模塊化智能變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計研究

黃永旭

摘要：如今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生產(chǎn)及生活中對變電站系統(tǒng)的應(yīng)用要求越來越高，尤其是在變電站設(shè)計方面，節(jié)能性的理念逐漸深入人心。文章分析了變電站總體平面的布置設(shè)計原則，分析了變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計的基本要點(diǎn)。分析了模塊化智能變電站預(yù)制艙外表面積及特征對節(jié)能性的影響，從配置自動艙門、優(yōu)化采光設(shè)計、環(huán)境溫度監(jiān)控等角度，對變電站預(yù)制艙的細(xì)節(jié)化節(jié)能設(shè)計進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：模塊化;智能變電站;預(yù)制艙;節(jié)能設(shè)計

一、變電站預(yù)制艙節(jié)能設(shè)計的基本原則及節(jié)能性設(shè)計意義

（一）總體設(shè)計原則

變電站是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，為了滿足不同的供電管理需求，針對變電站的整體設(shè)計需要考慮多方面因素。而預(yù)制艙則是我國基于標(biāo)準(zhǔn)配送式理念而推出的戶外智能變電站。這種變電站主要設(shè)立于戶外，而預(yù)制艙則可以被認(rèn)為是為變電站系統(tǒng)搭建、運(yùn)行所搭建的空間?？紤]到預(yù)制艙本身以及工作環(huán)境的特殊性，其節(jié)能性設(shè)計尤為重要。首先，變電站的整體布置應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境特征做好充分考慮，基本原則是將變電站預(yù)制艙整體設(shè)計為南北走向，這樣做的目的在于避免其大部分主體部位長時間被太陽直曬。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)特征，對朝向進(jìn)行微調(diào)，使變電站預(yù)制艙在夏季能夠利用季風(fēng)通風(fēng)，在冬季能夠依靠太陽輻射，進(jìn)而保證其內(nèi)部溫度的穩(wěn)定性。其次，要對現(xiàn)場地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文條件進(jìn)行全面的勘察，確保將變電站布置在地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、地下水位較低的位置。另外，在城市區(qū)域內(nèi)的變電站設(shè)計，還要在安全和節(jié)能方面做到兼顧，再結(jié)合技術(shù)管理需求，合理配置預(yù)制艙和各個功能區(qū)的相對位置關(guān)系，便于在后期運(yùn)行管理的時候進(jìn)一步減少能耗，提高效率。

（二）節(jié)能性設(shè)計意義

如今人們生產(chǎn)生活對電力的需求越來越大，各種規(guī)模的變電站長期需要處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，其中的預(yù)制艙是主要的能耗體。由于傳統(tǒng)的變電站設(shè)計建造缺乏節(jié)能性理念，其運(yùn)行管理過程中存在較為嚴(yán)重的能耗問題。一方面，為了滿足當(dāng)代電力生產(chǎn)管理的相關(guān)需求，變電站預(yù)制艙并不能完全在一個十分理想的環(huán)境中搭建和運(yùn)行，因此其很容易因環(huán)境因素而導(dǎo)致能耗過高。另一方面，如今預(yù)制艙內(nèi)部涉及到的各類電力裝置越來越多，進(jìn)而對內(nèi)部空間規(guī)劃要求較高，如果設(shè)計時沒有充分考慮節(jié)能，將很可能產(chǎn)生因散熱不足、隔熱保溫能力較差等原因?qū)е碌哪芎膯栴}。而基于節(jié)能降耗理念的節(jié)能設(shè)計，不僅能夠很好的減少變電站預(yù)制艙的整體能耗，還可以進(jìn)一步促進(jìn)模塊化智能變電站預(yù)制艙系統(tǒng)的智能化水平。

二、模塊化智能變電站預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計方案

（一）四面結(jié)構(gòu)設(shè)計

模塊化智能變電站預(yù)制艙中，墻面和屋面是整個系統(tǒng)接觸外界環(huán)境的主體，其保溫隔熱能力將很大程度上影響系統(tǒng)的節(jié)能性。為此，在這部分結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過相對復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，以及不同材質(zhì)組合，發(fā)揮墻體及屋面熱斷橋效能。同時，還可以在該結(jié)構(gòu)中加入可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整通氣、密閉的隔熱層，在改善艙內(nèi)熱環(huán)境的基礎(chǔ)上，滿足不同季節(jié)和時間的節(jié)能需求。在保溫材料的使用以及外層結(jié)構(gòu)的厚度設(shè)計方面，要結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境做好暖通計算，在充分考慮空間利用、實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性等方面的基礎(chǔ)上，選擇合適的保溫層厚度。

另外，模塊化智能變電站預(yù)制艙通常會在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)行，其底部如果與地面直接接觸，將可能導(dǎo)致熱量損失過快。所以，針對預(yù)制艙的底部，要使用密封性佳、憎水率高的保溫材料，可以有效應(yīng)對潮濕的地面環(huán)境，更大程度上隔絕底部和外界環(huán)境。

（二）艙體呼吸口設(shè)計

在模塊化智能變電站預(yù)制艙的各個位置，需要適當(dāng)設(shè)置一些呼吸口，在滿足空氣流通需求的同時，避免艙內(nèi)外溫度互相影響。針對呼吸口的設(shè)計，首先需要考慮到空氣熱脹冷縮的基本特性，使其自動進(jìn)行排氣、吸氣，維持艙內(nèi)氣壓平衡，以避免因氣壓變化而影響艙體保溫性能。在環(huán)境出現(xiàn)升溫或降溫的過程中，得益于呼吸口的空氣交互，可以盡量延緩艙內(nèi)溫度變化速度，進(jìn)而延遲空調(diào)啟動時間，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。當(dāng)艙內(nèi)溫度變化達(dá)到設(shè)置好的空調(diào)、暖通設(shè)備啟動數(shù)值時，艙體各個位置的呼吸口將自動關(guān)閉，結(jié)合智能化的新風(fēng)系統(tǒng)，讓艙體內(nèi)部形成相對穩(wěn)定的隔熱腔體，進(jìn)而達(dá)到隔熱保溫的目的。值得一提的是，為了滿足艙體內(nèi)人員的工作需求，在空調(diào)、暖通系統(tǒng)啟動期間，也可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)開啟一部分呼吸口，在盡量延緩溫度變化的情況下，保證艙內(nèi)空氣清新。

顯然，這種“呼吸艙”的設(shè)計理念，在理論方面是具有不錯應(yīng)用價值的。為了進(jìn)一步證明其對提升變電站預(yù)制艙節(jié)能性的效果，通過在自然環(huán)境、日照環(huán)境相同的位置，設(shè)置兩個規(guī)格相同但分別采取常規(guī)設(shè)計和呼吸艙設(shè)計理念的變電站預(yù)制艙，進(jìn)行節(jié)能性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過超過半年的實(shí)驗(yàn)對比，發(fā)現(xiàn)基于呼吸艙設(shè)計理念的預(yù)制艙內(nèi)部環(huán)境溫度變化趨勢相對平緩，在同樣的外部環(huán)境狀態(tài)下，兩種預(yù)制艙內(nèi)部環(huán)境溫差最高達(dá)到了7.9℃。另外，對兩個預(yù)制艙暖通空調(diào)設(shè)備累計開啟時間以及總耗電量數(shù)值進(jìn)行記錄和對比，發(fā)現(xiàn)“呼吸艙”設(shè)備開啟時長僅為常規(guī)艙的56%左右，耗電量也遠(yuǎn)低于常規(guī)艙。這說明這種呼吸艙式的設(shè)計理念，在變電站預(yù)制艙的節(jié)能應(yīng)用中有較好的效果。

三、模塊化智能變電站預(yù)制艙外表面節(jié)能設(shè)計

（一）外表面色彩

在模塊化智能變電站預(yù)制艙的整體設(shè)計中，作為變電站的主要建筑，預(yù)制艙外表色彩與節(jié)能性也有一定的關(guān)系。除了不同地區(qū)、相關(guān)政策的規(guī)定以外，關(guān)于預(yù)制艙外表色彩的搭配設(shè)計，需要充分考慮不同色彩反光率乃至吸熱能力的差異。實(shí)驗(yàn)證明，在相同日照環(huán)境下，白色外表與黑色外表下的室內(nèi)溫差最高可以達(dá)到3.9℃。因此，在預(yù)制艙的外觀設(shè)計方面，需要考慮當(dāng)?shù)貧夂蚣叭照諚l件，在盡量使用淺色外觀的基礎(chǔ)上，適當(dāng)加入一些深色搭配。尤其在冬季比較寒冷的地區(qū)，可以在預(yù)制艙偏南朝向位置加入一些深色元素。

（二）外表面材料

顯然，不同材料的反光率及吸熱率也存在差異，尤其是金屬和非金屬材料的導(dǎo)熱能力差異巨大。所以，在模塊化智能變電站預(yù)制艙外表設(shè)計方面，應(yīng)當(dāng)盡量選用非金屬材料。值得一提的是，即使是相似的水泥砂漿材料，其導(dǎo)熱系數(shù)都是存在差異的。如今事實(shí)證明GRC水泥砂漿材料是一種可以兼顧節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性的材料，在模塊化智能變電站預(yù)制艙外層結(jié)構(gòu)中有很好的應(yīng)用價值。

（三）其他節(jié)能措施

基于模塊化智能變電站預(yù)制艙的智能化模塊，可以利用智能技術(shù)，進(jìn)一步提升預(yù)制艙的技能性。比如，針對預(yù)制艙門可以采取自動化關(guān)閉設(shè)計方案，避免艙門長期開啟而導(dǎo)致熱損失的情況。同時，在以主控室為代表的工作區(qū)域，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置采光窗，再結(jié)合合理的遮陽棚設(shè)計，盡量利用自然光減少日光燈的使用時間，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。最后，在預(yù)制艙內(nèi)的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，要重視對變頻技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合智能化的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過智能啟停裝置，進(jìn)一步減少系統(tǒng)能耗。

結(jié)束語：

綜上所述，如今我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，在電力行業(yè)中模塊化智能變電站預(yù)制艙的建造應(yīng)用為大勢所趨。針對這種在特殊環(huán)境下建造和使用的系統(tǒng)，需要積極秉承節(jié)能降耗的原則，在整體結(jié)構(gòu)、外部表面及一些細(xì)節(jié)化部分，做好節(jié)能設(shè)計。在這個過程中，要充分考慮不同結(jié)構(gòu)、不同材料及色彩帶來的節(jié)能效果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析，得出最優(yōu)設(shè)計方案，為我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出關(guān)鍵貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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