建筑电气系统节能技术

董占峰

（山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着社会的不断发展和建筑领域的迅速扩展，建筑电气系统在现代社会中的重要性愈发显著。伴随着建筑电气系统的广泛应用，电能消耗的增加也成为一个严重的问题。电力供应和能源保障的压力不断加大，因此，建筑电气系统的节能问题成为亟待解决的挑战。建筑电气系统节能技术的发展已经成为建筑领域的一个关键焦点。通过采用现代科技手段和创新方法，在维持建筑电力系统正常运行的前提下，最大限度地减少电能浪费，降低用电成本，减缓对环境的不良影响，提高电能利用效率。

1 建筑电气系统节能技术概述

建筑电气系统节能技术是一种在建筑物电气设备和系统设计、安装和运行中采用的相关方法和策略，旨在最大程度地减少电能消耗，提高能源利用效率，降低能源成本，同时减少对环境的不利影响。这些技术措施涵盖建筑物的照明、暖通空调、电力配电、智能控制系统等各个方面，以满足现代社会对可持续发展和环保的需求。建筑电气系统节能技术的核心目标之一是降低建筑的整体电能消耗。通过采用高效照明设备，如LED 照明、自动照明控制系统，显著减少照明系统的电耗。在暖通空调方面，使用高效的暖通设备和智能温控系统，提高供暖和制冷系统的效率，降低用电需求。此外，建筑电气系统节能技术还包括采用节能型电机、变频调速器、电力因数校正设备等设备，以最大程度地减少电能损失和浪费。智能控制系统也是建筑电气系统节能技术的重要组成部分。通过实时监测和控制建筑内电气设备的运行状态，智能控制系统根据不同时间段和用电需求来优化设备的运行，自动调整照明、空调和电力配电系统的工作模式，从而实现电能的智能分配和管理。这种智能化的控制手段有助于降低用电高峰期的电能需求，减轻电网负担，提高系统的稳定性[1]。

2 建筑电气系统节能现状

2.1 设备老旧与系统老化

设备老旧通常表现为电气设备性能下降，能效较低，工作效率降低，功耗增加，维修频率升高，导致运行成本上升。同时，老化的设备也存在电气故障风险增加，安全隐患潜在。系统老化则反映在电气系统结构过时，缺乏现代化的控制和监测手段，无法实现智能化管理，难以适应变化的节能需求。此外，老化系统的电线电缆存在老化、磨损、绝缘老化等问题，容易导致电气故障，甚至安全隐患。

2.2 缺乏综合性规划

在建筑电气系统的节能方面，缺乏综合性规划表现为系统设计和运行存在片面性和分散性。常见情况包括未充分考虑不同电气设备之间的协同工作，导致能源浪费；系统各部分功能分隔，缺乏统一的控制和监测手段，难以实现整体节能管理；针对节能措施，常常是分散的小范围改进，而非系统级别的策略，因此难以充分发挥综合效益。这一片面性和分散性规划使得建筑电气系统的节能潜力未能充分挖掘，限制整体节能效果的实现。

2.3 缺乏能源管理软件

在建筑电气系统的节能管理中，能源管理软件不足主要表现在以下方面。首先，缺乏全面的监测和数据分析功能，无法实时采集、分析和反馈电气设备和系统的性能数据，难以发现潜在的能源浪费问题。其次，对于能源使用情况的预测和优化控制能力不足，无法根据建筑实际运行情况进行智能调整，以提高能源利用效率。另外，软件界面复杂或不友好，操作人员难以快速上手，降低系统的可操作性和实际应用价值。此外，能源管理软件通常缺乏与不同设备和系统的兼容性，导致信息集成不畅，难以实现全面的建筑电气系统节能管理。最后，安全性和数据隐私保护方面的功能有待加强，存在数据泄露和系统遭受网络攻击的风险[2]。

2.4 照明系统不合理

在建筑电气系统的节能考量下，照明系统不合理主要表现在多个方面。首先，过度的照明强度和照明时长，尤其是在白天或没有人员活动的区域，导致能源的浪费。其次，照明系统的设计和布局未能充分考虑自然采光和人员在不同区域的实际照明需求，造成不必要的能源消耗。此外，使用过时的照明设备，如能效低下的白炽灯和荧光灯，耗电量较高，无法发挥LED 等高效照明技术的节能潜力。另外，缺乏智能照明控制系统，无法根据光照强度和人员活动自动调整照明亮度，造成不必要的能源浪费。

3 建筑电气节能综合技术方案

3.1 建筑能耗监测和管理系统

按照我国的国家法律法规和相关行业规范，建筑工程领域正积极推进能耗监测和管理系统的建设，以全面提升系统的节能效果。通过能源监控系统，能够迅速获取建筑能耗的各项数据信息，并有效实施各项节能措施。这一智能化监测系统的应用使能够全面监控建筑系统内的各个建筑和楼层的能耗设备，以及能耗消耗点位，自动采集各项能耗数据，并进行能源分配和消耗监控管理，确保能源的高效利用。系统还能够及时检测和纠正现场监控过程中出现的异常情况，确保能耗数据的准确性。此外，监控系统每天都会生成能耗数据的日报表和变动曲线图，将相关数据和图形通过网络传输给管理人员和运营人员。工作人员根据这些数据及时分析当前的建筑能耗情况，为未来的能耗改进措施提供有力的依据。根据行业数据分析，目前我国的建筑领域每年都能够实现超过8%的节能效益提升[3]。

3.2 降低建筑电气系统的线损

目前，建筑工程项目中主要采用10kV 以及380/220V 电压等级的配电系统供电。在电能传输过程中，包括导线、开关、变压器等设备，都会引发一定程度的功率损失，从而导致能源的浪费。经过对当前电力系统运行情况的实际分析，发现其中一个重要的问题是线损中的发热现象。在电能转化为热能的过程中，能源被消耗掉，同时也导致导线温度上升，特别是绝缘材料老化速度增加，甚至在绝缘程度较低的线路上发生直接击穿，引发严重的安全事故。配电系统的线损问题是导致能源浪费的主要原因之一，因为这部分电能无法有效发挥作用，而是以热量的形式散失，增加能耗。一般来说，建筑物电网的线损率约为6%，而在某些工程项目中，线损率甚至超过10%。这种情况导致严重的能源浪费问题，产生环境污染，甚至导致人员伤亡事故。鉴于上述问题，需要制定有效的线损处理措施，以减少能源损耗、提高供电效率，同时降低安全风险[4]。

3.2.1 合理使用变压器

选择适当容量的变压器设备对于确保变压器的经济和稳定运行至关重要。如果变压器容量太小，将导致超负荷运行，增加能耗。反之，如果容量过大，无法充分发挥其效益，还会导致空载损耗增加。因此，在根据建筑内部电能需求选择变压器容量时，必须谨慎考虑，以确保变压器始终处于最佳运行状态。此外，采用节能型变压器是一项重要措施，以减少能源浪费。结合电气系统的特点，灵活选择适当的接线方式，并根据需要随时进行变压器功率的调整，以保持变压器的最佳运行状态。

3.2.2 重视和合理进行无功补偿

在建筑配电系统运行过程中，不足的无功电源会导致多个问题，包括配电功率因数和电压质量下降，设备无法充分利用，电流增加，线路损耗增加，以及整个供电网络出现严重波动。为应对这些问题，采取无功功率补偿措施至关重要。

首先，适当提高建筑配电网络的负载功率因数，有效减小线路和用电线路的容量需求，降低功率损耗。其次，确保电网系统的电压稳定，有助于提高系统运行效率。此外，平衡三相负载，能够有效减少无功功率对整个电网的冲击。

在进行电容器的无功功率补偿时，应采用集中、分散和就地结合的方式，根据母线电压、无功功率方向、功率因数、负载大小和昼夜时间等因素来划定电容器的自动投切方式，以满足用电的规定要求。如果某楼层中的单向负载占比较大，应考虑分层单元的无功功率补偿或自动无功功率补偿，以减少无功功率损耗。对于安装并联电容器的系统，需要控制谐波干扰，增加调谐电抗器，以确保系统满足标准要求，并避免谐波干扰对电容器的影响[5]。

3.2.3 谐波抑制及降损节能

在建筑物中，常见的用电设备包括荧光灯、电梯、变频水泵等非线性设备，以及一些高能耗设备如复印机、打印机和电脑等。这些设备的使用给配电系统带来谐波问题，影响系统的正常运行。谐波的存在导致电能利用率下降，同时增加设备的电流中的高频成分，导致涡流损耗加大，设备过热、绝缘老化等问题加剧，降低设备的寿命，甚至引发严重故障和损坏[6]。此外，谐波导致配电系统的局部谐振，增加谐波含量，导致补偿电容器的损坏。谐波也导致自动装置的设备错误动作，以及计量数据的不准确，从而影响整个配电设备的正常运行功能。

因此，消除谐波问题是当前非常重要的任务，延长设备的使用寿命，降低电能损耗。在谐波治理方面，目前主要采用两种方式：①增加无源电力滤波器在配电系统内。这种设备的优势在于结构相对简单，维护成本低，达到一定的谐波处理效果。它在某些情况下不如有源电力滤波器效果好，尤其是当电容电感系数发生变化时，无法满足系统的要求。②采用有源电力滤波器。这种设备的主要特点是能够进行动态补偿，对于频率和幅值变化较大的谐波和无功功率补偿具有较强的响应能力。它实现自动化的系统调整，连续进行补偿，从而降低系统的能耗，确保系统供电稳定性。在运行过程中，有源电力滤波器无须储能元件，也不容易过载，能够有效提高补偿效果。此外，它跟踪电网频率的变化，并根据实际情况及时调整，实现集中补偿。

3.3 空调系统节能

在当前的建筑物内部，空调是非常重要的设施，其能耗占整个建筑物能耗的45%以上，所以降低空调能耗是当前建筑物节能的重要措施之一。加强建筑物空调设计参数的分析，主要是从环境温度、空气湿度、气流速度、室内空气质量等方面出发。空调节能设施的应用，要从实际情况出发，考虑到空调系统的运行实际情况，进而提高智能机组的运行效率，同时还要充分的利用自然通风以及自然冷源等方式，并且安装智能化的系统，达到能源降低的效果[7]。根据目前的实际情况，根据当前的建筑物运行实际情况，加强结构系统的设计，保证外部的冷源能够进入室内，达到室内环境改善的效果。与此同时，还要在空调系统设计的过程中，尽量的选择使用先进的能源方式，尤其是进行系统的改造，达到节能的效果，例如，使用变频系统，其能源节约效果非常好。

3.4 照明系统节能

照明系统是建筑物内部所必不可少的一个部分，对于保证人们生活质量有着重要的作用。目前很多建筑物都使用发光效率比较低的光源，如白炽灯、石英灯、荧光灯等，所以在进行系统改造的过程中，使用高效发光光源取代传统的低效发光光源，提高照度、显色度，促进室内照明环境改善，也能够提高工作效率，保护人们身心健康[8]。在建筑物照明的过程中，使用磨砂灯泡或者白炽灯泡照明时，选择使用色温相当的节能灯泡替换，在照度合格的情况下，能源节约可超过50%，并且使用寿命能延长6 倍以上。对于建筑物内部的公共区域来说，使用智能化的照明控制系统，根据人们使用需求以及室内的光源变化进行控制，充分地利用自然光线，可以达到节能效果的提升。

4 结语

建筑电气系统节能技术的研究和应用已经在实践中取得显著的成果，为能源资源的有效利用和环境保护作出积极贡献。仍然面临着巨大的挑战，需要不断改进和创新，以满足日益增长的电能需求，并降低对环境的负面影响。在未来，建筑电气系统节能技术将继续发展，以适应新兴技术和市场需求。鼓励工程师、研究人员和政策制定者继续努力，共同推动电气系统的可持续发展，为社会和环境创造更大的价值。通过合作和创新，建设更加节能、环保、高效的建筑电气系统，为未来的可持续城市和社区做出贡献。