電氣工程的節(jié)能設(shè)計(jì)研究

摘 要：目前世界各國(guó)面臨能耗過(guò)大的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，各國(guó)先后制定相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。能源緊缺是我國(guó)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，合理節(jié)約能源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國(guó)建筑業(yè)能耗在總能耗中占很大比重，建筑能耗中電氣能耗占80%以上，解決建筑電氣節(jié)能問(wèn)題非常迫切。建筑電氣工程設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用電氣節(jié)能技術(shù)可以減少建筑結(jié)構(gòu)能耗，節(jié)能設(shè)計(jì)是國(guó)家提倡的節(jié)能減排指導(dǎo)方針，電氣自動(dòng)化與節(jié)能設(shè)計(jì)目前在電力行業(yè)應(yīng)用不很廣泛，需要深入研究電氣工程節(jié)能技術(shù)，促進(jìn)建筑節(jié)能與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電氣工程;節(jié)能設(shè)計(jì);建筑節(jié)能

我國(guó)是能源大國(guó)，但人均資源低。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)處于大量消耗原材料支持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的工業(yè)化時(shí)期。合理節(jié)能是國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。現(xiàn)代建筑中廣泛采用變壓器等耗能系統(tǒng)，我國(guó)建筑能耗占總能耗的26.7%，節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用可以節(jié)約寶貴的能源資源，建筑電氣工程運(yùn)用節(jié)能技術(shù)可減少工程項(xiàng)目中資源浪費(fèi)現(xiàn)象。建筑用電節(jié)能技術(shù)可通過(guò)建筑物冷熱源系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)等機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。建筑電氣節(jié)能是在對(duì)其進(jìn)行有效管理減少能耗，建筑電氣工程節(jié)能可從變壓器選擇系統(tǒng)功率因素提高等方面采取措施。我國(guó)國(guó)建筑能耗處于初級(jí)發(fā)展階段，發(fā)達(dá)國(guó)家建筑用能占總能耗的30%，必須采取相應(yīng)技術(shù)措施加強(qiáng)建筑節(jié)能。國(guó)家就節(jié)能問(wèn)題出臺(tái)《民用建筑節(jié)能條例》等系列相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際工程建設(shè)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，可以有效解決建筑電氣節(jié)能問(wèn)題。

1 電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的重要意義

隨著科技的快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)生活追求不斷提高，過(guò)度依賴能源消費(fèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式為社會(huì)環(huán)境造成很大負(fù)面影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能耗問(wèn)題日益加重，能耗量急劇增多，提高能源利用率成為急需解決的問(wèn)題。我國(guó)成為最大的能源消費(fèi)國(guó)，單純依賴常規(guī)能源不利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。建筑業(yè)能耗量巨大，加劇我國(guó)能源壓力。

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展加快，我國(guó)節(jié)能建筑占比較小，無(wú)法滿足綠色節(jié)能發(fā)展需求。我國(guó)過(guò)去經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中，存量高耗能建筑面積約400億㎡，我國(guó)需要在綠色建筑領(lǐng)域迅速推廣。國(guó)家相關(guān)政策推進(jìn)實(shí)施，新版《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中，與電相關(guān)的評(píng)分項(xiàng)目有節(jié)能與利用模塊。建筑能耗中電氣能耗占比最大，增加清潔能源應(yīng)用，對(duì)建筑光伏系統(tǒng)發(fā)電等節(jié)能技術(shù)分析非常重要[1]。中國(guó)是能耗大國(guó)，國(guó)家出臺(tái)了《節(jié)約能源法》等系列相關(guān)技術(shù)規(guī)范，十三五規(guī)劃對(duì)節(jié)能減排提出明確要求，建筑物設(shè)計(jì)必須節(jié)能下合理設(shè)計(jì)。找到有效降耗方法可以創(chuàng)造更大的社會(huì)價(jià)值。將節(jié)能技術(shù)規(guī)范結(jié)合，可以有效解決電氣工程節(jié)能問(wèn)題。

雖然建筑電氣節(jié)能受到廣泛關(guān)注，但目前仍存在許多問(wèn)題亟待解決。目前電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑電氣運(yùn)行特點(diǎn)缺乏深入了解，在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)往往照搬以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有的設(shè)計(jì)人員盲目追求采用新技術(shù)，如多數(shù)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未把電氣節(jié)能系統(tǒng)納入其中，不少工程項(xiàng)目由于負(fù)荷計(jì)算不合理導(dǎo)致變壓器選擇過(guò)大;照明光源選擇不當(dāng)，未考慮節(jié)能控制方式等導(dǎo)致浪費(fèi)較大。建筑電氣工程設(shè)計(jì)對(duì)電氣系統(tǒng)節(jié)能有重要影響，但往往得不到設(shè)計(jì)人員足夠重視，設(shè)計(jì)收費(fèi)與產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益不掛鉤等原因，有的單位忽視質(zhì)量，使得設(shè)計(jì)系統(tǒng)初期投資大。深入研究電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)有效技術(shù)措施對(duì)指導(dǎo)電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)具有重要意義。

電氣化廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，電能借助可再生優(yōu)勢(shì)得到各行業(yè)的應(yīng)用。建筑行業(yè)是我國(guó)支柱型產(chǎn)業(yè)，建筑是城市基建系統(tǒng)的核心構(gòu)成，對(duì)其開(kāi)展節(jié)能化設(shè)計(jì)是確保建筑物設(shè)計(jì)施工中貫徹節(jié)能宗旨的保障，對(duì)其節(jié)能方法研究非常迫切。建筑物中裝設(shè)照明等系列消耗電能設(shè)備，建筑電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)融合光伏發(fā)電技術(shù)系列先進(jìn)技術(shù)，有效降低建筑電氣工程能耗。綠色建筑電氣應(yīng)用從開(kāi)源節(jié)流兩方面入手，電氣工程在綠色建筑中應(yīng)用潛力巨大，但存在各系統(tǒng)管理復(fù)雜等問(wèn)題。目前我國(guó)節(jié)能領(lǐng)域與先進(jìn)國(guó)家具有一定差距，需要研究建筑節(jié)能技術(shù)提高節(jié)能水平。

2 建筑電氣工程節(jié)能技術(shù)發(fā)展

隨著全球能源消耗，能源浪費(fèi)現(xiàn)象日益惡化，建筑電氣能耗突出，許多國(guó)家將降低電氣能耗作為節(jié)能工作首要任務(wù)。由于我國(guó)人口密集決定人均能源擁有率低，中國(guó)能耗超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展重點(diǎn)是找到節(jié)能有效途徑，建筑電氣能耗占據(jù)很大部分，應(yīng)重視建筑電氣工程節(jié)能，應(yīng)用有效的節(jié)能技術(shù)提高建筑節(jié)能水平。

建筑能耗在各國(guó)能耗中占有很大比重，建筑能耗包括建材、電氣能耗等，許多國(guó)家將降低電氣工程能耗作為節(jié)能首要任務(wù)。各國(guó)提出先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)理念，充分利用新能源減少環(huán)境污染[2]。法國(guó)是最早出臺(tái)建筑節(jié)能法規(guī)國(guó)家，目前實(shí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能效率達(dá)61.2%。美國(guó)通過(guò)改善建筑物固有結(jié)構(gòu)性質(zhì)，頒布《新建筑物設(shè)計(jì)節(jié)能》標(biāo)準(zhǔn)，提高節(jié)能型電氣設(shè)備利用效率降低建筑能耗。日本節(jié)能技術(shù)處于領(lǐng)先地位，面對(duì)巨大的能耗壓力，采取有效節(jié)能措施。2000年提出2020年節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)住宅節(jié)能5%。發(fā)達(dá)國(guó)家建筑電氣節(jié)能方面運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，提高能源利用率，減少能源損耗與環(huán)境污染。

我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能問(wèn)題研究相對(duì)較晚，建筑節(jié)能始于80年代，90年代建筑節(jié)能面積達(dá)到5000萬(wàn)㎡，21世紀(jì)將建筑節(jié)能水平提高20%，我國(guó)建筑節(jié)能工作取得顯著成效。根據(jù)建筑功能，能源類型差別，建筑能耗分為住宅用能，城鎮(zhèn)供暖用能等，建筑能耗占總能耗的25%。我國(guó)建筑能耗增長(zhǎng)較快原因主要包括建筑數(shù)量不斷增加;農(nóng)村向城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)型速度加快，導(dǎo)致城市人口人均能耗量增加3.5倍;人們對(duì)建筑供暖舒適性要求提高，供暖設(shè)備使用時(shí)間延長(zhǎng)，使得我國(guó)建筑能耗居高不下，集中改變城鎮(zhèn)能耗現(xiàn)狀是節(jié)能減排首要任務(wù)。

目前我國(guó)建筑領(lǐng)域能源浪費(fèi)情況嚴(yán)重，住宅建筑能耗急劇上升。根據(jù)我國(guó)能源使用情況，建設(shè)部2018年頒布《建筑節(jié)能發(fā)展十三五規(guī)劃》，采取有效節(jié)能技術(shù)，對(duì)不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建筑物進(jìn)行節(jié)能改造。隨著科技的快速發(fā)展，建筑電氣節(jié)能新理念不斷涌現(xiàn)，建筑需要采用合理節(jié)能措施才能滿足時(shí)代要求。電氣節(jié)能核心是根據(jù)建筑物用途提高電能利用率。建筑電氣節(jié)能是建筑節(jié)能的重要部分，不能以損害使用需求為代價(jià)，不能盲目增加投資，應(yīng)遵循適用性、節(jié)能型等原則。

3 電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用

我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能研究起步較晚，建筑物需采用合理的節(jié)能技術(shù)才能滿足時(shí)代要求，電氣工程節(jié)能技術(shù)目標(biāo)是提高電能利用率。建筑電氣工程節(jié)能主要通過(guò)電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等措施提高建筑電氣節(jié)能效率。建筑電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)需要考慮照明部分節(jié)能技術(shù)，對(duì)建筑配電系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)，加大配電系統(tǒng)功率因數(shù)。建筑電氣工程節(jié)能技術(shù)應(yīng)用要遵循降低工程成本經(jīng)濟(jì)性原則，實(shí)用性原則。

電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用廣泛，涉及空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等領(lǐng)域。電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)目的是減少電氣能耗，電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)要避免盲目運(yùn)用達(dá)不到預(yù)期節(jié)能效果。建筑物使用功能包括照明照度，滿足運(yùn)輸通道通暢;為建筑物創(chuàng)造良好人工環(huán)境提供必要的能源，按照用電設(shè)備對(duì)負(fù)荷容量，供電可靠性等方面要求優(yōu)化供配電設(shè)計(jì)。節(jié)能應(yīng)按國(guó)情充分考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能因節(jié)能增加運(yùn)行費(fèi)用。合理選用節(jié)能設(shè)備，使節(jié)能投資降低，減少運(yùn)行費(fèi)用[3]。電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用要注意降低企業(yè)資金投入，節(jié)能施工費(fèi)用超出企業(yè)預(yù)算導(dǎo)致難以推廣應(yīng)用。電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)施工情況合理運(yùn)用，保證節(jié)能設(shè)計(jì)在建筑工程推廣。

空調(diào)系統(tǒng)能耗占據(jù)建筑能耗很大比重，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施中存在許多問(wèn)題，電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)必須與建筑工程項(xiàng)目電力部門(mén)交流，采用新型能源儲(chǔ)存技術(shù)等，保證電氣節(jié)能設(shè)計(jì)有效應(yīng)用。電力傳輸需要靠電力線路，電力線路設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)減少線路傳輸距離過(guò)遠(yuǎn)等因素造成電力損耗。動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)避免空載運(yùn)行，保證設(shè)備滿足人們生產(chǎn)生活需要。應(yīng)結(jié)合建筑動(dòng)力情況完善電力設(shè)備管理，加強(qiáng)對(duì)電梯系統(tǒng)科學(xué)管理，減少電力浪費(fèi)情況。電力設(shè)備啟動(dòng)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)損耗電力資源，配電系統(tǒng)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)可通過(guò)計(jì)算工程實(shí)際情況，采用合適的線纜實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)系統(tǒng)電器節(jié)能化。公共建筑可采用不同變壓器供電，季節(jié)性負(fù)荷不用關(guān)閉變壓器。

建筑工地供電系統(tǒng)包括電源、變電設(shè)備等部分，除了遵循電氣實(shí)用性，節(jié)能性節(jié)能原則，考慮配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)外，需要靠科學(xué)有效可行性措施提高建筑電氣工程節(jié)能水平。要求優(yōu)化電力設(shè)備設(shè)計(jì)方案，強(qiáng)化建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行管理，選擇技術(shù)先進(jìn)的建筑節(jié)能設(shè)備。建筑施工設(shè)計(jì)人員制定電氣方案，要監(jiān)督施工圖設(shè)計(jì)，與業(yè)主及時(shí)溝通，按照各種電力設(shè)施功能要求，電氣設(shè)備負(fù)荷特點(diǎn)對(duì)分項(xiàng)電氣工程進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，通過(guò)采用節(jié)能技術(shù)減少線路功率損耗。建筑電氣設(shè)備運(yùn)行情況對(duì)節(jié)能效果有直接的影響，如果電氣設(shè)備保持安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)故障可迅速排除。設(shè)備運(yùn)行不暢得不到及時(shí)修理，會(huì)影響工程進(jìn)度造成能量浪費(fèi)。要采取有效措施強(qiáng)化建筑電氣設(shè)備運(yùn)行管理，要加快研發(fā)功能強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件，提高員工綜合素質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

電氣工程節(jié)能核心是將合理節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于工程中，隨著綠色建筑的推廣，節(jié)能減排在電氣設(shè)計(jì)階段更加常見(jiàn)，建筑電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)具有廣闊研究空間。應(yīng)用建筑內(nèi)的節(jié)能產(chǎn)品豐富，如何合理安排成為電氣設(shè)計(jì)階段的重要課題。本文論述建筑電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的意義，分析國(guó)內(nèi)外建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹建筑電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用。電氣技能技術(shù)應(yīng)不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)電氣節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

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基金項(xiàng)目：2019年第二批教育部高教司產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“借助多方協(xié)同育人，地方院校培養(yǎng)智能制造新工科卓越人才的探索”（項(xiàng)目編號(hào)：201902201003）

作者簡(jiǎn)介：孫如軍（1966— ），男，漢族，山東德州人，碩士，教授，從事節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究及其機(jī)電裝備設(shè)計(jì)。