模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計研究

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,在應(yīng)用過程中已逐步得到市場的廣泛認可。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,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的狀況,為實現(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。

1變電站總平面布置設(shè)計

1.1朝向基本原則

(1）變電站總平面布置設(shè)計應(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）方向為南北朝向,避免東西向日曬。

(2）根據(jù)項目現(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。一般可借鑒項目地區(qū)城市建筑群基本朝向。

(3）應(yīng)充分考慮社會歷史文化、地形、城市規(guī)劃、道路、環(huán)境等制約條件,權(quán)衡各個因素之間的得失輕重,進一步優(yōu)化變電站朝向。

1.2 小結(jié)

變電站總平面布置設(shè)計朝向?qū)δK化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能有著非常深遠的影響,在模塊化智能變電站預(yù)制艙總平面布置設(shè)計時,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

(1）預(yù)制艙墻面及屋面均采用了施工相對復(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)計了可密閉、可呼吸的空氣隔熱層 ,進一步改善艙體熱環(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)項目地使用環(huán)境進行暖通計算,結(jié)合經(jīng)濟性、適用性、空間合理性等因素選擇最優(yōu)保溫厚度設(shè)計,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入艙體內(nèi)部,實現(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,呼吸口能適時進行排氣和吸氣,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行自由交互,自動平衡內(nèi)部

環(huán)境溫度 ,進而延遲空調(diào)啟動時間,降低能耗。

3）當(dāng)溫度上升(下降）至工業(yè)設(shè)備啟動溫度時,艙體內(nèi)部呼吸口自動關(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）必要時即便在設(shè)備啟動狀態(tài)也可以打開呼吸口,對墻體內(nèi)部的空氣進行呼吸輪換,避免空氣污濁,如圖6所示:對電纜層進行適當(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）會呼吸的預(yù)制艙型式試驗:

1）試驗?zāi)康?為了驗證"會呼吸的預(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"會呼吸的預(yù)制艙"隔熱性能,為后續(xù)項目結(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)特點如表1所示。

3）試驗結(jié)果:

不開工業(yè)設(shè)備條件下 ,根據(jù)圖7對比得知:

①會呼吸的預(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)部的溫度變化相對平緩:

②會呼吸的預(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

打開空調(diào),設(shè)定空調(diào)溫度為25℃條件下,一整天兩臺艙體耗電量統(tǒng)計如表2所示。

表2試驗樣品艙體耗電量對比參照表

3模塊化智能變電站預(yù)制艙外表面對能耗的影響

(1）色彩的搭配對于產(chǎn)品外觀設(shè)計具有很重要的意義,模塊化智能變電站預(yù)制艙是整個變電站主要建筑,預(yù)制艙的色彩搭配往往能第一時間引起注意。色彩搭配得合適,產(chǎn)品就會脫穎而出。不同的設(shè)計人員、不同的業(yè)主、不同的企業(yè)、不同的地域大家對變電站預(yù)制艙外觀色彩搭配都各自有各自的想法,想將外觀設(shè)計得更具企業(yè)特色,更具辨識度,但設(shè)計師們往往忽略了顏色對艙體能耗的影響。

(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涂料顏色對太陽輻射吸收系數(shù)參照表

注:淺色系指淺藍色、淺綠色、淺紅色等淺色系顏色

圖8不同太陽輻射吸收系數(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,太陽輻射吸收系數(shù)遠高于水泥材質(zhì),故年平均室溫差將遠超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)制后長距離運輸及吊裝拼裝作業(yè),為確?？煽啃?、穩(wěn)定性可適當(dāng)選擇建筑鋼材作為外墻材料。

(5）在設(shè)計模塊化智能變電站預(yù)制艙外表面涂料顏色搭配時,為實現(xiàn)變電站節(jié)能設(shè)計,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)制艙外部表面積對節(jié)能設(shè)計的影響

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)異的機械結(jié)構(gòu)強度,在變電站預(yù)制艙領(lǐng)域也得到應(yīng)用和推廣。通過計算,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,單位時間內(nèi)吸收的熱量就越多,那么瓦楞板預(yù)制艙單位時間內(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)計采光窗,降低日光燈照明時間,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)計帶自動啟停功能的智能工業(yè)設(shè)備,實現(xiàn)艙室內(nèi)部環(huán)境自動控制,減少能耗。

6 結(jié)語

模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計對變電站節(jié)能設(shè)計有著非常重要的意義,在智能設(shè)備基礎(chǔ)上智能會呼吸的預(yù)制艙為真正實現(xiàn)智能變電站的宏偉目標(biāo)貢獻了一份力量。希望以上對模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計的闡述和分析,可以幫助變電站設(shè)計人員結(jié)合項目實際情況實現(xiàn)變電站節(jié)能設(shè)計提供參考。