建筑电气在节能工程中的应用

赵熙

（中铁建设集团有限公司，北京 100040）

目前，建筑电气在节能工程中的应用价值极高，有了该系统的大力支持，节能工程的环保效益最大化，施工领域随之扩大，工程项目的长远规划和建筑设计合理性的整体提升，都将因此变得异常顺利。本文通过研究在节能工程中建筑电气的有效应用，准确认识到建筑节能电气系统的优点和挑战，更好地优化工程项目的设计方案，使建筑电气节能理念在其他领域得到广泛推广，具有重要意义。

1 建筑电气系统概述

建筑电气系统具有多种用途，可以确保居住者的功能性、安全性和舒适性。它们涵盖建筑物内的整个电气基础设施，从发电和配电到照明、暖通空调、通信、自动化和安全。这些系统的有效构建，不仅能够满足建筑物的多样化电力需求，同时也能提升能源使用率，避免能源的过度浪费。以下是这些系统的构建目的。

1.1 电源

建筑电气系统连接到外部电源，如公用电网或现场发电机，为建筑提供持续稳定的电力供应。该电源能很好地控制操作灯、电器、机械和电子设备。

1.2 照明

建筑电气系统的基本目的之一是促进建筑物内的照明。正确设计的照明系统可提高可见性、安全性和整体美观性。这些系统包括各种类型的固定装置、灯具和控制器，以实现所需的照明水平和效果。

1.3 气候控制

建筑电气系统支持调节室内气候条件的HVAC 系统。供暖、制冷和通风，可以很好地保持室内舒适度和空气质量。电机、控制器和传感器等电气元件在HVAC 运行中发挥着关键作用。

1.4 电器操作

建筑电气系统支持各种电器和设备的操作，包括冰箱、炉灶、洗衣机和计算机。这些设备有助于提高建筑物的便利性和功能性。

1.5 通信和娱乐

现代建筑依靠电力系统为通信和娱乐设备供电。其中包括电话、电脑、电视、音频系统和互联网连接。电源插座和结构化布线系统有助于这些设备的连接。

1.6 安保和安全

电气系统与居住安全息息相关。它们为安全摄像头、报警系统、访问控制系统和应急照明提供动力。接地和GFCI 插座可增强电气安全。

1.7 自动化和控制

楼宇自动化系统(BAS)或楼宇管理系统(BMS)使用电气组件和控制装置自动化和管理各种楼宇功能。这包括能源管理、照明控制和HVAC 优化，从而提高整体效率和居住者舒适度。

1.8 可再生能源的整合

建筑电气系统的设计可以整合可再生能源，如太阳能电池板和风力涡轮机。这些来源可以就地发电，减少对化石燃料的依赖并降低运营成本。

2 建筑电气系统在节能工程中的具体应用

2.1 照明系统

在节能工程中，照明系统主要由三部分组成：（1）LED照明。发光二极管（LED）技术彻底改变了照明行业。LED 能源效率高，与传统白炽灯或荧光灯相比，耗电量显着减少。它们的使用寿命也更长，减少了频繁更换的需要。照明控制系统可以通过在不需要时调暗或关闭灯光来进一步提高节能效果。占用传感器和日光采集系统根据占用情况和可用的自然光调整照明水平。（2）智能照明控制。先进的照明控制系统可以根据占用情况和一天中的时间精确管理照明。自动照明时间表和占用传感器确保灯光仅在必要时打开。这些系统还可以与楼宇自动化系统(BAS)集成，以优化整体能源使用。例如，灯光可以与HVAC系统协调，以最大限度地减少能源消耗。（3）采光。自然光是极好的照明源，可以显着减少对人工照明的需求。采光系统使用传感器和电动遮阳帘或百叶窗来控制进入的日光量并减少白天对电力照明的依赖。这些系统最大限度地节省能源，同时保持舒适性和生产力。

2.2 暖通空调系统

在节能工程中，暖通空调系统主要由四部分组成：（1）高效HVAC 设备。电气系统为供暖、通风和空调(HVAC)设备提供动力，该领域的进步带来了显着的节能效果。高效HVAC 系统，包括热泵、变速压缩机和能量回收通风，可以在保持舒适度的同时降低能耗。（2）为楼宇自动化系统（BAS）。BAS 在优化HVAC 性能方面发挥着关键作用。它们监视和控制各种建筑系统，包括暖通空调、照明和安全，以确保高效运行。BAS 可以根据占用情况、温度和其他因素调整HVAC 设置，最大限度地减少能源浪费。（3）分区和占用传感器。分区系统将建筑物划分为具有独立温度控制的不同区域。占用传感器可以检测空间何时无人占用，并相应地调整HVAC 设置，从而减少空闲区域的能源消耗。（4）智能恒温器。智能恒温器通常连接到楼宇管理系统，使用户能够远程控制和编程HVAC 设置。这些设备可以了解居住者的偏好并调整供暖和制冷计划以实现最佳能源效率。

2.3 可再生能源

在节能工程中，可再生能源主要由三部分组成：（1）并网太阳能光伏（PV）系统。将太阳能光伏系统集成到建筑电气系统中是产生清洁、可再生能源的关键策略。太阳能电池板将阳光转化为电能，可以抵消建筑物的能源消耗。多余的电力可以反馈到电网，通过净计量提供潜在的成本节约或收入。（2）风力涡轮机。在某些地方，小型风力涡轮机可以集成到建筑电气系统中以利用风能。这些系统可以补充建筑物的电力供应或为特定应用提供能量。（3）能源存储系统。电气系统可以采用电池等能源存储解决方案来存储可再生能源产生的剩余能源。这些储存的能源可以在高需求时期或可再生能源不发电时使用。

2.4 楼宇自动化系统（BAS）

在节能工程中，楼宇自动化系统（BAS）主要由三部分组成：（1）优化能源管理。BAS 可以持续监控和调整各种建筑系统以优化能源消耗。他们可以使用来自传感器、天气预报和占用模式的数据来做出实时决策。例如，BAS 可以根据占用时间表预冷或预热建筑物，以减少峰值能源需求。（2）减载和需求响应。BAS 可以在需求高峰期实施减载策略，以减少能源消耗。他们还可以参与需求响应计划，建筑物根据电网运营商的要求减少用电量，从而获得奖励或降低能源费率。（3）远程监控和控制。楼宇操作员和设施管理员可以使用BAS 接口远程监控和控制楼宇系统。这样就可以快速响应问题、微调能源设置并优化能源性能，而无须亲自到场。

2.5 能源监控和管理

在节能工程中，先进的能源监控系统可以实时跟踪用电量，为识别节能机会提供有价值的数据。这些系统可以与建筑电气系统集成，以改善整体能源管理。有效应用数据分析工具，可以处理和分析能源数据，识别模式和异常问题。这些见解可以帮助建筑业主和运营商做出明智的决策，以优化能源使用。

2.6 电动汽车(EV)充电基础设施

在节能工程中，电动汽车充电站的安装可以促进可持续交通并减少温室气体排放。为了防止电气系统过载，可以在多辆电动汽车同时充电时实施负载管理策略。智能充电系统可以优先考虑和分配电力，以确保高效充电，而不会对电网造成压力。

2.7 需求侧管理（DSM）

在节能工程中，建筑电气系统可以参与减少峰值负载计划，以激励客户在高需求期间减少用电量。DSM 策略可包括减载、负荷转移和负荷调整，以优化能源使用。分时（TOU）定价可以鼓励消费者将能源使用转移到电价较低的非高峰时段。建筑电气系统，特别是BAS，可以通过在具有成本效益的时期安排能源密集型任务来利用TOU 定价的优势。

3 建筑节能电气系统的优点和挑战

3.1 构建建筑节能电气系统的好处

建筑节能电气系统的构建，具有以下好处：（1）降低能源成本。建筑节能电气系统最引人注目的优势之一是能源成本的显著降低。通过优化能源消耗、使用节能电器以及采用可再生能源，建筑业主可以节省大量的公用事业费用。这种经济效益使得节能投资极具吸引力。（2）环境效益。节能电力系统最重要的好处也许是它们对环境的积极影响。能源消耗的减少意味着温室气体排放量的减少和碳足迹的减少。这与全球应对气候变化和减少人类活动对环境影响的努力相一致。使用太阳能和风能等可再生能源有助于打造更清洁、更可持续的未来。（3）提高舒适度和生产力。节能的HVAC 和照明系统通常可以提高居住者的舒适度和生产力。适当控制的照明和温度水平可以创造一个更加宜人和有利的室内环境。在商业环境中，舒适且光线充足的空间可以提高员工士气和生产力，从而带来更好的业务成果。（4）长期节省。虽然节能电气系统的初始投资可能高于传统系统，但长期节省是可观的。节能电器和设备通常具有更长的使用寿命并且需要更少的维护。此外，系统生命周期内节省的能源远远超过前期成本。（5）弹性和能源独立。采用太阳能电池板和风力涡轮机等可再生能源可以提供一定程度的能源独立性。在停电或电网中断期间，这些系统可以继续发电，确保关键操作能够继续进行。这种恢复能力在容易发生极端天气事件的地区尤其有价值。（6）提高房产价值。配备节能电力系统的建筑物通常被认为更有价值，对潜在买家或租户更具吸引力。节能功能可以带来更高的租金或房产价值，从而在房地产市场上提供竞争优势。（7）遵守法规。许多政府和城市都实施了法规和激励措施来提高能源效率。通过采用节能电力系统，建筑业主可以确保遵守这些要求并获得财政激励、税收抵免或退税，从而进一步降低初始投资成本。

3.2 实施建筑节能电气系统的挑战

建筑节能电气系统的实施，面临以下几点挑战：（1）初始成本高。实施节能电力系统的前期成本可能是许多建筑业主的一个重大障碍。与传统同类产品相比，节能电器、可再生能源装置和先进控制系统的价格通常更高。虽然长期节省证明这些投资是合理的，但初始资本支出对某些人来说可能具有挑战性。（2）集成的复杂性。将节能电气系统集成到现有建筑中或为新建筑进行设计可能会很复杂。各种组件（如HVAC 系统、照明控制和可再生能源）的无缝协调需要专门的知识和专业知识。这种复杂性可能会导致项目时间更长并增加设计和安装成本。（3）维护和维修。虽然节能系统通常比传统系统更可靠且需要更少的维护，但它们也不能避免偶尔出现故障或故障。业主必须确保能够获得合格的技术人员和资源，以便及时解决任何问题。否则，可能会抵消节能效果并导致停机。（4）培训和用户参与。节能电气系统的正确操作和管理通常需要用户培训和参与。居住者必须了解如何有效使用节能电器、照明控制和恒温器。建筑操作员和设施经理需要有关建筑自动化系统维护和优化的培训。如果没有足够的教育和参与，这些系统的全部潜力可能无法发挥。（5）兼容性有限。在某些情况下，将节能技术集成到现有建筑中可能会受到兼容性问题的限制。较旧的建筑可能拥有不易适应现代节能设备和控制装置的电气系统。改造可能需要大量的重新布线或修改，从而增加了复杂性和成本。（6）最初对变革的抵制。对变革的抵制是引入新技术或系统时的常见挑战。建筑居住者和利益相关者可能会因为不熟悉、担心干扰或认为不便而抵制采用节能实践。克服这种阻力通常需要有效的沟通和教育。（7）监管和分区限制。当地建筑规范、分区法规和历史保护要求可能会给实施节能电力系统带来挑战。这些法规可能会限制某些可再生能源系统的安装或规定必须满足的特定设计和美学标准。（8）投资回报率（ROI）不确定性：由于投资回报率的不确定性，建筑物业主和投资者可能会犹豫是否采用节能电力系统。投资回报率计算取决于多种因素，包括能源价格、使用模式和设备效率。准确的投资回报率预测可能具有挑战性，使财务决策变得更加复杂。

4 结语

总而言之，在新时代背景下，建筑电气系统已经成为塑造建筑未来的关键参与者，可以推动节能计划的有效落实，从而加快节能环保产业的发展进程。所以在今后的节能工程施工领域，应继续优化建筑节能电气系统的设计，继续创造绿色舒适的居住空间，继续提高人们的生活质量，最大限度地减少建筑对环境的影响。