变电所节能设计探讨

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南0.35东、西0北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。

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