建筑電氣在節(jié)能工程中的應(yīng)用

趙熙

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100040）

目前，建筑電氣在節(jié)能工程中的應(yīng)用價(jià)值極高，有了該系統(tǒng)的大力支持，節(jié)能工程的環(huán)保效益最大化，施工領(lǐng)域隨之?dāng)U大，工程項(xiàng)目的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)合理性的整體提升，都將因此變得異常順利。本文通過(guò)研究在節(jié)能工程中建筑電氣的有效應(yīng)用，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)到建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)，更好地優(yōu)化工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，使建筑電氣節(jié)能理念在其他領(lǐng)域得到廣泛推廣，具有重要意義。

1 建筑電氣系統(tǒng)概述

建筑電氣系統(tǒng)具有多種用途，可以確保居住者的功能性、安全性和舒適性。它們涵蓋建筑物內(nèi)的整個(gè)電氣基礎(chǔ)設(shè)施，從發(fā)電和配電到照明、暖通空調(diào)、通信、自動(dòng)化和安全。這些系統(tǒng)的有效構(gòu)建，不僅能夠滿足建筑物的多樣化電力需求，同時(shí)也能提升能源使用率，避免能源的過(guò)度浪費(fèi)。以下是這些系統(tǒng)的構(gòu)建目的。

1.1 電源

建筑電氣系統(tǒng)連接到外部電源，如公用電網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)，為建筑提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。該電源能很好地控制操作燈、電器、機(jī)械和電子設(shè)備。

1.2 照明

建筑電氣系統(tǒng)的基本目的之一是促進(jìn)建筑物內(nèi)的照明。正確設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)可提高可見(jiàn)性、安全性和整體美觀性。這些系統(tǒng)包括各種類型的固定裝置、燈具和控制器，以實(shí)現(xiàn)所需的照明水平和效果。

1.3 氣候控制

建筑電氣系統(tǒng)支持調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候條件的HVAC 系統(tǒng)。供暖、制冷和通風(fēng)，可以很好地保持室內(nèi)舒適度和空氣質(zhì)量。電機(jī)、控制器和傳感器等電氣元件在HVAC 運(yùn)行中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1.4 電器操作

建筑電氣系統(tǒng)支持各種電器和設(shè)備的操作，包括冰箱、爐灶、洗衣機(jī)和計(jì)算機(jī)。這些設(shè)備有助于提高建筑物的便利性和功能性。

1.5 通信和娛樂(lè)

現(xiàn)代建筑依靠電力系統(tǒng)為通信和娛樂(lè)設(shè)備供電。其中包括電話、電腦、電視、音頻系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)連接。電源插座和結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)有助于這些設(shè)備的連接。

1.6 安保和安全

電氣系統(tǒng)與居住安全息息相關(guān)。它們?yōu)榘踩珨z像頭、報(bào)警系統(tǒng)、訪問(wèn)控制系統(tǒng)和應(yīng)急照明提供動(dòng)力。接地和GFCI 插座可增強(qiáng)電氣安全。

1.7 自動(dòng)化和控制

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)或樓宇管理系統(tǒng)(BMS)使用電氣組件和控制裝置自動(dòng)化和管理各種樓宇功能。這包括能源管理、照明控制和HVAC 優(yōu)化，從而提高整體效率和居住者舒適度。

1.8 可再生能源的整合

建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以整合可再生能源，如太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)。這些來(lái)源可以就地發(fā)電，減少對(duì)化石燃料的依賴并降低運(yùn)營(yíng)成本。

2 建筑電氣系統(tǒng)在節(jié)能工程中的具體應(yīng)用

2.1 照明系統(tǒng)

在節(jié)能工程中，照明系統(tǒng)主要由三部分組成：（1）LED照明。發(fā)光二極管（LED）技術(shù)徹底改變了照明行業(yè)。LED 能源效率高，與傳統(tǒng)白熾燈或熒光燈相比，耗電量顯著減少。它們的使用壽命也更長(zhǎng)，減少了頻繁更換的需要。照明控制系統(tǒng)可以通過(guò)在不需要時(shí)調(diào)暗或關(guān)閉燈光來(lái)進(jìn)一步提高節(jié)能效果。占用傳感器和日光采集系統(tǒng)根據(jù)占用情況和可用的自然光調(diào)整照明水平。（2）智能照明控制。先進(jìn)的照明控制系統(tǒng)可以根據(jù)占用情況和一天中的時(shí)間精確管理照明。自動(dòng)照明時(shí)間表和占用傳感器確保燈光僅在必要時(shí)打開(kāi)。這些系統(tǒng)還可以與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)集成，以優(yōu)化整體能源使用。例如，燈光可以與HVAC系統(tǒng)協(xié)調(diào)，以最大限度地減少能源消耗。（3）采光。自然光是極好的照明源，可以顯著減少對(duì)人工照明的需求。采光系統(tǒng)使用傳感器和電動(dòng)遮陽(yáng)簾或百葉窗來(lái)控制進(jìn)入的日光量并減少白天對(duì)電力照明的依賴。這些系統(tǒng)最大限度地節(jié)省能源，同時(shí)保持舒適性和生產(chǎn)力。

2.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)

在節(jié)能工程中，暖通空調(diào)系統(tǒng)主要由四部分組成：（1）高效HVAC 設(shè)備。電氣系統(tǒng)為供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)設(shè)備提供動(dòng)力，該領(lǐng)域的進(jìn)步帶來(lái)了顯著的節(jié)能效果。高效HVAC 系統(tǒng)，包括熱泵、變速壓縮機(jī)和能量回收通風(fēng)，可以在保持舒適度的同時(shí)降低能耗。（2）為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）。BAS 在優(yōu)化HVAC 性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們監(jiān)視和控制各種建筑系統(tǒng)，包括暖通空調(diào)、照明和安全，以確保高效運(yùn)行。BAS 可以根據(jù)占用情況、溫度和其他因素調(diào)整HVAC 設(shè)置，最大限度地減少能源浪費(fèi)。（3）分區(qū)和占用傳感器。分區(qū)系統(tǒng)將建筑物劃分為具有獨(dú)立溫度控制的不同區(qū)域。占用傳感器可以檢測(cè)空間何時(shí)無(wú)人占用，并相應(yīng)地調(diào)整HVAC 設(shè)置，從而減少空閑區(qū)域的能源消耗。（4）智能恒溫器。智能恒溫器通常連接到樓宇管理系統(tǒng)，使用戶能夠遠(yuǎn)程控制和編程HVAC 設(shè)置。這些設(shè)備可以了解居住者的偏好并調(diào)整供暖和制冷計(jì)劃以實(shí)現(xiàn)最佳能源效率。

2.3 可再生能源

在節(jié)能工程中，可再生能源主要由三部分組成：（1）并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏（PV）系統(tǒng)。將太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)集成到建筑電氣系統(tǒng)中是產(chǎn)生清潔、可再生能源的關(guān)鍵策略。太陽(yáng)能電池板將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，可以抵消建筑物的能源消耗。多余的電力可以反饋到電網(wǎng)，通過(guò)凈計(jì)量提供潛在的成本節(jié)約或收入。（2）風(fēng)力渦輪機(jī)。在某些地方，小型風(fēng)力渦輪機(jī)可以集成到建筑電氣系統(tǒng)中以利用風(fēng)能。這些系統(tǒng)可以補(bǔ)充建筑物的電力供應(yīng)或?yàn)樘囟☉?yīng)用提供能量。（3）能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)可以采用電池等能源存儲(chǔ)解決方案來(lái)存儲(chǔ)可再生能源產(chǎn)生的剩余能源。這些儲(chǔ)存的能源可以在高需求時(shí)期或可再生能源不發(fā)電時(shí)使用。

2.4 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）

在節(jié)能工程中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）主要由三部分組成：（1）優(yōu)化能源管理。BAS 可以持續(xù)監(jiān)控和調(diào)整各種建筑系統(tǒng)以優(yōu)化能源消耗。他們可以使用來(lái)自傳感器、天氣預(yù)報(bào)和占用模式的數(shù)據(jù)來(lái)做出實(shí)時(shí)決策。例如，BAS 可以根據(jù)占用時(shí)間表預(yù)冷或預(yù)熱建筑物，以減少峰值能源需求。（2）減載和需求響應(yīng)。BAS 可以在需求高峰期實(shí)施減載策略，以減少能源消耗。他們還可以參與需求響應(yīng)計(jì)劃，建筑物根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的要求減少用電量，從而獲得獎(jiǎng)勵(lì)或降低能源費(fèi)率。（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。樓宇操作員和設(shè)施管理員可以使用BAS 接口遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制樓宇系統(tǒng)。這樣就可以快速響應(yīng)問(wèn)題、微調(diào)能源設(shè)置并優(yōu)化能源性能，而無(wú)須親自到場(chǎng)。

2.5 能源監(jiān)控和管理

在節(jié)能工程中，先進(jìn)的能源監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)跟蹤用電量，為識(shí)別節(jié)能機(jī)會(huì)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)可以與建筑電氣系統(tǒng)集成，以改善整體能源管理。有效應(yīng)用數(shù)據(jù)分析工具，可以處理和分析能源數(shù)據(jù)，識(shí)別模式和異常問(wèn)題。這些見(jiàn)解可以幫助建筑業(yè)主和運(yùn)營(yíng)商做出明智的決策，以優(yōu)化能源使用。

2.6 電動(dòng)汽車(EV)充電基礎(chǔ)設(shè)施

在節(jié)能工程中，電動(dòng)汽車充電站的安裝可以促進(jìn)可持續(xù)交通并減少溫室氣體排放。為了防止電氣系統(tǒng)過(guò)載，可以在多輛電動(dòng)汽車同時(shí)充電時(shí)實(shí)施負(fù)載管理策略。智能充電系統(tǒng)可以優(yōu)先考慮和分配電力，以確保高效充電，而不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成壓力。

2.7 需求側(cè)管理（DSM）

在節(jié)能工程中，建筑電氣系統(tǒng)可以參與減少峰值負(fù)載計(jì)劃，以激勵(lì)客戶在高需求期間減少用電量。DSM 策略可包括減載、負(fù)荷轉(zhuǎn)移和負(fù)荷調(diào)整，以優(yōu)化能源使用。分時(shí)（TOU）定價(jià)可以鼓勵(lì)消費(fèi)者將能源使用轉(zhuǎn)移到電價(jià)較低的非高峰時(shí)段。建筑電氣系統(tǒng)，特別是BAS，可以通過(guò)在具有成本效益的時(shí)期安排能源密集型任務(wù)來(lái)利用TOU 定價(jià)的優(yōu)勢(shì)。

3 建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)

3.1 構(gòu)建建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的好處

建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的構(gòu)建，具有以下好處：（1）降低能源成本。建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)最引人注目的優(yōu)勢(shì)之一是能源成本的顯著降低。通過(guò)優(yōu)化能源消耗、使用節(jié)能電器以及采用可再生能源，建筑業(yè)主可以節(jié)省大量的公用事業(yè)費(fèi)用。這種經(jīng)濟(jì)效益使得節(jié)能投資極具吸引力。（2）環(huán)境效益。節(jié)能電力系統(tǒng)最重要的好處也許是它們對(duì)環(huán)境的積極影響。能源消耗的減少意味著溫室氣體排放量的減少和碳足跡的減少。這與全球應(yīng)對(duì)氣候變化和減少人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的努力相一致。使用太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源有助于打造更清潔、更可持續(xù)的未來(lái)。（3）提高舒適度和生產(chǎn)力。節(jié)能的HVAC 和照明系統(tǒng)通?？梢蕴岣呔幼≌叩氖孢m度和生產(chǎn)力。適當(dāng)控制的照明和溫度水平可以創(chuàng)造一個(gè)更加宜人和有利的室內(nèi)環(huán)境。在商業(yè)環(huán)境中，舒適且光線充足的空間可以提高員工士氣和生產(chǎn)力，從而帶來(lái)更好的業(yè)務(wù)成果。（4）長(zhǎng)期節(jié)省。雖然節(jié)能電氣系統(tǒng)的初始投資可能高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，但長(zhǎng)期節(jié)省是可觀的。節(jié)能電器和設(shè)備通常具有更長(zhǎng)的使用壽命并且需要更少的維護(hù)。此外，系統(tǒng)生命周期內(nèi)節(jié)省的能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前期成本。（5）彈性和能源獨(dú)立。采用太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)等可再生能源可以提供一定程度的能源獨(dú)立性。在停電或電網(wǎng)中斷期間，這些系統(tǒng)可以繼續(xù)發(fā)電，確保關(guān)鍵操作能夠繼續(xù)進(jìn)行。這種恢復(fù)能力在容易發(fā)生極端天氣事件的地區(qū)尤其有價(jià)值。（6）提高房產(chǎn)價(jià)值。配備節(jié)能電力系統(tǒng)的建筑物通常被認(rèn)為更有價(jià)值，對(duì)潛在買家或租戶更具吸引力。節(jié)能功能可以帶來(lái)更高的租金或房產(chǎn)價(jià)值，從而在房地產(chǎn)市場(chǎng)上提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。（7）遵守法規(guī)。許多政府和城市都實(shí)施了法規(guī)和激勵(lì)措施來(lái)提高能源效率。通過(guò)采用節(jié)能電力系統(tǒng)，建筑業(yè)主可以確保遵守這些要求并獲得財(cái)政激勵(lì)、稅收抵免或退稅，從而進(jìn)一步降低初始投資成本。

3.2 實(shí)施建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的實(shí)施，面臨以下幾點(diǎn)挑戰(zhàn)：（1）初始成本高。實(shí)施節(jié)能電力系統(tǒng)的前期成本可能是許多建筑業(yè)主的一個(gè)重大障礙。與傳統(tǒng)同類產(chǎn)品相比，節(jié)能電器、可再生能源裝置和先進(jìn)控制系統(tǒng)的價(jià)格通常更高。雖然長(zhǎng)期節(jié)省證明這些投資是合理的，但初始資本支出對(duì)某些人來(lái)說(shuō)可能具有挑戰(zhàn)性。（2）集成的復(fù)雜性。將節(jié)能電氣系統(tǒng)集成到現(xiàn)有建筑中或?yàn)樾陆ㄖM(jìn)行設(shè)計(jì)可能會(huì)很復(fù)雜。各種組件（如HVAC 系統(tǒng)、照明控制和可再生能源）的無(wú)縫協(xié)調(diào)需要專門的知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。這種復(fù)雜性可能會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目時(shí)間更長(zhǎng)并增加設(shè)計(jì)和安裝成本。（3）維護(hù)和維修。雖然節(jié)能系統(tǒng)通常比傳統(tǒng)系統(tǒng)更可靠且需要更少的維護(hù)，但它們也不能避免偶爾出現(xiàn)故障或故障。業(yè)主必須確保能夠獲得合格的技術(shù)人員和資源，以便及時(shí)解決任何問(wèn)題。否則，可能會(huì)抵消節(jié)能效果并導(dǎo)致停機(jī)。（4）培訓(xùn)和用戶參與。節(jié)能電氣系統(tǒng)的正確操作和管理通常需要用戶培訓(xùn)和參與。居住者必須了解如何有效使用節(jié)能電器、照明控制和恒溫器。建筑操作員和設(shè)施經(jīng)理需要有關(guān)建筑自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)和優(yōu)化的培訓(xùn)。如果沒(méi)有足夠的教育和參與，這些系統(tǒng)的全部潛力可能無(wú)法發(fā)揮。（5）兼容性有限。在某些情況下，將節(jié)能技術(shù)集成到現(xiàn)有建筑中可能會(huì)受到兼容性問(wèn)題的限制。較舊的建筑可能擁有不易適應(yīng)現(xiàn)代節(jié)能設(shè)備和控制裝置的電氣系統(tǒng)。改造可能需要大量的重新布線或修改，從而增加了復(fù)雜性和成本。（6）最初對(duì)變革的抵制。對(duì)變革的抵制是引入新技術(shù)或系統(tǒng)時(shí)的常見(jiàn)挑戰(zhàn)。建筑居住者和利益相關(guān)者可能會(huì)因?yàn)椴皇煜ぁ?dān)心干擾或認(rèn)為不便而抵制采用節(jié)能實(shí)踐?？朔@種阻力通常需要有效的溝通和教育。（7）監(jiān)管和分區(qū)限制。當(dāng)?shù)亟ㄖ?guī)范、分區(qū)法規(guī)和歷史保護(hù)要求可能會(huì)給實(shí)施節(jié)能電力系統(tǒng)帶來(lái)挑戰(zhàn)。這些法規(guī)可能會(huì)限制某些可再生能源系統(tǒng)的安裝或規(guī)定必須滿足的特定設(shè)計(jì)和美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。（8）投資回報(bào)率（ROI）不確定性：由于投資回報(bào)率的不確定性，建筑物業(yè)主和投資者可能會(huì)猶豫是否采用節(jié)能電力系統(tǒng)。投資回報(bào)率計(jì)算取決于多種因素，包括能源價(jià)格、使用模式和設(shè)備效率。準(zhǔn)確的投資回報(bào)率預(yù)測(cè)可能具有挑戰(zhàn)性，使財(cái)務(wù)決策變得更加復(fù)雜。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在新時(shí)代背景下，建筑電氣系統(tǒng)已經(jīng)成為塑造建筑未來(lái)的關(guān)鍵參與者，可以推動(dòng)節(jié)能計(jì)劃的有效落實(shí)，從而加快節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。所以在今后的節(jié)能工程施工領(lǐng)域，應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，繼續(xù)創(chuàng)造綠色舒適的居住空間，繼續(xù)提高人們的生活質(zhì)量，最大限度地減少建筑對(duì)環(huán)境的影響。