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被动优先、主动优化的电网小型基建项目设计思路

2024-12-18 55 上传者：管理员

摘要：旨在探讨一种融合被动优先与主动优化策略的电网小型基建项目设计思路。通过简述工程情况，分析科学合理的建筑布局与朝向、自然采光与通风、热工性能优化等被动优先设计策略与引入高效节能系统、安装太阳能光伏板、应用智能喷灌系统等主动优化措施，并讨论其预期的实施效果，为实现绿色电网企业用房的可持续发展提供了参考。

关键词：
主动优化
企业用房设计
环境保护意识
绿色建筑
被动优先
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随着全球气候的不断变化和人们环境保护意识的增强，绿色建筑已成为建筑业发展的重要趋势。电网企业作为能源领域的关键参与者，其用房建设不仅要满足日常办公需求，还应体现企业的社会责任感，践行节能减排的理念。被动优先、主动优化的设计思路能最大限度地降低建筑能耗，并提供舒适的工作环境。

1、工程概述

本项目位于国网湖南省电力有限公司电力科学研究院含浦基地，项目总建筑面积为76 300 m2，其中一期物资检测用房建筑面积为8 500 m2，二期实验用房建筑面积为37 500 m2，包括地下2层和地上9层。三期生产综合用房建筑面积为28 600 m2，包括地下2层和地上12层；四期材料检测用房建筑面积为1 700 m2，包括地上2层。

2、被动优先设计策略

2.1 建筑布局与朝向

(1）该企业用房采用南北向布局，此种布局可以最大限度地利用自然光照，减少东西向的直射阳光，从而避免夏季室内温度升高。建筑之间的间距经过精确计算，确保即使在冬季也能让大部分工作区域获得充足的日照。此种设计使得建筑南侧的日光利用率达到90%以上，北侧的工作区则可以通过南侧的透光来补充自然光。

(2）建筑的布局和朝向还考虑了自然通风的需求。通过设置适当的开口和通风口，利用风压和热压效应，引导新鲜空气流入，同时将污浊空气排出。此种自然通风系统使得室内空气交换率达到每小时2次以上，保证了室内的空气质量，同时也减少了空调系统的使用率，从而降低了能耗[1]。

(3）为了减少夏季强烈的太阳辐射对室内温度的影响，该用房特别减少了东西向的开窗面积。东西两侧的开窗比例降低至总窗户面积的15%左右，而南北两侧的开窗比例则保持在60%以上。此种设计有效避免了东西方向直射阳光造成的室内温度过高，从而减少了空调系统的启动次数。

2.2 自然采光与通风

在设计中，为了最大限度地引入自然风并改善室内环境，采用了导风引风设计。具体来说，在东南向的双层幕墙两侧设置导风墙和引风墙，引导自然风流动，从而减少对人工通风系统的依赖。同时，通过精心设计的遮阳装置和反光材料，有效控制室内的光线强度和温度，进一步降低人工照明和空调系统的使用率。

(1）导风墙。在东南向双层幕墙的一侧设置导风墙，利用建筑的高度差形成风压梯度，引导室外的新鲜空气进入室内。通过此种方式，即使在微风条件下也能有效引入自然风。

(2）引风墙。在双层幕墙的另一侧设置引风墙，与导风墙协同作用，形成自然通风通道，使空气能够顺畅地流入并流出建筑内部。此种设计使得自然通风效率提高了约20%。

(3）遮阳装置。在建筑南侧和东侧的窗户上方安装可调节的遮阳百叶，根据季节和时间的不同，调整百叶的角度，最大限度地减少直射阳光进入室内，且不影响自然采光。此种设计使得夏季室内温度降低了约2℃。

(4）反光材料。在建筑外立面上使用高反射率的材料，可以反射掉大部分太阳辐射，减少热量的吸收。通过使用此种材料，外墙表面温度在夏季高峰时段降低了约5℃。

2.3 热工性能优化

为了实现电网企业用房的节能减排目标，采用高性能的保温隔热材料对建筑外墙、屋顶和地面进行热工性能优化，以减少热量传输。此外，优化建筑围护结构，通过设置空气间层、采用双层呼吸幕墙等措施，进一步提高建筑的隔热性能，降低能耗[2]。

(1）外墙保温。选用导热系数低至0.03 W/（m·K）的聚氨酯泡沫作为主要保温材料，此种材料不仅具有良好的保温性能，而且重量轻、耐久性强。在墙体施工中，保温材料与墙体紧密贴合，可有效防止热桥效应的发生。通过优化，外墙的传热系数（U值）降至0.3 W/（m2·K），远低于常规建筑的传热系数0.6 W/（m2·K）。

(2）屋顶绿化与隔热。屋顶采用绿色植被覆盖，不仅可以吸收二氧化碳，还能有效降低夏季屋顶的表面温度，减少向室内传递的热量。此外，在屋顶铺设反射率高达0.9的白色防水膜，进一步增强屋顶的隔热效果。上述措施使得夏季屋顶表面温度降低了约15℃，极大地减轻了空调系统的使用负担。

(3）地面保温。在地下室和首层地面使用厚度为200 mm的膨胀珍珠岩板作为保温层，此种材料的导热系数仅为0.07 W/（m·K），有效减少了地下的热量向室内传导。通过此种设计，地面的传热系数降低至0.5 W/（m2·K)[3]。

(4）建筑围护结构优化。在建筑外墙和屋顶设置空气间层，通过自然对流带走部分热量，减少热量的直接传递。采用双层玻璃幕墙，内层为低辐射镀膜玻璃，外层为空气间隙，间隙宽度为100 mm，此种设计可以有效隔绝外部高温，减少室内空调负荷。在外墙南侧和西侧增设可调节的遮阳百叶，减少直射阳光进入室内，降低夏季空调制冷的能耗。

3、主动优化设计策略

3.1 引入高效节能系统

为了实现节能减排的目标，电网企业用房引入了先进的供暖、通风和空调系统，包括地源热泵系统和太阳能供暖系统等，以最大限度地减少对非可再生能源的依赖。同时，采用灯光自动感应系统和智能化能源管理系统，通过精确的能源控制提高能源利用效率。

(1）地源热泵系统（图1）。地源热泵系统将地下土壤或地下水作为热源或冷源，为电网企业用房提供供暖和制冷服务，因为地下温度相对稳定，不受外界气温波动的影响，所以能源消耗显著降低。地源热泵系统的能效比通常高于传统空调系统，能以更低的能量消耗提供相同的热能或冷能。通过采用地源热泵系统，本项目供暖和制冷能耗降低了约30%。

图1 地源热泵系统

(2）太阳能供暖系统。太阳能供暖系统利用太阳能集热器捕捉太阳辐射，将太阳能转化为热能，用于加热建筑内的水或其他热媒。该系统可以在冬季提供预热的水源，减少对化石燃料的依赖。通过安装太阳能集热器，本项目能够将热水供应的能耗降低约25%。

(3）灯光自动感应系统。采用红外线传感器和光敏传感器相结合的灯光自动感应系统，可以根据室内人员活动情况和自然光照强度自动调节照明亮度。此种系统让本项目的照明能耗降低了约20%。

(4）智能化能源管理系统。智能化能源管理系统通过监测整个建筑的能源消耗情况，实现对暖通空调、照明等系统的集中控制和优化管理。该系统能够根据实时的气象数据和室内环境参数自动调整设备的工作状态，达到最佳的能源利用效率。

3.2 安装太阳能光伏板

为实现节能减排的目标并供应清洁的能源，本项目在屋顶安装了太阳能光伏板，以充分利用太阳能这一可再生能源。通过此项措施，该用房不仅减少了对非可再生能源的依赖，还实现了绿色能源供应。

本项目在屋顶上安装了总面积为1 000 m2的太阳能光伏板，覆盖了约60%的屋顶面积。这些太阳能光伏板由高效单晶硅太阳能电池组成，总装机容量为150 kWp。根据当地的气候条件和日照时间，预计每年可产生约15万kW·h的清洁电力[4]。此外，本项目还采用了先进的能源管理系统，对光伏板产生的电能进行智能监控与分配，确保每一度电都能得到高效利用。

太阳能光伏板的安装，不仅是一项技术创新，还是对环境保护的深远承诺。高效单晶硅太阳能电池的应用，能够确保光伏板在有限的空间内实现最高的能源转换效率，并为用房提供稳定可靠的绿色电力来源。通过上述措施，本项目不仅实现了节能减排的目标，更为推动绿色建筑和可持续发展树立了新的标杆，展现了科技与自然和谐共生的美好愿景。

3.3 应用智能喷灌系统

智能喷灌系统作为现代农业与小型电网基建项目中的重要组成部分，具备高效、精准、环保的特性，正逐步成为推动农业可持续发展的重要力量。该系统集成了物联网、大数据、云计算等先进技术，实现了对农田环境的实时监测与控制。该系统能够自动感知土壤湿度、作物生长状态及气候条件，并据此动态调整灌溉方案，确保每一滴水都能精准送达作物根部，既满足了作物生长需求，又有效节约了水资源。

在智能喷灌系统中，被动优先原则主要体现在其设计之初即考虑到资源利用最大化与能耗最小化。通过精确的传感器网络，该系统能够实时监测土壤湿度，并在土壤水分低于作物生长所需阈值时自动启动灌溉，避免传统灌溉方式中因人为判断失误或经验不足导致的过度灌溉。此种按需灌溉的模式，本身就是对水资源被动优先保护的体现，减少了不必要的浪费。

智能喷灌系统通过集成的高级算法，实现了对灌溉过程的主动优化。该系统能够根据实时监测到的环境参数，如土壤湿度、降雨量、蒸发量等，结合作物生长模型，预测并调整灌溉计划。例如，在干旱季节增加灌溉频次和水量，而在雨水充沛时减少或暂停灌溉，确保作物始终处于最佳生长状态。此外，该系统还能根据作物种类的不同，调整灌溉策略，实现个性化灌溉，进一步提高水资源利用效率，增加作物产量。

智能喷灌系统的应用成效显著，与传统灌溉方式相比，智能喷灌系统节水效率高达30%～50%，使电网企业用房周边绿化效率提高了5%～15%，这得益于智能喷灌系统对灌溉过程的精准控制和对水资源的高效利用。此外，智能喷灌系统还减轻了劳动强度，提高了生产效率，为电力的可持续发展提供了有力支持。智能喷灌系统以其被动优先的资源保护理念和主动优化的灌溉策略，在电网企业用房项目中展现出了巨大的应用潜力和价值[5]。

4、实施效果

首先，在能耗方面，上述策略将大幅降低电网企业用房的能耗，实现能源的有效节约。具体而言，通过采用高性能的保温隔热材料、优化建筑围护结构以及设置智能喷灌系统等措施，显著提升能源利用效率，预计本项目的年度能耗将显著降低。

其次，上述设计策略将显著提高室内空气质量与舒适度，为办公人员提供一个更加健康、宜人的工作环境。通过导风引风设计、遮阳装置布置和反光材料应用等措施，室内光线和温度将得到有效控制，从而减少对人工照明和空调系统的依赖，提升办公人员的工作效率和舒适度。

再次，上述策略的实施将减少对传统能源的依赖，促进可再生能源的利用。通过智能喷灌雨水收集与利用系统以及优化建筑设计等措施，将减少对自来水等传统能源的依赖，提高可再生能源在建筑中的应用比例，为本项目的可持续发展奠定坚实基础。

最后，从环境影响的角度来看，上述设计策略将显著降低本项目对环境的影响，实现绿色可持续发展。通过降低能耗、降低碳排放、优化水资源利用等措施，为电网企业用房创造一个更加环保、绿色的运营环境，为社会的可持续发展贡献力量。

5、结语

被动优先、主动优化的电网小型基建项目设计思路是一种符合可持续发展理念的设计方法。通过综合运用多种系统，实现电网企业用房的绿色、高效、舒适运行。本项目的设计不仅满足了企业的运营需求，还积极响应了国家节能减排和绿色环保的政策号召，为绿色电网企业的可持续发展提供了有力支持。

参考文献:

[1]潘毅.人工智能技术在办公建筑改造工程中的应用研究[J].工程抗震与加固改造,2023,45(3):189.

[2]侯宜,张俊峰,孙芸,等.华中地区A公司总部大楼建筑节能设计策略研究[J].智能建筑与智慧城市,2023(10):136-139.

[3]张蕴.辽宁秋实城乡建筑设计公司合同管理系统的设计与实现[J].中国农业会计,2023,33(4):115-117.

[4]周雪芹,胡文端,王玉.公共建筑节能教育培训中心建设要素分析:以重庆市为例[J].重庆建筑,2022,21(6):10-14.