外围护结构热工参数对变电站建筑能耗的影响

外围护结构热工参数对变电站建筑能耗的影响

梁浩钊

东莞电力设计院有限公司 广东东莞 523000

摘要:近年来现代建筑的快速发展，为人们的生活带来了很多的改变，首先建筑提高了人们居住生活环境，其次有点带面地促进了社会现代化发展，建筑物选型越来越多样和复杂；但是这一进步也对能源的消耗和环境的污染问题却日益严重，建筑物与“节能减排”理念融入，是如今大部分工程师所需要面对的问题。以外围护结构的热工性能为例，通过动态模拟东莞地区某110kV变电站建筑，发现当外围护结构的热工参数越大时，空调的能耗越低，反之越高。因此，建筑设计人员在设计外围护结构时，应该注意外围护结构的热工性能。

关键词:外围护结构；热工参数；变电站建筑能耗；影响；

引言：

变电站在实际的运行中，10kV高压室、蓄电池室、继电器室、接地变室的热量较高；为了延长设备寿命和安全事故的发生，通常会对其进行下方吸风，上方排风散热的传统模式，但风机的散热效果始终有限，通常会在东莞地区会结合24小时开启空调来降低温度，从而这方法会造成消耗巨大的能耗。外围护结构的热工设计使变电站的能耗问题得到改善。外围护结构简单大概分为外墙、外门窗、屋顶、过界楼墙体和楼板等包裹建筑的表面体；其中建筑物外墙在外围护结构中占比可达80%，与室外空气接触的最多，通过外墙来传递变电站内设备产生的热量将成效显著，是外围护结构节能设计的关键。

1. 模拟实验

据相关资料显示，在研究外围护结构设计与变电站能耗的关系时，一般在夏热冬冷或者严寒地区，对夏热冬暖地区的考虑还比较少。所以下面本文将通过DeST-C动态模拟东莞地区某110kV变电站建筑，来分析外围护结构对变电站空调能耗的影响。

该110kV变电站建筑是南偏东的朝向，朝向角度为16度，建筑的高是16.3米，总共3层，第一层的层高是5.0米，第二层的层高是3.5米，第三层的层高是均为4.0米，空调面积约为2000.0平方米，东朝向的窗墙比是0.07，西朝向的窗墙比是0.06.北朝向的窗墙比是0.03，南朝向的窗墙比是0.02。

由于东莞的天气特点是大部分时间处于20度以上天气，所以在进行空调使用的高峰期季节设定时，应设定在5月到10月之间；期间空调的运行模式是全开。目前我国还没有针对变电站的节能技术标准，因此，在进行建筑模型的外围护结构的热工参数构造时，参考了GB50189的相关资料。

通过参考相关资料，确定外窗的传热系数K、遮阳系数S_c的取值范围，分别是：1-5W/(m².k)和0.2-2.9。在模拟实验的过程中，主要通过控制变量的方法，来研究外围护结构的热工参数对变电站空调能耗的影响，比如：控制外窗、屋面以及楼板的热工参数不变，将S_c设置为0.5，通过对外窗的传热系数进行变化，来分析外窗的传热系数和变电站空调能耗的关系，以此类推，研究外墙、屋面、阳传热系数以及外窗的遮阳系数和变电站空调能耗的关系。

2. 模拟结果分析

2.1外窗（双层夹胶玻璃）传热系数（K）对变电站空调能耗的影响

经过模拟实验可以得出，当外窗的传热系数逐渐增大时，变电站建筑的空调能耗反而在逐渐降低，其变化情况如图1所示。因为户内变电站的空调能耗主要是室内热扰引起的，传热的方向是由内向外，再加上空调冷负荷（由室内热扰、建筑蓄热以及外窗传热相互间作用引起）的作用，所以空调的能耗与外窗的传热系数成反比关系，即，外窗的传热系数增大，空调的能耗降低，但变电站空调能耗降低的幅度并不高，其所产生的最大节能是10.15kw.h/m²，节能率是7%。

图1 外窗的传热系数/[W/(m².k)]

2.2外窗（双层夹胶玻璃）遮阳系数（S_c）对变电站空调能耗的影响

经过模拟实验可以得出，当外窗的遮阳系数逐渐增大时，变电站建筑的空调能耗也在逐渐增大，其变化情况如图2所示。因为东莞的天气特点是夏季的时间相对漫长，湿气和温度比较高，太阳的辐射最为强烈。外窗的遮阳系数是判断外窗遮阳效果的标准。当外窗的遮阳系数越小时，阳光经过窗户投射到室内的太阳辐射也就越小，当外窗的遮阳系数越大时，阳光经过窗户投射到室内的太阳辐射也就越大。所以，空调的能耗与外窗的遮阳系数成正比关系，即，外窗的遮阳系数增大，空调的能耗也增大，但变电站空调能耗增大的幅度并不高，其所产生的最大能耗差是10.59kw.h/m²，节能率是百分之7。

图2 外窗的遮阳系数

2.3外墙（采用900x450瓷砖）遮阳系数（K）对变电站空调能耗的影响

经过模拟实验可以得出，当外墙的传热系数逐渐增大时，变电站建筑的空调能耗反而在逐渐减小，其变化情况如图3所示。室内空调所产生的负荷主要是制冷负荷，变电站建筑的室内热源主要是设备运行，其产生的热量十分稳定。在夏季，当变电站建筑室内的温度设置为26摄氏度，而变电站建筑室外的温度比其高时，外墙的热量是通过外墙由室外向室内传入。在夏日夜晚和夏季到冬季的过渡季部分时段，当外墙的传热系数逐渐增大，变电站建筑室内向变电站建筑室外散发的热量也就越大，可以说，通过外墙从室内向室外散发热量，在一定程度上可以减小电气设备的发热量。所以，空调的能耗与外墙的传热系数成反比关系，即，外墙的传热系数增大，空调的能耗减小，其所产生的最大能耗差是236.03kw.h/m

²，节能率是百分之15.6。

图3 外墙的传热系数/[W/(m².k)]

2.4屋面（成品水泥隔热砖）传热系数（K）对变电站空调能耗的影响

经过模拟实验可以得出，当屋面的传热系数逐渐增大时，变电站建筑的空调能耗反而在逐渐减小，其变化情况如图4所示。因为变电站建筑室内的电气设备非常多，其不仅产生的热量多，热流的密度还大。在夏日白天，空调所产生的负荷主要是受室内热扰和屋面传热的作用影响。在夏日夜晚和夏季到冬季的过渡季部分时段，空调所产生的负荷主要是热内热源产生的热量和外墙传入的热量的差值。所以，空调的能耗与屋面的传热系数成反比关系，即，屋面的传热系数增大，变电站建筑经过屋面由内向外散发的热量也就越大，空调的能耗也就越小。其所产生的最大能耗差是46.12kw.h/m²，节能率是百分之3.2。

图4 屋面的传热系数/[W/(m².k)]

2.5综合节能分析

通过以上分析结构可以得出，外墙的传热系数能最大限度的减小变电站建筑空调的能耗，而屋面的传热系数和外窗的传热系数在变电站建筑空调节能方面，贡献率不大。因此，在进行外围护结构的节能设计时，应该按照外墙、屋顶、外窗的顺序来考虑设计。

3. 结束语

综上所述，通过DeST-C动态模拟东莞地区某变电站建筑分析得出，在保证没有自然通风的前提下，如果其他因素没有变化，那么变电站建筑空调的能耗与外墙、屋面、外窗的传热系数就成反比关系，与外窗的遮阳系数成正比关系。其中，外围结构中（外墙、屋面、外窗）的热工参数对变电站建筑空调能耗的影响，按贡献率大小来排序，依次是：外墙、外窗、屋面。

参考文献：

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