一种节能减碳的变电站的制作方法

1.本发明涉及变电站技术领域，尤其是涉及一种节能减碳的变电站。


背景技术：

2.能源消耗主要来自于建筑、工业和交通三个行业，其中，建筑行业的能源消耗占全球能源消耗总量的35%，推进建筑行业节能降耗势在必行，是解决诸如减少能源消耗，缓解气候变化和减少人类活动碳足迹等全球性问题的关键策略。变电站是电力输送的基本单元，是社会中覆盖面积最大、使用最为普遍的重要基础工程之一。城市变电站数量众多，分布广泛，其节能降耗对整个电网的能耗水平有着至关重要的影响。以往对变电站建筑的设计要求只是从满足基本功能与工艺需求的角度考虑，较少考虑变电站建筑的节能设计。然而建筑布局、空间功能、围护结构、窗墙比、建筑遮阳以及建筑材料等因素对建筑整体能耗影响较大。同时，变电站建筑室内设备发热量大，产热远大于散热，因而要求空调全年全天24h 开启，耗电量巨大。
3.在中国专利文献上公开的“一种光伏新能源节能箱式变电站”，其公开号为cn215497927u，公开日期为2022-01-11，包括变电站箱体、光伏系统、通风系统及清洁系统，光伏系统包括光伏板、蓄电池及逆变器，通风系统包括温度控制器、通风口及通风门，通风口开设于箱体屋顶上，通风门由通风门直线电机驱动，通风口处固装有过滤网，清洁系统包括清洁支撑架、清洁架及清洁擦，清洁支撑架固装在正对通风口处，清洁架滑动的安装在清洁支撑架上且由清洁直线电机驱动，清洁擦固装在清洁架上，温度控制器、通风门直线电机及清洁直线电机均与蓄电池通过线缆连接。但是该技术中光伏系统是固定的，因此随着光照角度的不同其发电效率会受到影响，同时夏季通风时外界空气温度依然较高，因此通过通风降低变电站内部温度的方法效率不高。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术中变电站中设置的光伏系统角度固定，不能充分利用光能发电，同时在高温环境时进行通风降温效率不高的问题，提供了一种节能减碳的变电站，在变电站中设置有光伏发电模块、水冷模块和通风模块，通过可以调节光伏板角度的光伏发电模块来提高光能利用率，同时结合水循环降温和通风降温的叠加利用，提高变电站内的降温效率。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种节能减碳的变电站，包括：变电站主体，所述变电站主体包括地上主体和地下主体；光伏发电模块，包括设置在变电站主体顶部的顶面光伏单元和设置在外墙面的墙面光伏单元；水冷模块，用于收集水资源并通过水循环对变电站内部进行降温；通风模块，通过对变电站内部的空气与外界空气的交换进行降温。
6.本发明中通过光伏发电模块产生的电能可以用于变电站内部设备的供电，从而节省了对于电网电能的消耗；同时水冷模块能够收集雨天的降水或其他水资源进过净化处理后储存在地下，因此在夏天其水温相较于环境温度和变电站内温度都更低，可以通过低温的水在变电站内循环流动带走热量来达到降温的目的；通风模块则可以将外界相对变电站内温度更低的空气吹入变电站内，进行空气交换来降低变电站内的温度，同时通风模块吸入的外界空气也可以通过储存在地下的水降温后再吹入变电站内，可以进一步提高降温的效率。
7.作为优选，所述顶面光伏单元包括若干平行设置的光伏板组件，所述光伏板组件包括光伏组以及与光伏组铰接的若干对伸缩杆，所述伸缩杆用于调节光伏组的倾斜角度。本发明中伸缩杆是成对设置的，当一对伸缩杆的高度相同时，与其铰接的光伏组水平；当一对伸缩杆中的一个伸缩杆高度低于另一个时，光伏组向高度更低的伸缩杆的方向倾斜，从而可以调整光伏组的倾斜角度使得在一定范围内太阳光始终能垂直照射到光伏组表面，提高光能利用率。
8.作为优选，所述墙面光伏单元包括固定在变电站墙面顶部的转动装置，所述转动装置与光伏支架转动连接；所述光伏支架上安装有若干墙面光伏组，墙面光伏组沿光伏支架滑动；光伏支架与变电站墙面之间连接有调节杆，用于调节光伏支架与墙面的夹角。本发明中转动装置与调节杆共同作用可以调节光伏支架与变电站墙面的夹角，从而调节墙面光伏组的角度；此外墙面光伏组可以在光伏支架上滑动，因此可以调节在光伏支架上不同墙面光伏组之间的距离，使得光线从墙面光伏组的间隙中穿过。
9.作为优选，所述水冷模块包括固定在地上主体上的集水单元，所述集水单元与埋设在地表下的储水单元连接，储水单元与设置在变电站地下主体内的水循环单元连通形成水循环回路。本发明中集水单元可以收集下雨时落在变电站顶部以及周围地面的水资源，通过水处理后储存到埋在地下的储水单元中，由于储水单元埋在地下，因此在夏季时水温低于空气温度以及变电站内的温度；水循环单元设置在变电站的地下主体内，低温水流过时可以吸收变电站的高温空气的热量从而降低变电站内的温度。
10.作为优选，所述通风模块包括进风单元，通过进风单元吸入的空气从风管网中进入过滤单元，过滤单元对空气进行过滤干燥后通过风管吹入变电站内部，设置在变电站墙面上的出风单元将变电站内的热空气排出。本发明中过滤单元分为水过滤部分和干燥部分，吸入的空气通过风管网吹入水中，可以除去空气中附带的颗粒物和杂质，同时可以通过水对空气降温；通过水过滤后的空气进行干燥后吹入变电站内部，保证变电站内部在通风换气时不会受到空气中颗粒物以及潮湿水汽的影响；此外吹入的低温空气从变电站接近地面的墙体处吹入，变电站内的高温空气从接近墙体顶部的出风单元排除，可以提高换气降温的效率。
11.作为优选，所述墙面光伏单元连接的变电站墙面上设置有采光窗，通过调节墙面光伏单元与墙面的夹角或者滑动调节墙面光伏组在光伏支架上的位置调节从采光窗摄入变电站内的光照。本发明中光线通过相邻的墙面光伏组的间隙穿过墙面光伏单元，因此可以调节间隙的距离来控制光照；同时调节墙面光伏单元与墙面的夹角也能调节光照；在变电站内部照明用电是电能消耗的重要部分，因此可以通过采光窗用自然光来代替照明设备从而节省电能；而在夏季光照强烈时，过多的光线射入会提高变电站内的温度，此时通过墙
面光伏单元来调节光照，使得变电站内的亮度合适同时又不会因为光照过度而需要消耗电能制冷。
12.作为优选，在变电站主体的两侧分别设置有第一储水单元和第二储水单元，两个储水单元通过三通阀连接同一个水循环单元；通过三通阀控制水冷模块中水循环的流动路径。本发明中在变电站的两侧分别设置一个储水单元，两个储水单元共同连接同一个水循环单元，同时用三通阀控制水循环单元与第一储水单元连通或与第二储水单元连通；因此当第一储水单元中的水经过多次循环带走大量热量升温后，其继续水循环降温的效率降低，此时可以通过第二储水单元中的水进行水循环降温，而第一储水单元中的水可以在地下散热降温；以此交替通过不同储水单元的水来带走变电站内的热量，提高降温效率。
13.作为优选，所述变电站主体采用水泥纤维板作为外墙板材料。本发明中外墙的传热系数越大，越利于变电站内部的散热，同时单位面积的制冷能耗也越小；水泥纤维板相较于现有技术采用的铝镁锰岩棉夹芯板具有更大的传热系数，同时材料产生过程中水泥纤维板单位面积产生的二氧化碳远小于铝镁锰岩棉夹芯板。
14.本发明具有如下有益效果：在变电站中设置有光伏发电模块、水冷模块和通风模块，通过可以调节光伏板角度的光伏发电模块来提高光能利用率，同时结合水循环降温和通风降温的叠加利用，提高变电站内的降温效率；在光伏发电模块中设置有墙面光伏单元，墙面光伏单元可以调节通过采光窗照射进入变电站的的光线，在节省照明用电的同时，避免光照过强导致的制冷能耗上升的问题；在通风模块中对吸入的外界空气进行水过滤和干燥处理，既能除去空气中混杂的颗粒物和杂质，同时还能对空气进行降温，从而提高交换空气时变电站内的降温效率。
附图说明
15.图1是本发明变电站的示意图；图2是本发明变电站水冷模块的侧面示意图；图3是本发明变电站地下部分水冷模块的俯视图；图4是本发明变电站通风模块的示意图；图5是本发明变电站光伏发电模块的示意图；图中：1、变电站主体；2、光伏发电模块；3、水冷模块；4、通风模块；11、地上主体；12、地下主体；21、顶面光伏单元；22、墙面光伏单元；31、集水单元；32、储水单元；33、循环单元；41、进风单元；42、过滤单元；43、出风单元；111、采光窗；211、第一光伏组；212、第一伸缩杆；213、第二伸缩杆；214、第二光伏组；215、第三伸缩杆；216、第四伸缩杆；221、第一转动装置；222、第一光伏支架；223、第一调节杆；224、第二转动装置；225、第二光伏支架；226、第二调节杆；227、墙面光伏组；311、第一集水管；312、第一净水装置；313、第二集水管；314、第二净水装置；321、第一储水装置；322、第二储水装置；331、第一进水管；332、第一出水管；333、第二进水管；334、第二出水管；335、第一三通阀；336、第二三通阀；337、循环管网；411、第一进风单元；412、第二进风单元；413、第一风管网；414、第二风管网；421、第一混合单元；422、第一干燥单元；423、第二混合单元；424、第二干燥单元；425、第一风管；426、第二风管；431、第一出风单元；432、第二出风单元；2231、下调节杆；2232、转轴；2233、上调节杆。
具体实施方式
16.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
17.如图1所示，一种节能减碳的变电站，包括变电站主体1，分为地上主体11和地下主体12两部分；光伏发电模块2，包括设置在变电站主体顶部的顶面光伏单元21和设置在外墙面的墙面光伏单元22；水冷模块3，包括依次连接的集水单元31、储水单元32和循环单元33，通过收集的水资源在变电站内循环进行降温；通风模块4，包括依次连接的进风单元41、过滤单元42和出风单元43，使空气在变电站内部和变电站外界环境间进行交换降温。
18.本发明中通过光伏发电模块产生的电能可以用于变电站内部设备的供电，从而节省了对于电网电能的消耗；同时水冷模块能够收集雨天的降水或其他水资源进过净化处理后储存在地下，因此在夏天其水温相较于环境温度和变电站内温度都更低，可以通过低温的水在变电站内循环流动带走热量来达到降温的目的；通风模块则可以将外界相对变电站内温度更低的空气吹入变电站内，进行空气交换来降低变电站内的温度，同时通风模块吸入的外界空气也可以通过储存在地下的水降温后再吹入变电站内，可以进一步提高降温的效率。
19.本发明中伸缩杆是成对设置的，当一对伸缩杆的高度相同时，与其铰接的光伏组水平；当一对伸缩杆中的一个伸缩杆高度低于另一个时，光伏组向高度更低的伸缩杆的方向倾斜，从而可以调整光伏组的倾斜角度使得在一定范围内太阳光始终能垂直照射到光伏组表面，提高光能利用率。
20.本发明中转动装置与调节杆共同作用可以调节光伏支架与变电站墙面的夹角，从而调节墙面光伏组的角度；此外墙面光伏组可以在光伏支架上滑动，因此可以调节在光伏支架上不同墙面光伏组之间的距离，使得光线从墙面光伏组的间隙中穿过。
21.本发明中集水单元可以收集下雨时落在变电站顶部以及周围地面的水资源，通过水处理后储存到埋在地下的储水单元中，由于储水单元埋在地下，因此在夏季时水温低于空气温度以及变电站内的温度；水循环单元设置在变电站的地下主体内，低温水流过时可以吸收变电站的高温空气的热量从而降低变电站内的温度。
22.本发明中过滤单元分为水过滤部分和干燥部分，吸入的空气通过风管网吹入水中，可以除去空气中附带的颗粒物和杂质，同时可以通过水对空气降温；通过水过滤后的空气进行干燥后吹入变电站内部，保证变电站内部在通风换气时不会受到空气中颗粒物以及潮湿水汽的影响；此外吹入的低温空气从变电站接近地面的墙体处吹入，变电站内的高温空气从接近墙体顶部的出风单元排除，可以提高换气降温的效率。
23.本发明中光线通过相邻的墙面光伏组的间隙穿过墙面光伏单元，因此可以调节间隙的距离来控制光照；同时调节墙面光伏单元与墙面的夹角也能调节光照；在变电站内部照明用电是电能消耗的重要部分，因此可以通过采光窗用自然光来代替照明设备从而节省电能；而在夏季光照强烈时，过多的光线射入会提高变电站内的温度，此时通过墙面光伏单元来调节光照，使得变电站内的亮度合适同时又不会因为光照过度而需要消耗电能制冷。
24.本发明中在变电站的两侧分别设置一个储水单元，两个储水单元共同连接同一个水循环单元，同时用三通阀控制水循环单元与第一储水单元连通或与第二储水单元连通；因此当第一储水单元中的水经过多次循环带走大量热量升温后，其继续水循环降温的效率
降低，此时可以通过第二储水单元中的水进行水循环降温，而第一储水单元中的水可以在地下散热降温；以此交替通过不同储水单元的水来带走变电站内的热量，提高降温效率。
25.本发明中外墙的传热系数越大，越利于变电站内部的散热，同时单位面积的制冷能耗也越小；水泥纤维板相较于现有技术采用的铝镁锰岩棉夹芯板具有更大的传热系数，同时材料产生过程中水泥纤维板单位面积产生的二氧化碳远小于铝镁锰岩棉夹芯板。
26.在本发明的实施例中，如图2所示，变电站主体的地上主体顶部设置有顶面光伏单元，顶面光伏单元包含两行平行设置的第一光伏板组件和第二光伏板组件，第一光伏板组件包括第一光伏组211，第一光伏组分别与第一伸缩杆212和第二伸缩杆213铰接；第二光伏板组件包括第二光伏组214，第二光伏组分别与第三伸缩杆215和第四伸缩杆216铰接；通过伸缩杆的伸缩调整高度可以使光伏组倾斜不同的角度。在地上主体的两侧墙面分别设置有第一墙面光伏单元和第二墙面光伏单元，第一墙面光伏单元包括设置在墙面顶部的第一转动装置221，第一转动装置与第一光伏支架222连接，第一光伏支架可以绕第一转动装置转动，同时第一光伏支架还通过第一调节杆223与墙面连接，第一调节杆的两端分别与第一光伏支架和墙面铰接；第二墙面光伏单元以同样的连接结构与另一侧墙面相连，包括有第二转动装置224、第二光伏支架225和第二调节杆。
27.在变电站主体的地上主体墙面的边缘处设置有第一集水管311和第二集水管313，其中第一集水管与设置在地表的第一净水装置312连通共同组成第一集水单元，经过收集净化后的水资源储存到埋设在地下的第一储水装置321中，第一储水装置内的水通过第一进水管331流入水循环单元，再由水循环单元通过第一出水管332流到第一净水装置中重新处理会回到第一储水装置中。同样的，第二集水管与设置在地表的第二净水装置314连通组成第二集水单元，净化后的水资源储存到埋设在地下的第二储水装置322中，第二储水装置、第二进水管334、水循环单元、第二出水管334组成另一条水循环路径。
28.如图3所示，是整个变电站地下部分的俯视图，包含了水流的运动路径。在变电站的地下主体中布满了循环管网337，循环管网的两端分别连接第一三通阀335和第二三通阀336。第一三通阀与第一储水装置通过第一进水管连接，同时第一三通阀与第二储水装置通过第二出水管连接；第二三通阀与第一储水装置通过第一出水管连接，同时第二三通阀与第二储水装置通过第二进水管连接。可以通过两个三通阀的通断控制水循环的路径，使得水在第一储水装置与循环管网间循环流动或者在第二储水装置与循环管网间循环流动。此外在地下部分还分别设置有第一过滤单元和第二过滤单元，第一过滤单元包括依次连接的第一混合单元421、第一干燥单元422和第一风管425，第一风管连通第一干燥单元和变电站主体内部，第一混合单元与第一储水装置间可以通过水管连接，将第一储水装置内的水传输到第一混合单元中作为过滤冷却的水；同样的第二过滤单元以相同的连接方式连接第二储水装置和变电站主体内部，包括有第二混合单元423、第二干燥单元424和第二风管426。
29.如图4所示，在变电站主体两侧分别设置有第一通风模块和第二通风模块，第一通风模块中的第一进风单元411设置在地表以上，外界空气从第一进风单元的环形侧面进入第一进风单元，其截面呈t字型，可以避免颗粒物或外界遇水直接下落进入第一进风单元中。从第一进风单元吸入的外界空气通过第一风管网413与第一混合单元421内的水混合，风管网的设置可以提升对空气的冷却效率以及过滤颗粒物的效率；过滤冷却后的空气经过第一干燥单元422的干燥后从第一风管425吹入变电站主体内部，变电站主体内部的热空气
则从设置在靠近墙面顶部的第一出风单元431排出，完成变电站内的空气交换和降温。第二通风模块的连接结构与第一通风模块相同；外界的空气从第二进风单元412进入，通过第二风管网414与第二混合单元423内的水混合，经过过滤冷却后的空气被第二干燥单元424干燥后从第二风管426吹入变电站主体内部，同时变电站内的热空气从设置在靠近墙面顶部的第二出风单元432排出，第一出风单元和第二出风单元设置在相对的两个墙面上，第一风管和第二风管连接在相对的两个墙面靠近地面处。
30.如图5所示，是本实施例中光伏发电模块的示意图，第一光伏板组件和第二光伏板组件平行设置在变电站主体顶部，第一光伏板组件包括有第一光伏组211以及与第一光伏组铰接的若干对伸缩杆，一对伸缩杆包括图中所示的第一伸缩杆212和第二伸缩杆213；同样的，第二关古风版组件包括有第二光伏组214以及与之铰接的若干对伸缩杆，一对伸缩杆包括图中所示的第三伸缩杆215和第四伸缩杆216。此外墙面光伏单元包括固定在变电站墙面顶部的第一转动装置221，第一光伏支架222连接在第一转动装置上且可以绕其转动，第一光伏支架还通过第一调节杆223与墙面连接，第一调节杆包括有下调节杆2231，下调节杆的一端与墙面铰接，另一端通过转轴2232与上调节杆2233的一端连接，上调节杆2233的另一端与第一光伏支架铰接；因此可以通过第一调节杆的转动和张合来控制调节第一光伏支架与墙面之间的夹角。在第一光伏支架上连接有若干片墙面光伏组227，墙面光伏组可以在第一光伏支架上沿着支架两边上下滑动，使得相邻墙面光伏组之间的间隙距离可以调整，在墙面光伏单元所在的墙面侧设置有采光窗111，太阳光可以通过墙面光伏组的间隙照射到采光窗上为变电站内部提供光源。
31.在本实施例中，变电站主体采用水泥纤维板作为外墙板材料来替代原有的铝镁锰岩棉夹芯板，其构造由外向内依次为12mm厚水泥纤维板、竖向龙骨、外墙板连接件、墙面主檩条、自粘型防水隔气膜、100mm聚苯颗粒水泥复合条板和6mm水泥纤维板。改动后的外墙传热系数为1.012w/(k*m^2)，相比于铝镁锰岩棉夹芯板的传热系数0.32 w/(k*m^2)有明显提升，传热系数越大越有利于变电站主体内部的散热，从而减小了变电站建筑单位面积制冷需要消耗的能耗。另外在生产铝镁锰岩棉夹芯板的过程中，以100mm岩棉 100mm聚苯 0.8mm铝镁锰板 0.6mm彩钢板为外墙材料的生产过程中，其单位面积的碳排放量为240.23kgco2e/m^2，而对于水泥纤维板的外墙材料，生产过程中的单位面积碳排放量为123.60 kgco2e/m^2，远小于铝镁锰岩棉夹芯板，因此在外墙板材料的生产过程中采用水泥纤维板产生的二氧化碳更少，同时建成的变电站其散热能力更强，能节省更多的制冷用电能耗。
32.在本实施例中为了保证变电站内设备的正常工作，变电站内的全年室温需要控制在40摄氏度以下，以全年时间段考虑，在冬季时由于内外温差较大，变电站的散热较快，因此不需要担心变电站内的室温会上升到40摄氏度以上，只需要定期通过通风模块对变电站内的空气与外界空气进行交换。在春季、夏季和秋季时，在对变电站内采用空调制冷的基础上还能通过通风模块以及水冷模块对变电站内进行降温处理，变电站内的各个设备用电首先采用光伏发电模块产生的电能进行工作，设置在变电站顶部的顶面光伏单元由于其光伏组的倾斜角度是可以调整的，因此可以调整伸缩杆的高度来调整光伏组的倾斜角度，使得在光伏组能够变动的角度范围内，太阳光能够始终垂直照射到光伏板上，最大化地利用太阳能产生电能，并将电能储存起来作为变电站用电设备的电源。此外墙面光伏单元与墙面
的夹角也是可以调整的，通过调节杆的张合使得墙面光伏单元可以绕固定在墙面上的转动装置转动，使得墙面光伏单元可以在变动的角度范围内，太阳光可以垂直照射到光伏板上。另外墙面光伏单元上的墙面光伏组可以沿着光伏支架滑动，因此相邻墙面光伏组的间隙距离可调，通过间隙距离的调节来控制照射到墙面上采光窗的阳光量，从而控制变电站内部的亮度。以自然光替代照明设备照明可以节省变电站内的照明用电，从而节约电能消耗。
33.对于水冷模块，在下雨过程中落在变电站顶部的雨水可以通过集水管流到净水装置中，通过净化后储存到储水装置当中，储水装置埋设在地下，因此在高温天气中储水装置内的水温度明显低于外界空气温度，储水装置中的水既可以作为低温的冷却循环水进行使用，同时也可以作为生活用水、变电站内的消防用水以及环境绿化用水等来使用。当变电站内部需要降温时，可以采用水循环来降温，第一三通阀和第二三通阀连通第一储水装置和循环管网，第二储水装置和循环管网不连通，此时第一储水装置中的低温水通过第一进水管流入循环管网中，在变电站地下主体内流动后通过第一出水管回流到净水装置净化后重新回到第一储水装置。低温水在循环光网内流动后的过程中不断吸收变电站内高温空气的热量从而能够降低变电站内的温度，低温水吸收热量后温度升高并返回到储水装置中，经过对变电站内的多次循环降温后，变电站内的空气温度降低，热量都由水带到第一储水装置中使得其内部的水温上升，此时若继续使用第一储水装置的水进行水循环冷却的效率会降低；因此第一三通阀和第二三通阀连通第二储水装置和循环管网，隔离第一储水装置，是第一储水装置内水的热量在地下散热降温，利用第二储水装置内的低温水继续对变电站内进行水循环降温；待到第二储水装置内的水温升高到一定数值后，重新利用第一储水装置内降温完成的低温水进行变电站内的循环降温，依次交替来保证变电站内的降温效率。
34.对于通风模块，第一混合单元内的水来自于第一储水装置，其水温低于外界空气的温度。通过第一进风单元吸入外界空气，将外界空气通过第一风管网与第一混合单元内的水进行混合，空气中的颗粒物和杂质被过滤，同时低温水可以对吸入的空气进行进一步的降温，经过过滤后的空气通过第一干燥单元干燥后从第一风管处吹入变电站内部，与此同时第一出风单元能够将变电站内的高温空气排出到外界，从而实现变电站内的降温。干燥单元内的干燥剂需要进行定期更换，同时混合单元中的水因为过滤了空气中的颗粒物和杂质，也需要定期更换从而保证空气过滤的有效性。当单个通风模块的降温效率不满足要求时，可以同时开启多个通风模块，将相对于变电站内温度更低的空气从变电站墙面靠近地面处吹入，将变电站内的高温空气从变电站墙面靠近顶部的出风单元排除，提升冷热空气的交换速率来提升降温效率。此外可以同时开启通风模块和水冷模块，增大变电站内空气与外界的热交换速率使得变电站内的温度维持在40摄氏度以下。通过多种散热途径来增强变电站的散热能力，从而减小对变电站内空气进行制冷需要消耗的电能。
35.上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。