建筑電氣在節能工程中的應用

趙熙

（中鐵建設集團有限公司，北京 100040）

目前，建筑電氣在節能工程中的應用價值極高，有了該系統的大力支持，節能工程的環保效益最大化，施工領域隨之擴大，工程項目的長遠規劃和建筑設計合理性的整體提升，都將因此變得異常順利。本文通過研究在節能工程中建筑電氣的有效應用，準確認識到建筑節能電氣系統的優點和挑戰，更好地優化工程項目的設計方案，使建筑電氣節能理念在其他領域得到廣泛推廣，具有重要意義。

1 建筑電氣系統概述

建筑電氣系統具有多種用途，可以確保居住者的功能性、安全性和舒適性。它們涵蓋建筑物內的整個電氣基礎設施，從發電和配電到照明、暖通空調、通信、自動化和安全。這些系統的有效構建，不僅能夠滿足建筑物的多樣化電力需求，同時也能提升能源使用率，避免能源的過度浪費。以下是這些系統的構建目的。

1.1 電源

建筑電氣系統連接到外部電源，如公用電網或現場發電機，為建筑提供持續穩定的電力供應。該電源能很好地控制操作燈、電器、機械和電子設備。

1.2 照明

建筑電氣系統的基本目的之一是促進建筑物內的照明。正確設計的照明系統可提高可見性、安全性和整體美觀性。這些系統包括各種類型的固定裝置、燈具和控制器，以實現所需的照明水平和效果。

1.3 氣候控制

建筑電氣系統支持調節室內氣候條件的HVAC 系統。供暖、制冷和通風，可以很好地保持室內舒適度和空氣質量。電機、控制器和傳感器等電氣元件在HVAC 運行中發揮著關鍵作用。

1.4 電器操作

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

1.5 通信和娛樂

現代建筑依靠電力系統為通信和娛樂設備供電。其中包括電話、電腦、電視、音頻系統和互聯網連接。電源插座和結構化布線系統有助于這些設備的連接。

1.6 安保和安全

電氣系統與居住安全息息相關。它們為安全攝像頭、報警系統、訪問控制系統和應急照明提供動力。接地和GFCI 插座可增強電氣安全。

1.7 自動化和控制

樓宇自動化系統(BAS)或樓宇管理系統(BMS)使用電氣組件和控制裝置自動化和管理各種樓宇功能。這包括能源管理、照明控制和HVAC 優化，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

建筑電氣系統的設計可以整合可再生能源，如太陽能電池板和風力渦輪機。這些來源可以就地發電，減少對化石燃料的依賴并降低運營成本。

2 建筑電氣系統在節能工程中的具體應用

2.1 照明系統

在節能工程中，照明系統主要由三部分組成：（1）LED照明。發光二極管（LED）技術徹底改變了照明行業。LED 能源效率高，與傳統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，減少了頻繁更換的需要。照明控制系統可以通過在不需要時調暗或關閉燈光來進一步提高節能效果。占用傳感器和日光采集系統根據占用情況和可用的自然光調整照明水平。（2）智能照明控制。先進的照明控制系統可以根據占用情況和一天中的時間精確管理照明。自動照明時間表和占用傳感器確保燈光僅在必要時打開。這些系統還可以與樓宇自動化系統(BAS)集成，以優化整體能源使用。例如，燈光可以與HVAC系統協調，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，可以顯著減少對人工照明的需求。采光系統使用傳感器和電動遮陽簾或百葉窗來控制進入的日光量并減少白天對電力照明的依賴。這些系統最大限度地節省能源，同時保持舒適性和生產力。

2.2 暖通空調系統

在節能工程中，暖通空調系統主要由四部分組成：（1）高效HVAC 設備。電氣系統為供暖、通風和空調(HVAC)設備提供動力，該領域的進步帶來了顯著的節能效果。高效HVAC 系統，包括熱泵、變速壓縮機和能量回收通風，可以在保持舒適度的同時降低能耗。（2）為樓宇自動化系統（BAS）。BAS 在優化HVAC 性能方面發揮著關鍵作用。它們監視和控制各種建筑系統，包括暖通空調、照明和安全，以確保高效運行。BAS 可以根據占用情況、溫度和其他因素調整HVAC 設置，最大限度地減少能源浪費。（3）分區和占用傳感器。分區系統將建筑物劃分為具有獨立溫度控制的不同區域。占用傳感器可以檢測空間何時無人占用，并相應地調整HVAC 設置，從而減少空閑區域的能源消耗。（4）智能恒溫器。智能恒溫器通常連接到樓宇管理系統，使用戶能夠遠程控制和編程HVAC 設置。這些設備可以了解居住者的偏好并調整供暖和制冷計劃以實現最佳能源效率。

2.3 可再生能源

在節能工程中，可再生能源主要由三部分組成：（1）并網太陽能光伏（PV）系統。將太陽能光伏系統集成到建筑電氣系統中是產生清潔、可再生能源的關鍵策略。太陽能電池板將陽光轉化為電能，可以抵消建筑物的能源消耗。多余的電力可以反饋到電網，通過凈計量提供潛在的成本節約或收入。（2）風力渦輪機。在某些地方，小型風力渦輪機可以集成到建筑電氣系統中以利用風能。這些系統可以補充建筑物的電力供應或為特定應用提供能量。（3）能源存儲系統。電氣系統可以采用電池等能源存儲解決方案來存儲可再生能源產生的剩余能源。這些儲存的能源可以在高需求時期或可再生能源不發電時使用。

2.4 樓宇自動化系統（BAS）

在節能工程中，樓宇自動化系統（BAS）主要由三部分組成：（1）優化能源管理。BAS 可以持續監控和調整各種建筑系統以優化能源消耗。他們可以使用來自傳感器、天氣預報和占用模式的數據來做出實時決策。例如，BAS 可以根據占用時間表預冷或預熱建筑物，以減少峰值能源需求。（2）減載和需求響應。BAS 可以在需求高峰期實施減載策略，以減少能源消耗。他們還可以參與需求響應計劃，建筑物根據電網運營商的要求減少用電量，從而獲得獎勵或降低能源費率。（3）遠程監控和控制。樓宇操作員和設施管理員可以使用BAS 接口遠程監控和控制樓宇系統。這樣就可以快速響應問題、微調能源設置并優化能源性能，而無須親自到場。

2.5 能源監控和管理

在節能工程中，先進的能源監控系統可以實時跟蹤用電量，為識別節能機會提供有價值的數據。這些系統可以與建筑電氣系統集成，以改善整體能源管理。有效應用數據分析工具，可以處理和分析能源數據，識別模式和異常問題。這些見解可以幫助建筑業主和運營商做出明智的決策，以優化能源使用。

2.6 電動汽車(EV)充電基礎設施

在節能工程中，電動汽車充電站的安裝可以促進可持續交通并減少溫室氣體排放。為了防止電氣系統過載，可以在多輛電動汽車同時充電時實施負載管理策略。智能充電系統可以優先考慮和分配電力，以確保高效充電，而不會對電網造成壓力。

2.7 需求側管理（DSM）

在節能工程中，建筑電氣系統可以參與減少峰值負載計劃，以激勵客戶在高需求期間減少用電量。DSM 策略可包括減載、負荷轉移和負荷調整，以優化能源使用。分時（TOU）定價可以鼓勵消費者將能源使用轉移到電價較低的非高峰時段。建筑電氣系統，特別是BAS，可以通過在具有成本效益的時期安排能源密集型任務來利用TOU 定價的優勢。

3 建筑節能電氣系統的優點和挑戰

3.1 構建建筑節能電氣系統的好處

建筑節能電氣系統的構建，具有以下好處：（1）降低能源成本。建筑節能電氣系統最引人注目的優勢之一是能源成本的顯著降低。通過優化能源消耗、使用節能電器以及采用可再生能源，建筑業主可以節省大量的公用事業費用。這種經濟效益使得節能投資極具吸引力。（2）環境效益。節能電力系統最重要的好處也許是它們對環境的積極影響。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。這與全球應對氣候變化和減少人類活動對環境影響的努力相一致。使用太陽能和風能等可再生能源有助于打造更清潔、更可持續的未來。（3）提高舒適度和生產力。節能的HVAC 和照明系統通常可以提高居住者的舒適度和生產力。適當控制的照明和溫度水平可以創造一個更加宜人和有利的室內環境。在商業環境中，舒適且光線充足的空間可以提高員工士氣和生產力，從而帶來更好的業務成果。（4）長期節省。雖然節能電氣系統的初始投資可能高于傳統系統，但長期節省是可觀的。節能電器和設備通常具有更長的使用壽命并且需要更少的維護。此外，系統生命周期內節省的能源遠遠超過前期成本。（5）彈性和能源獨立。采用太陽能電池板和風力渦輪機等可再生能源可以提供一定程度的能源獨立性。在停電或電網中斷期間，這些系統可以繼續發電，確保關鍵操作能夠繼續進行。這種恢復能力在容易發生極端天氣事件的地區尤其有價值。（6）提高房產價值。配備節能電力系統的建筑物通常被認為更有價值，對潛在買家或租戶更具吸引力。節能功能可以帶來更高的租金或房產價值，從而在房地產市場上提供競爭優勢。（7）遵守法規。許多政府和城市都實施了法規和激勵措施來提高能源效率。通過采用節能電力系統，建筑業主可以確保遵守這些要求并獲得財政激勵、稅收抵免或退稅，從而進一步降低初始投資成本。

3.2 實施建筑節能電氣系統的挑戰

建筑節能電氣系統的實施，面臨以下幾點挑戰：（1）初始成本高。實施節能電力系統的前期成本可能是許多建筑業主的一個重大障礙。與傳統同類產品相比，節能電器、可再生能源裝置和先進控制系統的價格通常更高。雖然長期節省證明這些投資是合理的，但初始資本支出對某些人來說可能具有挑戰性。（2）集成的復雜性。將節能電氣系統集成到現有建筑中或為新建筑進行設計可能會很復雜。各種組件（如HVAC 系統、照明控制和可再生能源）的無縫協調需要專門的知識和專業知識。這種復雜性可能會導致項目時間更長并增加設計和安裝成本。（3）維護和維修。雖然節能系統通常比傳統系統更可靠且需要更少的維護，但它們也不能避免偶爾出現故障或故障。業主必須確保能夠獲得合格的技術人員和資源，以便及時解決任何問題。否則，可能會抵消節能效果并導致停機。（4）培訓和用戶參與。節能電氣系統的正確操作和管理通常需要用戶培訓和參與。居住者必須了解如何有效使用節能電器、照明控制和恒溫器。建筑操作員和設施經理需要有關建筑自動化系統維護和優化的培訓。如果沒有足夠的教育和參與，這些系統的全部潛力可能無法發揮。（5）兼容性有限。在某些情況下，將節能技術集成到現有建筑中可能會受到兼容性問題的限制。較舊的建筑可能擁有不易適應現代節能設備和控制裝置的電氣系統。改造可能需要大量的重新布線或修改，從而增加了復雜性和成本。（6）最初對變革的抵制。對變革的抵制是引入新技術或系統時的常見挑戰。建筑居住者和利益相關者可能會因為不熟悉、擔心干擾或認為不便而抵制采用節能實踐。克服這種阻力通常需要有效的溝通和教育。（7）監管和分區限制。當地建筑規范、分區法規和歷史保護要求可能會給實施節能電力系統帶來挑戰。這些法規可能會限制某些可再生能源系統的安裝或規定必須滿足的特定設計和美學標準。（8）投資回報率（ROI）不確定性：由于投資回報率的不確定性，建筑物業主和投資者可能會猶豫是否采用節能電力系統。投資回報率計算取決于多種因素，包括能源價格、使用模式和設備效率。準確的投資回報率預測可能具有挑戰性，使財務決策變得更加復雜。

4 結語

總而言之，在新時代背景下，建筑電氣系統已經成為塑造建筑未來的關鍵參與者，可以推動節能計劃的有效落實，從而加快節能環保產業的發展進程。所以在今后的節能工程施工領域，應繼續優化建筑節能電氣系統的設計，繼續創造綠色舒適的居住空間，繼續提高人們的生活質量，最大限度地減少建筑對環境的影響。