董占峰

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和建筑領(lǐng)域的迅速擴(kuò)展，建筑電氣系統(tǒng)在現(xiàn)代社會(huì)中的重要性愈發(fā)顯著。伴隨著建筑電氣系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，電能消耗的增加也成為一個(gè)嚴(yán)重的問題。電力供應(yīng)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(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵焦點(diǎn)。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(yùn)行的前提下，最大限度地減少電能浪費(fèi)，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(shù)概述

建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)是一種在建筑物電氣設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行中采用的相關(guān)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(shí)減少對環(huán)境的不利影響。這些技術(shù)措施涵蓋建筑物的照明、暖通空調(diào)、電力配電、智能控制系統(tǒng)等各個(gè)方面，以滿足現(xiàn)代社會(huì)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(shù)的核心目標(biāo)之一是降低建筑的整體電能消耗。通過采用高效照明設(shè)備，如LED 照明、自動(dòng)照明控制系統(tǒng)，顯著減少照明系統(tǒng)的電耗。在暖通空調(diào)方面，使用高效的暖通設(shè)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(shù)還包括采用節(jié)能型電機(jī)、變頻調(diào)速器、電力因數(shù)校正設(shè)備等設(shè)備，以最大程度地減少電能損失和浪費(fèi)。智能控制系統(tǒng)也是建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的重要組成部分。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制建筑內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，智能控制系統(tǒng)根據(jù)不同時(shí)間段和用電需求來優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行，自動(dòng)調(diào)整照明、空調(diào)和電力配電系統(tǒng)的工作模式，從而實(shí)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(fù)擔(dān)，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(shè)備老舊與系統(tǒng)老化

設(shè)備老舊通常表現(xiàn)為電氣設(shè)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(dǎo)致運(yùn)行成本上升。同時(shí)，老化的設(shè)備也存在電氣故障風(fēng)險(xiǎn)增加，安全隱患潛在。系統(tǒng)老化則反映在電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過時(shí)，缺乏現(xiàn)代化的控制和監(jiān)測手段，無法實(shí)現(xiàn)智能化管理，難以適應(yīng)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(dǎo)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(shè)計(jì)和運(yùn)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(shè)備之間的協(xié)同工作，導(dǎo)致能源浪費(fèi)；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(shí)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(jìn)，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(shí)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(shí)時(shí)采集、分析和反饋電氣設(shè)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(fèi)問題。其次，對于能源使用情況的預(yù)測和優(yōu)化控制能力不足，無法根據(jù)建筑實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行智能調(diào)整，以提高能源利用效率。另外，軟件界面復(fù)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此外，能源管理軟件通常缺乏與不同設(shè)備和系統(tǒng)的兼容性，導(dǎo)致信息集成不暢，難以實(shí)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(hù)方面的功能有待加強(qiáng)，存在數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)[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(gè)方面。首先，過度的照明強(qiáng)度和照明時(shí)長，尤其是在白天或沒有人員活動(dòng)的區(qū)域，導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。其次，照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局未能充分考慮自然采光和人員在不同區(qū)域的實(shí)際照明需求，造成不必要的能源消耗。此外，使用過時(shí)的照明設(shè)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(shù)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(qiáng)度和人員活動(dòng)自動(dòng)調(diào)整照明亮度，造成不必要的能源浪費(fèi)。

3 建筑電氣節(jié)能綜合技術(shù)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(guān)行業(yè)規(guī)范，建筑工程領(lǐng)域正積極推進(jìn)能耗監(jiān)測和管理系統(tǒng)的建設(shè)，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(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并有效實(shí)施各項(xiàng)節(jié)能措施。這一智能化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用使能夠全面監(jiān)控建筑系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)建筑和樓層的能耗設(shè)備，以及能耗消耗點(diǎn)位，自動(dòng)采集各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)，并進(jìn)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(shí)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(zhǔn)確性。此外，監(jiān)控系統(tǒng)每天都會(huì)生成能耗數(shù)據(jù)的日報(bào)表和變動(dòng)曲線圖，將相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理人員和運(yùn)營人員。工作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時(shí)分析當(dāng)前的建筑能耗情況，為未來的能耗改進(jìn)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(lǐng)域每年都能夠?qū)崿F(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(xiàng)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(dǎo)線、開關(guān)、變壓器等設(shè)備，都會(huì)引發(fā)一定程度的功率損失，從而導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。經(jīng)過對當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)際分析，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)重要的問題是線損中的發(fā)熱現(xiàn)象。在電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程中，能源被消耗掉，同時(shí)也導(dǎo)致導(dǎo)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(yán)重的安全事故。配電系統(tǒng)的線損問題是導(dǎo)致能源浪費(fèi)的主要原因之一，因?yàn)檫@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(xiàng)目中，線損率甚至超過10%。這種情況導(dǎo)致嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問題，產(chǎn)生環(huán)境污染，甚至導(dǎo)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(shí)降低安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。

3.2.1 合理使用變壓器

選擇適當(dāng)容量的變壓器設(shè)備對于確保變壓器的經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。如果變壓器容量太小，將導(dǎo)致超負(fù)荷運(yùn)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(huì)導(dǎo)致空載損耗增加。因此，在根據(jù)建筑內(nèi)部電能需求選擇變壓器容量時(shí)，必須謹(jǐn)慎考慮，以確保變壓器始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。此外，采用節(jié)能型變壓器是一項(xiàng)重要措施，以減少能源浪費(fèi)。結(jié)合電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，靈活選擇適當(dāng)?shù)慕泳€方式，并根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行變壓器功率的調(diào)整，以保持變壓器的最佳運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.2 重視和合理進(jìn)行無功補(bǔ)償

在建筑配電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不足的無功電源會(huì)導(dǎo)致多個(gè)問題，包括配電功率因數(shù)和電壓質(zhì)量下降，設(shè)備無法充分利用，電流增加，線路損耗增加，以及整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)嚴(yán)重波動(dòng)。為應(yīng)對這些問題，采取無功功率補(bǔ)償措施至關(guān)重要。

首先，適當(dāng)提高建筑配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)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(yùn)行效率。此外，平衡三相負(fù)載，能夠有效減少無功功率對整個(gè)電網(wǎng)的沖擊。

在進(jìn)行電容器的無功功率補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)采用集中、分散和就地結(jié)合的方式，根據(jù)母線電壓、無功功率方向、功率因數(shù)、負(fù)載大小和晝夜時(shí)間等因素來劃定電容器的自動(dòng)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(fù)載占比較大，應(yīng)考慮分層單元的無功功率補(bǔ)償或自動(dòng)無功功率補(bǔ)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(diào)諧電抗器，以確保系統(tǒng)滿足標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備包括熒光燈、電梯、變頻水泵等非線性設(shè)備，以及一些高能耗設(shè)備如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)和電腦等。這些設(shè)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(yùn)行。諧波的存在導(dǎo)致電能利用率下降，同時(shí)增加設(shè)備的電流中的高頻成分，導(dǎo)致渦流損耗加大，設(shè)備過熱、絕緣老化等問題加劇，降低設(shè)備的壽命，甚至引發(fā)嚴(yán)重故障和損壞[6]。此外，諧波導(dǎo)致配電系統(tǒng)的局部諧振，增加諧波含量，導(dǎo)致補(bǔ)償電容器的損壞。諧波也導(dǎo)致自動(dòng)裝置的設(shè)備錯(cuò)誤動(dòng)作，以及計(jì)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，從而影響整個(gè)配電設(shè)備的正常運(yùn)行功能。

因此，消除諧波問題是當(dāng)前非常重要的任務(wù)，延長設(shè)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(nèi)。這種設(shè)備的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)相對簡單，維護(hù)成本低，達(dá)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(dāng)電容電感系數(shù)發(fā)生變化時(shí)，無法滿足系統(tǒng)的要求。②采用有源電力濾波器。這種設(shè)備的主要特點(diǎn)是能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，對于頻率和幅值變化較大的諧波和無功功率補(bǔ)償具有較強(qiáng)的響應(yīng)能力。它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的系統(tǒng)調(diào)整，連續(xù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低系統(tǒng)的能耗，確保系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。在運(yùn)行過程中，有源電力濾波器無須儲(chǔ)能元件，也不容易過載，能夠有效提高補(bǔ)償效果。此外，它跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)集中補(bǔ)償。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

在當(dāng)前的建筑物內(nèi)部，空調(diào)是非常重要的設(shè)施，其能耗占整個(gè)建筑物能耗的45%以上，所以降低空調(diào)能耗是當(dāng)前建筑物節(jié)能的重要措施之一。加強(qiáng)建筑物空調(diào)設(shè)計(jì)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(nèi)空氣質(zhì)量等方面出發(fā)。空調(diào)節(jié)能設(shè)施的應(yīng)用，要從實(shí)際情況出發(fā)，考慮到空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)際情況，進(jìn)而提高智能機(jī)組的運(yùn)行效率，同時(shí)還要充分的利用自然通風(fēng)以及自然冷源等方式，并且安裝智能化的系統(tǒng)，達(dá)到能源降低的效果[7]。根據(jù)目前的實(shí)際情況，根據(jù)當(dāng)前的建筑物運(yùn)行實(shí)際情況，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證外部的冷源能夠進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到室內(nèi)環(huán)境改善的效果。與此同時(shí)，還要在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，盡量的選擇使用先進(jìn)的能源方式，尤其是進(jìn)行系統(tǒng)的改造，達(dá)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(nèi)部所必不可少的一個(gè)部分，對于保證人們生活質(zhì)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(jìn)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(jìn)室內(nèi)照明環(huán)境改善，也能夠提高工作效率，保護(hù)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(shí)，選擇使用色溫相當(dāng)?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(nèi)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(nèi)的光源變化進(jìn)行控制，充分地利用自然光線，可以達(dá)到節(jié)能效果的提升。

4 結(jié)語

建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)在實(shí)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(hù)作出積極貢獻(xiàn)。仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，需要不斷改進(jìn)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(fù)面影響。在未來，建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，以適應(yīng)新興技術(shù)和市場需求。鼓勵(lì)工程師、研究人員和政策制定者繼續(xù)努力，共同推動(dòng)電氣系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，為社會(huì)和環(huán)境創(chuàng)造更大的價(jià)值。通過合作和創(chuàng)新，建設(shè)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(xiàn)。