基于綠色節(jié)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(jīng)濟繁榮發(fā)展，“可持續(xù)發(fā)展”理念正受到大力提倡，綠色節(jié)能理念逐漸在人們心里占據(jù)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(tǒng)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(xiàn)象，其施工工藝也十分復雜，對建筑設計的優(yōu)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(jié)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(jié)能環(huán)保，是值得廣大工作人員共同思考的問題。

1 基于綠色節(jié)能理念的變電站建筑設計概述

1.1 變電站建筑的基本構(gòu)成

一般情況下，電力系統(tǒng)主要由發(fā)電廠、變電廠輸電線、輸電線設備等構(gòu)成，變電站則是改變輸出電壓，并根據(jù)分配來進行電力控制，主要發(fā)揮著連接各個電路的作用。變電站還能對線路進行監(jiān)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(shù)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(shù)具備很好的處理與管理作用，電力系統(tǒng)通過電氣及自動化技術(shù)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(tǒng)、動力系統(tǒng)、以及耗能設備，讓這些系統(tǒng)和設備全部都能按照預計程序有序運行?；诰G色節(jié)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(tǒng)，電氣系統(tǒng)包含了很多的科學內(nèi)容，就會出現(xiàn)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(shù)。

1.2 變電站建筑在綠色節(jié)能理念下的設計原則

基于綠色節(jié)能理念的變電站建筑設計必須要遵守我國的有關規(guī)定。我國相關部門制定了相關的綠色節(jié)能設計規(guī)范，變電站建筑綠色節(jié)能設計規(guī)范也包含了我國的相關規(guī)定與對電氣設計的相關要求?；诰G色節(jié)能理念的變電站建筑設計不僅要滿足現(xiàn)代化功能，也要確保電氣設備運行過程中的穩(wěn)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(shù)的應用、建筑節(jié)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(jié)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(jié)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(jié)能、保護自然的基礎上，還要根據(jù)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(qū)域，因為冬季寒冷，容易在低洼處對建筑物產(chǎn)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(jié)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(jié)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(xiàn)節(jié)能環(huán)保，將節(jié)能環(huán)保產(chǎn)生的社會效益和市場價值充分發(fā)揮出來，以此彌補綠色節(jié)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(huán)境的破壞。

1.3.3 與周邊環(huán)境保持和諧

在綠色節(jié)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(huán)境，包括自然環(huán)境、人文環(huán)境等等，并不能簡單機械地引入各類高檔的綠色節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，也不能先建設完成了再考慮綠色和節(jié)能功能，而是應在建筑設計中綜合考慮，重視綠色節(jié)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(huán)境和諧共處，滿足綠色節(jié)能理念的相關要求。

2 基于綠色節(jié)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(xiàn)最佳朝向。但在建筑總平面布置過程中，應在能調(diào)整的范圍內(nèi)，在接近南向位置進行主控通信樓建設，可以適當放寬室內(nèi)配電裝置等要求。在建筑房間的規(guī)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(huán)境中的熱壓、風壓，促進室內(nèi)外空氣的流動與交換。[2]

2.2 墻體保溫節(jié)能技術(shù)

建筑墻體的保溫材料通常具有重量輕、導熱系數(shù)較小等特點，例如，泡沫塑料、礦物棉制品等。在我國北方地區(qū)，建筑的外保溫主要通過減少室內(nèi)熱空氣外流的方式實現(xiàn)，南方地區(qū)的外保溫則主要通過減少室外熱空氣內(nèi)流的方式進行放熱，實現(xiàn)外保溫效果。我國南北方地區(qū)建筑物室內(nèi)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(qū)相比，我國北方區(qū)域的氣候條件相對較差，南方常年溫差不大，室內(nèi)室外的溫度差也相對較小。北方地區(qū)如果采取內(nèi)保溫的方式，很可能導致冷橋現(xiàn)象、水蒸氣冷凝現(xiàn)象，而這樣的情況在南方地區(qū)并不常見。如果不考慮南北地區(qū)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(qū)對墻體傳熱系數(shù)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(qū)完全相同。經(jīng)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(xiàn)建筑綠色節(jié)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(nèi)側(cè)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(jié)能設計

在現(xiàn)代建筑設計中，建筑物通常選擇木質(zhì)結(jié)構(gòu)或者鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，包括鋼鐵薄面、木質(zhì)門體、鋼鐵薄面結(jié)構(gòu)。在物理學中，木質(zhì)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(nèi)室外的空氣通過木質(zhì)門結(jié)合，因其對流或輻射而產(chǎn)生的能量交換要比鋼鐵界面小很多，并且木質(zhì)外門能很好的契合門框，能夠避免產(chǎn)生熱對流。因此，在進行外門安裝時，應盡量選擇這樣的節(jié)能門。在綠色節(jié)能理念下的建筑門窗節(jié)能設計中，還應充分考慮到玻璃對節(jié)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(nèi)，所以，在窗體玻璃的節(jié)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(jié)能功能。而建筑的窗框節(jié)能設計，可以通過提高窗框材料加工工藝、對結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化等方式，提升建筑物的綠色節(jié)能功能。

2.4 屋面節(jié)能設計

與墻體節(jié)能相同，屋面節(jié)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(xiàn)屋面節(jié)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(jié)構(gòu)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(xiàn)遮擋陽光的目的，通過屋頂?shù)膬纱蝹鳠釋⑻栞椛渲苯幼饔迷趪o結(jié)構(gòu)上，讓內(nèi)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(jié)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(zhì)量較輕，施工也十分方便。

2.5 太陽能節(jié)能設計

我國太陽能資源豐富，在綠色節(jié)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(tǒng)一規(guī)劃太陽能利用系統(tǒng)與建筑圍護結(jié)構(gòu)，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(huán)境溫度以及天氣氣候等因素有著密切聯(lián)系。對應用系統(tǒng)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(tǒng)電壓等級、容量為依據(jù)，并聯(lián)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?；蜿幱晏斓恼彰髦?。統(tǒng)一規(guī)劃光電池與建筑圍護結(jié)構(gòu)，能充分利用太陽能組件，實現(xiàn)太陽能與電能之間的轉(zhuǎn)變，讓建筑物從對能源的消耗轉(zhuǎn)變?yōu)楣┠?，將產(chǎn)生的電能進行單獨存儲或并網(wǎng)應用。產(chǎn)生的電能也能與裝飾材料相結(jié)合，發(fā)揮其發(fā)聲、隔音、隔熱、裝飾等功能，并且在其運行過程中不會產(chǎn)生噪音和廢棄。太陽能光電板外觀優(yōu)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(jié)能設計

變電站建筑如果在溫和地區(qū)，自然通風設計十分符合綠色節(jié)能理念。一般情況下，溫和地區(qū)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(shù)時間段，都可以通過自然通風設計來降低室內(nèi)余溫，大幅減少全年累計冷負荷，實現(xiàn)綠色節(jié)能的目的。[4]變電站建筑的通風設計也應根據(jù)季節(jié)的主導風向與各電氣設備房間的溫度要求、設備的發(fā)熱量等，進行建筑平面及空間的優(yōu)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(nèi)氣流，讓氣流從對溫度要求較高的區(qū)域流動到對溫度要求較低的區(qū)域，或是從發(fā)熱量較低的設備區(qū)域流動到發(fā)熱量較高的區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)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(jié)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(diào)設備時要盡量選擇環(huán)保、能耗較低的設備，才能更加符合綠色節(jié)能理念。

2.7 注意對周邊環(huán)境的保護

基于綠色環(huán)保理念的變電站建筑設計不僅要在建筑本身上體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保效果，還應注意對周邊環(huán)境的保護。例如，如果變電站建筑物周邊環(huán)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(fā)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(guī)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(huán)境，減少因施工對周邊環(huán)境造成的破壞。

3 總結(jié)

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