青藏±400 kV格爾木換流站建筑節(jié)能及防風(fēng)沙研究

呂文娟，陳樂(lè)，陳正時(shí)

（西北電力設(shè)計(jì)院，陜西西安710075）

青藏±400 kV直流輸電工程是世界第一條高海拔±400 kV直流輸電工程，起點(diǎn)為青海省格爾木換流站，落點(diǎn)為西藏?fù)Q流站?！?00 kV格爾木換流站與750 kV柴達(dá)木變電站同址合建，由于格爾木換流站地處高海拔、多風(fēng)沙、強(qiáng)日照、晝夜溫差大的極端惡劣環(huán)境，站址污穢等級(jí)較高，給建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多難題。

根據(jù)格爾木換流站建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，對(duì)全站建筑節(jié)能、防風(fēng)沙設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，特別是針對(duì)建筑的外墻、門窗、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的防風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步的探討，為青藏±400 kV直流輸電工程的實(shí)施提供了技術(shù)支持，也為后續(xù)惡劣環(huán)境中的換流站工程建筑設(shè)計(jì)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 建筑構(gòu)造節(jié)能設(shè)計(jì)

中國(guó)的建筑能耗量約占全國(guó)總用能量的1/4，居耗能首位。近年來(lái)，中國(guó)建筑業(yè)得到了快速發(fā)展，大量的建造和運(yùn)行需要使用能源，而作為耗能大戶的建筑的采暖和空調(diào)耗能，因其耗能大，節(jié)能就成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。無(wú)論從整個(gè)國(guó)際經(jīng)濟(jì)氣候還是中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)來(lái)看，能源節(jié)約勢(shì)在必行。

建筑能耗是人們常常忽視的重大問(wèn)題。減少建筑能耗就是改善維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，減少室外熱量傳入室內(nèi)，減少室內(nèi)熱量流失，使熱環(huán)境得以改善，減少冷熱消耗，提高熱舒適度。采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、材料，提高保溫隔熱性能，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少運(yùn)行能耗。

控制樓是換流站的心臟，控制樓內(nèi)二次設(shè)備屏柜很多，特別是主控室、計(jì)算機(jī)室的溫度、潔凈度要求高，另外控制樓也是運(yùn)行人員工作學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，保證冬暖夏涼，減少因晝夜溫差大而帶來(lái)的能耗，因此，建筑外維護(hù)保溫、節(jié)能是刻不容緩要研究的問(wèn)題。改善建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能是建筑設(shè)計(jì)上的首要節(jié)能措施。綜合樓是運(yùn)行人員生活辦公的場(chǎng)所，舒適的環(huán)境體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)的理念，本工程設(shè)計(jì)將人、自然、節(jié)能等元素很巧妙地同建筑融合，改善維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能從而降低能耗。維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)主要是解決它的保溫、隔熱及氣密性[1-2]。

1.1 墻體節(jié)能

墻體是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體，其所用材料的保溫性能直接影響建筑的耗熱量。因而在節(jié)能的前提下，應(yīng)進(jìn)一步推廣空心磚墻及其復(fù)合墻體技術(shù)。

常用的保溫材料有：巖棉、玻璃棉、礦渣棉，膨脹蛭石、膨脹珍珠巖，各類聚苯板、夾心板，加氣混凝土等。采用不同的保溫材料與基層墻體復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合保溫墻體。提高外墻的節(jié)能性能，主要是增大其熱阻。將保溫層置于外墻的外表面是一種先進(jìn)的外墻節(jié)能技術(shù)，具有六大優(yōu)越性：保溫、隔熱性能優(yōu)良，能消除結(jié)構(gòu)性冷（熱）橋，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，不占室內(nèi)建筑面積，不影響室內(nèi)裝修，便于建筑的節(jié)能改造。本工程采用聚苯板（EPS）與加氣混凝土墻體復(fù)合提高外墻保溫、隔熱性能。聚苯板（EPS）具有密度、強(qiáng)度、硬度大，表面致密；導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、水蒸汽透過(guò)系數(shù)小，吸水率低等特點(diǎn)。

1.2 門窗節(jié)能

外門窗是能耗散失的最薄弱部位，其能耗占總能耗的比例較大，其中傳熱損失為1/3，冷風(fēng)滲透為1/3，所以在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下，盡量減小外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性，減少冷風(fēng)滲透，提高外門窗本身的保溫性能，減少外門窗本身的傳熱量。其節(jié)能措施有：

1）控制窗墻面積。冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，因此，建筑設(shè)計(jì)中充分利用天然能源，無(wú)疑是最基本的改善室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計(jì)，是最基本的節(jié)能措施。在滿足通風(fēng)采光，保證窗戶的氣密性和隔熱性的要求下，室內(nèi)的自然熱環(huán)境較好，可以大大地節(jié)約采暖和空調(diào)的耗能。

2）提高外窗的氣密性，減少冷空氣滲透。在建筑能耗中，通過(guò)門窗損失的能耗占到全部建筑能耗的40%～50%，因此，門窗材料的選擇對(duì)節(jié)能至關(guān)重要。設(shè)置泡沫塑料密封條，使用新型的、密封性能良好的門窗材料。而門窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料（如毛氈）、彈性密閉型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及邊框設(shè)灰口等密封；框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等；扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等；扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。

3）改善門窗的保溫性能。提高窗料和玻璃的節(jié)能性能，選用斷熱鋁型材，中空玻璃外層鍍膜，減少直射光的輻射熱?？s短窗扇的縫隙長(zhǎng)度，采用大窗扇，減少小窗扇，擴(kuò)大單塊玻璃的面積，減少窗芯，合理地減少可開(kāi)啟的窗扇面積，適當(dāng)增加固定玻璃及固定窗扇的面積。

斷熱鋁型材按GB/T5237.1選用6063-T5鋁合金熱擠壓型材。密封膠條選用三元乙丙EPDM膠條，抗紫外線性能、抗老化性、抗高低溫性能良好，從而減少能耗。節(jié)能門窗的水密性能（GB/T7108-2002）6級(jí)，氣密性能（GB/T7107-2002）5級(jí)，抗風(fēng)壓（GB/T7106-2002）8級(jí)，保溫性能（GB/T8484-2002）8級(jí)，隔聲性能（GB/T8485-2002）4級(jí)。

4）設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次，這一中間層次像熱閘一樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透，減少外墻、外窗的熱耗損。外門設(shè)防風(fēng)門斗，防止冷風(fēng)倒灌，樓梯間設(shè)計(jì)成封閉式等措施均能收到良好的節(jié)能效果。

1.3 屋面節(jié)能

在不斷改進(jìn)建筑外墻、外窗的保溫性能后，還必須進(jìn)一步加強(qiáng)屋面保溫隔熱的研究。屋面節(jié)能措施的要點(diǎn)，其一是屋面保溫層不宜選用密度較大、導(dǎo)熱系數(shù)較高的保溫材料，以免屋面重量過(guò)大、厚度過(guò)高；其二是屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料以防屋面濕作業(yè)時(shí)因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應(yīng)設(shè)置排氣孔以排除保溫層內(nèi)不易排出的水分?，F(xiàn)在，高效保溫材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于屋面，本工程屋面采用膨脹珍珠巖保溫芯板保溫層代替常規(guī)的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法，克服了常規(guī)做法的諸多缺點(diǎn)[3]。

2 建筑防風(fēng)沙構(gòu)造設(shè)計(jì)

建筑物防風(fēng)沙構(gòu)造的應(yīng)用著力于改善由于高原特殊氣候環(huán)境條件所造成的建筑物使用壽命縮短、建筑物理環(huán)境受損、建筑使用功能舒適度下降的問(wèn)題。

2.1 防風(fēng)沙門斗

門斗是進(jìn)入控制樓、綜合樓及閥廳內(nèi)部空間的過(guò)渡區(qū)域，既可起到保溫作用又可阻擋風(fēng)沙的侵入，由于控制樓內(nèi)二次設(shè)備屏柜很多，特別是主控室、計(jì)算機(jī)室的潔凈要求高，防風(fēng)沙設(shè)計(jì)必不可少，因此，外門增加門斗并選用密閉性能高的“肯德基”式型材門；門窗加防風(fēng)密封毛條。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)

2.2.1 加強(qiáng)圍護(hù)受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行風(fēng)荷載取值與計(jì)算，保證主結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下不發(fā)生破壞，滿足閥廳的功能使用要求。

本工程壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件主要為屋面檁條和墻面墻梁。對(duì)于檁條和墻梁，分別按墻面、墻角邊、屋面屋脊處、檐口不同部位的局部風(fēng)壓體型系數(shù)進(jìn)行了構(gòu)件及其連接強(qiáng)度的驗(yàn)算。屋面檁條和墻面墻梁的間距不大于1.2 m，在墻、屋面端部、角部的檁條或墻梁間距適當(dāng)加密，保證圍護(hù)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的有效傳力。

屋面檁條分為主檁和次檁，主檁采用高頻焊接薄壁H型鋼，次檁采用冷彎C型薄壁型鋼。墻梁采用高頻焊接薄壁H型鋼、矩形鋼管和輕型槽鋼。受力構(gòu)件的鋼材均選用Q235B號(hào)鋼；鋼材性能須符合GB/T700-1988的規(guī)定。高頻焊接薄壁H型鋼應(yīng)滿足《結(jié)構(gòu)用高頻焊接薄壁H型鋼》JG/T137-2007的規(guī)定；矩形鋼管若采用冷彎型鋼，應(yīng)滿足《建筑結(jié)構(gòu)用冷彎矩形鋼管》JG/T178-2005中Ⅰ級(jí)產(chǎn)品的要求。

2.2.2 采用270°直立縫鎖邊屋面系統(tǒng)有效提高屋面抗風(fēng)能力

屋面壓型鋼板選用270°直立縫鎖邊連接，此板型可保證屋面連接沒(méi)有螺釘穿透屋面板，壓型鋼板通過(guò)專用工機(jī)具牢固鎖合在固定支座上，可以抵抗較大負(fù)風(fēng)壓荷載。屋面板支座用自攻螺釘固定在2 mm厚鍍鋅Z型鋼襯檁上，襯檁用自攻螺釘固定在高頻焊工字鋼檁條上，自攻螺釘固定在底層壓型鋼板波谷處，波谷用硬質(zhì)橡膠墊塊填實(shí)，保證自攻螺釘將襯檁牢固地固定在高頻焊工字鋼檁條上。使得在強(qiáng)風(fēng)吸情況下螺栓能可靠地拉住襯檁[4-5]。

2.2.3 采用不銹鋼天溝并配合結(jié)構(gòu)緊固件從根本上強(qiáng)化了屋面的抗風(fēng)能力

屋面天溝設(shè)計(jì)考慮采用1.5 mm厚不銹鋼鋼板天溝，折彎成槽型，安裝在天溝專用支座上，天溝板兩段固定在結(jié)構(gòu)緊固構(gòu)件上；天溝中部間距2 m設(shè)一道天溝拉桿，加強(qiáng)天溝整體性和抵抗風(fēng)吸力作用下的變形能力[6]。

天溝支架另一側(cè)設(shè)置一層壓型鋼板，壓型鋼板在天溝板另一側(cè)抵抗風(fēng)荷載，防止天溝受到不利的風(fēng)荷載。

這種不銹鋼天溝系統(tǒng)較之以往鋼板天溝構(gòu)造具有良好的防水效果。鋼板天溝在搭接處若采用焊接，天溝會(huì)產(chǎn)生很大變形，與屋面板連接處會(huì)出現(xiàn)無(wú)法封堵的縫隙；若采用搭接形式，密封膠失效后會(huì)產(chǎn)生漏水；鋼板天溝防腐處理不好會(huì)銹蝕，且需要定期維護(hù)。不銹鋼天溝可以采用焊接，不銹蝕，無(wú)安全隱患。

2.3 屋面防裂設(shè)計(jì)

為防止屋面大面積龜裂，設(shè)計(jì)上采用現(xiàn)澆40~60 mm厚的剛性層，配置￠4＠100雙向，并且摻入礦物抗裂纖維。

2.4 外墻防裂設(shè)計(jì)

由于外墻外保溫墻體外貼面磚本身就容易脫落，再加上晝夜溫差大等特點(diǎn)就很難貼面磚，因此，本工程外墻面選用砂壁狀涂料[7]，并在基層砂漿中摻入礦物抗裂纖維；外墻涂料層選用吸附力強(qiáng)、耐候性好、耐洗刷的彈性涂料；外粉刷必須設(shè)置分格縫；腰線、雨篷、陽(yáng)臺(tái)等部位必須粉出不小于2%的排水坡度，且靠墻體根部處應(yīng)粉成圓角；滴水線寬度應(yīng)為10～20 mm，厚度不小于12 mm，且應(yīng)粉成鷹嘴式；2種不同基體交接處設(shè)置鋼絲網(wǎng)，深入兩側(cè)基體不小于1 500 mm。

2.5 減少窗的開(kāi)啟扇

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)門窗不斷的開(kāi)啟，會(huì)造成風(fēng)沙的侵入，因此換流站建筑物盡量減少窗的開(kāi)啟扇數(shù)量和尺寸，同時(shí)窗扇開(kāi)啟扇的寬度小于600 mm。

2.6 雨水落水管清沙口

建筑物雨水落水管在離地1 m高處設(shè)清砂口防止其堵塞，并在建筑物周邊設(shè)沉沙井。

3 結(jié)語(yǔ)

1）±400 kV格爾木換流站換流建筑物與常規(guī)±500 kV直流工程布置方式基本相同，主要區(qū)別是將人、自然、節(jié)能等元素很巧妙地同建筑融合，減少惡劣環(huán)境對(duì)建筑物的損害，進(jìn)行科學(xué)合理的節(jié)能、防風(fēng)、防沙、防曬裂的構(gòu)造設(shè)計(jì)，在降低建筑物能耗的同時(shí)延長(zhǎng)建筑物使用壽命，提高建筑使用舒適度。

2）建議在今后的高壓直流換流站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定或變電站設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂中增加惡劣環(huán)境的節(jié)能、防風(fēng)、防沙、防裂設(shè)計(jì)章節(jié)。

[1] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布.GB50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 26-2010嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[3] 吳藝文,盧乃愷,王熾欣.淺談徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)變電站的建筑設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)與清潔能源,2010,26(4):64-67.WU Yi-wen,LU Nai-kai,WANG Chi-xin.The eplore of the architecture design of the Guangdong YUDEAN Xuwen Yangqian wind power plant[J].Power System and Clean Energy,2010,26(4):64-67.

[4] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布.GB 50016-2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T 5223-2005高壓直流換流站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[6] 陳傳新,王靜,朱功輝,等.±800 kV換流站閥廳和主控樓結(jié)構(gòu)選型[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2009,3(5):10-14.CHEN Chuan-xin,WANG Jing,ZHU Gong-hui,et al.Structure form selection of the valve hall and control building of±800 kV DC converter station[J].Southern Power System Technology,2009,3(5):10-14.

[7] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ 144-2004外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)定[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.