摘要：随着时代的发展，碳排放问题也备受关注，电力行业是碳排放的主要行业之一，推动电力行业绿色转型是实现“碳减排”的重要举措。本文针对现有的典型设计变电站，分析变电站在建筑设计、暖通设计等方面上存在的问题，探讨了建筑布局优化、外观优化、能耗优化、通风技术和制冷技术的措施，提出了采用呼吸式双层玻璃幕墙、辐射制冷、可控弱气流通风等技术。研究成果可为变电站实现碳减排提供参考。
关键词：碳减排;变电站;建筑优化：暖通设计
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1 引言
近年来，温室气体过量排放，极端天气频繁发生，使得二氧化碳等温室气体的减排成为国际共识[1]。中国CO2排放量巨大，其中电力企业的CO2排放量占全国总排放量的50%以上[2]，给节能环保工作造成了巨大压力[3]。因此，推动电力行业低碳发展是有效控制CO2排放和推动尽早达峰的重要抓手[4]。随着碳排放目标约束的增强，我国针对电力行业出台了更多政策和措施[5]。同时，变电站是电力系统的重要组成部分，电力行业碳减排目标的实现不能完全依靠政府的政策和措施，還应重视变电站的建筑优化和暖通设计。
随着社会经济发展，城市建设规模扩大，变电站建设逐步向城市型发展[6]。因此，变电站建筑优化要做到平面功能布局合理，建筑投资节约，外形体现现代化工业建筑的特色[7]。户内型变电站因为功能齐全、结构复杂、布置紧凑，既整齐美观，又节约占地，被越来越广泛地采用[9]。变电站的暖通设计，直接关系着站内各种仪器、设备正常运行[8]。在设计或改造户内变电站时，需要重点考虑通风问题并进行优化处理以使户内变电站室内通风达标[10]。对于制冷问题，现在常采用地源热泵技术，利用土壤中的热量（冷量），提供采暖、制冷[11]。电力行业的绿色转型任重且道远，要完成变电站的碳减排任务，必然要对变电站建设提出更高的要求。
本文以国家电网通用设计110kV全户内变电站方案（110-A2-6）为例，分析了变电站在建筑设计、暖通设计等方面上存在的问题，探讨了建筑布局优化、外观优化、能耗优化、通风技术和制冷技术的措施，提出了采用呼吸式双层玻璃幕墙、辐射制冷、可控弱气流通风、地源能和太阳能联合制冷技术，可以有效降低变电站碳排放。
2 变电站建筑优化
2.1 建筑布局优化
变电站的布置方式，自100多年前首座变电站建成至今，已经历了无数次的技术革新，发展成了目前相对成熟的四种布置方式：户外变电站、半户内变电站、全户内变电站和地下变电站。绿色变电站建筑强调最大限度地节约资源，保护环境和减少污染。建设适宜空间、高效利用土地资源在符合功能均衡的前提下，实现土地资源节约与综合利用，减轻环境负荷。
本方案变电站所有配电装置及设备均集中布置在同一幢楼内。与110-A2-6典型设计相比，本方案将主变压器室的长宽尺寸由7.5m×10m优化为5.5m×8.0m，110kV GIS室的长宽尺寸由10m×15.5m优化为9.0m×13.7m，无功补偿装置采用SVG，预制舱布置于屋顶;主变散热器布置于主变室上方屋顶，消防泵房设置与变电站主体地下一层。
通过以上对站内建筑组成与组合的优化，变电站全站总建筑面积为888.34㎡，围墙内用地面积为1290㎡，与典型设计相比，本次设计方案使站内建筑的平面功能更加紧凑合理，建筑面积更加优化。两种方案对比见下表1。
2.2 建筑外观优化
（1） 呼吸式双层玻璃幕墙
呼吸式双层玻璃幕墙（Double skin facades，简称DSF）是由双道玻璃幕墙、玻璃表面温度智能控制的内呼吸空调通风系统以及自动调节遮阳百叶三部分组成。外侧为双层中空绝热玻璃，内侧为可开启的单层钢化玻璃，两者之间为空气腔;内呼吸玻璃幕墙的通风系统是由回风口、双层幕墙形成的空气腔、循环通风空调设备及其相连的电动蝶阀和分别设置于内、外层玻璃内表面的温度传感器组成。采用DSF的变电站效果图如图1所示。
（2） 通风方式的选型
通风方式分为内循环和外循环，在幕墙本身能耗方面，内循环幕墙机械通风耗能比外循环大得多，而且自然通风效果不如外循环。所以到目前为止，应用中大部分大型幕墙都是外循环，并且外循环幕墙划分模式也较多，可以满足不同幕墙需求。所以，本方案配电装置室外墙采用的是外循环，DSF外循环效果图见图2。
（3） 具体实施方式
在冬季时，外层幕墙上的通风口全部关闭，这样内外层幕墙间的空气层就形成了一个密闭的空气体，这里的空气温度低于室内温度、高于室外温度，能够作为室内外的一个缓冲空间，同时加之空气较大的热阻值，可以尽可能多的发挥其保温作用避免室内热量的散失。间层中的百叶在日间若无眩光影响时可保持最多时间的开启，使太阳辐射充分进入室内对空气进行加热;夜间时可以关闭百叶，反射室内对外界的热辐射，进一步减少室内热量的散失。
在夏季时，外层幕墙上的通风口全部开启，间层中的百叶在日间大多数时间保持闭合，照射的太阳辐射被百叶吸收后转化为热量传递给周围的间层中空气，空气受热后上升从而形成竖直方向的热压通风，热空气从上部开口流出排向室外，下部开口进入新的空气进行补给，此循环会随着太阳辐射强度的加强而加强，从而不间断的带走太阳辐射所带来的热量，避免热量传入室内。内层的幕墙在日间多数时间处于关闭状态，从而避免了间层中的热空气流入室内造成冷源的损失;在夜间室外温度下降后便可开启内层幕墙的窗扇进行通风，一方面可以带走间层中的余热，另一方面也可以更新室内空气。
2.3 建筑能耗优化
（1） 辐射制冷
辐射制冷是将物体中的热量以电磁波的形式通过大气透明窗口辐射到冷源而不消耗其他形式的能量，以此起到制冷效果。为了达到制冷效果，材料在大气窗口波段需要高透过来散发热量，或者高发射来辐射热量并且反射太阳光。