温和地区变电站建筑的节能设计

周圣然

摘 要：变电站是电力系统电能供应链条中的一个非常重要的环节和组成部分，然而变电站实际运行过程中，会消耗大量的能量，其中建筑能源消耗作为现代变电站能源消耗的重中之重，应当对其加强重视。在构建节约型和环境友好型社会的今天，加强对变电站建筑采取节能设计问题的研究，具有非常重大的现实意义和研究意义。变电站建筑设计过程中，节能设计是其中的重要组成部分。该文结合温和地区的气候特征，对该地区的变电站建筑节能设计要点进行分析，并在此基础上谈一下自己的观点和认识，以供参考。

关键词：温和地区 变电站建筑 节能设计 研究

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0093-02

由中国建筑科学研究院牵头进行全面修订，并于2015年10月1日开始实施的《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015，全面提升了我国公共建筑设计节能水平，实现了我国建筑行业节能领域的全覆盖。其中，处于建筑热工分区中的温和地区，地理位置特殊，实际是处于夏热冬暖和夏热冬冷地区之间的特殊气候带，主要包括云南大部分地区和贵州局部地区，其主要指标为：最冷月平均温度0～13℃，最热月平均温度18～25℃，尤其以昆明地区最为典型。对于处于温和地区内的变电站建筑，应当严格按照《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015的要求进行设计，最大限度地实现节能降耗之目的。

1 优化总平面布置

温和地区变电站站区总平面设计时，应在满足《城市电力规划规范》中35～500 kV变电站规划用地面积控制指标和设备安全运行的前提下，结合拟建站址的自然地形地貌、周围的环境条件以及地域文化和建筑环境，优化设计布置，尽量减小站区用地面积，之后应结合温和地区特点，尽可能地将站区总平面设计为南北向布置，以便于后续站内建筑的朝向设计提供场地条件。对于场地竖向设计，在满足防洪、防涝标准的基础上，尽量使站区内土（石）方自平衡，避免外购土方、弃土等，若站址位于山区或者丘陵地区，应根据自然条件采用阶梯式进行布置，以此来有效减小土（石）方工程量及边坡、挡墙占地面积。实际工程中，若产生弃土，则应当事先落实好弃土地点，并采取复耕还林等措施保持本地的水土生态环境。站外挖、填方边坡应根据周围环境状况采取植草、浆砌片石等方式护面，防止水土流失，条件允许时优先采用植草护面。

2 合理的建筑布局和功能分区优化

在对站内单体建筑设计时，首先需考虑温和地区气候特征和冬、夏季主导风向，对建筑进行朝向设计，以选择南、东南或西南朝向为宜，建筑长轴为东西向，充分利用日照，增加自然采光，减少人工照明。之后，应在满足建筑功能要求的前提下，严格按照两型一化原则进行设计，优化生产性房间的工艺布置，压缩非生产性房间的布设、数量以及尺寸，以此来有效减小建筑面积、体积以及占地能耗。另外要对建筑的体形系数进行控制，即建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。对于建筑节能效应而言，建筑单位面积对应的外表面积越小，外围护结构的热损失越小。故应在平面设计中减少不必要的变化，立面设计中简化外立面设计、减少不必要的凹凸变化，以此严格控制建筑体形系数。

对于建筑功能分区的设计，温和地区夏季并不炎热，建筑内除了对温、湿度有严格要求的设备房间外，均可不设置空调。故应优先将制冷负荷大的房间（比如主控制室以及计算机室和通讯机房等）布置于北侧或东北侧，降低太阳得热，减少空调能耗。此外还需考虑设备房间和办公休息房间进行分开布置，使动静功能分区明确，降低相邻空间的噪声干扰及设备噪声对周围环境的影响，同时合理选用隔声及吸音性能较好的建筑围护结构构件，在控制隔声和吸音能耗成本的前提下，采取有效的隔声、减噪措施，保证室内噪声级和隔声性能符合相关规范要求。

3 围护结构的节能设计

温和地区常年气候温和、年较差较小，因而室内外温差较小，由外墙、屋面传热而引发的空调冷热负荷较小，在建筑能耗中的占比远低于其他气候区，设计中不适于照搬其他气候区外墙、屋面热工性能指标，而新版《公共建筑节能设计标准》也针对该地区的气候特征增加了围护结构的限值要求。

对处于该地区的变电站建筑的围护墙体设计而言，从经济适用角度出发，可不做额外的保温层处理，而是采用单一墙体保温做法并选用适当的材料来达到降低能耗的目的。其中对材料的选用禁止使用粘土砖，而是采用加气混凝土砌块、混凝土板以及轻骨料混凝土墙等，可节约至少45%的能耗，而且其节土和利废效果也非常的明显。从保温隔热角度出发，建议选用蒸压加气混凝土砌块，它是以硅、钙为原料，以铝粉（膏）为发气剂，经过蒸压养护而制成的建筑制品，具有轻质、保温、隔热等性能和可据、可切等诸多优点，可作为变电站建筑墙体的材料。具体设计中，可采用250 mm厚的蒸压加气混凝土砌块墙体，其传热系数约为0.81 W/（㎡·k），热惰性指标约4.34，很好的满足了节能降耗的要求。

对于屋面设计，在考虑工业建筑是以功能为主的建筑的前提下，采用优于传统平屋面的倒置式屋面做法。该做法与传统平屋面做法最大的区别是憎水性隔热材料设置于防水层之上。由于选择了新型的憎水性保温材料，避免了普通屋面常因非憎水性保温材料吸湿吸水而增加导热系数，降低了保温效果，同时还延缓了防水层的老化，提高了屋面整体防水功能。对于憎水性保温材料的选择，结合变电站建筑的特点和综合经济效益，建议选用导热系数低（一般≤0.030 W/（m·k））、重量轻（表观密度一般在32～38 kg/m?之间）并且具备优越的抗湿性和很高的抗压强度的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板。结合变电站建筑设备机房对室温的要求和温和地区夏季气温特点，建议选用厚度为75 mm，传热系数为0.40 W/（㎡·k）的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板为宜。此外，若变电站为城市户内变电站时，还可根据城市规划需要，选用隔热性能更好，但成本相对较高的种植屋面。

4 外门窗节能设计

建筑外门窗对建筑能耗有着较大影响。对节能设计而言，外窗的窗墙比、材料选型和气密性、太阳得热系数是主要的技术指标。

对于窗墙比的设计，减小窗墙比可降低外窗自身的热量传递，利于节能，但却减少了自然光的利用，增加了人工照明的能耗，故窗墙比设计应采取较为平衡的设计。鉴于温和地区气候特征，变电站建筑窗墙比建议控制在>0.40并≤0.70的范围内，具体应根据不同功能房间的要求及其不同的朝向进行设计，以达到减小能耗并充分利用自然光和自然通风的目的。比如安装空调的设备房间，在满足采光通风的基础上，外窗面积应尽量减小；继电小室等对温、湿度要求较严格的设备房间可少开窗；休息室、办公室等应尽量采用天然采光，减少人工照明，适当增加窗地比等。

在对窗墙比进行控制之后，应选用传热系数≤2.5 W/（㎡·k）、太阳得热系数≤0.30/0.35（东、南、西向/北向）的节能型门窗，比如窗框及玻璃可根据立面设计选用保温隔热性能较好的断桥型铝合金节能窗或塑钢窗，玻璃采用中空隔热玻璃；防火门可在其门芯板上加装适当的保温材料等。另外应对外门窗的气密性作不低《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GBT 7106中规定的6级标准的要求，即在10 Pa压差下，每小时每米缝隙的空气渗透量在1.0～1.5 m?之间以及每小时每平方米面积的空气渗透量在3.0～4.3 m?之间。为确保门窗的气密性，建议采用自粘密封条，还可在使用空调的房间设置闭门锁，保证在空调使用时门扇处于常闭状态，减少室内外的热交换，以此来有效减少空气渗透照成的能量消耗。

此外，温和地区属低纬高原地区，经年太阳高度角大，大气透明度高，太阳辐射强烈，建筑遮阳是该地区经济适用并能明显改善夏季室内热环境、大幅减少空调能耗的重要节能措施。具体设计中可配合建筑立面和空调房间功能要求，设计建筑遮阳以降低能耗。南向宜采用水平式外遮阳，东西向外窗宜适用可调活动式内、外遮阳，以此遮挡夏季日照，降低能耗。

5 通风设计

温和地区普遍冬暖夏凉，夏季气温不高且日较差偏大，自然通风是这一地区行之有效的传统方式，而对于空调房间，室外新风也是理想的天然冷源，在过度季和夏季绝大部分时间，通过增大新风量消除室内余热，可使全年累计冷负荷大幅减少。对该区域内变电站建筑的通风设计，应根据冬、夏两季主导风向并结合各电气设备房间的设备发热量和对温度的要求，优化设计建筑平面及空间，促进自然通风，并在设备房间采取机械通风等措施组织室内气流，使气流从温度要求高到温度要求低的方向或发热量低的设备到发热量高的设备流动，以达到良好的通风效果。具体而言，建筑物内可通过大门、内廊窗、门厅窗、楼梯间窗、卫生间窗等形成穿堂风，若室内采用内走廊布局时，走廊端头设置可开启外窗，以此充分利用自然通风，降低能耗；对电缆层的通风设计，应优先利用自然通风，当自然通风不能满足要求时，应采用自然进风、机械排风；电气设备房间应采用自然进风、机械排风的通风方式；主变室排风系统设温度自动控制，设定风机的启停温度，以利于节能。此外，对通风设备的选型，以高效低噪声风机为宜，空调设备应选用环保冷媒和能耗等级为一级的设备，以满足绿色环保和节能降噪的要求。

6 其他

对于变电站建筑的外装修，应当简洁大方，体现出工业化特征，减少装饰性构件，外墙表面做浅色饰面处理，以降低对太阳辐射的吸收；内装修应选用环保型、可循环的无毒、无污染装修材料，墙体用乳胶漆涂刷或其他可改善室内空气质量的新型材料，不采用花岗岩、大理石、铝塑板、实木等材料，另外减少不必要的吊顶等装饰；建筑照明设计，应选用高效节能灯具，如LED灯、T5型荧光灯等，在满足灯具最低允许安装高度及美观要求的前提下，降低灯具安装高度，之后通过合理布置灯具，使各房间或场所的照度值满足《火力发电厂和变电站照明设计技术规定》DL/T 5390中的相关要求，并使正常照明功率密度值不高于规范中的目标值；给排水设计应合理选用给水用水定额、给水应充分利用市政供水压力、系统中相关的设备和卫生器具应选用节能节水型等。

7 结语

总而言之，温和地区变电站建筑节能设计过程中，应结合该地区气候特点，严格按照《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015，并根据变电站建筑的特殊性、功能要求以及拟建地点的地形地貌进行多个方面的节能设计，只有这样才能使设计的方案更有针对性。变电站节能设计过程中，应当兼顾资源节约、环境保护，从环保、安全、经济、耐久以及美观等方面综合分析；在温和地区的变电站设计时，应当从节水、节地、节能以及环保和节材视角出发，在确保安全可靠性、技术先进性基础上，推广应用节能减排技术，采用环保型节能建材，坚持经济适用 原则，对造价进行合理控制，力求实现资源利用的最大化。

参考文献

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