集中控制楼建筑节能设计

作者：高　元 (西南电力设计院,四川成都　610021)

摘要:火力发电厂遍及全国各地,分属不同的气候分区,发电厂中集中控制楼采取建筑节能设计对节能减排具有十分现实的意义,本文试图通过对建筑节能设计的理解,针对集中控制楼的功能,根据国家有关建筑节能设计标准,探讨集中控制楼节能设计的思路和对策.

关键词:集中控制楼;建筑节能;建筑功能;设计标准;目标;对策;方法;节能构造

中图分类号:TU 201.5　　　文献标志码:A

集中控制楼开展建筑节能设计,首先有利于节约资源、保护环境、促进可持续发展.其次,发电企业已将节能减排、建设最佳能效电厂、提高投资效益、体现社会责任感作为今后建设的目标.其三,充分考虑建筑热工设计,有利于保证室内基本环境质量要求.其四,实施较为独立,节能技术与节能材料已十分成熟,具有可操作性.

集中控制楼是发电厂中唯一设置全年全时空气调节系统的工业建筑,对其开展建筑节能设计有利于降低能耗,提高室内环境质量,产生良好的经济效益和社会效益.同时也符合发电企业电厂节能工程的指导原则(效益为主、分项实施、技术更新、重点突破).

本文结合发电厂中集中控制楼的特点,根据节能设计中相应标准和要求提出集中控制楼节能设计的思路和对策,以求抛砖引玉.

1　集中控制楼建筑功能分析

集中控制楼为多层综合性工业建筑,是全厂生产调度和运行控制中心.该建筑通常布置在两炉之间,也有布置在主厂房固定端侧或A轴侧等.根据工艺要求,一般设置有集中控制室(单元控制室)、计算机房、电子设备室、热工设备维修室、电缆夹层、配电间、蓄电池室、不停电电源室、直流盘室、凝结水处理室、消防设备间、空调机房、工具间等,还有值长室、交接班室、工程师室、打印室、办公室、会议室、生活间、更衣室及缓冲(空)间等附属用房,并根据需要设置参观走廊.

根据《火力发电厂设计规程》规定,位于采暖和采暖过渡区的集中控制楼设置集中采暖集中控制室(单元控制室)、计算机房、电子设备室应按全年性空气调节系统设置.当夏季通风室外计算温度t≥33℃,或当夏季通风室外计算温度30℃≤t≤33℃,最热月月平均相对湿度≥70%时,集中控制楼内有散热量较大的电气设备时,通风系统宜采用降温措施.因此,按规范要求,在严寒和寒冷地区集控楼全楼设置采暖系统.位于其他地区(夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区)的集中控制楼除集中控制室(单元控制室)、计算机房、电子设备室必须设置空气调节系统外,通常继电器室、高低压配电室、值长室、交接班室、工程师室、打印室、办公室、会议室、生活间以及参观走廊等也设置空气调节系统.

2　集中控制楼建筑节能的标准与目标

由于我国建筑节能设计刚刚起步,国家还未对工业建筑提出明确的节能要求.但对设置有采暖、通风、空气调节系统的集中控制楼考虑建筑节能设计又势在必行,综合考虑各种因素,认为可以参照国家《公共建筑节能设计标准》(以下简称《标准》)执行.这是因为:

(1)与《标准》编制的原则相符合.对高耗能建筑提倡建筑节能设计是建立节约型社会的关键环节,而设置全年性空气调节系统的集中控制楼耗能特征符合《标准》整治要求.

(2)与《标准》的节能目标具有一致性.

(3)与《标准》的节能方法具有一致性.

建筑气候分区对集中控制楼的基本要求应符合《火力发电厂建筑设计规程》中的“建筑热工与节能”的规定.集中控制楼建筑节能的目标是按照《标准》的要求,建成节能型建筑.

3　集中控制楼建筑节能设计对策

集中控制楼建筑节能设计的对策是采取控制建筑体形系数、降低围护结构和外门窗传热系数等措施,实现节能目标,建成节能型建筑.

3.1　控制体形系数

体形系数即建筑的外表面积与体积之间的比值.尽管常规集中控制楼体形系数一般比较小(位于两炉之间的集中控制楼体形系数通常小于0.25).但明确控制集控楼体形系数的措施,有利于建筑进一步开展节能设计.控制建筑体形系数首先是在满足工艺布置的前提下,减少建筑面宽,加大建筑进深;其次,增加层数,采用集中布置;第三,体型设计应简洁,凹凸面不宜太多.

3.2　降低传热系数

传热系数是建筑节能的核心指标,建筑节能最主要的工作就是降低所有的围护结构如门、窗、外墙、屋顶、隔墙、楼板以及地面的传热系数,控制热量在材料里传递的速度,提高材料的隔热性能.

3.2.1 降低外墙传热系数

任何气候分区的建筑外墙不作保温的习惯做法绝对达不到《标准》的要求.因此,建筑节能设计应首先考虑外墙保温设计方案.衡量是否达到节能建筑的重要指标之一就是外墙传热系数(外墙传热系数是平均传热系数概念,对于冷(热)桥部位(指集控楼框架梁、柱、构造柱、门窗过梁)按面积加权法求得平均传热系数)是否符合标准要求.降低外墙传热系数涉及对外墙保温方式和保温材料的选择.

(1)外墙保温方式的选择.

外墙保温方式分为外墙外保温、内墙内保温和中间保温.由于外墙外保温与其他方式相比具有技术成熟、产品寿命较长、节能效果好、适用范围广、技术含量高、保护主体结构、延长建筑物寿命、有效减少热桥、增加建筑空间、消除冷凝等明显的优越性,因此集中控制楼宜采用外墙外保温系统.

(2)外墙保温材料的选择.

节能材料属于保温绝热材料.要最大限度地阻抗热流的传递,要求绝热材料必须具有吸湿率低、传热系数小和热阻高的特性.另外,保温绝热材料还必须能抵抗一定的冲击荷载,具有与使用环境相一致的机械强度.其粘结性能要好,还得有小的收缩率及与环境相适应的耐久性.能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料尽管较多,但通常采用阻燃性膨胀型聚苯乙烯(EPS)板和挤塑型聚苯乙烯(XPS)板应用较为普遍.

3.2.2　降低外门窗传热系数

外门窗是建筑节能降耗的关键部位,在保证日照、采光、通风等要求的前提下,尽量减小外门窗的面积,提高外门窗的气密性,减少渗透量和耗热量.其节能措施主要有:

(1)减少集中控制楼的窗墙面积比,严格控制东、西向开窗,尽可能不开或少开带型窗.

(2)提高外门窗的气密性:

①集控楼高度20 m以上的外窗抗风压和气密性能不宜低于4级、水密性能不低于3级.

②集控楼高度20 m以下的外窗抗风压和气密性能不宜低于3级、水密性能不低于2级.

③严寒地区集控楼的外门应设门斗,寒冷地区集控楼的外门宜设门斗或应采取其他减少冷风渗透的措施.其他地区建筑外门也应采取保温隔热节能措施.

(3)改善外窗的保温性能:

①在严寒地区,集控楼外窗的保温性能不应低于《建筑外窗保温性能分级及其检测方法》GB/T848-2002规定的7级水平;

②在寒冷地区,集控楼外窗的保温性能不应低于《建筑外窗保温性能分级及其检测方法》GB/T848-2002规定的3级水平.

(4)为减少单片玻璃的传热,使用低辐射系数玻璃.

(5)为降低玻璃系统的传热,使用带有隔热层的中空玻璃.

(6)使用三腔或四腔结构的PVC框料,或带断热构造的金属框料.

3.2.3　降低屋面传热系数

为提高屋面保温隔热性能,降低屋面传热系数,应遵循以下原则:

(1)应采用导热系数小,蓄热系数大的保温材料,但应注意不能采用密度过大的材料,防止屋面荷载过重;

(2)应根据屋面结构形式、环境气侯条件、防水处理方法和施工条件等因素,选择保温隔热材料,重视经济比较;

(3)根据热工要求,决定保温材料厚度,同时应注意材料的排列层次,提倡倒置式屋面;

(4)执行屋面防水技术和验收规范,注意不要使用吸水率高的材料.集中控制楼屋面宜选择挤塑型聚苯乙烯(XPS)板作为保温材料.

3.2.4　降低楼(顶)面和隔墙的传热系数

如第1部分所述,在集中控制楼内并非所有房间都设置采暖和空气调节系统.

位于严寒或寒冷地区的集中控制楼,考虑设备自身的发热,通常在电缆夹层和配电室内不考虑设置采暖装置.而位于其他地区的集中控制楼,其空气调节系统的主要负荷集中在集控楼运转层.因此对集控楼内采暖区域与非采暖区域之间(包括楼板和隔墙)、空气调节区域与非空气调节区域之间(包括楼板和隔墙)采用保温措施,降低楼(顶)面和隔墙的传热系数,有利于建筑节能.

3.2.5　降低地面传热系数

地面散热量由于仅占建筑物围护结构总耗热量的3%~5%.所以,在一般情况下,只要其传热系数满足建筑热工要求,无须对地面采取特殊的保温措施.

3.2.6　热桥部位的内表面温度

在《标准》中规定“外墙与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度”.建筑中出现内部冷凝(冷凝界面出现在墙体内部)和内表面结露(冷凝界面或露点温度td出现在墙体内表面)都是规范不允许的.

为防止冬季采暖期间热桥内外表面温差小,内表面温度容易低于室内空气露点温度,造成围护结构热桥部位内表面产生结露;同时也为避免夏季空调期间这些部位传热过大增加空调能耗.因此,应采取保温措施,减少围护结构热桥部位的传热损失.空间计算温度与空气露点温度对应见表1.

3.2.7　建筑遮阳

在建筑的空调能耗中,建筑内热源、围护结构的温差传热、新风的湿热负荷3项所占的比例之和还不及太阳辐射的热负荷这一项高,因此《标准》规定“夏热冬暖地区、夏热冬冷地区的建筑以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑,外窗(包括透明幕墙)宜设置外部遮阳(尤其是建筑东西向)”.

布置在两炉之间的集中控制楼,由于锅炉和炉后设备对阳光的遮挡,已遮蔽了太阳辐射.故可以不考虑建筑遮阳措施.但布置在主厂房固定端侧或A轴侧等其他位置的集中控制楼,应考虑建筑遮阳措施.

4　集中控制楼建筑节能构造设计推荐值

　　建筑节能最主要的工作就是降低所有的围护结构的传热系数,控制热量在材料里传递的速度,提高材料的隔热性能.

以下按建筑热工设计标准的规定,提出集控楼在不同气候分区中屋面、外墙、外挑板的节能构造和保温隔热层厚度推荐值,以及常用外窗的传热系数及节能效果值以方便设计校验和快速确定设计方案.

(1)集控楼屋面节能构造及采用挤塑式聚苯乙烯(XPS)板保温隔热层厚度推荐值见表2.

(2)集控楼外墙节能构造及采用挤塑式聚苯乙烯(XPS)板保温隔热层厚度推荐值见表3.

(3)集控楼外墙节能构造及采用膨胀型聚苯乙烯(EPS)板保温隔热层厚度推荐值见表4.

(4)集控楼外挑板节能构造及保温隔热层厚度推荐值见表5.

(5)集控楼内采暖区域与非采暖区域之间、空气调节区域与非空气调节区域之间楼板和隔墙节能构造及采用挤塑式聚苯乙烯(XPS)板保温隔热层厚度推荐值见表6:

(6)常用各种窗传热系数及节能效果见表7.

5　结　论

本文通过对集中控制楼的功能分析,提出建筑节能执行的标准、目标和对策,阐述集中控制楼的热工设计方法,推荐不同气候区建筑围护结构的节能构造设计.

集中控制楼建筑节能设计的复杂程度远大于民用建筑,节能设计考虑的因素涉及工艺布置、设备散热、空气调节(暖气)系统、室内照明、室内装修、建设成本、专业配合等方面,目前,电厂建筑节能设计还处在初级阶段,还需要不断总结、完善、修正和优化.本文希望通过对集中控制楼建筑节能设计的探讨,与各位同行一起共同探讨电厂建筑节能设计的最佳途径.

参考文献:

[1]　GB 50189-2005,公共建筑节能设计标准[S].

[2]　GB 50176-93,民用建筑热工设计规范[S].

[3]　JGJ144-2004,外墙外保温工程技术规范[S].

[4]　杨善勤.建筑节能设计手册[S].

[5]　朴永日,李之毅.如何贯彻《公共建筑节能设计标准》.