节能设计应用研究1

0引言

某电厂引进三菱/东汽联合生产的M701F燃气蒸汽联合循环机组，采用三压、再热、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉。原设计锅炉给水系统采用高中压合泵的定速给水泵，这种方式在机组启停及低负荷阶段给水调门开度较小，存在较大的节流损失，作为两班制运行调峰电厂，对给水系统进行节能改造很有必要。常用的节能技术有电机变频技术、液力耦合技术、永磁调速技术等，通过对比分析，该电厂选用了电机变频方案，高中压给水系统由高中压给水泵单泵运行改为分泵运行，新增两台中压给水泵，其中高压泵电机变频运行，中压泵电机工频运行[1]。

1高中压给水系统改造前后简介

1.1高中压给水系统异动情况

高中压给水系统的主要作用是为高中压汽包补水，同时也为高压过热器、再热器及高压旁路减温器提供减温水。节能改造前，高压给水及高过减温水取自高中压给水泵出口，中压给水、再热器减温水及高旁减温水取自高中压给水泵中间抽头。高压给水泵变频改造后，考虑低频运行时无法同时满足高中压给水需求，故新增一套中压给水系统，中压给水及再热器减温水改由中压给水泵供水，高旁减温水仍取自高中压给水泵中间抽头。系统流程如图1所示。1.2变频改造后接线特点原设计高中压给水泵一运一备，两台高中压给水泵电机分别由两台6kV开关供电。变频改造采用“一拖二加旁路”方式[2]，即一台变频器可分别拖动两台给水泵，设置一台6kV开关单独给高压给水变频器供电，变频器输出端分两路分别引至高压给水泵电源开关出线处，变频接线如图2所示。变频器制造商为广州智光，型号为Zinvert-A6H2500/06B，GSA、GSB为手动刀闸，QFA、QFB为真空接触器。当给水泵由变频器驱动时，通过逻辑闭锁对应给水泵6kV电源开关合闸，处于备用的给水泵仍可通过自身电源开关启动，变频器不能同时拖动两台给水泵运行。当变频器故障时，两台给水泵均可工频启动。在保留原有接线条件下新增变频回路接线方式，接线简单灵活，但需要配置一套可靠的逻辑闭锁系统。主要的电气闭锁关系如表1所示。源分别为开关的控制电源，电磁锁的动作原理为带电解锁。由于本次改造牵涉到的联锁、闭锁回路较多，很多闭锁回路采用的是开关的转换接点，必须在变频器、变频器各旁路柜、QF1、QF2、QF3等的控制电源送上的情况下闭锁才起作用，因此在进行各项操作时务必送上上述回路的控制电源。

2变频改造后相关控制逻辑变动

2.1汽包水位控制逻辑

高中压汽包水位控制采用的是汽包水位、蒸汽流量和给水流量组成的三冲量调节，根据蒸汽流量高低分别采用单冲量调节和三冲量调节[3]。控制核心是三个比例积分器，单冲量调节单独采用一个比例积分器，三冲量调节采用两个比例积分器，单冲量调节时比例积分输入为汽包水位偏差，三冲量调节则叠加了蒸汽流量与给水流量差值作为比例积分器输入，控制输出值即作为执行机构输出。控制逻辑框图如图3所示。变频器频率控制也沿用这种控制算法，即频率输出也采取三冲量调节模式。但变频运行时高压汽包水位控制较为复杂，采用的是高压给水调门与变频器联合控制。变频运行时，设有两种控制模式：闭环控制模式和开环控制模式。闭环控制下，变频最小频率为负荷的函数，水位调节主要通过调门调节，这种模式下仍存在一定节流损失，故一般不采用；开环控制模式下，低负荷阶段变频器设定在最小频率下运行，给水流量由给水调门调节，此时变频器频率处于锁定状态。随着负荷上升，给水需求量上升，调门不断开大至90%，此时调门将锁定不动，给水流量转由变频器频率调节，调节过程中如果出现水位偏离正常水位较多、备泵联启、变频退出自动等异常情况时，高压给水调门自动解除闭锁参与水位调节。联合调节在保证安全的条件下尽可能减少调门节流损失，从而达到节能的目的。开环运行频率最小设定为可变值，主要依据给水泵电机冷却、电机振动、减温水压力、给水压力与汽包压力差值等因素确定，一般在30～38Hz，当给水母管压力对汽包压力的差值不足0.28MPa时，最小压力按一定速率向上提升，直至压差满足要求。中压系统未进行变频改造，原水位控制逻辑基本不变，给水调门根据运行情况选择三冲量或单冲量中图2高压给水变频接线图表1主要的闭锁关系压汽包水位调节。

2.2给水泵联锁功能

变频改造后，给水泵原联锁逻辑保留不动，即当给水泵工频运行时，原有高压给水泵间的联锁功能仍不变，原有的高压给水母管压力低联锁启动备用泵的功能只在工频运行时起作用。变频运行时，原给水泵出口压力低联锁启动备用泵逻辑已不适用，此时这部分逻辑被屏蔽。新增两种联锁启备泵条件：（1）闭环模式联锁启动工频备用泵的条件是给水母管压力超过汽包压力不足0.2MPa，这种联泵方式在变工况时容易导致备泵联启，现一般不采用；（2）开环模式联锁启动工频备用泵的条件是汽包水位低于-450mm，高压包正常水位波动情况下不会导致备泵联启。

3节能改造后运行出现的异常情况

3.1变频器故障引起给水泵跳闸

变频器故障分轻故障和重故障，轻故障动作发报警，重故障动作直接跳变频器。发生轻故障时变频器虽可继续运行，但也须及时处理，以防发展成为重故障。变频改造多年来该厂已发生多起因变频器故障导致的给水泵跳闸，但所幸未造成事故扩大。引起变频器跳闸的原因很多，但多数为功率模块故障，更换故障模块后则恢复正常。某电厂由于冷却系统异常停运曾造成过给水变频功率单元超温跳闸。事故时机组启动选SFC由于谐波滤波柜受潮发生接地短路，厂用电电压瞬间下降，故障切除后恢复，电压低导致变频室空调跳闸，变频装置运行时发热量较大，变频器热量积聚导致功率柜超温跳闸。为提高变频器运行可靠性，该电厂配置了一套可靠的冷却系统及监控系统。三台机给水泵变频器统一安装于单独设立的电气室，室内采用中央空调加独立空调双套配置，变频室内装有温度探头，温度信号接入DCS系统，当温度超过正常范围可发出报警，提醒运行人员关注。

3.2机组启动时中压给水泵频繁联启

某电厂#3机组中压给水泵在机组启动过程频繁联启，造成中压汽包水位波动，增加了运行风险，也缩短了设备的使用寿命。以某日#3机温态启动为例，机组转速1450r/min左右，中压系统疏水阀陆续关闭，中压汽包水位持续下降至-190mm（水位设定值为-150mm），给水调门快速开至62%，流量约60t/h，中压给水泵出口压力降至联泵值（4.0MPa），备用给水泵联启。负荷到46MW时，此时高旁开启，中压汽包水位快速降至-116mm（此时水位设定值为0），给水调门快速开至94%，出口压力下降，备泵再次联启。联启一般发生在中压系统疏水门关闭或高压旁路阀开启时，中压汽包水位突然下降，虚假水位导致中压给水调门突然开大，中压给水泵出口压力突然下降后中压泵联启，温热态启动联启较为突出，这与#3机组中压系统调节特性有关，但归根到底还是中压泵选型出力裕量不足。通过修改中压系统疏水阀关闭时间，避免多个疏水阀同时关闭造成水位剧烈波动，联启现象有所改善，但问题仍存在，需要进一步改善旁路系统调节速率，防止中压汽包水位波动过于剧烈。

3.3高过减温水量不足导致过热器超温

某日，#1机负荷270MW，AGC控制降负荷至240MW，高压给水泵频率从41Hz逐渐下降至39Hz左右，燃机排气温度从592℃逐渐升高，高过出口温度从541℃逐渐升高，减温阀开度从24%逐渐开大，当燃气温度升至599℃，减温阀开度已开至100%，但高压给水泵频率为39.7Hz，减温水流量仅为2.44t/h，高过出口温度升至546℃，机组RB。又如某日，#3机负荷200MW，AGC控制升负荷至330MW，燃机排气温度从560℃逐渐升高，高过出口温度从521℃逐渐升高，减温阀开度从0%逐渐开大。09：18，机组负荷升至329MW时，燃气温度升至588℃，高过出口蒸汽温度升至544.8℃，减温阀开度已开至100%，但减温水流量仅为5.07t，运行当值将高压给水泵频率从40.3Hz手动提高至48.3Hz，高过减温水流量升至10t/h，高过出口蒸汽温度开始回落至正常值。两起高过超温事件均表明高压给水泵低频率运行下，减温水流量出现了不足现象。一般情况下，变频运行不会引起减温水流量不足，但变频运行降低了减温调节裕度，需要运行人员关注，必要时应手动干预提高频率。

4结语

电机变频调速有着效率高、功率因数高、调速性能好、启动平稳等优点[4]，广泛应用于各电厂节能改造中。然而，节能不可避免地牺牲了一部分设备寿命及运行安全可靠性，但总体可控。改造多年来，系统运行平稳，节能效果良好。

作者:陈义锋 单位:深圳市广前电力有限公司

节能设计应用研究2

节能绿色环保建筑材料(又被称为“生态建材”)充分利用了清洁生产技术，在降低能源使用量的基础上，将工业废弃物加工处理为无毒无害且有益于人类健康的的建筑材料，通过将其应用于建筑工程中，可以降低建筑工程的施工成本，提高整体建筑的窄带和性能，为实现节能降耗、绿色环保等要求打下坚实的基础。因此，为了实现对建筑工程的绿色化施工，更好地保护环境，如何将节能绿色环保建筑材料科学应用于建筑工程中是技术人员必须思考和解决的问题。

1建筑工程概况

某地区绿色建筑工程概况如下:工程占地面积达到了69386m2，总建筑面积达到了1400006m2，土地属于住宅用地类型，期限通常为70年，总体规划户数高达912户，户型面积通常在65m2～1636m2。该小区充分利用节能绿色环保建筑材料，不仅满足了低碳排放相关标准和要求，还有效地降低了维护成本。此外，在建筑规划期间，施工单位重点打造小区的原生态环境，确保小区与周边生态环境能够相得益彰，十分协调。

2绿色环保建筑材料与传统建筑材料的对比

2．1绿色环保建筑材料的特殊性

传统建筑材料含有大量的有毒物质以及相关污染物，这些物质严重污染了人类的生态环境，同时，在进行装修期间，这些物质很容易散发出来，严重危害人们的身体健康。此外，传统建筑材料的使用，会产生大量的CO2，加剧了全球温室效应问题，从而给大气层造成不同程度的破坏，不符合我国节能降排的发展需求。但是，节能绿色环保建筑材料的出现和应用可以很好地避免以上现象的发生，这是由于这种新型建筑材料主要是将城市回收利用的废弃物作为原料进行制作的，而这些原料无毒无害，同时，放射性物质和CO2产生量相对较少，完全符合我国绿色环保、节能降耗发展需求。2．2绿色环保建筑材料的功能性与传统建筑材料相比，节能绿色环保建筑材料具有保温性高、节能效果显著等特征，这些新型建筑材料除了具有多样化的美观样式外，还具有屏蔽有害辐射物质的功能，同时，还能实现对温度的自动化调节和控制。例如:在设计外墙保温结构时，可以选用保温效果较高的玻璃纤维网格布材料，确保外墙能够规范外界环境温度的变化，对室内温度进行科学调整和控制，从而为人们打造舒适的居住环境。

3节能绿色环保建筑材料在建筑工程中的具体应用

为了实现建筑工程的绿色化施工，技术人员要根据如图1所示的建筑工程施工类型，将节能绿色环保建筑材料科学应用于建筑工程中，为提高墙体结构设计水平、维护结构设计水平、防水结构设计水平、门窗结构设计水平以及保温结构设计水平提供重要的依据和参考。

3．1在建筑工程墙体结构中的应用

在进行建筑工程施工期间，墙面施工占比往往较高，因此，墙体材料的使用成本要越低越好，只有这样，才能实现建筑工程社会效益和经济效益的最大化。另外，在进行建筑工程施工的过程中，经常用到混凝土结构，与传统红砖材料相比，混凝土具有施工操作简单、耐久性高、成本低等特别。但是，普通混凝土材料无法满足建筑节能降耗、绿色环保相关标准和要求，在这样的背景下，大量新型墙体材料不断涌现，这些材料凭借着自身节能、环保、绿色等特征，被广泛地应用于建筑工程中，常规混凝土与新型混凝土性能对比如表1所示。从表1中的数据可以看出，新型墙体材料主要包含以下几种类型:(1)加气混凝土。加气混凝土原料主要包含2种成分，一种是硅砂，另一种是粉煤灰，通过将其与石灰、石膏、水泥等材料进行充分混合，并置于高温环境下进行蒸压养护处理后即可形成。根据相关数据资料记载，加气混凝土具有较高的导热性、保温性和隔热性以及较强的抗裂性和抗渗透性，通过将其应用于建筑工程中，可以降低能耗，由于该材料自身密度较小，可以起到节约原材料使用量的作用，为最大限度地降低运输环节所消耗的能量创造良好的条件。(2)泡沫混凝土。泡沫混凝土在具体的制作中，主要用到了专用发泡剂，并采用机械化控制方式，对发泡剂进行处理，使其与水泥浆能够充分混合，然后，借助泵送系统，对发泡剂进行模具成型处理，然后，经过一段时间的自然养护后，形成如图2所示的新型混凝土材料，从图2中可以看出，该材料含有大量的气孔，这些气孔具有封闭性。泡沫混凝土具有质量轻、保温隔热性能良好、耐火性强等特征，经常被应用于复合墙板和混凝土填层等相关领域中，但是，泡沫混凝土也存在一定的缺陷，如抗裂性低、吸水弱、强度不足等问题，因此，在日常的应用中，技术人员要从发泡剂、工艺流程等环节出发，对泡沫混凝土性能进行不断改进。(3)模网混凝土。模网混凝土主要综合运用了蛇皮网、加劲构筑等多种网架结构，然后，采用浇筑混凝土的方式得到剪力墙结构，被广泛地应用于住宅建筑工程中，并取得了良好的应用效果。模网混凝土在具体的应用中，需要借助蛇皮网孔，在搭建三维空间网架的基础上，开展现场组装工作和混凝土浇筑工作。

3．2在建筑工程维护结构中的应用

在进行建筑工程施工期间，要想保证工程维护结构的稳定性和可靠性，除了要做好对建筑本身的维护外［1］，还要做好对建筑承重性能以及保温、隔热性能的提升。而加气混凝土材料的出现和应用可以很好地实现以上目标，加气混凝土砌块作为一种常用的维护结构，被广泛地应用于建筑工程中，这是由于该新型建筑材料具有强大的隔热、保温、防火性能。此外，为了更好地满足绝缘施工相关标准和要求，还要加强对珍珠岩板、聚苯乙烯等新型建筑材料的应用，这是由于他们具有较高的绝缘性能，同时，重量轻，便于运输和搬运，同时，为降低建筑物结果的承重负荷产生积极的影响。另外，当暖通设备需要穿过墙套管时，为了实现对墙体围护结构的保护［2］，必须要做好散热工作以及绝缘性能优化工作，外部维护结构在具体的设计中，要优先使用太阳能玻璃材料，该材料具有较高的光传输性能，不仅可以取得良好的保温隔热效果，还能提高采光的总体面积。最后，在设计墙体保温结构期间，要优先使用法蜂窝复合结构材料，通过利用这种新型建筑材料，不仅可以很好地改善和优化墙体的隔热效果，还能提高保温结构的抗裂性［3］，同时，还要采用全面保温处理方式，将新型建筑材料与新型结构设计进行充分结合，并借助环保型的砂浆，完成对防裂保护层的设计，这样一来，不仅可以提高建筑物的稳固性和安全性，还能保证建筑物的最终保温效果。建筑工程维护结构设计流程如图3所示。

3．3在建筑工程防水结构中的应用

建筑防水结构作为建筑工程的施工重中之重，一旦出现建筑结构防水性能不好，将会给用户的日常生活和工作造成极大的不便，同时，还对建筑物的整体使用寿命产生不良的影响，为了避免以上现象的发生［4］，技术人员要谨慎选用合格的防水材料。在我国科技水平的不断提高下，我国研发和使用了大量的新型防水材料。这些防水材料主要包含以下几种:(1)聚氨酯防水涂料。该材料具有适应性高、对施工作业环境要求低等特点，不管涂层表面是否干燥，外界环境的变化，均不会影响其防水性能。当涂抹施工结束后，该材料在最短时间内会快速被固化，为后期形成稳固性良好的防水结构打下坚实的基础。(2)防水卷材。当防水涂层被完全固化后，需要使用防水卷材进行铺设。在这一过程中，首先，要借助防水卷材，对涂层进行固化处理，确保两者之间可以实现无缝衔接，同时，还要做好对防水性能的改进和优化，这样一来，可以更好地降低粘合剂的使用量［5］。另外，建筑屋顶结构作为建筑工程重要施工内容，由于该结构直接暴露在外，当经过一段时间的风吹日晒后，很容易对其防水性能造成不良的影响，一旦该结构的防水性能不达标［6］，将会给人们的日常生活和工作造成极大的不便，因此，在选用屋顶防水材料期间，要优选使用防水卷材，这是由于防水卷材具有较高的拉伸强度和抗老化性，完全符合屋顶防水相关标准和要求。3．4在建筑工程门窗结构中的应用在进行建筑工程日常施工中，门窗作为一种重要的结构部位，主要承担着流通室内气体与室外气体的角色［7］，同时，还起到了热传递的作用。因此，门窗建筑材料的应用显得尤为重要。门窗建筑材料主要包含钢化玻璃、铝合金门窗和镀膜中空玻璃等类型，通过将其应用建筑工程中，不仅可以提高门窗的保温性能、隔热性能，还能降低热损耗量，为节能能源，提高能源利用率打下坚实的基础。例如:在设计部分门窗结构期间，经常用到的门窗建筑材料是镀膜中空玻璃，通过利用该材料，可以使窗口的散热系数达到3．0W/m2，同时，窗口的平均遮阳系数在0．4以上，极大地减小了热损耗量，此外，还提高了窗口的遮阳透光效果。

3．5在建筑工程外墙保温结构中的应用

在节能绿色环保建筑材料的应用背景下，通过对外墙保温结构进行科学设计，可以提高整个建筑物的节能降耗效果。随着我国科技水平的不断提高，外墙保温材料种类越来越多样化，为此，技术人员要在综合考虑节能性、有效性和环保性等因素的基础上，做好对建筑工程外墙保温结构的设计工作［8］。在进行保温结构设计期间，经常用到的节能绿色环保建筑材料主要包含以下几种:(1)玻璃纤维网格布。玻璃纤维网格布主要是借助高分子物质，经过乳液浸泡后，形成的一种新型建筑材料，该材料具有柔韧性高、抗拉力强等特征，被被广泛地应用于建筑工程墙体保温结构设计中。另外，玻璃纤维网格布具有重量轻、强度高、定位性好等特征，可以降低墙体收缩变形概率，同时，具有良好的化学稳定性，耐腐蚀性强，通过将其科学应用于墙体保温结构设计中，不仅可以最大限度地提高外墙的保温性能和隔热性能，还能满足建筑工程绿色环保、节能降耗施工需求。(2)聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料除了具有密度小、导热系数低、材料加工简单等特征外，还具有良好的保温性能和隔热性能，通过将其应用于建筑工程的外墙保温结构设计中，可以保证尺寸精度配合的合理性和协调性。但是，由于聚苯乙烯泡沫塑料含有大量的聚苯乙烯，聚苯乙烯一旦遇到高温环境，很容易导致外墙出现软化变形现象，此外，由于该材料的防火性较低，无法满足防火等级较高的外墙保温结构节设计需求。因此，技术人员要根据实际使用需求，科学合理地选用聚苯乙烯泡沫塑料。(3)岩棉。岩棉所使用的原料主要包含两类，一类是玄武岩，另一类是辉绿岩，通过将这些原料与辅助料进行充分混合后，经过一段时间的高温熔融处理，最终研制出一种新型建筑材料，这种材料又被称为“人造无机纤维材料”。岩棉具有良好的透气性、防火性、隔热性和抗压性，通过将该材料科学应用于建筑工程外墙保温结构设计中，不仅可以提高外墙保温结构的稳定性和可靠性，还能降低施工操作的复杂度，为实现对外墙保温隔热系统的设计以及绿色建筑的改造产生积极的影响。

4节能环保建筑材料的发展趋势

4．1向环境友好型方向发展

现阶段，随着我国工业化的不断发展，我国社会经济水平快速提高，但是，却加剧了环境污染问题，要想实现人与自然的和谐发展，技术人员必须要加大对节能绿色环保建筑材料的使用量。在这样的背景下，节能绿色环保建筑材料必然要向环境友好型方向发展，这就要求该材料在具体的生产、使用的过程中，不能产生污染环境的有害物质。

4．2进一步强调资源节约型材料

目前，我国面临着严重的资源短缺问题，这是由于部分企业为了追求短期利益，过渡开发和利用自然资源，从而严重破坏了生态环境的平衡性，为了解决这一问题，建筑行业在实际的发展中，要加大对资源节约型材料的使用量，不断提高资源的循环利用率，溶蚀，还要用大量使用人工材料，并做好对废气资源的回收利用，只有这样，才能最大限度地提高资源的循环利用率，为实现生态环境的健康、可持续发展发挥出重要作用。

4．3重视空间绿色节能材料的使用

近年来，全球温室效应问题愈加严重，为了实现节能降排的发展目标，建筑行业要加强对空间绿色节能材料的使用，尽可能地降低温室气体的排放量，这是由于这些材料在具体的使用中，产生的温室气体较少，降低能源消耗量。

5结语

综上所述，节能绿色环保建筑材料属于一种常用的新型建筑材料，通过大量推广应用，不仅可以提高建筑工程的绿色化施工水平，还能促进建筑行业向环保化、节能化、绿色化方向不断发展。为此，技术人员要再接再厉，不断研发新型材料，同时，还要尽可能增加建筑工程中新型建筑材料的使用比例，为提高建筑工程施工的稳定性、持久性和降低施工成本;保证施工人员的人生安全和财产安全发挥出重要作用，从而提高建筑企业的社会效益和经济效益。

作者:张海昆 李杨红 单位:广东环境保护工程职业学院

节能设计应用研究3

1引言

高速公路房建工程具有远离市区、区域跨度大等特征，无法接入城市热力管网，且严寒及寒冷地区高速公路房建工程由于环境较为恶劣，气温较低、水分迁移集聚易导致土壤冻胀，继而损害到房建工程质量，且温度越低，其冻胀程度越严重，质量受损程度越严重。土壤冻胀作为影响严寒及寒冷地区高速公路房建工程建设质量的重要影响因素，一直是从业相关者研究的重点问题。目前，我国关于土壤冻胀问题的研究主要集中于防寒处理，通过采暖及保温策略，避免因低气温而增加土壤的冻胀风险。仅仅从建筑围护结构热工学的方面控制建筑热损耗难以满足该地区高速公路房建工程的采暖及保温需求，还需要对内部热源、末端供暖方式及设计进行优化[1-2]。基于此，本论文将以严寒及寒冷地区高速公路房建工程作为依托，基于地域性差异化特征，对建筑安全、环保、节能方面设计理念进行分析，力图形成相对完整的高速公路沿线设施绿色建筑设计方法。

2高速公路房屋建筑现状

高速公路房屋建筑的热源及末端供暖方式最初采用锅炉或分体空调供暖，但由于严寒及寒冷区域跨度较大且基于气候、地质差异，供暖方式逐渐被节能性系统代替，节能性系统包括地下水源、土壤源热泵系统、多联机系统等。其中，地下水源热泵是一种再生性冷热源，基于地球水体储存的太阳能实现就地取材完成供暖；土壤源热泵系统是基于地下土壤储存的地热能发挥制冷、制热效果[3-4]。虽然上述两种热源属于环保型能源，但上述热源系统应用与当地水文、气象条件存在密切关联性，故一般房屋建筑主要采用多联机系统等发挥供暖功效。但一般供暖方式需要消耗大量能量，且存在能源利用效率低、环境污染严重等问题，故有必要寻找适合严寒及寒冷地区高速公路房建工程的可代替的、具有节能性的供暖模式[5]。

3甘肃高速公路沿线房屋建筑设计理念

3.1工程总体设计思路

房屋建筑是高速公路网络中的基本配套设施，是体现公路交通文化的重要窗口。河西片区高速项目地处高寒、高海拔、强紫外线、大风沙、蚊虫肆虐、鼠疫重灾区的沙漠戈壁，且年平均沙尘天气超过100d，自然环境极度恶劣，工程有效工期不足14个月，施工任务极为繁重。由于甘肃高速公路沿线房屋建筑（服务区、收费站）区别于一般性民用建筑及城市公共建筑，故该项目房屋建筑设计需要明确信息化、绿色化、智能化建设目标并围绕此目标进行设计。1）符合严寒、寒冷地区高速沿线地区特征，充分体现出沿线地区各异的文化及特色，要与周围地形、地势结合，建设与周围环境和谐一体的房屋建筑。2）充分应用安全、环保、节能设计及技术；建设过程中循环利用洞渣、废水，洞渣破碎后用于道路施工，积极应用清洁能源。3）贯彻人性化设计理念，充分考虑使用者需求，应用信息化技术为出行者提供便利交通。4）进行科技创新，将信息化技术贯彻全项目建设中，为房屋建筑维修提供数据支持，需要大力创新科技，提高工程质量。

3.2节能环保设计理念———热源设计

节能环保设计是基于当地气候及区域条件，在充分利用当地自然优势，让房屋建筑尽可能减少资源消耗及环境污染，节约成本。在高速公路房屋建筑中成功应用相关的低碳、环保建设性技术的案例较多，其中甘肃高速公路沿线房屋建筑创新型节能环保设计主要体现在热源设计，沿线房屋建筑均选用节能环保型热源，即空气源热泵机组+太阳能（见图1），不仅解决了采暖热源问题，同时解决了热水供应问题。太阳能热泵采用低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合，太阳能和热泵互为辅助热源，不仅最大限度地利用了太阳能，还解决了阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应保证率问题，做到全年、全天候供应热水。系统尽可能将空气源热泵冷热水机组布置在室外，太阳能板置于综合楼屋面、阳台等地，供暖期间保证房间温度在18℃以上。1）环保方面。采用太阳能这一清洁绿色能源利用技术，通过太阳能转换为热能并输送到各用户所必需的系统中，满足服务区、维修站、加油站等基本热水及暖热源需求。太阳能热水工程是传统公认绿色且运行费用低廉的热水工程。而空气源热泵热水工程是应用空气能，同样是安全、可靠、节能、环保的热水工程，可降低燃煤锅炉供暖频率，减少碳排放量，继而减少环境污染，充分体现出绿色交通建设理念。2）节能方面。采用节能低碳技术，设置固定制热时段、储能时段、储能供热时段，极端天气状态下，进行电辅热提供热量。通过空气源热泵和太阳能的结合，有效降低空气源热泵的运行成本，解决夜间供热效率低下、因低温结霜导致的空气源热泵工作不稳定等问题。空气源热泵制热时段为9:00~17:00，通过启动空气源热泵，给用户散热器提供热量，同时加热热水储罐中的水，当热水储罐温度高于50℃后，空气源热泵停止工作。储能时段为9:00~17:00，当储水罐水温低于25℃，或极寒天气下空气源热泵不能工作时，启动太阳能集热器，为户用散热器提供热量，多余部分热量用于储存在热水储罐中，水温超过90℃时，太阳能集热器停止工作。储能供热时段为17:00~9:00，当空气源热泵和槽式太阳能集热器提供的热量不足以满足建筑采暖时，使用热水储罐中的热水为户用散热器供热。极端天气，连续阴天或雨雪天，太阳能光照不足时，使用电辅热为热储罐中的水升温，并为户用散热器提供热量。结合空气源热泵机组与太阳能，不仅可以贯彻落实节能减排理念，还能保证全年全日连续供热。该研究方向也是近年来中央热水工程热源设备发展的新方向。

3.3安全设计理念

自然条件下的日照温度或骤然温变等情况将会导致建筑物各层梁板出现伸长或缩短现象，尤其是室内外温差相差巨大时，建筑物结构内外构件会产生相互约束作用，出现温度性应力变形或结构变形，不仅缩短了建筑物使用年限，还威胁到相关人员的生命安全。而节能环保型热源不仅可以降低房建设施自身能源消耗，提高房建设施结构热工性能，还有利于节约运行费用，将期望工程平均寿命成本降低到合理的程度。

3.4信息化设计理念

敦当高速项目是甘肃省首条公路设施建管养一体化信息化集成服务平台示范试点项目，在建设过程中，全面推行信息化管理，应用互联网+视频监控系统，对隧道施工状态进行全面监控，对相关人员及设备进行定位跟踪，确保了项目安全性及高效性。应用智慧高速综合管理云平台和建管养一体化信息系统，集合监测、调度、管控、应急、服务一体，实现数据一个库、监管一张网、管理一条线的目标，不仅可以促进公路与5G、大数据、云计算、区块链和互联网等技术深度融合，建设运营管理信息化子平台，持续提高公路运营管理效能和智慧化水平，通过可视化图层、视频监控、预警反馈、应急救援等技术手段，以及通过智能温度控制、温室控制、仪表控温、智能测温系统实现对综合楼室温智能化控制，推动智能建筑系统发展，实现全天候高效运营，为高速公路房屋建筑安全性提供保障；还可以为公众出行提供更便捷、更安全、更智慧、更丰富的出行服务。

4结语

严寒及寒冷地区高速项目房屋建筑存在远离市区、区域跨度大、环境较为恶劣、气温较低、水分迁移集聚易导致土壤冻胀等问题。而优化建筑内部热源、末端供暖方式及设计不仅为建筑提供节能性供暖、供水资源，还可以降低土壤冻胀危害，节约资源，降低供暖对环境的污染。既往供暖方式主要为地下水源、土壤源热泵系统、多联机系统等，存在区域或污染严重等局限性，需要探寻适宜严寒及寒冷地区且具有节能环保性质的新供暖方式。在严寒和寒冷地区高速公路项目中充分融入节能、环保与安全理念，基于高速项目地域特征及常见新型病害，创新新型技术，确保房屋建筑的安全性，延长其使用寿命。在保证房屋建筑质量安全的前提下，其工程设计还需要贯彻落实节能环保技术，沿线房屋建筑均选用节能环保型热源，空气源热泵机组+太阳能，不仅解决了采暖热源问题，同时解决了热水供应问题，贯彻落实节能减排理念，保证全年、全日连续供热。

作者:李世孝 单位:甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司

节能设计应用4

0引言

基于统计数据表明，在当前电力系统运行中，变压器自身能耗占据总发电总量的3%~10%左右，所以变压器具有很大节能空间和潜能。将节能技术应用于变压器设计中，主要目的是降低变压器运行产生的电力能源，并减少电力能源浪费，在保证变压器运行效率的基础上，能够提高电力能源利用率，同时还能够保障电力系统运行安全。但是从当前的实际情况来看，变压器中所应用的节能技术较少，尚未形成完善的节能技术体系，所以需要采用更为科学的技能技术。

1研究背景

节能技术在电力变压器中的应用意义。电力能源作为当前能源结构的重要组成部分，对于社会节能化发展具有深远影响，通过采用电力节能技术，能够推动我国能源消耗结构全面创新。在电力变压器设计过程中，虽然已经应用多项现代化技术，很大程度上提高了电力变压器运行效率，但是随之也增加了电力能源的消耗。但是变压器较大的能源消耗问题却没有得到重视，直到最近几年才开始关注建筑节能技术，对电力变压器的电力能源消耗进行控制，利用对电气设备、系统的节能管理，使得电力变压器运行消耗有所降低[1]。（1）应用电力变压器节能技术能够促进电网配置优化，电网作为电力能源输送的基础，在输送过程中会产生一定的损耗，如果能够降低电网损耗，则能够有效节能电力能源，所以电网配置优化技术具有重要作用。（2）在电网运行过程中，变压器是其中一项关键环节，将节能技术应用于变压器设计中，能够改变变压器运行状态，同时提高运行安全性，最大程度削减电力能源损耗。在变压器节能设计中，主要方式是将其转变为低损耗设备。因为不同用电户对于电力的需求不同。所以，在应用变压器对其进行调控时，电力需求较少的用户端会产生一定损耗问题[2]。

2电力变压器设计中的节能技术应用

2.1新型材料及工艺

对于电力变压器而言，在对其进行节能设计时，可以从导线材料方面入手，例如采用无氧铜导线材料，能够降低电力变压器低线圈内阻，从而使得铁耗和铜耗降低，实现节能目的。当前已经投入使用的高温超导电力变压器中采用了超导线材料，使得电力变压器运行性能得以提升。同时，还可以对电力变压器的磁体材料进行优化，想要实现电力变压器的节能设计目标，则需要降低其运行损耗，所以可以采用非晶合金材料，能够达到消磁目的，从而降低电力变压器运行能耗问题。除此之外，还可以从电力变压器的制造工艺方便入手，例如可以采用计算机数控加工系统对电力变压器生产进行控制，从而能够为电力变压器内部硅钢片加工提供便利，使得各元件材料的规格参数等更加精准，则能够有效降低电力变压器运行压力。

2.2改善经济运行模式

在电力变压器运行过程中，可以通过改变经济运行方式的策略，对电力变压器材料、工艺等进行优化选择。相比于传统的电力变压器而言，通过采用无功补偿的计数方式，能够提高电力变压器的节能效果，电力变压器内采用无功补偿的方式主要包括：（1）无功电压器的集中补偿，将电力变压器中的并联电容器安装在高低压配电线路中。（2）电力变压器的分组补偿，分组补偿是指将电力变压器中的并联补偿电容器安装在配电变压器中，从而能够实现降低能源消耗的目的。通过对电力变压器的经济运行模式进行优化，能够有效改善电力变压器的运行方式，采用低成本运行模式能够全面减少电力变压器运行过程中的能源损耗和消耗，是提高电力变压器节能效果的重要思路。

2.3电力变压器设计中节能技术

节能技术在电力变压器设计中的应用方式。通过本文的分析可以看出，节能技术在电力变压器设计中具有重要的作用，是提高电力系统运行效率、减少能源损耗的关键所在，所以需要采用科学的节能技术，结合电力变压器的实际情况，做好节能技术应用工作。选择合适的电力变压器。变压器是影响电力系统运行节能效果的关键性措施，如果变压器参数不符合实际要求，会导致电力系统运行过程中电压、电流以及功率不够稳定，从而导致能量消耗加剧，甚至引起安全问题。因此，在对电力变压器节能方案进行设计时，需要充分考虑到变压器参数，选择最为合理的变压器参数，使其能够满足节能设计要求，通过变压器的控制，能够提高电力系统电压、电流以及功率稳定性，从而减少无功损耗，使其在运行过程中能够得到充足的电力供给，同时还不会造成成本浪费问题，是促进电力变压器节能效果提升的重要方法。降低电力损耗技术。电力变压器在电力系统中运行时，会产生一定的电力能源损耗，例如产生热能就会消耗一部分能量，所以为了达到电力变压器节能设计目标，需要减少电力变压器运行过程中的损耗问题。（1）需要对电力变压器的布局进行整体考虑，减少控制线路长度、降低线路弯度等措施，能够有效降低电力变压器运行过程中产生的能量损耗。（2）降低导线长度会导导线路承载负荷增加，所以可能会引起导线发热问题，所以需要采用将导线宽度拓宽的方式，采用宽度更宽的传输导线，使电力变压器与控制中心距离更近，不仅能够减少运行能耗损失，还能够减少能量传输过程中的能量损耗，通过拓宽线路宽度则能够实现节能目标。（3）电力变压器线路材料是影响节能效率的重要因素，在电力变压器节能设计中，需要选择合适的导线材料，选择节能效果最优的导线材料，从而能够有效减少电力变压器运行能源损耗[3-9]。降噪技术。在对电力变压器的结构进行分析时可以发现，噪音产生主要包括机械噪音和冷却噪音两个部分，例如在电力变压器运行时，内部钢片产生的磁力会使得承接钢片固定的垫脚机构出现振动，从而形成噪音，噪音会导致电力变压器运行能耗增加，所以在对电力变压器进行节能设计时，需要采用降低噪音的技术。

3结语

本文阐述了电力变压器节能设计的重要意义，并对电力变压器节能设计的基本思路进行分析，最后提出多项有效技术应用措施，希望能够对电力变压器节能设计工作起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高电力变压器节能设计效果。

作者:周文琪 单位:中国矿业大学