建筑表皮技術在變電站工程中的應用

杜 輝，劉曉楠

(中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司， 河北 石家莊 050000)

0 引言

變電站作為工業建筑，建筑體形多為簡單矩形體，外部裝飾多為粉刷涂料、漆料或貼磚，建筑風格標準化。這種建筑形式如果建設在繁華的都市中心，則會顯得格外突兀、不協調。如何提升城市中心變電站的建筑設計，如何在滿足安全運行的前提下，提升變電站建筑設計水平是我們今后面臨的課題。

本文結合正定朱河110 kV變電站建筑表皮技術的最新應用成果，對建筑物的表皮功能進行優化，在保證變電站的工藝流程順暢，運行、檢修安全可靠基礎上，使建筑與周邊環境相協調，實現建筑表皮的文化表達、保溫隔熱、通風、遮陽、隔聲、電磁屏蔽等功能的擴展。

1 工程概況

正定朱河110 kV能源綜合體位于石家莊市正定新區，太行大街以西，天寧路(規劃路)以南，旅投福美十號院住宅項目的東北角，站區對面為石家莊特教學校。

朱河110 kV變電站采用全戶內布置，在國網公司典型設計[1]的基礎上進行了優化。全站由兩棟單層建筑物組成，主樓為綜合配電樓，輔樓為綜合能源中心。

站內設置光伏、風電、儲能、地源熱泵設施。除輸配電功能外，還提供售電、電動車充電和供熱服務。

2 建筑表皮概念的引入

建筑表皮是指人們通過視覺、觸覺直接感受到的建筑內、外表面材料所形成的形態、色彩、光影、質感傳達的建筑文化和藝術效果以及它們可以針對環境變化進行適度調節的構造體系。它們有的與建筑圍護結構構成一個整體，有的則脫離圍護結構自成體系。建筑表皮需要防止外界不利環境對室內造成過多影響，對建筑內部空間進行保護和調節，并與建筑空間及結構體系一起構成建筑的整體(圖1)。

圖1 變電站鳥瞰圖

朱河變電站的建筑表皮不是虛無的、純裝飾的空間，而是由實體的建筑內、外表面材料所形成的具有特定功能屬性的表皮系統。在這個系統上可以通過表皮材料的選擇和構造設計，表現它的形態、色彩、肌理、光影(圖2)，定義它的功能性施工方法以及具體的造價等。

圖2 變電站透視圖

3 建筑表皮的功能設計

3.1 建筑與周邊環境融合

為了使變電站更好地融入城市環境， 本工程變電站采用了無圍墻設計(圖3)，站內道路、站外廣場與城市互聯(圖4、圖5)，構建城市交通空間的微循環。其次，建筑形式上傳承古城文化，利用傳統坡屋頂、白墻灰瓦、園林綠化等組合手法，體現地域特色，營造和諧的城市共享空間并為市民提供休閑活動場所。

圖3 雨中實景

圖4 站區入口實景

圖5 綠植圍墻

3.2 建筑表皮的美學功能

朱河變電站所處的正定縣位于河北省西南部，華北平原中部的冀中平原，古稱常山、真定，歷史上曾與北京、保定并稱“北方三雄鎮”，是國家歷史文化名城。

為了使朱河變電站建筑特色與當地傳統建筑一脈相承，體現對傳統建筑的發展和變化，在朱河變電站設計中，不僅很好地保持了傳統建筑的精髓，又有效地融合了現代建筑元素與現代設計因素，拓展了傳統建筑的功能使用，給予工業建筑重新定位。

3.2.1 坡屋頂

朱河變電站建筑屋頂在傳統的坡屋頂造型設計的基礎上進行優化設計。

首先，在較高的一面屋頂上，采用光伏瓦(圖6)代替了傳統陶土瓦，從而賦予了建筑新的生命。和傳統陶土瓦相比，光伏瓦使用壽命可達到陶土瓦的3倍。光伏瓦一次投入后，在房屋的生命周期內，年均發電量為55 339 kWh，按每度電價0.595 2元/kWh計算，每年產生效益約為3.3萬元。屋頂光伏系統光伏瓦的使用顛覆了建筑對外部能源的依賴，降低了變電站的整體能耗水平。

圖6 屋頂光伏瓦

其次，片散上方的屋頂采用木紋格柵(圖7)的設計，既滿足了散熱功能的需求，又豐富了屋頂造型，使建筑產生雄渾、挺、高崇飛動和飄逸的獨特韻律。

圖7 屋頂木紋格柵

3.2.2 “圓”

“圓”是中國文化的一個重要精神元素，“圓”，有圓滿之意。“圓”也用在了朱河變電站建筑上，圓形的花格和通風口一體化設計(圖8)，既起到了對通風口的裝飾作用，又降低了風機噪聲對周邊環境的影響。

圖8 “圓”的運用

3.3 建筑表皮的隔聲功能

變電站建筑表皮采用了鋁鎂錳四面企口巖棉夾芯板。這種墻板是一種高強度、高性能的金屬材料,且有很高的再循環價值。鋁鎂錳巖棉夾芯板實現了在工廠中通過自動化設備將巖棉和鋁鎂錳板復合成一個整體，從而改變了以前巖棉板材需現場復合的方式，在滿足建筑物保溫隔熱，隔聲，防火等要求的前提下，更達到了優質、高效、可靠、安全的目標。

鋁鎂錳復合板的單價(含安裝)約為1 500元/m2，雖然造價偏高，但其外觀氟碳涂層在全壽命周期內色彩可保持不變、后期免維護。經過廠家的深化設計，建筑物外墻的預制裝配率達到100%，施工現場也不會產生很大的噪音和空氣污染，符合國網公司綠色施工的建設理念。

因為變電站緊鄰住宅區，為了降低變電站噪聲對周邊的影響，建筑外墻采用了50 mm(內墻板)+100 mm(外墻板)+50 mm(裝飾表皮)的結構層次，將風機、風口等噪聲源隱藏于50 mm厚的裝飾表皮內。同時，建筑外窗均采用了斷橋鋁合金框LOW-E中空玻璃窗，起到了良好的隔音效果。主變室內墻面設置低頻強吸聲玻璃棉復合墻板結構。進出風口結合建筑物外形采用消聲、隔聲等措施。最終使廠界噪聲排放值達到0類標準，如圖9所示。

圖9 變電站噪聲控制

3.4 建筑表皮的遮陽功能

遮陽是為了防止直射陽光照入室內，以減少太陽輻射熱，避免夏季室內過熱，產生眩光以及保護室內物品不受陽光照射而采取的一種建筑節能措施。

朱河變電站建筑設計中，主要采用了三種遮陽方式，包括光伏瓦遮陽、水平遮陽和雙層表皮遮陽。

光伏瓦遮陽：在建筑平屋面基礎上，增加了輕鋼結構的坡屋面造型，將平屋頂的設備隱藏在兩層屋面之間。坡屋面利用光伏瓦隔絕了太陽輻射，同時有效利用兩側屋面間的空氣對流，減少建筑得熱，從而有效降低建筑能耗。

水平遮陽：在窗的上方設置有一定寬度的外挑檐溝，能夠遮擋高度角較大的從窗戶上方照射下來的陽光。

雙層表皮遮陽：在建筑外墻的外側，設置有一層50 mm厚鋁鎂錳夾芯板，作為第二層表皮。與主體外墻之間形成空氣間層，通過空氣對流實現遮陽效果。

3.5 建筑表皮的電磁屏蔽功能

朱河變電站采用鋼結構體系，外墻板、屋面均采用了金屬材料，從而組合形成了立體式的電磁屏蔽系統，實現電磁零輻射。

4 結語

本文介紹了建筑表皮技術在朱河變電站設計中的最新應用成果，設計擺脫了美學設計的束縛，強化了建筑表皮的功能屬性，首次提出多種符合變電站的功能化建筑表皮設計技術，樹立一種美觀、和諧、節能、環保相統一的設計理念，并提出功能化建筑表皮的實現方法，為后續城市變電站設計提供參考。