發布日期:2022-04-20 點擊率:60
引言
模塊化、智能化預制艙變電站,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、抗沖擊等優點,在應用過程中已逐步得到市場的廣泛認可。隨著預制艙產品大范圍推廣,使用區域多樣化,在面臨高溫、高寒、高濕等特殊使用環境時,為改善變電站預制艙熱環境,需提高暖通空調系統的能源利用效率,從根本上改善用能浪費的狀況,為實現國家節能和環保戰略、貫徹有關政策和法規作出貢獻。
1變電站總平面布置設計
1.1朝向基本原則
(1)變電站總平面布置設計應盡量使模塊化智能變電站預制艙主體結構長度(較長的一面)方向為南北朝向,避免東西向日曬。
(2)根據項目現場當地水文情況,微調變電站朝向,使變電站冬季能獲得足夠的日照并避開主導風向,夏季能利用自然通風、太陽輻射。一般可借鑒項目地區城市建筑群基本朝向。
(3)應充分考慮社會歷史文化、地形、城市規劃、道路、環境等制約條件,權衡各個因素之間的得失輕重,進一步優化變電站朝向。
1.2 小結
變電站總平面布置設計朝向對模塊化智能變電站預制艙節能有著非常深遠的影響,在模塊化智能變電站預制艙總平面布置設計時,應充分考慮變電站方位選擇,在模塊化智能變電站預制艙主體為南北主朝向的前提下,結合當地地理、水文條件等選擇項目現場的最佳朝向或接近最佳的朝向,如圖1所示。
2預制艙艙體結構節能設計
(1)預制艙墻面及屋面均采用了施工相對復雜的多層復合結構形式,通過結構、材質、隔熱墊片等進一步鞏固墻體熱斷橋效能,并且在復合結構中設計了可密閉、可呼吸的空氣隔熱層 ,進一步改善艙體熱環境,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項目地使用環境進行暖通計算,結合經濟性、適用性、空間合理性等因素選擇最優保溫厚度設計,如圖3所示。
(3)為避免熱量通過預制艙底部損耗,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部,實現底部與外界環境的完全隔絕。
(4)艙體頂部屋檐及底部或墻壁處設置適量呼吸口,確保空氣可以呼吸交互,但又不會造成空氣與外部環境溫度同化。
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,保持內外氣壓平衡,避免因氣壓的變化造成空氣導熱系數的變化,進而影響保溫性能,如圖4所示。
2)在逐漸升溫(降溫)過程中,艙體內外部空氣通過呼吸口進行自由交互,自動平衡內部
環境溫度 ,進而延遲空調啟動時間,降低能耗。
3)當溫度上升(下降)至工業設備啟動溫度時,艙體內部呼吸口自動關閉,使得空氣隔熱層形成封閉式空氣隔熱腔體,如圖5所示。
4)必要時即便在設備啟動狀態也可以打開呼吸口,對墻體內部的空氣進行呼吸輪換,避免空氣污濁,如圖6所示:對電纜層進行適當加熱(制冷),使電纜層空氣溫度也保持了新風環境,從而確保了電纜的使用壽命。
(5)會呼吸的預制艙型式試驗:
1)試驗目的:為了驗證"會呼吸的預制艙"和"常規預制艙"艙體防火保溫性能,更加客觀科學地比較分析"會呼吸的預制艙"隔熱性能,為后續項目結構體系選型提供更加有說服力的理論依據。
2)試驗的客觀條件:相同地址,同樣的日照環境,樣品外形尺寸相當,工業設備功率一致。
樣品制作工藝及結構特點如表1所示。
3)試驗結果:
不開工業設備條件下 ,根據圖7對比得知:
①會呼吸的預制艙借助自由呼吸的功能,在溫度上升和下降過程中,艙體內部的溫度變化相對平緩:
②會呼吸的預制艙比常規預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,設定空調溫度為25℃條件下,一整天兩臺艙體耗電量統計如表2所示。
表2試驗樣品艙體耗電量對比參照表
試驗樣品 |
耗電量 |
工作時長 |
樣品一 |
2.5 kwh |
3 h |
樣品二 |
5.2 kwh |
6.5 h |
3模塊化智能變電站預制艙外表面對能耗的影響
(1)色彩的搭配對于產品外觀設計具有很重要的意義,模塊化智能變電站預制艙是整個變電站主要建筑,預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,產品就會脫穎而出。不同的設計人員、不同的業主、不同的企業、不同的地域大家對變電站預制艙外觀色彩搭配都各自有各自的想法,想將外觀設計得更具企業特色,更具辨識度,但設計師們往往忽略了顏色對艙體能耗的影響。
(2)研究(廣州地區水泥住宅樓)表明,不同的顏色對太陽輻射吸收系數各有不同,如表3所示,且不同的輻射吸收系數對建筑物的年平均室溫影響幾乎呈線性關系,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參照表
涂料顏色 |
表面性質 |
吸收系數ρ值 |
深黑色 |
光滑 |
0.92 |
深綠色 |
光滑 |
0.89 |
深藍色 |
光滑 |
0.88 |
大紅色 |
光滑 |
0.74 |
淺色系 |
光滑 |
0.5 |
白色 |
光亮 |
0.25 |
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的年平均基礎室溫
(3)若模塊化智能變電站預制艙采用鋼制材料制作,太陽輻射吸收系數遠高于水泥材質,故年平均室溫差將遠超3℃,如表4所示。
(4)根據不同材料的特性,模塊化智能變電站預制艙外墻表面宜首選導熱系數相對較低的非金屬材料(例如:GRC水泥砂漿材料):考慮工廠預制后長距離運輸及吊裝拼裝作業,為確保可靠性、穩定性可適當選擇建筑鋼材作為外墻材料。
(5)在設計模塊化智能變電站預制艙外表面涂料顏色搭配時,為實現變電站節能設計,在兼顧美觀/企業特色等因素的基礎上應充分考慮不同顏色的選擇。
1)夏熱冬暖地區:推薦以白色作為預制艙艙體主基色,以淺色系顏色作為搭配色設計預制艙艙體外觀。
2)夏熱冬冷地區:可適當增加選擇較深顏色,為兼顧夏季隔熱性能,原則上也應選擇以淺色系為主設計預制艙艙體外觀。
4模塊化智能變電站預制艙外部表面積對節能設計的影響
瓦楞板結構與相同厚度平板結構相比有更加優異的機械結構強度,在變電站預制艙領域也得到應用和推廣。通過計算,相同有效長度瓦楞板是平板表面積的1.1倍,即瓦楞板預制艙"樣品二"的表面積是平面預制艙"樣品一"外墻的1.1倍,如圖9所示。艙體表面積越大,單位時間內吸收的熱量就越多,那么瓦楞板預制艙單位時間內吸收的熱量就是平面預制艙的 1.1倍。
綜上,從模塊化智能變電站預制艙節能設計的角度考慮,不建議使用瓦楞板外形,尤其是高溫(高寒)地區大型變電站。
5其他節能措施
(1)預制艙門宜設有自動關閉功能,盡量避免艙體內部與外界環境溫度交換造成熱量損耗。
(2)人員工作密集艙室(主控室等),應適當設計采光窗,降低日光燈照明時間,降低能耗損失。采光窗外部宜設置遮陽棚,增加窗戶隔熱能力。
(3)應設計帶自動啟停功能的智能工業設備,實現艙室內部環境自動控制,減少能耗。
6 結語
模塊化智能變電站預制艙節能設計對變電站節能設計有著非常重要的意義,在智能設備基礎上智能會呼吸的預制艙為真正實現智能變電站的宏偉目標貢獻了一份力量。希望以上對模塊化智能變電站預制艙節能設計的闡述和分析,可以幫助變電站設計人員結合項目實際情況實現變電站節能設計提供參考。
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