变电所节能设计探讨

[来源]:能源办 [发布时间]:2011-11-04

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1 概述

进入21世纪,环境保护成为世界性主题,保护环境、节约资源的一项有效措施就是推广节能建筑。建筑节能是建筑规划、设计、创造、构造、材料的的综合体,只有这样才能更好地利用能源,减少能耗。

我国建筑节能标准发展迅速,《民用建筑节能设计标准》的施行及2005年7月1日即将实施的《公共建筑节能设计标准》为该类建筑节能设计提供了依据。变电所工程属于工业建筑,但由于工业建筑的多样性,节能设计标准至今尚未出台,一些节能措施,只能是设计人员根据以上两个标准参照执行。

2  变电所建筑设计现状

据介绍,我国现有建筑中95%达不到节能标准,新增建筑中节能不达标的超过八成,单位建筑面积能耗是发达国家的2~3倍,对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染。同时建设中还存在土地资源利用率低、水污染严重、建筑耗材高等问题。

一些变电所由于征地面积过大,使得建筑物、构筑物占地面积很小,建筑系数偏小造成土地资源的浪费,土地是十分宝贵的资源和资产,土地资产流失(至2004年度全国耕地净减少1.14亿亩),不仅严重影响了粮食生产和农业发展,也影响了整个国民经济的发展和社会的稳定;也有单位片面追求建筑物的功能,将建筑面积一再放大,或一些可布置在室外的主变压器、配电构(支)架布置在了室内,增加了工程造价;有些变电所结构设计偏于安全,造成建筑“三材”的浪费;一些框架结构的填充墙大量使用粘土实心砖,严重浪费土地资源;有的变电所构(支)架场地整体浇成混凝土路面,增加了热岛效应,使得设备运行温度过高,增加了安全隐患;单体建筑没有控制好体形系数,没有对采光、通风优化设计,造成相关资源的浪费。

基于以上种种现象,笔者以为要从两方面改变一些变电所设计中的缺陷,一是认真规划,合理确定变电所总平面形式;二是优化设计,提出最节能的可行方案。

3  变电所建筑节能设计措施

3.1变电所规划设计

⑴认真规划,节约土地资源

建筑的规划设计是建筑节能设计的重要内容之一,变电所特别是城市变电所,要对建筑的总平面布置、建筑平、立、剖面形式、太阳辐射、自然通风等气候参数对建筑能耗的影响进行分析。使得建筑物在冬季最大限度地利用太阳辐射的能量,降低采暖负荷;夏季最大限度地减少太阳辐射的热并利用自然通风降温冷却, 降低空调制冷负荷。在进行建筑物单体设计时,由于太阳高度角和方位角的变化,夏热冬冷地区南北朝向的建筑在夏季可以减少太阳辐射热,冬季可以增加太阳辐射热。因此,在尽可能的情况下,建筑物应优先采用南北向或接近南北向。

为某一地块的建设所准备的设计和平面布置图、说明书及工程细节,包括对设施的位置、标高、排水、市政设施、道路、人行道、停车场、绿化等细节的考虑。设计时要简化总体布置,尽量减少挖方量,减少设备布置层数,以方便运输和安装,简化消防、通风系统,同时为将来的运行维护创造良好的条件。建筑物之间的距离要考虑日照间距系数,一般为1.3,也有的放到了1.8。城市变在设道路时,尽可能节约土地,特别是在设消防道路时要综合考虑电缆进出线、排水管等布置的可能,各建筑物距道路边最小距离见下表。

 

围墙至道路边

建筑外墙面至道路边

≥1m

无出入口

≥1.5m

有出入口,但不通汽车

≥3m

有汽车出入时

≥6~8m

对土地的综合利用,不仅技术上可行,而且经济效益明显,既能有效地提高土地利用率,改善景观,优化环境,也能有效降低工程费用。

(2)美化环境,缓解热岛效应

水泥化建材能吸收大量的太阳辐射热,在夏季的阳光下,混凝土平台的温度可比气温高8℃。如夏天里,草坪温度32℃,水泥地面温度可达到57℃,规划要求新建建筑绿化率要达到30%以上,各建筑单位也努力创造花园式变电所,但往往工程实施中易产生一些误区。在道路两侧、室外构(支)架场地可设一些无飞絮的灌木、草坪。有研究表明:绿化覆盖率达到30%以上,绿地才有缓解热岛效应的作用;绿化覆盖率达到40%以上,热岛面积可减少3/4;绿化覆盖率达到60%以上,热岛效应才能基本被控制。如对盐城110kV悦达变电所、盐城110kV黄海变电所的设计,所区绿化系数均达到30%以上,炎热的夏季,场地温度也不高,方便了变电操作、检修人员的室外工作。

一些变电所建筑散水大部分采用混凝土散水,从环保、美观的角度,可设置植草散水,增加整个变电所的绿化率。

3.2单体建筑设计

⑴选择合理的建筑体形和平面形式

建筑体形系数是指: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。不同的体形系数,对围护结构要求有不同的传热系数限值,体形系数越大,围护结构的传热系数就要越小。体形系数的确定还与建筑造型、平面布局、采光通风等相关。民用建筑的体形系数要求不大于0.35(点式建筑不大于0.40),总平面布置和建筑设计应利用冬季日照,避开冬季主导风向,夏季应考虑自然通风的利用,建筑物的平、立面尽量不出现过多的凹凸。变电所单体建筑设计也应照此执行。

⑵优化设计,节约“三材”

《35~110KV变电所设计规范》对主控制室高度规定3.4~ 4.4米,当采用空调设施时,上述高度可适当降低。但具体能降多少及配电装置室高度都是由各设计单位自己定,笔者认为其中就存在很大的节能空间。变电所配电装置室由于开关柜较高,一般2.30米高,再考虑柜顶母线桥与柜及建筑梁板的安全距离,带电设备至板、柜距离须大于0.80米, 这样配电装置室高度可控制在4米左右,片面加高建筑高度对节能和安全都是不利的。

一般建筑结构主梁的经济跨度是5至8米,有的变电所配电室的跨度却达到了9米,有的甚至超过了12米,既不经济,抗震又不安全,设计很不合理;由于二层采用GIS组合电器,楼面恒载和活载均很大,楼板厚度和配筋均需加大,从而增加了“三材”的用量,如果能设在一层,将极大节省工程造价,不过方案须进一步研究论证。设备要求建筑物高度加大,墙重加大,梁、柱也变粗变大,致使结构自重加大。结构越重,地震的反应也就越大,建筑的安全性能就很难保证。这就要求变电所前期设计须进行多专业可行性研究,进行经济对比,拿出最佳方案。

⑶综合考虑采光、通风,控制最大窗墙面积比

在建筑结构中,门窗被称为建筑的“眼睛”,担负着采光、通风的功能。作为工业建筑的变电所,既不能认为有空调、除湿机、排风扇,外墙无需设置窗户,也不能片面考虑美观,加大门窗面积。不设窗户不利于建筑的自然采光和通风,那种建筑只能算没有“眼睛”的火材盒。设门窗要考虑门窗的朝向、面积和遮阳状况,窗户面积对空调负荷的影响很大,空调负荷随窗户面积的增长而呈直线增长。研究表明最利的节能降耗措施是:避免东西向开大窗,保证南北空气对流,窗户遮阳性能和气密性良好。在变电所设计中,笔者发现外墙适量开0.60米宽,1.50米高的窗户,就能满足建筑的采光、通风要求。

不同朝向的最大窗墙面积比:

 

朝向

最大窗墙面积比

0.35

东、西

0

0.25

窗户设计有不同的选用原则:建筑物各朝向,当窗墙面积比小于0.3时,可采用塑钢单玻窗;窗墙面积比在0.3~0.35范围时,应采用断热铝合金双玻窗或塑钢双玻窗;窗墙面积比大于0.35时,应采用断热铝合金中空玻璃窗。对东西朝向(偏北30°到偏南60°范围)的窗户应采取必要的外遮阳措施。至于门,采用满足进柜的夹芯钢板防火门,既满足防火、防盗要求,又美观、保温。

⑷采用平加坡双层屋面

屋面较好的防水形式是平加坡双层屋面防水,该防水既减少了屋面引起建筑内部的温度的波动,又减少了屋面漏雨的机率,即使漏雨也减少了维护的成本,同时方便了施工。

规范列出了屋面最小坡度:平屋面1:50;瓦屋面无望板基层1:2;瓦屋面望板PVC卷材1:2.5;石棉瓦1:3;波形金属瓦1:4;压型钢板1:7。在变电所屋面设计中,一般采用1:2.5水泥彩瓦或铀面陶土瓦坡屋面,若干工程使用后发现,检修率低,排水通畅。

4  综述

建筑节能是缓解能源紧缺矛盾,减轻环境污染,促进经济持续发展的一项最直接、最廉价的根本措施。据悉,到2010年,全国新建建筑争取1/3以上能达到绿色建筑和节能建筑标准,全国城镇建筑的总耗能要实现节能50%。到2020年,使全社会建筑的总能耗能够达到节能65%的总目标。建筑节能首先应从设计做起,设计师们任重而道远。 

[作者]:Simone

[摄影]:

[供稿单位]:能源办

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节能小贴士

  • 以节能灯代替白炽灯,可节省高达70%至80%的电力。
  • 以T8或T5的节能光管代替普通的T12或T10光管,可节省10%至30%的电力。
  • 以电子镇流器代替电感式镇流器,能节省20%至30%的电力。
  • 在合适的地点安装照明区域控制器,以便在不使用某些区域时可关闭其照明设备。
  • 在使用率低的区域(例如会议室),安装在场传感器,自动控制照明的开关。