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(zhǎng)、無(wú)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(guò)程中已逐步得到市場(chǎng)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(guó)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(zhǎng)度(較長(zhǎng)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(chǎng)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(kāi)主導(dǎo)風(fēng)向,夏季能利用自然通風(fēng)、太陽(yáng)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)氐乩怼⑺臈l件等選擇項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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?但又不會(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(guò)程中,艙體內(nèi)外部空氣通過(guò)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(kāi)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?為了驗(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(shuō)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(kāi)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(guò)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℃。

圖7艙體溫度變化曲線示意圖

打開(kāi)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。

表2試驗(yàn)樣品艙體耗電量對(duì)比參照表

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(yáng)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。

表3涂料顏色對(duì)太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)參照表

注:淺色系指淺藍(lán)色、淺綠色、淺紅色等淺色系顏色

圖8不同太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)的年平均基礎(chǔ)室溫

(3）若模塊化智能變電站預(yù)制艙采用鋼制材料制作,太陽(yáng)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(zhǎng)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(guò)計(jì)算,相同有效長(zhǎng)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(mén)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(yáng)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。

6 結(jié)語(yǔ)

模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)變電站節(jié)能設(shè)計(jì)有著非常重要的意義,在智能設(shè)備基礎(chǔ)上智能會(huì)呼吸的預(yù)制艙為真正實(shí)現(xiàn)智能變電站的宏偉目標(biāo)貢獻(xiàn)了一份力量。希望以上對(duì)模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計(jì)的闡述和分析,可以幫助變電站設(shè)計(jì)人員結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)變電站節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考。