建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術

董占峰

（山西省安裝集團股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展和建筑領域的迅速擴展，建筑電氣系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中的重要性愈發(fā)顯著。伴隨著建筑電氣系統(tǒng)的廣泛應用，電能消耗的增加也成為一個嚴重的問題。電力供應和能源保障的壓力不斷加大，因此，建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能問題成為亟待解決的挑戰(zhàn)。建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術的發(fā)展已經(jīng)成為建筑領域的一個關鍵焦點。通過采用現(xiàn)代科技手段和創(chuàng)新方法，在維持建筑電力系統(tǒng)正常運行的前提下，最大限度地減少電能浪費，降低用電成本，減緩對環(huán)境的不良影響，提高電能利用效率。

1 建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術概述

建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術是一種在建筑物電氣設備和系統(tǒng)設計、安裝和運行中采用的相關方法和策略，旨在最大程度地減少電能消耗，提高能源利用效率，降低能源成本，同時減少對環(huán)境的不利影響。這些技術措施涵蓋建筑物的照明、暖通空調、電力配電、智能控制系統(tǒng)等各個方面，以滿足現(xiàn)代社會對可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的需求。建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術的核心目標之一是降低建筑的整體電能消耗。通過采用高效照明設備，如LED 照明、自動照明控制系統(tǒng)，顯著減少照明系統(tǒng)的電耗。在暖通空調方面，使用高效的暖通設備和智能溫控系統(tǒng)，提高供暖和制冷系統(tǒng)的效率，降低用電需求。此外，建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術還包括采用節(jié)能型電機、變頻調速器、電力因數(shù)校正設備等設備，以最大程度地減少電能損失和浪費。智能控制系統(tǒng)也是建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術的重要組成部分。通過實時監(jiān)測和控制建筑內電氣設備的運行狀態(tài)，智能控制系統(tǒng)根據(jù)不同時間段和用電需求來優(yōu)化設備的運行，自動調整照明、空調和電力配電系統(tǒng)的工作模式，從而實現(xiàn)電能的智能分配和管理。這種智能化的控制手段有助于降低用電高峰期的電能需求，減輕電網(wǎng)負擔，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。

2 建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀

2.1 設備老舊與系統(tǒng)老化

設備老舊通常表現(xiàn)為電氣設備性能下降，能效較低，工作效率降低，功耗增加，維修頻率升高，導致運行成本上升。同時，老化的設備也存在電氣故障風險增加，安全隱患潛在。系統(tǒng)老化則反映在電氣系統(tǒng)結構過時，缺乏現(xiàn)代化的控制和監(jiān)測手段，無法實現(xiàn)智能化管理，難以適應變化的節(jié)能需求。此外，老化系統(tǒng)的電線電纜存在老化、磨損、絕緣老化等問題，容易導致電氣故障，甚至安全隱患。

2.2 缺乏綜合性規(guī)劃

在建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能方面，缺乏綜合性規(guī)劃表現(xiàn)為系統(tǒng)設計和運行存在片面性和分散性。常見情況包括未充分考慮不同電氣設備之間的協(xié)同工作，導致能源浪費；系統(tǒng)各部分功能分隔，缺乏統(tǒng)一的控制和監(jiān)測手段，難以實現(xiàn)整體節(jié)能管理；針對節(jié)能措施，常常是分散的小范圍改進，而非系統(tǒng)級別的策略，因此難以充分發(fā)揮綜合效益。這一片面性和分散性規(guī)劃使得建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能潛力未能充分挖掘，限制整體節(jié)能效果的實現(xiàn)。

2.3 缺乏能源管理軟件

在建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能管理中，能源管理軟件不足主要表現(xiàn)在以下方面。首先，缺乏全面的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析功能，無法實時采集、分析和反饋電氣設備和系統(tǒng)的性能數(shù)據(jù)，難以發(fā)現(xiàn)潛在的能源浪費問題。其次，對于能源使用情況的預測和優(yōu)化控制能力不足，無法根據(jù)建筑實際運行情況進行智能調整，以提高能源利用效率。另外，軟件界面復雜或不友好，操作人員難以快速上手，降低系統(tǒng)的可操作性和實際應用價值。此外，能源管理軟件通常缺乏與不同設備和系統(tǒng)的兼容性，導致信息集成不暢，難以實現(xiàn)全面的建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能管理。最后，安全性和數(shù)據(jù)隱私保護方面的功能有待加強，存在數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)遭受網(wǎng)絡攻擊的風險[2]。

2.4 照明系統(tǒng)不合理

在建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能考量下，照明系統(tǒng)不合理主要表現(xiàn)在多個方面。首先，過度的照明強度和照明時長，尤其是在白天或沒有人員活動的區(qū)域，導致能源的浪費。其次，照明系統(tǒng)的設計和布局未能充分考慮自然采光和人員在不同區(qū)域的實際照明需求，造成不必要的能源消耗。此外，使用過時的照明設備，如能效低下的白熾燈和熒光燈，耗電量較高，無法發(fā)揮LED 等高效照明技術的節(jié)能潛力。另外，缺乏智能照明控制系統(tǒng)，無法根據(jù)光照強度和人員活動自動調整照明亮度，造成不必要的能源浪費。

3 建筑電氣節(jié)能綜合技術方案

3.1 建筑能耗監(jiān)測和管理系統(tǒng)

按照我國的國家法律法規(guī)和相關行業(yè)規(guī)范，建筑工程領域正積極推進能耗監(jiān)測和管理系統(tǒng)的建設，以全面提升系統(tǒng)的節(jié)能效果。通過能源監(jiān)控系統(tǒng)，能夠迅速獲取建筑能耗的各項數(shù)據(jù)信息，并有效實施各項節(jié)能措施。這一智能化監(jiān)測系統(tǒng)的應用使能夠全面監(jiān)控建筑系統(tǒng)內的各個建筑和樓層的能耗設備，以及能耗消耗點位，自動采集各項能耗數(shù)據(jù)，并進行能源分配和消耗監(jiān)控管理，確保能源的高效利用。系統(tǒng)還能夠及時檢測和糾正現(xiàn)場監(jiān)控過程中出現(xiàn)的異常情況，確保能耗數(shù)據(jù)的準確性。此外，監(jiān)控系統(tǒng)每天都會生成能耗數(shù)據(jù)的日報表和變動曲線圖，將相關數(shù)據(jù)和圖形通過網(wǎng)絡傳輸給管理人員和運營人員。工作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時分析當前的建筑能耗情況，為未來的能耗改進措施提供有力的依據(jù)。根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)分析，目前我國的建筑領域每年都能夠實現(xiàn)超過8%的節(jié)能效益提升[3]。

3.2 降低建筑電氣系統(tǒng)的線損

目前，建筑工程項目中主要采用10kV 以及380/220V 電壓等級的配電系統(tǒng)供電。在電能傳輸過程中，包括導線、開關、變壓器等設備，都會引發(fā)一定程度的功率損失，從而導致能源的浪費。經(jīng)過對當前電力系統(tǒng)運行情況的實際分析，發(fā)現(xiàn)其中一個重要的問題是線損中的發(fā)熱現(xiàn)象。在電能轉化為熱能的過程中，能源被消耗掉，同時也導致導線溫度上升，特別是絕緣材料老化速度增加，甚至在絕緣程度較低的線路上發(fā)生直接擊穿，引發(fā)嚴重的安全事故。配電系統(tǒng)的線損問題是導致能源浪費的主要原因之一，因為這部分電能無法有效發(fā)揮作用，而是以熱量的形式散失，增加能耗。一般來說，建筑物電網(wǎng)的線損率約為6%，而在某些工程項目中，線損率甚至超過10%。這種情況導致嚴重的能源浪費問題，產(chǎn)生環(huán)境污染，甚至導致人員傷亡事故。鑒于上述問題，需要制定有效的線損處理措施，以減少能源損耗、提高供電效率，同時降低安全風險[4]。

3.2.1 合理使用變壓器

選擇適當容量的變壓器設備對于確保變壓器的經(jīng)濟和穩(wěn)定運行至關重要。如果變壓器容量太小，將導致超負荷運行，增加能耗。反之，如果容量過大，無法充分發(fā)揮其效益，還會導致空載損耗增加。因此，在根據(jù)建筑內部電能需求選擇變壓器容量時，必須謹慎考慮，以確保變壓器始終處于最佳運行狀態(tài)。此外，采用節(jié)能型變壓器是一項重要措施，以減少能源浪費。結合電氣系統(tǒng)的特點，靈活選擇適當?shù)慕泳€方式，并根據(jù)需要隨時進行變壓器功率的調整，以保持變壓器的最佳運行狀態(tài)。

3.2.2 重視和合理進行無功補償

在建筑配電系統(tǒng)運行過程中，不足的無功電源會導致多個問題，包括配電功率因數(shù)和電壓質量下降，設備無法充分利用，電流增加，線路損耗增加，以及整個供電網(wǎng)絡出現(xiàn)嚴重波動。為應對這些問題，采取無功功率補償措施至關重要。

首先，適當提高建筑配電網(wǎng)絡的負載功率因數(shù)，有效減小線路和用電線路的容量需求，降低功率損耗。其次，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，有助于提高系統(tǒng)運行效率。此外，平衡三相負載，能夠有效減少無功功率對整個電網(wǎng)的沖擊。

在進行電容器的無功功率補償時，應采用集中、分散和就地結合的方式，根據(jù)母線電壓、無功功率方向、功率因數(shù)、負載大小和晝夜時間等因素來劃定電容器的自動投切方式，以滿足用電的規(guī)定要求。如果某樓層中的單向負載占比較大，應考慮分層單元的無功功率補償或自動無功功率補償，以減少無功功率損耗。對于安裝并聯(lián)電容器的系統(tǒng)，需要控制諧波干擾，增加調諧電抗器，以確保系統(tǒng)滿足標準要求，并避免諧波干擾對電容器的影響[5]。

3.2.3 諧波抑制及降損節(jié)能

在建筑物中，常見的用電設備包括熒光燈、電梯、變頻水泵等非線性設備，以及一些高能耗設備如復印機、打印機和電腦等。這些設備的使用給配電系統(tǒng)帶來諧波問題，影響系統(tǒng)的正常運行。諧波的存在導致電能利用率下降，同時增加設備的電流中的高頻成分，導致渦流損耗加大，設備過熱、絕緣老化等問題加劇，降低設備的壽命，甚至引發(fā)嚴重故障和損壞[6]。此外，諧波導致配電系統(tǒng)的局部諧振，增加諧波含量，導致補償電容器的損壞。諧波也導致自動裝置的設備錯誤動作，以及計量數(shù)據(jù)的不準確，從而影響整個配電設備的正常運行功能。

因此，消除諧波問題是當前非常重要的任務，延長設備的使用壽命，降低電能損耗。在諧波治理方面，目前主要采用兩種方式：①增加無源電力濾波器在配電系統(tǒng)內。這種設備的優(yōu)勢在于結構相對簡單，維護成本低，達到一定的諧波處理效果。它在某些情況下不如有源電力濾波器效果好，尤其是當電容電感系數(shù)發(fā)生變化時，無法滿足系統(tǒng)的要求。②采用有源電力濾波器。這種設備的主要特點是能夠進行動態(tài)補償，對于頻率和幅值變化較大的諧波和無功功率補償具有較強的響應能力。它實現(xiàn)自動化的系統(tǒng)調整，連續(xù)進行補償，從而降低系統(tǒng)的能耗，確保系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。在運行過程中，有源電力濾波器無須儲能元件，也不容易過載，能夠有效提高補償效果。此外，它跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，并根據(jù)實際情況及時調整，實現(xiàn)集中補償。

3.3 空調系統(tǒng)節(jié)能

在當前的建筑物內部，空調是非常重要的設施，其能耗占整個建筑物能耗的45%以上，所以降低空調能耗是當前建筑物節(jié)能的重要措施之一。加強建筑物空調設計參數(shù)的分析，主要是從環(huán)境溫度、空氣濕度、氣流速度、室內空氣質量等方面出發(fā)。空調節(jié)能設施的應用，要從實際情況出發(fā)，考慮到空調系統(tǒng)的運行實際情況，進而提高智能機組的運行效率，同時還要充分的利用自然通風以及自然冷源等方式，并且安裝智能化的系統(tǒng)，達到能源降低的效果[7]。根據(jù)目前的實際情況，根據(jù)當前的建筑物運行實際情況，加強結構系統(tǒng)的設計，保證外部的冷源能夠進入室內，達到室內環(huán)境改善的效果。與此同時，還要在空調系統(tǒng)設計的過程中，盡量的選擇使用先進的能源方式，尤其是進行系統(tǒng)的改造，達到節(jié)能的效果，例如，使用變頻系統(tǒng)，其能源節(jié)約效果非常好。

3.4 照明系統(tǒng)節(jié)能

照明系統(tǒng)是建筑物內部所必不可少的一個部分，對于保證人們生活質量有著重要的作用。目前很多建筑物都使用發(fā)光效率比較低的光源，如白熾燈、石英燈、熒光燈等，所以在進行系統(tǒng)改造的過程中，使用高效發(fā)光光源取代傳統(tǒng)的低效發(fā)光光源，提高照度、顯色度，促進室內照明環(huán)境改善，也能夠提高工作效率，保護人們身心健康[8]。在建筑物照明的過程中，使用磨砂燈泡或者白熾燈泡照明時，選擇使用色溫相當?shù)墓?jié)能燈泡替換，在照度合格的情況下，能源節(jié)約可超過50%，并且使用壽命能延長6 倍以上。對于建筑物內部的公共區(qū)域來說，使用智能化的照明控制系統(tǒng)，根據(jù)人們使用需求以及室內的光源變化進行控制，充分地利用自然光線，可以達到節(jié)能效果的提升。

4 結語

建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術的研究和應用已經(jīng)在實踐中取得顯著的成果，為能源資源的有效利用和環(huán)境保護作出積極貢獻。仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，需要不斷改進和創(chuàng)新，以滿足日益增長的電能需求，并降低對環(huán)境的負面影響。在未來，建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術將繼續(xù)發(fā)展，以適應新興技術和市場需求。鼓勵工程師、研究人員和政策制定者繼續(xù)努力，共同推動電氣系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，為社會和環(huán)境創(chuàng)造更大的價值。通過合作和創(chuàng)新，建設更加節(jié)能、環(huán)保、高效的建筑電氣系統(tǒng)，為未來的可持續(xù)城市和社區(qū)做出貢獻。