火力发电厂厂房建筑节能设计分析

2021-04-10徐羊羊

工程技术研究 2021年18期

徐羊羊

中国电建集团河北工程有限公司，河北石家庄 050000

1 电厂厂房建筑节能设计的重要性

电厂厂房建筑是由多个单元组合而成，大致可分为生活类建筑、生产类建筑，其中生产类建筑包括锅炉房、发电集成中心、冷却塔、材料库、灰库等。不同形式的发电厂建筑组成也有所不同，以传统的火力发电厂为例，其以煤作为能源，因此会额外增加堆煤场、灰库等建筑，用于存放煤及煤燃烧后的灰，新能源电厂则不需要额外配置这些建筑，如风力、水力发电。为了突出节能设计效果，文章仅以能源消耗较大的火力发电厂为例进行节能设计。火力发电厂的原理是通过燃烧煤获得能源再转变为电能，因此其发电的主要装置需要一直上料，持续燃烧，保证热量足够。为此，在发电控制中心节能设计中需注意厂房的隔热设计，同时由于煤作为传统能源，无论是完全燃烧还是不完全燃烧，均会释放出大量的有毒有害气体，因此在进行厂房总设计时需要考虑整体建筑的风向问题，将其布置在下风向区域，抑制烟尘的快速扩散。

目前，我国各个城市均有一座或多座火力发电厂，虽然近几年不断出台建筑设计、施工、节能的相关标准，但是由于各城市的电厂建厂时间较久，一些电厂在建设前期并没有做可研、设计等建设规划，使厂房的整体布置缺乏科学性，生活建筑与生产建筑没有明确的界限，不仅增加了建设成本，也增加了空调系统和照明系统的能耗，资源浪费现象严重。因此，对电厂建筑进行节能设计，一方面能帮助电厂减少能耗，避免资源浪费的现象；另一方面能有效带动电厂的整体设计，从科学性、规范化等方面设计电厂，更重要的是可以减少电厂的二氧化碳排放量。

2 火力发电厂厂房建筑节能设计的基本要求

2.1 与周围环境相统一

对火力发电厂进行节能设计时，需要考虑当地的环境，如当地气候、常年主导风向、日照、地形地势等，同时应考虑当地建筑风格与周围环境相互统一，减少突兀感，如我国东北地区与华北地区。由于气候不同，东北地区气候更加寒冷，因此不需要在建筑表面再增加玻璃幕墙，而在一些日照条件较好的地区则需要设计遮阳装置，保证建筑的整体节能性能。

2.2 节约土地资源

节约土地资源也属于节能设计的范畴，因此在对发电厂厂房进行节能设计时还要考虑土地资源的因素，在保证厂房内部标准标高的前提下，可降低现有建筑的层高；或者增加建筑进深，减少建筑的热损失及能耗。同时，火力发电厂厂房建筑的节能设计也会着重于厂房的整体设计，对厂房占地、区域规划进行设计，解决厂房占地面积较大、浪费国土资源的问题。

2.3 利用当地自然条件

在对火力发电厂厂房建筑进行节能设计时需要遵循当地自然条件的要求，在厂区内进行绿化设计引入符合当地气候的绿植，以绿植调节厂区的微气候，并通过对道路、墙面等材料的选用进一步体现节能效果。

3 火力发电厂厂房建筑节能设计的具体应用

3.1 总平面设计中的节能

总平面设计在电厂厂房建筑节能设计中起到对电厂厂房建筑进行整体性布置和构思的作用，不仅包括节能设计，还包括场地、施工、能耗等多方面的设计。因此，在进行电厂总平面设计时，设计单位需要将节能作为设计的重点，考虑施工和运营两个阶段的节能设计，在设计中尽可能地考虑建筑的朝向、间距、层高、深度、绿化等，综合核算建筑物的节能效果。以朝向为例，建筑物的正确朝向有利于建筑物对光能的充分利用，根据当地的气候，选择南北向的最佳朝向，保证在天气晴朗时有足够的阳光照射；对于一些要避免阳光直射的建筑物，朝向应以东西向为主，避免阳光直射，同时应考虑建筑物的通风、采暖等问题，提高建筑物的节能效果。

3.2 厂房形体设计中的节能

厂房建筑物形体设计对建筑物的节能效果也有较大影响，在厂房建筑物设计阶段，我国常用减少建筑物表面积的方法，将体形系数保持在合理区间，减少厂房建筑物表面的宽度，尽可能使厂房建筑物形体设计呈长方形或者其他规则形状，保持平面平整，减少表面凹凸面（凹凸面对厂房的采光、取暖等功能均有一定的影响，不利于厂房的整体节能）。此外，还需注意厂房的屋檐、窗户、内部装饰的调节，围护结构可采用浅色，使墙壁能够反射太阳光，避免墙体由于温度过高而衍生的脱落等问题。同时，电厂厂房并不是独立的，而是由若干个厂房共同组成，因此对厂房的合理布局也是节能的一大重点，在设计中需充分考虑各厂房的功能分区，根据功能性质的不同合理分配运输通道，尽量减少不必要的土地占用，并且在运输通道中搭配绿植，调节厂内气候，使节能效果明显。随着我国建筑技术的提高，以及对节能设计越来越重视，加上工业设备越来越先进，厂房的构造还会发生新的变化，使电厂厂房室内外空间可以得到充分利用，在高效的基础上结合节能设计为员工提供更加舒适的办公场所。

3.3 墙体材料中的节能

目前，我国老旧的电厂外墙墙面均以实心黏土砖为主，这与我国同时期建筑技术落后相关，实心黏土砖吸收和挥发热量均较快，换而言之其保温性能差。从节能角度来讲，以实心黏土砖为主的墙面材料会加剧厂房的能量损耗，因此选用先进的墙体材料也是电厂厂房建筑节能设计的重要一环。

我国先进的墙体材料大多以复合材料为主，其综合考虑了外墙所承担的功能，如防水、隔热、保温、防腐蚀、隔声等，还具备调节温度、防毒等新型功能。相关资料显示，传统墙体材料如单层钢窗、铝合金窗的传热系数为6.4，聚苯乙烯节能墙体的传热系数为0.73～1.28。可见，新型墙体材料传热系数远低于传统的铝合金窗，其节能效果更明显，因此厂房建筑墙体材料应优先选取新型节能材料。

3.4 门窗节能设计

建筑门窗及幕墙是最能反映建筑物热交换的部位，门窗的热能损耗要远远高于墙体，因此在建筑设计中门窗的节能设计对建筑物整体的节能效果有较大的影响，需予以重视。

电厂厂房窗户安装与居民建筑窗户安装的作用基本相同，主要起到通风、调节温度、隔声的作用，其中隔声作用最为突出。由于电厂设备在运转过程中噪声较大，而且在运转过程中会产生烟尘，因此厂房门窗一般处于紧闭状态，可以降低噪声对员工生活的影响，保证作业的密闭性，减少有害气体的逸散。在节能设计中主要对门窗的导热性能进行调节，普通门窗的能量损失一般占建筑物冬季保温或夏季降温能耗的50%以上，因此改善其绝热性能是节能设计的重点。第一，窗户应设置在厂房的南北向，不仅使厂房有充足的阳光照射，还能够手动调节，使室内温度、采光在合适的区间。第二，选择合适的玻璃，可以根据当地的采暖价格安装的通风口数量等因素确定，在玻璃采购中应选择节能效果更好的玻璃。考虑到工业厂房的特殊性，还应对玻璃的密闭性进行考察。此外，还可以在玻璃上加贴特殊膜，增加门窗的保温性和气密性，达到节能设计的要求。目前，工业厂房大多选用中空玻璃、镀膜玻璃等一些节能效果较强的玻璃，因此电厂厂房也可按照工业厂房的标准选取合适的玻璃材料，减少门窗的能量损耗，增强门窗的节能效果。

3.5 其他节能措施

随着建筑技术与节能材料的发展，发电厂厂房建筑设计中使用机械通风的情况愈发普遍，不仅改善了工作人员的工作环境，还有利于厂房建筑与周围环境融为一体，在大环境下调节电厂内部微气候。部分新建发电厂更是采用了安装空调的方式调节厂房气候，提高员工幸福指数。这也为厂房建筑节能设计提供了新方向。一是向员工大力宣传空调使用需要大量的能量，这与厂房节能明显背道而驰，因此需鼓励员工采用自然通风，减少空调开启的次数，以减少能耗。二是在设计中对各厂房进行针对性的通风设计，如以生产功能为主导的厂房，在设计中要注意厂房通风口的设计、气候的控制，应先确定汽机房外侧窗的数量和位置，在热源部位(如汽机、除氧器)和死角部位(如汽机房内侧)的楼板上设置通风格栅，在屋顶设置风机，夏季通过格栅带走热量，由屋顶风机排出；冬季则由屋顶风机进风，将上升的热气流压向楼面、地面，从低侧窗排出。以生活居住功能为主导的厂房则可以按照一般住宅节能设计的标准进行设计。