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【摘要】建立节能型的社会, 是水利建设工程设计者必须要面对和考虑的工程课题。本文通过对水利工程的选址的优化、工程功能的节能的各个方面探讨了水利工程的节能设计。
【关键词】水利 工程 节能 设计
中图分类号：TV文献标识码： A
前言
随着我国国民经济增长方式由单纯的追求国内生产总值的增长, 向依靠科技进步、降低消耗为手段的可持续发展目标的转变, 节能减排效果已以成为衡量各类基本建设项目的一项重要的指标。在水利工程立项程序中, 有关部门也增加了节能设计的有关要求。
一、水库选址设计优化
选择修建水库方案时，要考虑库址，坝址以及修建水库后是否需要移民等。在不考虑地质条件下，重点要考虑三个因素：
第一，区域内必须有一个可供储水的盆地或洼地，这种地形的等高线呈口袋型，“袋大”腹地宽阔，库容量大；
第二，大坝应建在等高线近于闭合地段以及峡谷最窄处，以减少工程量，节省投资，确保大坝安全；
第三，要保证水库地势处于较高处，这样能有效减少闸门的应用，为工程排水系统的修建提供便利。
二、工程功能的节能
1、最大限度提高水利工程的自排能力
水利工程的自排能力主要取决于水系的布置和水闸、河道的结构特征,该水利工程,经过多年建设已形成一個较完善的防洪排涝体系,水系经过优化布置,再进行综合技术经济比较,选择合理的水闸的孔宽和河道断面,就可以只建水闸少建泵站,利用闸前后的水位差,通过启闭闸门,用自排来达到排涝和调水的要求。
2、泵闸结合的布置
当单纯靠自排无法满足排涝的要求必须修建泵站时,在设计中大都采用泵闸结合的布置,在泵站附近或在泵站下部修建口胡光明水闸,以水闸自排为主,只有在水位差较大或灾害性天气时,才进行强排,这样可大幅度的降低强排时间,节约大量的能源。
3、合理规划,综合考虑区域排水模式
在设计区域排水水系时,排水系统一般都分一级排水和二级排水,先将整个区域分成几块,每一块需要排出的水集中到一级泵站,启动一级泵站的水泵将水排至二级排水河道里,再由二级排水河道里的出口泵闸将水排到区域外。在排水系统设计时,优化水系的布置和合理选择二级排水水位,利用地面和河道水位的高差,使一级排水就近直接排入二级排水河道,可取消或减少一级排水泵站,这种排水模式会使二级排水泵站动力和运行时间有所增加,由于二级排水的河道有蓄水的功能,因此二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和,节能效果显著。
4、利用景观绿化和人工水面,增加河道蓄洪能力
以往在设计水利工程中的防汛墙时,为了减少占地面积,一般都采用直立式结构所示。随着时代的进步,人们对环境的要求越来越高,河道的修建和改造,都要求在河道的两侧布置一定宽度的绿化带。这样布置既增加了河道的蓄洪能力,减少强排时间,又满足了生态景观的要求,据初步计算这种布置方式约可减少能源消耗16%。
5、应用信息技术,进行合理科学地调度
经过多年不懈建设,水系内已经建成了大量水利工程,如何根据气象和地理条件对这些水利工程进行高效调度,提高综合防汛和调水能力,减少强排时间,以达到节能的目的,是一个非常复杂的系统工程问题,依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的,只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。新建的防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域水利工程信息化调度控制的中枢,以现代集散控制和网络技术实现全部水利设施的实时控制、统一调度、集中管理,达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的。
三、水利工程的节能设计措施
水利工程的节能设计，主要是从工程设计、用能品种、用电设备、水利泵站变压器等方面进行控制，下面就从这些方面，介绍节能措施。
1、建筑物设计节能措施
建筑物设计节能技术主要用于泵站厂房、水电站厂房、管理站用房等工业及民用建筑物的设计中。目前国家正在逐步发展和完善建筑物节能标准体系, 建筑物设计节能措施一般需要考虑以下几方面内容。
( 1) 建筑墙体、屋面和门窗节能技术。包括采用高效保温材料复合的外墙和屋面、外墙外保温技术, 限制并逐步淘汰内保温技术; 采用各类新型屋面节能技术、节能窗技术, 控制窗墙面积比, 改善窗户的传热系数和遮阳系数等。
( 2) 采暖和空调节能技术。包括根据工程所在的自然条件和基础设施条件, 研究采用集中供热技术、优化配置冷热源技术、空气热回收技术、太阳能技术等先进节能技术的合理性和可行性, 减少采暖、制冷方面的能源消耗。
( 3) 采光和通风节能技术。包括根据建筑物的布局情况,研究泵站、水电站厂房利用自然光技术、自然通风技术的可行性, 减少采光通风方面的能源消耗。
2、用能品种的节能设计
根据水利工程相关的设计方案及施工组织设计，正确计算工程施工期和运行期的用能品种、数量，再换算为标准煤数量，以此可以分别计算出工程施工期和运行期折合为标准煤的用能总量，人们根据这些可以有效加强节能设计。水利工程常用的用能品种与标准煤的折算系数，见表1。
3、用电设备的节能设计
水利节能工程设计中，选择合适的用电设备也能满足体现节能要求。
（1）合理选择水泵。新建水利工程的水泵多为大中型轴流型式，可供不同用户选择这类产品，在设计中，应正确比较水泵参数，严格按实际需求，全面考虑叶片安放角、水泵泵型、门径和比转速等，这样才能使得用电设备能够适应现实情况。
（2）采用直连的方式。在水利工程用电设备的节能设计时，应该要求转速一致，采用直连的方式，通过齿轮变速箱连接电动机和水泵，这就决定了与之配套的电动机必须保持低速，这样的方式比较经济划算。根据节能中长期专项规划的要求，水利工程中的水泵机组以及各类闸门启闭设备的电能消耗是工程运行期间的主要能源消耗，这能使得主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平。与水利工程有关的主要耗能设备能效指标，见表2。
由表2 可见，在对主要耗能设备选型设计中，对于运行工况变化较大的泵站，应按照有关政策要求，配备必要的调节和控制设备，选择运行效率高、节能效果好的设备，以保证运行期间水泵机组能高效运行。
4、水利泵站变压器的节能设计
为了节省工程投资和今后运行管理的方便，在设计的水利泵闸工程中，必须设置专用的10 ～ 0． 4 kV 降压变压器给电动机供电，如果电机容量＜ 250 kW 时，都选用380 V 电动机，这样就能避免泵闸电动机用电量较大的情况。除在灾害性天气时启动水泵排水外，水利工程的排水泵站一般年运行小时数相对较少。所以在设计这类泵站的供电方案时，不投入运行平时主变压器，另配站用变压器，由站用变压器给站用电供电，这样避免大电机启动和停止运行时的冲击，但是工程投资有所增加。此外，水利泵站的变压器的节能设计不仅节约大量的能源，还提高了供电的可靠性，减少变压器的有功损耗。其中变压器的有功损耗按下式计算:
△p = Pd + B2Pk
式中: △p 为变压器的有功损耗，kW; Pd 为变压器的空载损耗，kW; Pk 为变压器的短路损耗，kW; B 为变压器的负载率。根据上式，可以知道，要想加强水利泵站变压器的节能设计，需要选用具有良好的制作工艺的节能型变压器，采用优质冷轧取向硅钢片，特别是使用有铁芯的涡流损耗及漏磁耗损组成的变压器，综合考虑变压器损耗和变压器短路电流的平衡关系，选用短路阻抗合适的变压器，如铜芯变压器，这样不仅能够降低变压器的短路损耗和有功损耗，还大大降低了变压器电阻，增大通过电流。
结论
综上所述，节能设计是水利工程设计中的一个全新的课题。这就需要在设计中，结合水利工程的特点，严格根据国家有关技术标准、规范，合理分析工程的节能效果，有针对性的确定工程的节能措施，以完善水利工程设计内容，这将具有十分深远的意义
【参考文献】
[1]万晋军.节能技术在水利工程设计中的应用[J].西部探矿工程，2006（11）.
[2]刘爱军.关于水利工程节能设计中几个问题的探讨[J].中国农村水利水电，2010（1）.
[3]邹礼兵，傅心铎，殷振东.水利工程设计节能的应用[J].科技资讯，2008（23）.
[4]蔡侃.加强建筑节能在水利工程中的应用[J].水利科技，2011（2）
【关键词】水利 工程 节能 设计
中图分类号：TV文献标识码： A
前言
随着我国国民经济增长方式由单纯的追求国内生产总值的增长, 向依靠科技进步、降低消耗为手段的可持续发展目标的转变, 节能减排效果已以成为衡量各类基本建设项目的一项重要的指标。在水利工程立项程序中, 有关部门也增加了节能设计的有关要求。
一、水库选址设计优化
选择修建水库方案时，要考虑库址，坝址以及修建水库后是否需要移民等。在不考虑地质条件下，重点要考虑三个因素：
第一，区域内必须有一个可供储水的盆地或洼地，这种地形的等高线呈口袋型，“袋大”腹地宽阔，库容量大；
第二，大坝应建在等高线近于闭合地段以及峡谷最窄处，以减少工程量，节省投资，确保大坝安全；
第三，要保证水库地势处于较高处，这样能有效减少闸门的应用，为工程排水系统的修建提供便利。
二、工程功能的节能
1、最大限度提高水利工程的自排能力
水利工程的自排能力主要取决于水系的布置和水闸、河道的结构特征,该水利工程,经过多年建设已形成一個较完善的防洪排涝体系,水系经过优化布置,再进行综合技术经济比较,选择合理的水闸的孔宽和河道断面,就可以只建水闸少建泵站,利用闸前后的水位差,通过启闭闸门,用自排来达到排涝和调水的要求。
2、泵闸结合的布置
当单纯靠自排无法满足排涝的要求必须修建泵站时,在设计中大都采用泵闸结合的布置,在泵站附近或在泵站下部修建口胡光明水闸,以水闸自排为主,只有在水位差较大或灾害性天气时,才进行强排,这样可大幅度的降低强排时间,节约大量的能源。
3、合理规划,综合考虑区域排水模式
在设计区域排水水系时,排水系统一般都分一级排水和二级排水,先将整个区域分成几块,每一块需要排出的水集中到一级泵站,启动一级泵站的水泵将水排至二级排水河道里,再由二级排水河道里的出口泵闸将水排到区域外。在排水系统设计时,优化水系的布置和合理选择二级排水水位,利用地面和河道水位的高差,使一级排水就近直接排入二级排水河道,可取消或减少一级排水泵站,这种排水模式会使二级排水泵站动力和运行时间有所增加,由于二级排水的河道有蓄水的功能,因此二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和,节能效果显著。
4、利用景观绿化和人工水面,增加河道蓄洪能力
以往在设计水利工程中的防汛墙时,为了减少占地面积,一般都采用直立式结构所示。随着时代的进步,人们对环境的要求越来越高,河道的修建和改造,都要求在河道的两侧布置一定宽度的绿化带。这样布置既增加了河道的蓄洪能力,减少强排时间,又满足了生态景观的要求,据初步计算这种布置方式约可减少能源消耗16%。
5、应用信息技术,进行合理科学地调度
经过多年不懈建设,水系内已经建成了大量水利工程,如何根据气象和地理条件对这些水利工程进行高效调度,提高综合防汛和调水能力,减少强排时间,以达到节能的目的,是一个非常复杂的系统工程问题,依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的,只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。新建的防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域水利工程信息化调度控制的中枢,以现代集散控制和网络技术实现全部水利设施的实时控制、统一调度、集中管理,达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的。
三、水利工程的节能设计措施
水利工程的节能设计，主要是从工程设计、用能品种、用电设备、水利泵站变压器等方面进行控制，下面就从这些方面，介绍节能措施。
1、建筑物设计节能措施
建筑物设计节能技术主要用于泵站厂房、水电站厂房、管理站用房等工业及民用建筑物的设计中。目前国家正在逐步发展和完善建筑物节能标准体系, 建筑物设计节能措施一般需要考虑以下几方面内容。
( 1) 建筑墙体、屋面和门窗节能技术。包括采用高效保温材料复合的外墙和屋面、外墙外保温技术, 限制并逐步淘汰内保温技术; 采用各类新型屋面节能技术、节能窗技术, 控制窗墙面积比, 改善窗户的传热系数和遮阳系数等。
( 2) 采暖和空调节能技术。包括根据工程所在的自然条件和基础设施条件, 研究采用集中供热技术、优化配置冷热源技术、空气热回收技术、太阳能技术等先进节能技术的合理性和可行性, 减少采暖、制冷方面的能源消耗。
( 3) 采光和通风节能技术。包括根据建筑物的布局情况,研究泵站、水电站厂房利用自然光技术、自然通风技术的可行性, 减少采光通风方面的能源消耗。
2、用能品种的节能设计
根据水利工程相关的设计方案及施工组织设计，正确计算工程施工期和运行期的用能品种、数量，再换算为标准煤数量，以此可以分别计算出工程施工期和运行期折合为标准煤的用能总量，人们根据这些可以有效加强节能设计。水利工程常用的用能品种与标准煤的折算系数，见表1。
3、用电设备的节能设计
水利节能工程设计中，选择合适的用电设备也能满足体现节能要求。
（1）合理选择水泵。新建水利工程的水泵多为大中型轴流型式，可供不同用户选择这类产品，在设计中，应正确比较水泵参数，严格按实际需求，全面考虑叶片安放角、水泵泵型、门径和比转速等，这样才能使得用电设备能够适应现实情况。
（2）采用直连的方式。在水利工程用电设备的节能设计时，应该要求转速一致，采用直连的方式，通过齿轮变速箱连接电动机和水泵，这就决定了与之配套的电动机必须保持低速，这样的方式比较经济划算。根据节能中长期专项规划的要求，水利工程中的水泵机组以及各类闸门启闭设备的电能消耗是工程运行期间的主要能源消耗，这能使得主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平。与水利工程有关的主要耗能设备能效指标，见表2。
由表2 可见，在对主要耗能设备选型设计中，对于运行工况变化较大的泵站，应按照有关政策要求，配备必要的调节和控制设备，选择运行效率高、节能效果好的设备，以保证运行期间水泵机组能高效运行。
4、水利泵站变压器的节能设计
为了节省工程投资和今后运行管理的方便，在设计的水利泵闸工程中，必须设置专用的10 ～ 0． 4 kV 降压变压器给电动机供电，如果电机容量＜ 250 kW 时，都选用380 V 电动机，这样就能避免泵闸电动机用电量较大的情况。除在灾害性天气时启动水泵排水外，水利工程的排水泵站一般年运行小时数相对较少。所以在设计这类泵站的供电方案时，不投入运行平时主变压器，另配站用变压器，由站用变压器给站用电供电，这样避免大电机启动和停止运行时的冲击，但是工程投资有所增加。此外，水利泵站的变压器的节能设计不仅节约大量的能源，还提高了供电的可靠性，减少变压器的有功损耗。其中变压器的有功损耗按下式计算:
△p = Pd + B2Pk
式中: △p 为变压器的有功损耗，kW; Pd 为变压器的空载损耗，kW; Pk 为变压器的短路损耗，kW; B 为变压器的负载率。根据上式，可以知道，要想加强水利泵站变压器的节能设计，需要选用具有良好的制作工艺的节能型变压器，采用优质冷轧取向硅钢片，特别是使用有铁芯的涡流损耗及漏磁耗损组成的变压器，综合考虑变压器损耗和变压器短路电流的平衡关系，选用短路阻抗合适的变压器，如铜芯变压器，这样不仅能够降低变压器的短路损耗和有功损耗，还大大降低了变压器电阻，增大通过电流。
结论
综上所述，节能设计是水利工程设计中的一个全新的课题。这就需要在设计中，结合水利工程的特点，严格根据国家有关技术标准、规范，合理分析工程的节能效果，有针对性的确定工程的节能措施，以完善水利工程设计内容，这将具有十分深远的意义
【参考文献】
[1]万晋军.节能技术在水利工程设计中的应用[J].西部探矿工程，2006（11）.
[2]刘爱军.关于水利工程节能设计中几个问题的探讨[J].中国农村水利水电，2010（1）.
[3]邹礼兵，傅心铎，殷振东.水利工程设计节能的应用[J].科技资讯，2008（23）.
[4]蔡侃.加强建筑节能在水利工程中的应用[J].水利科技，2011（2）