模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計(jì)研究

摘

要：詳細(xì)介紹了模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計(jì)思路，從各個(gè)角度分析了具體節(jié)能實(shí)施措施，為后續(xù)模塊化智能變電站預(yù)制艙的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了良好的借鑒。關(guān)鍵詞：模塊化智能變電站預(yù)制艙；會(huì)呼吸的預(yù)制艙；節(jié)能設(shè)計(jì)

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引言模塊化、智能化預(yù)制艙變電站，具有安全可靠、占地面積小、建站周期短、外觀精美、使用壽命長、無輻射、低噪聲、布局靈活、防水、防塵、抗震、耐火、耐腐蝕、耐低溫、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用過程中已逐步得到市場的廣泛認(rèn)可。隨著預(yù)制艙產(chǎn)品大范圍推廣，使用區(qū)域多樣化，在面臨高溫、高寒、高濕等特殊使用環(huán)境時(shí)，為改善變電站預(yù)制艙熱環(huán)境，需提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，從根本上改善用能浪費(fèi)的狀況，為實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能和環(huán)保戰(zhàn)略、貫徹有關(guān)政策和法規(guī)作出貢獻(xiàn)。1

變電站總平面布置設(shè)計(jì)1.1

朝向基本原則（1）變電站總平面布置設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使模塊化智能變電站預(yù)制艙主體結(jié)構(gòu)長度（較長的一面）方向?yàn)槟媳背?，避免東西向日曬。（2）根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場當(dāng)?shù)厮那闆r，微調(diào)變電站朝向，使變電站冬季能獲得足夠的日照并避開主導(dǎo)風(fēng)向，夏季能利用自然通風(fēng)、太陽輻射。一般可借鑒項(xiàng)目地區(qū)城市建筑群基本朝向。（3）應(yīng)充分考慮社會(huì)歷史文化、地形、城市規(guī)劃、道路、環(huán)境等制約條件，權(quán)衡各個(gè)因素之間的得失輕重，進(jìn)一步優(yōu)化變電站朝向。1.2

小結(jié)變電站總平面布置設(shè)計(jì)朝向?qū)δK化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能有著非常深遠(yuǎn)的影響，在模塊化智能變電站預(yù)制艙總平面布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮變電站方位選擇，在模塊化智能變電站預(yù)制艙主體為南北主朝向的前提下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩?、水文條件等選擇項(xiàng)目現(xiàn)場的最佳朝向或接近最佳的朝向，如圖1所示。2

預(yù)制艙艙體結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)（1）預(yù)制艙墻面及屋面均采用了施工相對(duì)復(fù)雜的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，通過結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、隔熱墊片等進(jìn)一步鞏固墻體熱斷橋效能，并且在復(fù)合結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了可密閉、可呼吸的空氣隔熱層，進(jìn)一步改善艙體熱環(huán)境，提高艙體隔熱保溫性能，如圖2所示。（2）保溫材料及空氣隔熱層厚度根據(jù)項(xiàng)目地使用環(huán)境進(jìn)行暖通計(jì)算，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、適用性、空間合理性等因素選擇最優(yōu)保溫厚度設(shè)計(jì)，如圖3所示。（3）為避免熱量通過預(yù)制艙底部損耗，艙體底部必須做保溫處理，且底部保溫宜采用憎水率高、密封性能好的材料，以免保溫材料受潮失效及潮氣進(jìn)入艙體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)底部與外界環(huán)境的完全隔絕。（4）艙體頂部屋檐及底部或墻壁處設(shè)置適量呼吸口，確?？諝饪梢院粑换ィ植粫?huì)造成空氣與外部環(huán)境溫度同化。1）因空氣熱脹冷縮的物理特性，呼吸口能適時(shí)進(jìn)行排氣和吸氣，保持內(nèi)外氣壓平衡，避免因氣壓的變化造成空氣導(dǎo)熱系數(shù)的變化，進(jìn)而影響保溫性能，如圖4所示。2）在逐漸升溫（降溫）過程中，艙體內(nèi)外部空氣通過呼吸口進(jìn)行自由交互，自動(dòng)平衡內(nèi)部環(huán)境溫度，進(jìn)而延遲空調(diào)啟動(dòng)時(shí)間，降低能耗。3）當(dāng)溫度上升（下降）至工業(yè)設(shè)備啟動(dòng)溫度時(shí)，艙體內(nèi)部呼吸口自動(dòng)關(guān)閉，使得空氣隔熱層形成封閉式空氣隔熱腔體，如圖5所示。4）必要時(shí)即便在設(shè)備啟動(dòng)狀態(tài)也可以打開呼吸口，對(duì)墻體內(nèi)部的空氣進(jìn)行呼吸輪換，避免空氣污濁，如圖6所示；對(duì)電纜層進(jìn)行適當(dāng)加熱（制冷），使電纜層空氣溫度也保持了新風(fēng)環(huán)境，從而確保了電纜的使用壽命。（5）會(huì)呼吸的預(yù)制艙型式試驗(yàn)：1）試驗(yàn)?zāi)康模簽榱蓑?yàn)證“會(huì)呼吸的預(yù)制艙”和“常規(guī)預(yù)制艙”艙體防火保溫性能，更加客觀科學(xué)地比較分析“會(huì)呼吸的預(yù)制艙”隔熱性能，為后續(xù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系選型提供更加有說服力的理論依據(jù)。2）試驗(yàn)的客觀條件：相同地址，同樣的日照環(huán)境，樣品外形尺寸相當(dāng)，工業(yè)設(shè)備功率一致。樣品制作工藝及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如表1所示。

3）試驗(yàn)結(jié)果：不開工業(yè)設(shè)備條件下，根據(jù)圖7對(duì)比得知：①會(huì)呼吸的預(yù)制艙借助自由呼吸的功能，在溫度上升和下降過程中，艙體內(nèi)部的溫度變化相對(duì)平緩；②會(huì)呼吸的預(yù)制艙比常規(guī)預(yù)制艙的溫度最高相差8

℃。打開空調(diào)，設(shè)定空調(diào)溫度為25

℃條件下，一整天兩臺(tái)艙體耗電量統(tǒng)計(jì)如表2所示。3

模塊化智能變電站預(yù)制艙外表面對(duì)能耗的影響（1）色彩的搭配對(duì)于產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)具有很重要的意義，模塊化智能變電站預(yù)制艙是整個(gè)變電站主要建筑，預(yù)制艙的色彩搭配往往能第一時(shí)間引起注意。色彩搭配得合適，產(chǎn)品就會(huì)脫穎而出。不同的設(shè)計(jì)人員、不同的業(yè)主、不同的企業(yè)、不同的地域大家對(duì)變電站預(yù)制艙外觀色彩搭配都各自有各自的想法，想將外觀設(shè)計(jì)得更具企業(yè)特色，更具辨識(shí)度，但設(shè)計(jì)師們往往忽略了顏色對(duì)艙體能耗的影響。（2）研究（廣州地區(qū)水泥住宅樓）表明，不同的顏色對(duì)太陽輻射吸收系數(shù)各有不同，如表3所示，且不同的輻射吸收系數(shù)對(duì)建筑物的年平均室溫影響幾乎呈線性關(guān)系，白色和黑色年平均室溫相差近3

℃，如圖8所示。（3）若模塊化智能變電站預(yù)制艙采用鋼制材料制作，太陽輻射吸收系數(shù)遠(yuǎn)高于水泥材質(zhì)，故年平均室溫差將遠(yuǎn)超3

℃，如表4所示。（4）根據(jù)不同材料的特性，模塊化智能變電站預(yù)制艙外墻表面宜首選導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低的非金屬材料（例如：GRC水泥砂漿材料）；考慮工廠預(yù)制后長距離運(yùn)輸及吊裝拼裝作業(yè)，為確?？煽啃浴⒎€(wěn)定性可適當(dāng)選擇建筑鋼材作為外墻材料。（5）在設(shè)計(jì)模塊化智能變電站預(yù)制艙外表面涂料顏色搭配時(shí)，為實(shí)現(xiàn)變電站節(jié)能設(shè)計(jì)，在兼顧美觀/企業(yè)特色等因素的基礎(chǔ)上應(yīng)充分考慮不同顏色的選擇。1）夏熱冬暖地區(qū)：推薦以白色作為預(yù)制艙艙體主基色，以淺色系顏色作為搭配色設(shè)計(jì)預(yù)制艙艙體外觀。2）夏熱冬冷地區(qū)：可適當(dāng)增加選擇較深顏色，為兼顧夏季隔熱性能，原則上也應(yīng)選擇以淺色系為主設(shè)計(jì)預(yù)制艙艙體外觀。4

模塊化智能變電站預(yù)制艙外部表面積對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)的影響瓦楞板結(jié)構(gòu)與相同厚度平板結(jié)構(gòu)相比有更加優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在變電站預(yù)制艙領(lǐng)域也得到應(yīng)用和推廣。通過計(jì)算，相同有效長度瓦楞板是平板表面積的1.1倍，即瓦楞板預(yù)制艙“樣品二”的表面積是平面預(yù)制艙“樣品一”外墻的1.1倍，如圖9所示。艙體表面積越大，單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量就越多，那么瓦楞板預(yù)制艙單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量就是平面預(yù)制艙的1.1倍。綜上，從模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計(jì)的角度考慮，不建議使用瓦楞板外形，尤其是高溫（高寒）地區(qū)大型變電站。5

其他節(jié)能措施（1）預(yù)制艙門宜設(shè)有自動(dòng)關(guān)閉功能，盡量避免艙體內(nèi)部與外界環(huán)境溫度交換造成熱量損耗。（2）人員工作密集艙室（主控室等），應(yīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)采光窗，降低日光燈照明時(shí)間，降低能耗損失。采光窗外部宜設(shè)置遮陽棚，增加窗戶隔熱能力。（3）應(yīng)設(shè)計(jì)帶自動(dòng)啟停功能的智能工業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)艙室內(nèi)部環(huán)境自動(dòng)控制，減少能耗。