗過高。另一方面，如今預制艙內部涉及到的各類電力裝置越來越多，進而對內部空間規劃要求較高，如果設計時沒有充分考慮節能，將很可能產生因散熱不足、隔熱保溫能力較差等原因導致的能耗問題。而基于節能降耗理念的節能設計，不僅能夠很好的減少變電站預制艙的整體能耗，還可以進一步促進模塊化智能變電站預制艙系統的智能化水平。

二、模塊化智能變電站預制艙的結構節能設計方案

（一）四面結構設計

模塊化智能變電站預制艙中，墻面和屋面是整個系統接觸外界環境的主體，其保溫隔熱能力將很大程度上影響系統的節能性。為此，在這部分結構設計中，可以采用多層復合結構，通過相對復雜的多層結構，以及不同材質組合，發揮墻體及屋面熱斷橋效能。同時，還可以在該結構中加入可以根據實際情況調整通氣、密閉的隔熱層，在改善艙內熱環境的基礎上，滿足不同季節和時間的節能需求。在保溫材料的使用以及外層結構的厚度設計方面，要結合現場環境做好暖通計算，在充分考慮空間利用、實用性以及經濟性等方面的基礎上，選擇合適的保溫層厚度。

另外，模塊化智能變電站預制艙通常會在復雜的環境中運行，其底部如果與地面直接接觸，將可能導致熱量損失過快。所以，針對預制艙的底部，要使用密封性佳、憎水率高的保溫材料，可以有效應對潮濕的地面環境，更大程度上隔絕底部和外界環境。

（二）艙體呼吸口設計

在模塊化智能變電站預制艙的各個位置，需要適當設置一些呼吸口，在滿足空氣流通需求的同時，避免艙內外溫度互相影響。針對呼吸口的設計，首先需要考慮到空氣熱脹冷縮的基本特性，使其自動進行排氣、吸氣，維持艙內氣壓平衡，以避免因氣壓變化而影響艙體保溫性能。在環境出現升溫或降溫的過程中，得益于呼吸口的空氣交互，可以盡量延緩艙內溫度變化速度，進而延遲空調啟動時間，達到節能降耗的目的。當艙內溫度變化達到設置好的空調、暖通設備啟動數值時，艙體各個位置的呼吸口將自動關閉，結合智能化的新風系統，讓艙體內部形成相對穩定的隔熱腔體，進而達到隔熱保溫的目的。值得一提的是，為了滿足艙體內人員的工作需求，在空調、暖通系統啟動期間，也可以根據實際情況適當開啟一部分呼吸口，在盡量延緩溫度變化的情況下，保證艙內空氣清新。

顯然，這種“呼吸艙”的設計理念，在理論方面是具有不錯應用價值的。為了進一步證明其對提升變電站預制艙節能性的效果，通過在自然環境、日照環境相同的位置，設置兩個規格相同但分別采取常規設計和呼吸艙設計理念的變電站預制艙，進行節能性實驗。經過超過半年的實驗對比，發現基于呼吸艙設計理念的預制艙內部環境溫度變化趨勢相對平緩，在同樣的外部環境狀態下，兩種預制艙內部環境溫差最高達到了7.9℃。另外，對兩個預制艙暖通空調設備累計開啟時間以及總耗電量數值進行記錄和對比，發現“呼吸艙”設備開啟時長僅為常規艙的56%左右，耗電量也遠低于常規艙。這說明這種呼吸艙式的設計理念，在變電站預制艙的節能應用中有較好的效果。

三、模塊化智能變電站預制艙外表面節能設計

（一）外表面色彩

在模塊化智能變電站預制艙的整體設計中，作為變電站的主要建筑，預制艙外表色彩與節能性也有一定的關系。除了不同地區、相關政策的規定以外，關于預制艙外表色彩的搭配設計，需要充分考慮不同色彩反光率乃至吸熱能力的差異。實驗證明，在相同日照環境下，白色外表與黑色外表下的室內溫差最高可以達到3.9℃。因此，在預制艙的外觀設計方面，需要考慮當地氣候及日照條件，在盡量使用淺色外觀的基礎上，適當加入一些深色搭配。尤其在冬季比較寒冷的地區，可以在預制艙偏南朝向位置加入一些深色元素。

（二）外表面材料

顯然，不同材料的反光率及吸熱率也存在差異，尤其是金屬和非金屬材料的導熱能力差異巨大。所以，在模塊化智能變電站預制艙外表設計方面，應當盡量選用非金屬材料。值得一提的是，即使是相似的水泥砂漿材料，其導熱系數都是存在差異的。如今事實證明GRC水泥砂漿材料是一種可以兼顧節能環保和經濟性的材料，在模塊化智能變電站預制艙外層結構中有很好的應用價值。

（三）其他節能措施

基于模塊化智能變電站預制艙的智能化模塊，可以利用智能技術，進一步提升預制艙的技能性。比如，針對預制艙門可以采取自動化關閉設計方案，避免艙門長期開啟而導致熱損失的情況。同時，在以主控室為代表的工作區域，應當合理設置采光窗，再結合合理的遮陽棚設計，盡量利用自然光減少日光燈的使用時間，達到節能降耗的目的。最后，在預制艙內的暖通空調系統中，要重視對變頻技術的應用，結合智能化的溫度監測系統，通過智能啟停裝置，進一步減少系統能耗。

結束語：

綜上所述，如今我國社會經濟持續發展，在電力行業中模塊化智能變電站預制艙的建造應用為大勢所趨。針對這種在特殊環境下建造和使用的系統，需要積極秉承節能降耗的原則，在整體結構、外部表面及一些細節化部分，做好節能設計。在這個過程中，要充分考慮不同結構、不同材料及色彩帶來的節能效果，結合實驗分析，得出最優設計方案，為我國節能環保事業做出關鍵貢獻。

參考文獻：

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