建筑機電系統在節能減排中的關鍵作用與技術應用

何雪東

（甘肅工程建設監理有限公司）

1 引言

機電系統是建筑工程的重要構成部分，其涵蓋了供電系統、空調暖通系統、通風系統、給排水系統、弱電系統、消防系統等多個方面，集建筑功能性與美觀性于一體，直接關系到建筑工程的實用性與便捷性[1]。建筑機電系統運行過程中需要耗費大量的電力資源、水資源，也會產生一定的空氣污染與水污染，在建筑機電系統安裝與投運環節充分滲透節能減排理念與技術，合理使用太陽能、風能等清潔能源改善照明系統、通風系統、空調暖通設備的高能耗特性，科學設計機電系統的電壓等級，提高資源能源利用率，達到節能減排降耗的目的。

2 建筑機電系統節能減排的意義與現狀

2.1 建筑機電系統節能減排的意義

機電節能技術與措施貫穿在機電系統安裝與投運的全過程中，通過機電系統的節能化改造與實施實現提高資源能源的實際利用率，減少機電系統運行給自然環境與生態系統帶來的各類污染與破壞，推動建筑行業向節能環保方向轉型升級，助力建筑行業可持續發展[2]。同時，建筑機電系統節能減排建立在機電系統安全穩定運行的基礎上，如通過電壓等級的合理選擇、照明系統的智能化改造、空調暖通設備運行狀態的自動化調控等提高建筑室內環境的舒適度，減少機電系統的日常損耗率，延長機電系統的使用壽命，提高建筑機電系統的運行經濟性。

2.2 建筑機電系統節能減排的現狀

建筑行業是傳統高能耗、高污染行業，機電系統的設備結構復雜、應用要求高，能耗污染也較高，據統計建筑內電能消耗約占建筑總能耗的80%，相關的機電設備包括照明系統、暖通空調系統、電梯等。在節約型生態城市建設理念下，節能減排技術滲透并應用在建筑機電系統中，節能措施多表現為對建筑現有機電系統的節能化改造，但目前機電系統節能化措施應用不廣泛、節能化改造效果不佳。如建筑的供水系統、冷卻水系統等在節能化改造時涉及較大規模的設備更換，節能措施應用成本較高。部分新建建筑的機電系統在節能減排技術應用時，機電工程設計缺乏統籌性，在實際施工過程中易出現冷熱源尺寸配比不合理、電氣荷載分配不均等問題，影響節能減排技術在機電系統中的應用效果。

3 建筑機電系統中的節能減排技術應用

3.1 合理選擇電壓等級

不同的電壓等級所產生的電能消耗不同，如工業建筑中的大型機械設備對電壓要求較高，需要高等級電壓驅動機械設備工作，而民用建筑中的家電設備等對電壓要求較低，僅需要低等級電壓驅動冰箱、電視等家用電器工作。因此，建筑電壓等級選擇應結合建筑功能用途以及建筑內機電設備設施的電壓要求合理設計，如在小型城鎮或純民用建筑機電系統供電時，應選擇220V 的低配電壓作為常用電壓，根據區域內的特殊電壓要求另行配備10kV 高壓，確保電壓等級選擇配置的針對性與精準性，提高電壓等級與機電系統用電需求的適配度，提高電力資源利用率。同時，高能耗機電系統在暫停使用時應自動設置電源切斷作業，有效減少機電設備在暫停作業的待機過程中產生的電力資源浪費。

3.2 充分運用清潔自然能源

清潔能源具有污染小、利用率高的特點，在建筑機電系統中充分運用清潔能源作為設備工作的驅動能源，可以切實降低機電系統運行所產生的污染。

3.2.1 太陽能

太陽能是當前建筑機電系統節能減排技術應用中常見的清潔、可再生能源，如可在建筑屋面搭建太陽能光伏設施將屋頂的太陽輻射轉化為電能，為建筑機電系統運行供電；可通過將太陽能轉化為熱能在建筑供暖系統中加熱，或利用太陽能為給水系統加熱，減少建筑室內電熱水器的使用；可引入太陽能作為自然光源為建筑室內采光提供充足的光照度，減少建筑照明系統的運行與使用[3]。

3.2.2 地道風

地道風是一種保持建筑室內恒溫舒適狀態且減少空調系統與通風系統運行的節能減排技術，其依托地層深處溫度恒定特性，在建筑地下空間布設地下隧道，通過地下隧道與地表建筑的溫度差形成地道風系統，利用地道風系統為建筑室內降溫或加熱，替代建筑通風系統與空調系統的冷源與熱源，減少建筑空調系統與通風系統的使用。據統計，地道風系統可以加速建筑室內空氣交換與熱量轉移，有效提高地源熱泵的性能系數，相較于空調系統與通風系統運行而言，節電率達80%。

3.2.3 地熱能

地熱能是一種自然熱源，通過地源熱泵充分利用地熱能并將其運用在建筑采暖供熱中，可以減少建筑內供熱系統的長時間使用，同時保證寒冷天氣下建筑室內溫度的恒定性。具體應用時，可利用地埋管作為傳熱工具，將地埋管埋在地表以下一定深度中，通過地埋管這一封閉的循環實現地源熱泵的冷暖能量交換與轉移，推動建筑內的供暖系統與地表以下地源熱泵系統之間的熱量傳導，可有效維持建筑室內處于恒溫狀態，同時減少采暖供熱系統工作對一次性能源的消耗。

3.3 照明系統節能

3.3.1 選擇節能型照明燈具

建筑照明系統的節能減排應充分應用節能型燈具，在保證照明系統光照度的基礎上，減少照明系統對電力能源的消耗。當前常見的節能型燈具如支架節能燈、螺旋管節能燈、U型節能燈、蓮花型節能燈，不同節能型燈具的適用環境不同，如蓮花型節能燈一般瓦數較高，多應用于商業綜合體、工業廠房等大型建筑中；支架節能燈瓦數較小，一般應用于民用建筑的室內照明。建筑照明系統節能設計時應根據建筑室內空間分區與功能布局選擇適宜的節能型燈具，如臥室可選用瓦數小、照度弱的節能型照明燈具，會客廳則選用瓦數高、照度強的節能型照明燈具。

3.3.2 引入太陽能采光與發電

建筑照明系統節能減排應充分引入太陽能作為采光光源，補充建筑室內照明系統的光照度，減少室內照明燈具的照度以及電能消耗率。同時，可在建筑適宜位置布設太陽能電池板、安裝太陽能電池組，將太陽能轉化為電能，為建筑室內節能型照明燈具使用提供電能。

3.3.3 引入傳感器技術與智能調控技術

建筑照明系統節能減排應充分利用自動化技術，通過在建筑室內布設光照度傳感器實時采集與感知室內的亮度、光照度等數據，根據室內不同功能分區的功能需求自動調控節能型照明燈具的照度、柔光度等運行參數，更精準地適配建筑室內照明需要，同時減少建筑照明系統的運行能耗。

3.4 給排水系統節能

給排水系統節能是通過對系統內設備結構的改造與工作流程的優化提高水資源利用率，例如建筑給排水系統中常見的抽水馬桶在日常使用過程中容易出現滲水、漏水等問題，影響水資源利用率。將變頻水泵應用在抽水馬桶中，通過水泵閉環控制實現馬桶抽水變速調頻，以便抽水馬桶智能調節轉速，降低抽水馬桶供水量，減少水資源損耗。對于大型工業建筑給排水系統而言，其設備運行需要循環水冷卻系統，用電量較大且能耗較高。對循環冷卻水系統進行節能化設計，利用傳感器實時采集水泵中的流量，精準分析富余流量，根據富余流量自動化控制循環水泵的回水閥門開關度，科學調節循環水的供應壓力，為企業生產提供適配體量適配的能源。同時，為降低水泵能耗，可引入削切葉輪縮小水泵系統的葉輪直徑，可引入電機變頻調速技術對水泵電機的工作頻率進行自動化調節，有效降低出口壓力，減少循環水冷卻系統的電能消耗。此外，可引入水輪機作為循環水冷卻系統的動力機，利用水能驅動冷卻塔風機轉動，減少電機工作時的電能消耗。循環水冷卻系統應定期清洗，以免雜質堵塞冷凝器，影響冷凝器的工作效能以及能耗情況。

3.5 空調暖通設備節能

空調暖通設備作為建筑機電系統中的高能耗設備，其節能減排的效用直接影響到機電系統及建筑的節能減排效果。在空調暖通設備節能方面，可以選用節能型空調設備與暖通設備，減少空調暖通設備的能耗率以及廢氣廢水的排放量。例如傳統空調設備在固定的電網頻率下其壓縮機轉速恒定，若是用戶調節空調工作參數，空調壓縮機則以較高的頻次啟動與關閉。壓縮機反復開啟與關閉將耗費大量的能量，更會導致壓縮機內部元器件磨損。針對此問題，可選用變頻空調設備，通過變頻技術有效減少因空調工作參數調整而出現的壓縮機反復啟動關閉，減少壓縮機工作狀態變動而產生的大量電力資源消耗，減少壓縮機工作狀態變化給其內部元器件帶來的各種磨損與負面影響，延長空調壓縮機的使用壽命。同時，空調設備的自動化調控也可極大節省電力資源浪費，可在建筑室內配置溫度傳感器與濕度傳感器，利用傳感器實時采集室內的溫度與濕度數據，并通過對室內溫濕度數據的分析，利用數字控制器動態調節與控制空調設備的制冷、制熱與通風參數，使得建筑室內保持相對恒溫恒濕狀態，通過動態自動化調控減少空調系統的運行時長與能耗。此外，建筑節能還可以通過合理科學的建筑朝向設計、房型結構設計、空間布局設計等更好地借助自然資源，減少空調暖通設備的使用頻次。如建筑戶型設計為南北向通透型，通過南北向貫通為建筑室內室外空氣交換提供良好的通風條件；暖通保溫管道鋪設時應強化管道固定的牢固性，確保暖通系統在開啟時暖通管道不會因機械振動而出現管道斷裂、煤氣泄漏等問題[4]。

4 結語

在綠色建筑、節能環保等理念下，節能降耗是建筑機電工程實施的必然要求。建筑機電系統設計與實施應當著眼于節能減排技術的應用、清潔能源的利用、廢水廢氣處理與回收等方面，通過設備科學選型與節能減排技術的引入，切實提高建筑機電工程的經濟性與節能性。