馬曉亮

（張掖市西地城市建筑設(shè)計事務(wù)所）

1 節(jié)能照明設(shè)計

1.1 使用高效節(jié)能光源

高效光源如發(fā)光二極管（LED）與緊湊型熒光燈（CFL），因其顯著的低能耗與長壽命屬性而成為綠色建筑設(shè)計的首選。相較于傳統(tǒng)白熾燈，LED 光源具備更高的光電轉(zhuǎn)換效率和更低的熱能損失，且其光色穩(wěn)定性及無頻閃特點對提高室內(nèi)照明質(zhì)量有重要影響。例如，LED燈在轉(zhuǎn)換電能為光能的過程中，其能量利用率可達到傳統(tǒng)光源的80%以上，顯著減少了為照明系統(tǒng)消耗的能量，也相應(yīng)減輕了空調(diào)系統(tǒng)對于散熱的負擔(dān)，實現(xiàn)了雙重節(jié)能效果[1]。

1.2 智能照明控制系統(tǒng)

建筑節(jié)能照明設(shè)計的現(xiàn)代化趨勢中，智能照明控制系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)通過集成高度精確的傳感器、先進的通訊技術(shù)以及復(fù)雜的算法，能夠?qū)崿F(xiàn)照明設(shè)施的優(yōu)化運行。傳感器能夠監(jiān)測環(huán)境光線強度、人體活動、時間周期等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制單元，后者根據(jù)預(yù)定算法自動調(diào)整照明設(shè)備的亮度和運行狀態(tài)，以適應(yīng)實時需求。此外，通過人體紅外傳感器實現(xiàn)的占用檢測能夠在無人時自動關(guān)閉或調(diào)暗燈光，而在有人時恢復(fù)正常亮度，避免無效的能耗。

1.3 自然光的最大化利用

自然光利用，也稱為日照利用，旨在通過建筑設(shè)計與周邊環(huán)境的合理規(guī)劃，以及高效的光學(xué)調(diào)控技術(shù)，引入最大量的自然光，減少人工照明的需求。為此，設(shè)計師需深入分析建筑位置、方位、氣候條件等因素，并以此為基礎(chǔ)合理布局窗戶和采光設(shè)施，確保在日照充足時段內(nèi)，自然光能夠深入室內(nèi)，達到節(jié)能與照明效果的雙重優(yōu)化。光線導(dǎo)入的策略包括使用高透光率的窗戶材料，設(shè)計反光板和光導(dǎo)管等光線分配裝置，以及采用可調(diào)節(jié)遮陽系統(tǒng)等。

2 節(jié)能空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)

2.1 采用變頻調(diào)速風(fēng)機和泵

變頻技術(shù)通過改變電動機供電頻率，實現(xiàn)風(fēng)機和水泵運轉(zhuǎn)速度的精確控制，根據(jù)實際需求調(diào)整氣流和水流量，這一技術(shù)的應(yīng)用基于一個核心原理，即風(fēng)機和水泵的能耗與運轉(zhuǎn)速度的立方成正比，即便是微小的速度下降也會導(dǎo)致顯著的能耗減少。通過變頻器實施調(diào)節(jié)電動機速度，能有效應(yīng)對負載波動及優(yōu)化系統(tǒng)運行點，避免過度耗能的現(xiàn)象，例如在建筑物低負荷時段，通過降低風(fēng)機和水泵速度以減少能量消耗。變頻調(diào)速還可提升設(shè)備運行的平穩(wěn)性與延長設(shè)備壽命，因為啟動時的電流沖擊與機械沖擊均得到顯著減輕[2]。此外，變頻調(diào)速還有助于降低噪聲污染，因為設(shè)備在較低的運行速度下通常會產(chǎn)生較小的噪聲。

2.2 優(yōu)化冷熱源的選型與配置

建筑節(jié)能空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計中，冷熱源的選型與配置優(yōu)化是確保系統(tǒng)整體能效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。適宜的冷熱源應(yīng)當(dāng)基于建筑物的熱負荷特性、氣候條件、用戶需求及能源可獲得性等因素進行選擇，并且在其配置過程中需精細考慮能源利用效率和經(jīng)濟性的平衡，實現(xiàn)所需熱舒適度與最小能源消耗的雙重最優(yōu)化。在選型方面，高效的熱泵系統(tǒng)、地源熱泵、太陽能輔助系統(tǒng)等可再生能源技術(shù)與傳統(tǒng)的鍋爐和冷卻塔相比，在氣候條件允許的情況下能夠提供更低的能耗和更小的碳排放。此外，選擇具有高能效比(EER)和高系數(shù)性能(COP)的設(shè)備能夠有效減少運行成本。配置上，采用多級能量回收和利用技術(shù)，如余熱回收系統(tǒng)，可以進一步提升能效。結(jié)合熱負荷的多樣性和動態(tài)變化，可實施的策略包括變流量系統(tǒng)設(shè)計，使系統(tǒng)能根據(jù)實際負荷自動調(diào)整運行狀態(tài)，減少能耗。綜合考慮，對于大型建筑而言，可能需要采取集中式與分區(qū)式相結(jié)合的冷熱源配置策略，以提升能量分配的靈活性和精確性，集中式系統(tǒng)可用于處理基礎(chǔ)負荷，而分區(qū)式系統(tǒng)則處理峰值負荷和局部區(qū)域需求。

2.3 利用樓宇自動化系統(tǒng)進行智能控制

樓宇自動化系統(tǒng)通過集成先進的傳感器、控制器及執(zhí)行器等智能化元件，實現(xiàn)對建筑內(nèi)部空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的精確控制，提高能效，降低能耗。樓宇自動化系統(tǒng)以其綜合性和智能性，能夠在確保室內(nèi)舒適度的同時，對空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的運行進行優(yōu)化，動態(tài)調(diào)整各項參數(shù)以響應(yīng)外部環(huán)境變化和內(nèi)部負載需求。通過樓宇自動化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)外溫度、濕度、二氧化碳濃度等關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測，并依此數(shù)據(jù)進行智能分析，預(yù)測建筑內(nèi)部的環(huán)境變化趨勢。依托于這些分析，系統(tǒng)可以自動調(diào)整空調(diào)與通風(fēng)設(shè)備的運行模式，如啟停時間、風(fēng)速、冷熱水流量等，實現(xiàn)需求響應(yīng)式的能源管理，以最小的能耗滿足室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的要求。

3 電力系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 變壓器的選擇與效率優(yōu)化

電力系統(tǒng)優(yōu)化的諸多方面中，變壓器的選擇與效率優(yōu)化是實現(xiàn)能源節(jié)約和提升系統(tǒng)經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)。選擇適當(dāng)類型和容量的變壓器對于保障電力系統(tǒng)的可靠性、減少能耗以及降低運行成本至關(guān)重要。在進行變壓器選擇時，必須精確評估建筑物的負荷特性，包括最大需求負載、負載變化范圍以及負載的持續(xù)時間，以確保變壓器能在最佳效率點附近運行。變壓器負荷率過低或過高都將導(dǎo)致能源的不必要浪費，前者由于變壓器在低負載下效率較低，后者則因負載過大時效率急劇下降。在效率優(yōu)化方面，應(yīng)選用符合或超過能效標準的變壓器，如采用無載調(diào)壓或有載調(diào)壓技術(shù)，以實現(xiàn)在不同工作條件下的能效最大化。近年來，隨著技術(shù)的進步，氨基甲酸酯類絕緣材料、無晶向硅鋼等新材料的使用也提升了變壓器的能效表現(xiàn)。此外，通過高精度的損耗測量和熱成像技術(shù)可以對變壓器進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并糾正效率低下的問題[3]。而在系統(tǒng)層面上，利用智能電網(wǎng)技術(shù)集成變壓器運行數(shù)據(jù)，可通過先進的數(shù)據(jù)分析和管理策略，進一步優(yōu)化整個供電系統(tǒng)的能效。

3.2 電動機效率的提升

電動機作為電力系統(tǒng)中最廣泛使用的動力設(shè)備，其效率的提升對于整個系統(tǒng)的能效有著舉足輕重的影響。在電動機的設(shè)計階段，采用高質(zhì)量的電磁材料、優(yōu)化電動機的磁路設(shè)計、減小電氣和機械損耗，是提升其效率的基礎(chǔ)。當(dāng)前，采用超高效的電機、改進的繞組布局以及先進的冷卻技術(shù)已經(jīng)成為效率提升的關(guān)鍵手段。應(yīng)選用與負載特性相匹配的電動機，確保其在接近滿負荷運行的狀態(tài)，可避免因選用過大功率電動機而導(dǎo)致的能源浪費。在電動機的運行過程中，變頻器的使用可以有效地控制和調(diào)節(jié)電動機的速度，適應(yīng)不同工況的需求，進一步優(yōu)化能效。此外，實施定期的電動機維護和檢測，及時發(fā)現(xiàn)和處理損耗增加的問題，也是確保電動機長期保持高效運行的重要措施。

3.3 電力系統(tǒng)功率因數(shù)的改善和無功補償

電力系統(tǒng)功率因數(shù)是衡量電力系統(tǒng)效率的重要指標，反映了有功功率與視在功率的比例，其值越接近，表明系統(tǒng)效率越高，無功功率和電能損耗越小。在工業(yè)及民用建筑中，由于存在大量感性負載如電動機、變壓器等，常常導(dǎo)致電力系統(tǒng)功率因數(shù)降低，進而增大了供電系統(tǒng)的損耗，尤其是在傳輸和分配環(huán)節(jié)。為了改善電力系統(tǒng)功率因數(shù)，無功補償技術(shù)被廣泛應(yīng)用，通過引入與系統(tǒng)無功功率相反的無功功率來抵消原系統(tǒng)的無功分量，常用的補償設(shè)備包括并聯(lián)電容器和電抗器。這些設(shè)備可以是固定式的，也可以是基于需求變化的動態(tài)式的，后者通常由電力電子設(shè)備如靜止無功發(fā)生器（SVG）或無功補償器（SVC）實現(xiàn)。動態(tài)無功補償系統(tǒng)能夠提供快速、準確的無功功率調(diào)節(jié)，對于改善電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性和減少電能損耗具有顯著效果。

4 可再生能源的利用

4.1 太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用

太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用是當(dāng)代建筑能源優(yōu)化與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。該系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換太陽輻射能為電能，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)能源的有效替代，減少了對化石燃料的依賴，同時顯著降低了建筑的碳足跡。在設(shè)計和實施光伏系統(tǒng)時，必須綜合考慮建筑物的地理位置、建筑物自身的設(shè)計特點、太陽輻照量，以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。為了最大化能量收集，光伏組件的安裝角度和方向應(yīng)當(dāng)精確計算，以確保接收到最大限度的太陽直射光。此外，系統(tǒng)的規(guī)模化設(shè)計應(yīng)考慮到未來的能源需求和技術(shù)升級的可能性，以便系統(tǒng)能持續(xù)適應(yīng)變化。

4.2 風(fēng)能與地?zé)崮艿睦?/h3>

風(fēng)能與地?zé)崮茏鳛榭稍偕茉吹闹匾问剑诋?dāng)代建筑能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著越來越關(guān)鍵的角色。風(fēng)能利用通過風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)換風(fēng)能為電能，其效率依賴于風(fēng)速的分布特性與風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的選型及其布局設(shè)計需要考慮到地理環(huán)境、風(fēng)速的歷史數(shù)據(jù)和發(fā)電量的預(yù)期目標。在建筑集成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時，其在城市環(huán)境中的應(yīng)用受到建筑高度、周圍建筑群體以及城市規(guī)劃等多重因素的影響，需要通過精確的計算和專業(yè)的設(shè)計來確保其可行性與效益。地?zé)崮芾脛t是指從地球內(nèi)部提取的熱能，用于建筑的供暖、制冷和熱水供應(yīng)[4]。地?zé)崮茉淳哂蟹€(wěn)定性高、環(huán)境影響小的特點，其開發(fā)與利用要求精確評估地?zé)豳Y源的分布、可行性和可持續(xù)性。地?zé)岚l(fā)電和地?zé)釤岜孟到y(tǒng)是當(dāng)前地?zé)崮軕?yīng)用的兩大主流方式。其中，地?zé)釤岜孟到y(tǒng)因其在不同氣候條件下均能高效運行，尤其在工業(yè)與民用建筑中得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上所述，優(yōu)化建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能體系，對于促進能源的合理利用和環(huán)境保護具有不可估量的重要性。本文提出的節(jié)能措施涉及照明、空調(diào)通風(fēng)、電力系統(tǒng)以及可再生能源等方面，不僅技術(shù)可行、經(jīng)濟效益明顯，而且有助于實現(xiàn)建筑的綠色轉(zhuǎn)型。隨著技術(shù)的不斷進步和節(jié)能意識的普及，節(jié)能優(yōu)化措施將進一步完善和推廣。同時，政府和行業(yè)應(yīng)制定更多鼓勵和支持節(jié)能的政策，加強節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，確保工民建筑電氣設(shè)計在新時代下的持續(xù)發(fā)展和進步。