高原寒冷地区建筑节能及防风沙研究

摘要： 格尔木换流站是青藏±400kV直流输电工程送端换流站。格尔木地区海拔高、风沙大、强日照、昼夜温差大的特点给建筑构造设计带来诸多难题，本文根据这些特点，对全站建筑节能设计及防风沙进行了研究，特别是针对建筑的外墙、门窗、钢结构屋盖等的保温和防风设计进行了进一步的探讨，为青藏±400kV直流输电工程的实施提供了技术支持，也为后续恶劣环境下换流站工程建筑的设计提供了可借鉴的经验。

关键词：海拔  日照  风沙  节能门窗   外保温墙体

青藏±400kV直流输电工程是世界第一条高海拔±400 kV直流输电工程，起点为青海省格尔木换流站，落点为西藏换流站。±400 kV格尔木换流站与750 kV柴达木变电站同址合建，由于格尔木换流站地处高海拔、多风沙、强日照、昼夜温差大的极端恶劣环境，站址污秽等级较高，给建筑构造设计带来诸多难题。

根据格尔木换流站建筑设计的特点，对全站建筑节能、防风沙设计进行了研究，特别是 针对建筑的外墙、门窗、钢结构屋盖的防风设计进行了进一步的探讨，为青藏±400kV直流 输电工程的实施提供了技术支持，也为后续恶劣环境中的换流站工程建筑设计提供可借鉴的 经验。

1建筑构造节能设计

我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。无论从整个国际经济气候还是中国宏观经济趋势来看，能源节约势在必行。

建筑能耗是人们常常忽视的重大问题，改善维护结构的热工性能，减少室外热量传入室内，减少室内热量流失，使热环境得以改善，减少冷热消耗，提高热舒适度。采用节能型的技术、工艺、材料，提高保温隔热性能，在保证室内热环境质量的前提下，减少运行能耗。

控制楼是换流站的心脏，控制楼内二次设备屏柜很多，特别是主控室、计算机室的温度和洁净度要求高，另外控制楼也是运行人员工作学习的场所，应保证冬暖夏凉，避免因昼夜温差大而带来的能耗，因此，建筑外围护保温、节能是刻不容缓要研究的问题。所以改善建筑外围护结构的保温性能是建筑设计上的首要节能措施，

本工程设计本着将人、自然、节能等元素同建筑融合的理念，改善维护结构的热工性能从而降低能耗。围护结构节能设计主要是解决它的保温、隔热及气密性。

1.1墙体节能

墙体是建筑外围护结构的主体，其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。因而在节能的前提下，应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术。

常用的保温材料有；岩棉、玻璃棉、矿渣棉，膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、各类聚苯板、夹心板和加气混凝土等。采用不同的保温材料与基层墙体复合，构成复合保温墙体。提高外墙的节能性能，主要是增大其热阻。将保温层置于外墙的外表面是一种先进的外墙节能技术，具有六大优越性；保温、隔热性能优良、能消除结构性冷（热）桥、保护主体结构、不占室内建筑面积、不影响室内装修、便于既有建筑的节能改造。本工程采用挤塑聚苯板（XPS）与加气混凝土墙体复合提高外墙保温、隔热性能。挤塑聚苯板（XPS）具有密度、强度、硬度大，表面致密；导热系数、线膨胀系数、水蒸汽透过系数小，吸水率低等特点。2 e/ e9 f" C; z9 S1 L

1.2门窗节能

外门窗是能耗散失的最薄弱部位，其能耗占总能耗的比例较大，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有：

（1）控制窗墙面积

冬季严寒漫长，因此，建筑设计中充分利用天然能源，无疑是最基本的改善室内热环境的设计，是最基本的节能措施。在满足通风采光，保证窗户的气密性和隔热性的要求下，室内的自然热环境较好，可以大大地节约采暖和空调的耗能。

（2）提高外窗的气密性，减少冷空气渗透。

在建筑能耗中，通过门窗损失的能耗占到全部建筑能耗的40%-50%，因此，门窗材料的选择对节能至关重要。设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料（如毛毡）、弹性密闭型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。

（3）改善门窗的保温性能。

提高窗料和玻璃的节能性能，选用断热铝型材，中空玻璃外层镀膜，减少直射光的辐射热。缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
    断热铝型材按（GB/T5237.1）选用6063-T5铝合金热挤压型材。密封胶条选用三元乙丙EPDM胶条，抗紫外线性能、抗老化性、抗高低温性能良好。从而减少能耗。节能门窗的水密性能（GB/T7108-2002）6级，气密性能（GB/T7107-2002）5级，抗风压（GB/T7106-2002）8级，保温性能（GB/T8484-2002）8级，隔声性能（GB/T8485-2002）4级。

（4）设置“温度阻尼区”。

所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯间设计成封闭式的等措施均能收到良好的节能效果。

1.3屋面节能
　　在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大；其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，本工程屋面采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。

2建筑防风沙设计

2.1防风沙门斗

门斗是进入控制楼、综合楼及阀厅内部空间的过渡区域，既可起到保温作用又可阻挡风沙的侵入，由于控制楼内二次设备屏柜很多，特别是主控室和计算机室的洁净要求高，所以，防风沙设计必不可少的，特别是对外围护构造的密闭性较常规工程要求高。因此，本工程在外门增加门斗并选用密闭性能高的肯德基门；并将门窗加防风密封毛条。

2.2钢结构围护结构设计

户内直流场钢结构屋盖设计采用270度直立锁边屋盖，由于风沙大，设计上还通过加密檩条来加强固定，增加板厚来抗变形。雨水管在离地1米高处设清沙口防止堵塞。

3建筑物防晒裂构造设计

3.1 屋面防裂设计

由于强紫外线照射、昼夜温差大等特点，建筑物外墙常出现龟裂纹，严重影响建筑外观质量，并且影响建筑物的使用寿命。

为防止屋面大面积龟裂，设计上采用现浇40-60厚的刚性层，配置￠4＠100双向，并且掺入矿物抗裂纤维。

3.2 外墙防裂设计

由于外墙外保温墙体外贴面砖本身就容易脱落，再加上昼夜温差大等特点就很难贴面砖，因此，本工程外墙面选用砂壁状涂料外墙面，并在基层砂浆中掺入矿物抗裂纤维。

3.3 地面防裂设计

针对承重地面的设计，除在混凝土垫层中配置受力筋外，面层中也配置￠4＠100双向钢筋抗裂。

4主要结论

（1）±400 kV格尔木换流站换流建筑物与常规±500 kV直流工程布置方式基本相同，主要区别是将人、自然、节能等元素很巧妙的同建筑融合，减少恶劣环境对建筑物的损害，进行科学合理的节能、防风、防沙、防晒裂的构造设计，降低建筑物的能耗。

（2） 建议在今后的高压直流换流站设计技术规定或变电站设计规范的修订中增加恶劣环境的节能、防风、防沙、防裂设计章节。

参考文献

[1] GB 50016-2006建筑设计防火规范

收稿日期：2013-8-23

作者介绍：吕文娟（1963-），女，高级工程师，从事变电站、换流站建筑设计和研究;陈乐（1981-），男，工程师，从事变电站、换流站建筑设计和研究;陈正时（1986-），男，工程师，从事变电站、换流站建筑设计和研究。

吕文娟，陈乐，陈正时 

 (西北电力设计院,西安710075  )