建筑電氣在節(jié)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(jié)能工程中的應用價值極高，有了該系統(tǒng)的大力支持，節(jié)能工程的環(huán)保效益最大化，施工領域隨之擴大，工程項目的長遠規(guī)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(jié)能工程中建筑電氣的有效應用，準確認識到建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的優(yōu)點和挑戰(zhàn)，更好地優(yōu)化工程項目的設計方案，使建筑電氣節(jié)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(tǒng)概述

建筑電氣系統(tǒng)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(nèi)的整個電氣基礎設施，從發(fā)電和配電到照明、暖通空調(diào)、通信、自動化和安全。這些系統(tǒng)的有效構(gòu)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(tǒng)的構(gòu)建目的。

1.1 電源

建筑電氣系統(tǒng)連接到外部電源，如公用電網(wǎng)或現(xiàn)場發(fā)電機，為建筑提供持續(xù)穩(wěn)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(tǒng)的基本目的之一是促進建筑物內(nèi)的照明。正確設計的照明系統(tǒng)可提高可見性、安全性和整體美觀性。這些系統(tǒng)包括各種類型的固定裝置、燈具和控制器，以實現(xiàn)所需的照明水平和效果。

1.3 氣候控制

建筑電氣系統(tǒng)支持調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候條件的HVAC 系統(tǒng)。供暖、制冷和通風，可以很好地保持室內(nèi)舒適度和空氣質(zhì)量。電機、控制器和傳感器等電氣元件在HVAC 運行中發(fā)揮著關鍵作用。

1.4 電器操作

建筑電氣系統(tǒng)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(xiàn)代建筑依靠電力系統(tǒng)為通信和娛樂設備供電。其中包括電話、電腦、電視、音頻系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)連接。電源插座和結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)有助于這些設備的連接。

1.6 安保和安全

電氣系統(tǒng)與居住安全息息相關。它們?yōu)榘踩珨z像頭、報警系統(tǒng)、訪問控制系統(tǒng)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(tǒng)(BAS)或樓宇管理系統(tǒng)(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(yōu)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)在節(jié)能工程中的具體應用

2.1 照明系統(tǒng)

在節(jié)能工程中，照明系統(tǒng)主要由三部分組成：（1）LED照明。發(fā)光二極管（LED）技術徹底改變了照明行業(yè)。LED 能源效率高，與傳統(tǒng)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(tǒng)可以通過在不需要時調(diào)暗或關閉燈光來進一步提高節(jié)能效果。占用傳感器和日光采集系統(tǒng)根據(jù)占用情況和可用的自然光調(diào)整照明水平。（2）智能照明控制。先進的照明控制系統(tǒng)可以根據(jù)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(tǒng)還可以與樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)集成，以優(yōu)化整體能源使用。例如，燈光可以與HVAC系統(tǒng)協(xié)調(diào)，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(tǒng)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(tǒng)最大限度地節(jié)省能源，同時保持舒適性和生產(chǎn)力。

2.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)

在節(jié)能工程中，暖通空調(diào)系統(tǒng)主要由四部分組成：（1）高效HVAC 設備。電氣系統(tǒng)為供暖、通風和空調(diào)(HVAC)設備提供動力，該領域的進步帶來了顯著的節(jié)能效果。高效HVAC 系統(tǒng)，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(tǒng)（BAS）。BAS 在優(yōu)化HVAC 性能方面發(fā)揮著關鍵作用。它們監(jiān)視和控制各種建筑系統(tǒng)，包括暖通空調(diào)、照明和安全，以確保高效運行。BAS 可以根據(jù)占用情況、溫度和其他因素調(diào)整HVAC 設置，最大限度地減少能源浪費。（3）分區(qū)和占用傳感器。分區(qū)系統(tǒng)將建筑物劃分為具有獨立溫度控制的不同區(qū)域。占用傳感器可以檢測空間何時無人占用，并相應地調(diào)整HVAC 設置，從而減少空閑區(qū)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(tǒng)，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(diào)整供暖和制冷計劃以實現(xiàn)最佳能源效率。

2.3 可再生能源

在節(jié)能工程中，可再生能源主要由三部分組成：（1）并網(wǎng)太陽能光伏（PV）系統(tǒng)。將太陽能光伏系統(tǒng)集成到建筑電氣系統(tǒng)中是產(chǎn)生清潔、可再生能源的關鍵策略。太陽能電池板將陽光轉(zhuǎn)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(wǎng)，通過凈計量提供潛在的成本節(jié)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(tǒng)中以利用風能。這些系統(tǒng)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(tǒng)。電氣系統(tǒng)可以采用電池等能源存儲解決方案來存儲可再生能源產(chǎn)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(fā)電時使用。

2.4 樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）

在節(jié)能工程中，樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）主要由三部分組成：（1）優(yōu)化能源管理。BAS 可以持續(xù)監(jiān)控和調(diào)整各種建筑系統(tǒng)以優(yōu)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(shù)據(jù)來做出實時決策。例如，BAS 可以根據(jù)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(jù)電網(wǎng)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(jiān)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(jiān)控和控制樓宇系統(tǒng)。這樣就可以快速響應問題、微調(diào)能源設置并優(yōu)化能源性能，而無須親自到場。

2.5 能源監(jiān)控和管理

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

2.6 電動汽車(EV)充電基礎設施

在節(jié)能工程中，電動汽車充電站的安裝可以促進可持續(xù)交通并減少溫室氣體排放。為了防止電氣系統(tǒng)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(tǒng)可以優(yōu)先考慮和分配電力，以確保高效充電，而不會對電網(wǎng)造成壓力。

2.7 需求側(cè)管理（DSM）

在節(jié)能工程中，建筑電氣系統(tǒng)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(zhuǎn)移和負荷調(diào)整，以優(yōu)化能源使用。分時（TOU）定價可以鼓勵消費者將能源使用轉(zhuǎn)移到電價較低的非高峰時段。建筑電氣系統(tǒng)，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(yōu)勢。

3 建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的優(yōu)點和挑戰(zhàn)

3.1 構(gòu)建建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的好處

建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的構(gòu)建，具有以下好處：（1）降低能源成本。建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)最引人注目的優(yōu)勢之一是能源成本的顯著降低。通過優(yōu)化能源消耗、使用節(jié)能電器以及采用可再生能源，建筑業(yè)主可以節(jié)省大量的公用事業(yè)費用。這種經(jīng)濟效益使得節(jié)能投資極具吸引力。（2）環(huán)境效益。節(jié)能電力系統(tǒng)最重要的好處也許是它們對環(huán)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(huán)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(xù)的未來。（3）提高舒適度和生產(chǎn)力。節(jié)能的HVAC 和照明系統(tǒng)通常可以提高居住者的舒適度和生產(chǎn)力。適當控制的照明和溫度水平可以創(chuàng)造一個更加宜人和有利的室內(nèi)環(huán)境。在商業(yè)環(huán)境中，舒適且光線充足的空間可以提高員工士氣和生產(chǎn)力，從而帶來更好的業(yè)務成果。（4）長期節(jié)省。雖然節(jié)能電氣系統(tǒng)的初始投資可能高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，但長期節(jié)省是可觀的。節(jié)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(tǒng)生命周期內(nèi)節(jié)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(wǎng)中斷期間，這些系統(tǒng)可以繼續(xù)發(fā)電，確保關鍵操作能夠繼續(xù)進行。這種恢復能力在容易發(fā)生極端天氣事件的地區(qū)尤其有價值。（6）提高房產(chǎn)價值。配備節(jié)能電力系統(tǒng)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(jié)能功能可以帶來更高的租金或房產(chǎn)價值，從而在房地產(chǎn)市場上提供競爭優(yōu)勢。（7）遵守法規(guī)。許多政府和城市都實施了法規(guī)和激勵措施來提高能源效率。通過采用節(jié)能電力系統(tǒng)，建筑業(yè)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(jié)能電氣系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的實施，面臨以下幾點挑戰(zhàn)：（1）初始成本高。實施節(jié)能電力系統(tǒng)的前期成本可能是許多建筑業(yè)主的一個重大障礙。與傳統(tǒng)同類產(chǎn)品相比，節(jié)能電器、可再生能源裝置和先進控制系統(tǒng)的價格通常更高。雖然長期節(jié)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(zhàn)性。（2）集成的復雜性。將節(jié)能電氣系統(tǒng)集成到現(xiàn)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(tǒng)、照明控制和可再生能源）的無縫協(xié)調(diào)需要專門的知識和專業(yè)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(jié)能系統(tǒng)通常比傳統(tǒng)系統(tǒng)更可靠且需要更少的維護，但它們也不能避免偶爾出現(xiàn)故障或故障。業(yè)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(jié)能效果并導致停機。（4）培訓和用戶參與。節(jié)能電氣系統(tǒng)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(jié)能電器、照明控制和恒溫器。建筑操作員和設施經(jīng)理需要有關建筑自動化系統(tǒng)維護和優(yōu)化的培訓。如果沒有足夠的教育和參與，這些系統(tǒng)的全部潛力可能無法發(fā)揮。（5）兼容性有限。在某些情況下，將節(jié)能技術集成到現(xiàn)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(xiàn)代節(jié)能設備和控制裝置的電氣系統(tǒng)。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(tǒng)時的常見挑戰(zhàn)。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(jié)能實踐?？朔@種阻力通常需要有效的溝通和教育。（7）監(jiān)管和分區(qū)限制。當?shù)亟ㄖ?guī)范、分區(qū)法規(guī)和歷史保護要求可能會給實施節(jié)能電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。這些法規(guī)可能會限制某些可再生能源系統(tǒng)的安裝或規(guī)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(yè)主和投資者可能會猶豫是否采用節(jié)能電力系統(tǒng)。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(zhàn)性，使財務決策變得更加復雜。

4 結(jié)語

總而言之，在新時代背景下，建筑電氣系統(tǒng)已經(jīng)成為塑造建筑未來的關鍵參與者，可以推動節(jié)能計劃的有效落實，從而加快節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程。所以在今后的節(jié)能工程施工領域，應繼續(xù)優(yōu)化建筑節(jié)能電氣系統(tǒng)的設計，繼續(xù)創(chuàng)造綠色舒適的居住空間，繼續(xù)提高人們的生活質(zhì)量，最大限度地減少建筑對環(huán)境的影響。