建筑机电系统在节能减排中的关键作用与技术应用

何雪东

（甘肃工程建设监理有限公司）

1 引言

机电系统是建筑工程的重要构成部分，其涵盖了供电系统、空调暖通系统、通风系统、给排水系统、弱电系统、消防系统等多个方面，集建筑功能性与美观性于一体，直接关系到建筑工程的实用性与便捷性[1]。建筑机电系统运行过程中需要耗费大量的电力资源、水资源，也会产生一定的空气污染与水污染，在建筑机电系统安装与投运环节充分渗透节能减排理念与技术，合理使用太阳能、风能等清洁能源改善照明系统、通风系统、空调暖通设备的高能耗特性，科学设计机电系统的电压等级，提高资源能源利用率，达到节能减排降耗的目的。

2 建筑机电系统节能减排的意义与现状

2.1 建筑机电系统节能减排的意义

机电节能技术与措施贯穿在机电系统安装与投运的全过程中，通过机电系统的节能化改造与实施实现提高资源能源的实际利用率，减少机电系统运行给自然环境与生态系统带来的各类污染与破坏，推动建筑行业向节能环保方向转型升级，助力建筑行业可持续发展[2]。同时，建筑机电系统节能减排建立在机电系统安全稳定运行的基础上，如通过电压等级的合理选择、照明系统的智能化改造、空调暖通设备运行状态的自动化调控等提高建筑室内环境的舒适度，减少机电系统的日常损耗率，延长机电系统的使用寿命，提高建筑机电系统的运行经济性。

2.2 建筑机电系统节能减排的现状

建筑行业是传统高能耗、高污染行业，机电系统的设备结构复杂、应用要求高，能耗污染也较高，据统计建筑内电能消耗约占建筑总能耗的80%，相关的机电设备包括照明系统、暖通空调系统、电梯等。在节约型生态城市建设理念下，节能减排技术渗透并应用在建筑机电系统中，节能措施多表现为对建筑现有机电系统的节能化改造，但目前机电系统节能化措施应用不广泛、节能化改造效果不佳。如建筑的供水系统、冷却水系统等在节能化改造时涉及较大规模的设备更换，节能措施应用成本较高。部分新建建筑的机电系统在节能减排技术应用时，机电工程设计缺乏统筹性，在实际施工过程中易出现冷热源尺寸配比不合理、电气荷载分配不均等问题，影响节能减排技术在机电系统中的应用效果。

3 建筑机电系统中的节能减排技术应用

3.1 合理选择电压等级

不同的电压等级所产生的电能消耗不同，如工业建筑中的大型机械设备对电压要求较高，需要高等级电压驱动机械设备工作，而民用建筑中的家电设备等对电压要求较低，仅需要低等级电压驱动冰箱、电视等家用电器工作。因此，建筑电压等级选择应结合建筑功能用途以及建筑内机电设备设施的电压要求合理设计，如在小型城镇或纯民用建筑机电系统供电时，应选择220V 的低配电压作为常用电压，根据区域内的特殊电压要求另行配备10kV 高压，确保电压等级选择配置的针对性与精准性，提高电压等级与机电系统用电需求的适配度，提高电力资源利用率。同时，高能耗机电系统在暂停使用时应自动设置电源切断作业，有效减少机电设备在暂停作业的待机过程中产生的电力资源浪费。

3.2 充分运用清洁自然能源

清洁能源具有污染小、利用率高的特点，在建筑机电系统中充分运用清洁能源作为设备工作的驱动能源，可以切实降低机电系统运行所产生的污染。

3.2.1 太阳能

太阳能是当前建筑机电系统节能减排技术应用中常见的清洁、可再生能源，如可在建筑屋面搭建太阳能光伏设施将屋顶的太阳辐射转化为电能，为建筑机电系统运行供电；可通过将太阳能转化为热能在建筑供暖系统中加热，或利用太阳能为给水系统加热，减少建筑室内电热水器的使用；可引入太阳能作为自然光源为建筑室内采光提供充足的光照度，减少建筑照明系统的运行与使用[3]。

3.2.2 地道风

地道风是一种保持建筑室内恒温舒适状态且减少空调系统与通风系统运行的节能减排技术，其依托地层深处温度恒定特性，在建筑地下空间布设地下隧道，通过地下隧道与地表建筑的温度差形成地道风系统，利用地道风系统为建筑室内降温或加热，替代建筑通风系统与空调系统的冷源与热源，减少建筑空调系统与通风系统的使用。据统计，地道风系统可以加速建筑室内空气交换与热量转移，有效提高地源热泵的性能系数，相较于空调系统与通风系统运行而言，节电率达80%。

3.2.3 地热能

地热能是一种自然热源，通过地源热泵充分利用地热能并将其运用在建筑采暖供热中，可以减少建筑内供热系统的长时间使用，同时保证寒冷天气下建筑室内温度的恒定性。具体应用时，可利用地埋管作为传热工具，将地埋管埋在地表以下一定深度中，通过地埋管这一封闭的循环实现地源热泵的冷暖能量交换与转移，推动建筑内的供暖系统与地表以下地源热泵系统之间的热量传导，可有效维持建筑室内处于恒温状态，同时减少采暖供热系统工作对一次性能源的消耗。

3.3 照明系统节能

3.3.1 选择节能型照明灯具

建筑照明系统的节能减排应充分应用节能型灯具，在保证照明系统光照度的基础上，减少照明系统对电力能源的消耗。当前常见的节能型灯具如支架节能灯、螺旋管节能灯、U型节能灯、莲花型节能灯，不同节能型灯具的适用环境不同，如莲花型节能灯一般瓦数较高，多应用于商业综合体、工业厂房等大型建筑中；支架节能灯瓦数较小，一般应用于民用建筑的室内照明。建筑照明系统节能设计时应根据建筑室内空间分区与功能布局选择适宜的节能型灯具，如卧室可选用瓦数小、照度弱的节能型照明灯具，会客厅则选用瓦数高、照度强的节能型照明灯具。

3.3.2 引入太阳能采光与发电

建筑照明系统节能减排应充分引入太阳能作为采光光源，补充建筑室内照明系统的光照度，减少室内照明灯具的照度以及电能消耗率。同时，可在建筑适宜位置布设太阳能电池板、安装太阳能电池组，将太阳能转化为电能，为建筑室内节能型照明灯具使用提供电能。

3.3.3 引入传感器技术与智能调控技术

建筑照明系统节能减排应充分利用自动化技术，通过在建筑室内布设光照度传感器实时采集与感知室内的亮度、光照度等数据，根据室内不同功能分区的功能需求自动调控节能型照明灯具的照度、柔光度等运行参数，更精准地适配建筑室内照明需要，同时减少建筑照明系统的运行能耗。

3.4 给排水系统节能

给排水系统节能是通过对系统内设备结构的改造与工作流程的优化提高水资源利用率，例如建筑给排水系统中常见的抽水马桶在日常使用过程中容易出现渗水、漏水等问题，影响水资源利用率。将变频水泵应用在抽水马桶中，通过水泵闭环控制实现马桶抽水变速调频，以便抽水马桶智能调节转速，降低抽水马桶供水量，减少水资源损耗。对于大型工业建筑给排水系统而言，其设备运行需要循环水冷却系统，用电量较大且能耗较高。对循环冷却水系统进行节能化设计，利用传感器实时采集水泵中的流量，精准分析富余流量，根据富余流量自动化控制循环水泵的回水阀门开关度，科学调节循环水的供应压力，为企业生产提供适配体量适配的能源。同时，为降低水泵能耗，可引入削切叶轮缩小水泵系统的叶轮直径，可引入电机变频调速技术对水泵电机的工作频率进行自动化调节，有效降低出口压力，减少循环水冷却系统的电能消耗。此外，可引入水轮机作为循环水冷却系统的动力机，利用水能驱动冷却塔风机转动，减少电机工作时的电能消耗。循环水冷却系统应定期清洗，以免杂质堵塞冷凝器，影响冷凝器的工作效能以及能耗情况。

3.5 空调暖通设备节能

空调暖通设备作为建筑机电系统中的高能耗设备，其节能减排的效用直接影响到机电系统及建筑的节能减排效果。在空调暖通设备节能方面，可以选用节能型空调设备与暖通设备，减少空调暖通设备的能耗率以及废气废水的排放量。例如传统空调设备在固定的电网频率下其压缩机转速恒定，若是用户调节空调工作参数，空调压缩机则以较高的频次启动与关闭。压缩机反复开启与关闭将耗费大量的能量，更会导致压缩机内部元器件磨损。针对此问题，可选用变频空调设备，通过变频技术有效减少因空调工作参数调整而出现的压缩机反复启动关闭，减少压缩机工作状态变动而产生的大量电力资源消耗，减少压缩机工作状态变化给其内部元器件带来的各种磨损与负面影响，延长空调压缩机的使用寿命。同时，空调设备的自动化调控也可极大节省电力资源浪费，可在建筑室内配置温度传感器与湿度传感器，利用传感器实时采集室内的温度与湿度数据，并通过对室内温湿度数据的分析，利用数字控制器动态调节与控制空调设备的制冷、制热与通风参数，使得建筑室内保持相对恒温恒湿状态，通过动态自动化调控减少空调系统的运行时长与能耗。此外，建筑节能还可以通过合理科学的建筑朝向设计、房型结构设计、空间布局设计等更好地借助自然资源，减少空调暖通设备的使用频次。如建筑户型设计为南北向通透型，通过南北向贯通为建筑室内室外空气交换提供良好的通风条件；暖通保温管道铺设时应强化管道固定的牢固性，确保暖通系统在开启时暖通管道不会因机械振动而出现管道断裂、煤气泄漏等问题[4]。

4 结语

在绿色建筑、节能环保等理念下，节能降耗是建筑机电工程实施的必然要求。建筑机电系统设计与实施应当着眼于节能减排技术的应用、清洁能源的利用、废水废气处理与回收等方面，通过设备科学选型与节能减排技术的引入，切实提高建筑机电工程的经济性与节能性。