建筑表皮技术在变电站工程中的应用

杜 辉，刘晓楠

(中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司， 河北 石家庄 050000)

0 引言

变电站作为工业建筑，建筑体形多为简单矩形体，外部装饰多为粉刷涂料、漆料或贴砖，建筑风格标准化。这种建筑形式如果建设在繁华的都市中心，则会显得格外突兀、不协调。如何提升城市中心变电站的建筑设计，如何在满足安全运行的前提下，提升变电站建筑设计水平是我们今后面临的课题。

本文结合正定朱河110 kV变电站建筑表皮技术的最新应用成果，对建筑物的表皮功能进行优化，在保证变电站的工艺流程顺畅，运行、检修安全可靠基础上，使建筑与周边环境相协调，实现建筑表皮的文化表达、保温隔热、通风、遮阳、隔声、电磁屏蔽等功能的扩展。

1 工程概况

正定朱河110 kV能源综合体位于石家庄市正定新区，太行大街以西，天宁路(规划路)以南，旅投福美十号院住宅项目的东北角，站区对面为石家庄特教学校。

朱河110 kV变电站采用全户内布置，在国网公司典型设计[1]的基础上进行了优化。全站由两栋单层建筑物组成，主楼为综合配电楼，辅楼为综合能源中心。

站内设置光伏、风电、储能、地源热泵设施。除输配电功能外，还提供售电、电动车充电和供热服务。

2 建筑表皮概念的引入

建筑表皮是指人们通过视觉、触觉直接感受到的建筑内、外表面材料所形成的形态、色彩、光影、质感传达的建筑文化和艺术效果以及它们可以针对环境变化进行适度调节的构造体系。它们有的与建筑围护结构构成一个整体，有的则脱离围护结构自成体系。建筑表皮需要防止外界不利环境对室内造成过多影响，对建筑内部空间进行保护和调节，并与建筑空间及结构体系一起构成建筑的整体(图1)。

图1 变电站鸟瞰图

朱河变电站的建筑表皮不是虚无的、纯装饰的空间，而是由实体的建筑内、外表面材料所形成的具有特定功能属性的表皮系统。在这个系统上可以通过表皮材料的选择和构造设计，表现它的形态、色彩、肌理、光影(图2)，定义它的功能性施工方法以及具体的造价等。

图2 变电站透视图

3 建筑表皮的功能设计

3.1 建筑与周边环境融合

为了使变电站更好地融入城市环境， 本工程变电站采用了无围墙设计(图3)，站内道路、站外广场与城市互联(图4、图5)，构建城市交通空间的微循环。其次，建筑形式上传承古城文化，利用传统坡屋顶、白墙灰瓦、园林绿化等组合手法，体现地域特色，营造和谐的城市共享空间并为市民提供休闲活动场所。

图3 雨中实景

图4 站区入口实景

图5 绿植围墙

3.2 建筑表皮的美学功能

朱河变电站所处的正定县位于河北省西南部，华北平原中部的冀中平原，古称常山、真定，历史上曾与北京、保定并称“北方三雄镇”，是国家历史文化名城。

为了使朱河变电站建筑特色与当地传统建筑一脉相承，体现对传统建筑的发展和变化，在朱河变电站设计中，不仅很好地保持了传统建筑的精髓，又有效地融合了现代建筑元素与现代设计因素，拓展了传统建筑的功能使用，给予工业建筑重新定位。

3.2.1 坡屋顶

朱河变电站建筑屋顶在传统的坡屋顶造型设计的基础上进行优化设计。

首先，在较高的一面屋顶上，采用光伏瓦(图6)代替了传统陶土瓦，从而赋予了建筑新的生命。和传统陶土瓦相比，光伏瓦使用寿命可达到陶土瓦的3倍。光伏瓦一次投入后，在房屋的生命周期内，年均发电量为55 339 kWh，按每度电价0.595 2元/kWh计算，每年产生效益约为3.3万元。屋顶光伏系统光伏瓦的使用颠覆了建筑对外部能源的依赖，降低了变电站的整体能耗水平。

图6 屋顶光伏瓦

其次，片散上方的屋顶采用木纹格栅(图7)的设计，既满足了散热功能的需求，又丰富了屋顶造型，使建筑产生雄浑、挺、高崇飞动和飘逸的独特韵律。

图7 屋顶木纹格栅

3.2.2 “圆”

“圆”是中国文化的一个重要精神元素，“圆”，有圆满之意。“圆”也用在了朱河变电站建筑上，圆形的花格和通风口一体化设计(图8)，既起到了对通风口的装饰作用，又降低了风机噪声对周边环境的影响。

图8 “圆”的运用

3.3 建筑表皮的隔声功能

变电站建筑表皮采用了铝镁锰四面企口岩棉夹芯板。这种墙板是一种高强度、高性能的金属材料,且有很高的再循环价值。铝镁锰岩棉夹芯板实现了在工厂中通过自动化设备将岩棉和铝镁锰板复合成一个整体，从而改变了以前岩棉板材需现场复合的方式，在满足建筑物保温隔热，隔声，防火等要求的前提下，更达到了优质、高效、可靠、安全的目标。

铝镁锰复合板的单价(含安装)约为1 500元/m2，虽然造价偏高，但其外观氟碳涂层在全寿命周期内色彩可保持不变、后期免维护。经过厂家的深化设计，建筑物外墙的预制装配率达到100%，施工现场也不会产生很大的噪音和空气污染，符合国网公司绿色施工的建设理念。

因为变电站紧邻住宅区，为了降低变电站噪声对周边的影响，建筑外墙采用了50 mm(内墙板)+100 mm(外墙板)+50 mm(装饰表皮)的结构层次，将风机、风口等噪声源隐藏于50 mm厚的装饰表皮内。同时，建筑外窗均采用了断桥铝合金框LOW-E中空玻璃窗，起到了良好的隔音效果。主变室内墙面设置低频强吸声玻璃棉复合墙板结构。进出风口结合建筑物外形采用消声、隔声等措施。最终使厂界噪声排放值达到0类标准，如图9所示。

图9 变电站噪声控制

3.4 建筑表皮的遮阳功能

遮阳是为了防止直射阳光照入室内，以减少太阳辐射热，避免夏季室内过热，产生眩光以及保护室内物品不受阳光照射而采取的一种建筑节能措施。

朱河变电站建筑设计中，主要采用了三种遮阳方式，包括光伏瓦遮阳、水平遮阳和双层表皮遮阳。

光伏瓦遮阳：在建筑平屋面基础上，增加了轻钢结构的坡屋面造型，将平屋顶的设备隐藏在两层屋面之间。坡屋面利用光伏瓦隔绝了太阳辐射，同时有效利用两侧屋面间的空气对流，减少建筑得热，从而有效降低建筑能耗。

水平遮阳：在窗的上方设置有一定宽度的外挑檐沟，能够遮挡高度角较大的从窗户上方照射下来的阳光。

双层表皮遮阳：在建筑外墙的外侧，设置有一层50 mm厚铝镁锰夹芯板，作为第二层表皮。与主体外墙之间形成空气间层，通过空气对流实现遮阳效果。

3.5 建筑表皮的电磁屏蔽功能

朱河变电站采用钢结构体系，外墙板、屋面均采用了金属材料，从而组合形成了立体式的电磁屏蔽系统，实现电磁零辐射。

4 结语

本文介绍了建筑表皮技术在朱河变电站设计中的最新应用成果，设计摆脱了美学设计的束缚，强化了建筑表皮的功能属性，首次提出多种符合变电站的功能化建筑表皮设计技术，树立一种美观、和谐、节能、环保相统一的设计理念，并提出功能化建筑表皮的实现方法，为后续城市变电站设计提供参考。