基于綠色節能理念的變電站建筑設計

申 妍

（中國電力工程顧問集團東北電力設計院，吉林 長春 130000）

隨著我國社會經濟繁榮發展，“可持續發展”理念正受到大力提倡，綠色節能理念逐漸在人們心里占據了重要位置。在變電站建筑設計中，之前建設的變電站在建筑設計、建筑標準方面并未有統一的要求，涉及到的設備形式也多種多樣，有著較高的建設和運行成本等諸多情況。變電站庭院化特征十分明顯，使用的裝修材料也較為高檔，建筑面積廣，并且變電站的功能配置存在重復現象，其施工工藝也十分復雜，對建筑設計的優化程度明顯不足，從而造成變電站存在資源浪費等情況，基于綠色節能理念的變電站建筑設計探討是十分有必要的，怎樣才能讓變電站建筑設計更加綠色節能環保，是值得廣大工作人員共同思考的問題。

1 基于綠色節能理念的變電站建筑設計概述

1.1 變電站建筑的基本構成

一般情況下，電力系統主要由發電廠、變電廠輸電線、輸電線設備等構成，變電站則是改變輸出電壓，并根據分配來進行電力控制，主要發揮著連接各個電路的作用。變電站還能對線路進行監測、控制保護，確保線路正常運行，滿足實際的用電需求。完善的電氣及自動化技術是整體操作、控制與管理變電站建筑的重要方式，電氣及自動化技術具備很好的處理與管理作用，電力系統通過電氣及自動化技術將相關操作變得簡單化，實時控制管理變電站建筑中的配電系統、動力系統、以及耗能設備，讓這些系統和設備全部都能按照預計程序有序運行。基于綠色節能理念的變電站建筑設計工作，不僅涉及到硬件設計，也涉及到軟件設計，比如變電站建筑中的電氣系統，電氣系統包含了很多的科學內容，就會出現很多的選擇方案，這時就需要相關工作人員具備更加廣泛的知識和技術。

1.2 變電站建筑在綠色節能理念下的設計原則

基于綠色節能理念的變電站建筑設計必須要遵守我國的有關規定。我國相關部門制定了相關的綠色節能設計規范，變電站建筑綠色節能設計規范也包含了我國的相關規定與對電氣設計的相關要求。基于綠色節能理念的變電站建筑設計不僅要滿足現代化功能，也要確保電氣設備運行過程中的穩定性與安全性，能為人們提供更加便捷的服務。變電站建筑設計工作十分重要，在設計變電站建筑的過程中相關工作人員要充分考慮到各項因素。比如選擇合適的變配電方案、設計與后期的成本控制、智能化技術的應用、建筑節能設備的管理等等，讓建筑物具備較高的性價比。[1]

1.3 基于綠色節能理念的變電站建筑設計要求

1.3.1 科學合理的選擇建設地址

在綠色節能理念下的建筑設計應首先進行合理的選址，變電站建筑設計也同樣如此，要充分考慮到日照時長、遮陽效果、通風情況等各個方面，進行建筑選址。在綠色節能、保護自然的基礎上，還要根據建設位置的地形地貌、主導風向等情況，進行建筑物的合理布局。比如，建筑基地盡量選擇在比較向陽的位置，才能充分利用良好的日照條件，而不適合選在凹陷、山谷等區域，因為冬季寒冷，容易在低洼處對建筑物產生“霜凍”效應，在低洼處的建筑消耗的能量會更多。

1.3.2 充分利用資源

盡管綠色節能理念已深入人心，在變電站建筑設計中也應重點考慮綠色節能成本，應在變電站建筑設計過程中充分利用相關資源，實現節能環保，將節能環保產生的社會效益和市場價值充分發揮出來，以此彌補綠色節能的投入成本。對此，變電站建筑設計要充分利用資源，通過最佳方案來提高資源和能源的有效利用率，嚴格控制建筑能耗，爭取利用自然條件來獲得能源，減少對相關能源的使用與消耗，減少對環境的破壞。

1.3.3 與周邊環境保持和諧

在綠色節能理念下，變電站建筑設計應充分考慮到建筑周邊的實際環境，包括自然環境、人文環境等等，并不能簡單機械地引入各類高檔的綠色節能技術和產品，也不能先建設完成了再考慮綠色和節能功能，而是應在建筑設計中綜合考慮，重視綠色節能理念在變電站建筑設計中的實際應用，才能滿足對變電站建筑功能的實際需求，讓建筑與周邊環境和諧共處，滿足綠色節能理念的相關要求。

2 基于綠色節能理念的變電站建筑設計

2.1 變電站建筑總平面布置

變電站的建筑總平面布置必須要確保建筑朝向位置良好，讓建筑在冬季能接收到更多的太陽輻射熱能。在變電站建設過程中，電氣設備對建筑物的布局有所要求，建筑物的布局也受到建筑地形條件、交通要求等各方面的限制，讓變電站的建筑物很難實現最佳朝向。但在建筑總平面布置過程中，應在能調整的范圍內，在接近南向位置進行主控通信樓建設，可以適當放寬室內配電裝置等要求。在建筑房間的規劃布局工作中，人員活動較多的房間應盡量布置在南面，比如主控制室、休息間、備餐間等，盡量減少對能量的消耗。針對單體建筑空間以及其平面設計，要充分考慮到建筑的使用功能，合理安排好建筑門窗洞口位置、面積等，充分利用自然環境中的熱壓、風壓，促進室內外空氣的流動與交換。[2]

2.2 墻體保溫節能技術

建筑墻體的保溫材料通常具有重量輕、導熱系數較小等特點，例如，泡沫塑料、礦物棉制品等。在我國北方地區，建筑的外保溫主要通過減少室內熱空氣外流的方式實現，南方地區的外保溫則主要通過減少室外熱空氣內流的方式進行放熱，實現外保溫效果。我國南北方地區建筑物室內室外冷熱流向不同，因此，南北方變電站建筑設計保溫層位置時也應有所不同。與南方地區相比，我國北方區域的氣候條件相對較差，南方常年溫差不大，室內室外的溫度差也相對較小。北方地區如果采取內保溫的方式，很可能導致冷橋現象、水蒸氣冷凝現象，而這樣的情況在南方地區并不常見。如果不考慮南北地區的氣候差異，把外保溫措施運用在南方則更加適合。這是由于南方地區對墻體傳熱系數的降低要求不高，只需要在外部貼上一層薄保溫層即可，而且外保溫工序也與北方地區完全相同。經過相關的研究表明，在夏熱冬暖的南方，可以通過簡單的方法來實現建筑綠色節能效果，在外墻選用保溫材料的方式并不是十分必要。與此同時，變電站建筑設計可以在內側設置保溫層，也并不需要對材料、界面劑等有較高要求，施工也簡單方便，不需要運用外部腳手架輔助。

2.3 外門窗的節能設計

在現代建筑設計中，建筑物通常選擇木質結構或者鋼質結構作為外門，有的建筑物選擇三層式材料為外門材料，也就是“三明治”式結構，包括鋼鐵薄面、木質門體、鋼鐵薄面結構。在物理學中，木質材料能很好地隔絕熱量，鋼鐵材料則是很好的熱量導體。當建筑物室內室外的空氣通過木質門結合，因其對流或輻射而產生的能量交換要比鋼鐵界面小很多，并且木質外門能很好的契合門框，能夠避免產生熱對流。因此，在進行外門安裝時，應盡量選擇這樣的節能門。在綠色節能理念下的建筑門窗節能設計中，還應充分考慮到玻璃對節能的影響。普通透明玻璃有著很好的透光度，大部分的陽光都可以直接照到室內，所以，在窗體玻璃的節能設計過程中，可以選擇最近幾年來備受好評的新型材料玻璃，例如有機玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃、低輻射玻璃等等，讓玻璃的性能得到很好的改善，提升建筑物的節能功能。而建筑的窗框節能設計，可以通過提高窗框材料加工工藝、對結構設計優化等方式，提升建筑物的綠色節能功能。

2.4 屋面節能設計

與墻體節能相同，屋面節能也是通過對屋面層的隔熱性能的改善，避免熱量傳遞。可以通過保溫隔熱屋面對屋面進行架空通風處理、對屋面外表層進行淺色飾面處理、對屋面進行綠化處理等措施來實現屋面節能效果。第一，在屋面進行保溫隔熱層設置。將保溫絕熱材料鋪設在屋面結構層上，讓材料層有著很高的保溫隔熱效果，來達到減少熱量的效果。第二，在屋面架設通風隔熱層。這個方法的原理是利用通風隔熱層的外層實現遮擋陽光的目的，通過屋頂的兩次傳熱將太陽輻射直接作用在圍護結構上，讓內表面少受到室外熱作用的影響。通風量越大，其隔熱效果也就越好。架空通風層如果有著很好的隔熱性能，就能快速散熱，這也是夏天隔熱的重要方式。第三，淺色飾面處理屋面外表層。通過對屋面外表層的淺色飾面處理能有效減少吸收太陽輻射，一般情況下，在屋面表層噴涂淺色涂料、鋪設淺色地磚是較為常見的淺色飾面處理方式。這樣的方法也能起到很好的節能作用。目前，變電站建筑屋面最常使用保溫隔熱層這樣的方式，選擇擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板作為保溫材料，這種材料有著很好的保溫性能，并且價格不高，質量較輕，施工也十分方便。

2.5 太陽能節能設計

我國太陽能資源豐富，在綠色節能理念下的變電站建筑設計，可以在不影響建筑功能的基礎上，合理利用太陽能資源，統一規劃太陽能利用系統與建筑圍護結構，也就是在建筑屋面上安裝太陽能電池板，牢固連接光電板支架與埋設在屋面板的預埋件，并進行相應的防水措施，確保屋面整體的保溫性能、隔熱性能以及防水等。[3]太陽能電池伏安特性非線性較強，這與日照強度、環境溫度以及天氣氣候等因素有著密切聯系。對應用系統的實際負載特性進行綜合性考慮，把電池作為電壓源，以系統電壓等級、容量為依據，并聯若干組電池，將太陽能電池組件的能量存儲在蓄電池中，用于日常或陰雨天的照明中。統一規劃光電池與建筑圍護結構，能充分利用太陽能組件，實現太陽能與電能之間的轉變，讓建筑物從對能源的消耗轉變為供能，將產生的電能進行單獨存儲或并網應用。產生的電能也能與裝飾材料相結合，發揮其發聲、隔音、隔熱、裝飾等功能，并且在其運行過程中不會產生噪音和廢棄。太陽能光電板外觀優美，能達到特殊的裝飾功能，給建筑物賦予了新的色彩。

2.6 通風節能設計

變電站建筑如果在溫和地區，自然通風設計十分符合綠色節能理念。一般情況下，溫和地區冬暖夏涼，夏季氣溫不會太高，室外新風是天然的冷源。在多數時間段，都可以通過自然通風設計來降低室內余溫，大幅減少全年累計冷負荷，實現綠色節能的目的。[4]變電站建筑的通風設計也應根據季節的主導風向與各電氣設備房間的溫度要求、設備的發熱量等，進行建筑平面及空間的優化設計，增大自然通風，在設備房間通過機械通風等方式讓控制室內氣流，讓氣流從對溫度要求較高的區域流動到對溫度要求較低的區域，或是從發熱量較低的設備區域流動到發熱量較高的區域內，實現良好的通風效果。建筑物可以從大門、門廳窗等方向形成穿堂風，增強通風效果。如果建筑物室內采用的是走廊式布局，可以在走廊頂端位置設置外窗，有效利用自然資源，進行通風處理，減少能源消耗。針對電纜層的通風設計工作，應首先利用自然通風條件，在自然通風與實際要求不符時，采取機械排風、自然通風等方式。針對電氣設備房間，也要通過自然進風、機械排風等方式進行通風處理。主變室排風系統可以自動控制溫度，將風機啟動、停止溫度進行合理設定，有利于節能。除此之外，在選擇通風設備的過程中，應選擇高效且噪音較低的風機，選擇空調設備時要盡量選擇環保、能耗較低的設備，才能更加符合綠色節能理念。

2.7 注意對周邊環境的保護

基于綠色環保理念的變電站建筑設計不僅要在建筑本身上體現節能環保效果，還應注意對周邊環境的保護。例如，如果變電站建筑物周邊環境中有著很多的樹木，這些樹木會阻擋和吸收太陽輻射，大量減少照射在建筑物身上的輻射。如果變電站建筑物周圍有水，就可以依靠水自身較大的比熱容，在水蒸發時吸收很多熱量，有效降低建筑物周圍溫度。因此，變電站的規劃設計與建設應合理利用周邊自然條件，盡可能地保留原有的地形地貌、綠色植被、水資源等，減少土石方挖填等工序，保護周邊自然環境，減少因施工對周邊環境造成的破壞。

3 總結

隨著我國國民經濟的不斷提升，人們對節能環保更加重視，基于綠色節能理念的變電站建筑設計也備受關注，變電站建筑節能環保設計的應用越加廣泛。雖然在變電站建筑設計中綠色節能理念的運用還處于新的技術領域，但隨著我國越來越多的綠色節能變電站建筑的出現，將更多的先進綠色節能技術運用到這一領域，能讓這項技術逐漸完善與成熟，促進節能環保效果的實現。