文／陳晶晶 江西省建筑設(shè)計研究總院集團有限公司 江西南昌 330046

引言：

在社會不斷發(fā)展的背景下，能源資源緊缺問題開始不斷突出，我國雖然是資源大國，但是也不可避免地遭遇能源危機。因此，近些年我國一直都在大力推廣低碳經(jīng)濟，在此背景下建筑工程行業(yè)首當(dāng)其沖，建筑工程行業(yè)無論是在工程建設(shè)還是后期應(yīng)用階段都需要消耗大量能源資源，其能源消耗以電能為主，由此引發(fā)建筑工程行業(yè)對電氣節(jié)能技術(shù)的研究。目前為止，建筑工程行業(yè)在建筑電氣節(jié)能技術(shù)方面已經(jīng)取得一定成功，多種電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用取得良好的實踐效果，值得推廣應(yīng)用，同時建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用也存在些許問題，亟待解決，當(dāng)下建筑工程行業(yè)低碳發(fā)展的首要工作就是全面優(yōu)化電氣節(jié)能技術(shù)，促進建筑電氣節(jié)能發(fā)展。

1.低碳時代下建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用的重要意義

低碳經(jīng)濟作為當(dāng)下我國經(jīng)濟發(fā)展的主要趨勢，已經(jīng)開始滲透到各行各業(yè)，建筑工程的低碳發(fā)展具有必要性，長久以來，建筑工程行業(yè)以節(jié)能研究為核心目標，積極探索以電氣節(jié)能技術(shù)為核心的節(jié)能技術(shù)。根據(jù)《2021 中國建筑能耗與碳排放研究報告》，建筑行業(yè)是我國能源消耗和碳排放的重要領(lǐng)域，約占全社會能源消耗的40%左右，碳排放量的約30%左右。因此，在低碳時代下，建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計的應(yīng)用具有以下重要意義：

第一，響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的號召。建筑行業(yè)作為經(jīng)濟發(fā)展中的重點內(nèi)容，如果在建筑設(shè)計以及施工中能夠注重電氣節(jié)能建筑設(shè)計，將會解決電氣資源浪費、環(huán)境污染的狀況，積極響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的號召，為建筑企業(yè)的長久發(fā)展打下基礎(chǔ)。

第二，改善電力能源分配，解決資源緊張問題。建筑電氣設(shè)計的過程中融入節(jié)能環(huán)保理念，可以在最大程度上節(jié)約電力資源，而目前電力資源是我國比較緊張的能源，我國雖然已經(jīng)開始研究新型電能資源建設(shè)開發(fā)路徑。但是，從根本上而言，我國用電規(guī)模較大，如果單從生產(chǎn)入手根本無法解決資源緊張的問題。而在建筑行業(yè)中，完成電氣節(jié)能設(shè)計，更有利于電氣資源節(jié)約利用，與電氣生產(chǎn)形成配合，繼而全方位解決電力資源緊張問題。

第三，推動經(jīng)濟發(fā)展。通過完善節(jié)能建筑設(shè)計方案能夠降低企業(yè)的建筑成本，提高經(jīng)濟效益。同時，在建筑行業(yè)中應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)，能夠有效減少建筑工程在施工以及后續(xù)使用中對于電能的消耗量，使其滿足我國政府所提出的節(jié)能減排要求。還可以促進節(jié)能材料、技術(shù)的發(fā)展，對建筑行業(yè)有著重要意義。

第四，降低能耗和碳排放。建筑電氣設(shè)備在實際運行中嘗嘗需要消耗大量電能，通過采用節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，可以有效降低建筑的能耗和碳排放。例如，通過優(yōu)化建筑的用能結(jié)構(gòu)，深化可再生能源建筑的應(yīng)用，推動清潔取暖和提高建筑的終端電氣化水平，可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，提高能源利用效率，降低能源消耗和碳排放。

第五，推動綠色低碳建筑發(fā)展：低碳建筑是建筑行業(yè)的重要發(fā)展方向。通過應(yīng)用建筑電氣節(jié)能技術(shù)，可以實現(xiàn)在一定程度上實現(xiàn)綠色低碳建筑的設(shè)計和施工。例如，目前各地都有相應(yīng)的政策推動新建公共機構(gòu)建筑和廠房屋頂光伏覆蓋率達到一定比例，可以提高建筑的綠色能源利用率，減少對非可再生能源的消耗，推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.低碳時代下建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀研究

低碳時代下建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用已經(jīng)成為重點研究目標，經(jīng)過多年研究與應(yīng)用，目前建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用開始逐漸走向成熟，成為建筑節(jié)能設(shè)計的重點方向。我國建筑工程行業(yè)已經(jīng)非常重視建筑電氣節(jié)能設(shè)計與管理，包括在前期施工階段也對電氣節(jié)能進行了統(tǒng)一規(guī)劃，使建筑工程設(shè)計和施工階段的電能消耗得到有效的節(jié)能控制。從總體上來看，低碳時代下建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用呈多元化趨勢發(fā)展，設(shè)計階段的節(jié)能技術(shù)包括電氣設(shè)備設(shè)計、電氣資源建設(shè)應(yīng)用、自然光源的利用程度優(yōu)化等措施，全方位的節(jié)能設(shè)計應(yīng)用極大程度上節(jié)約了建筑工程中的電能資源，為后續(xù)的工程建設(shè)節(jié)約資本，同時更有利于整個行業(yè)的發(fā)展。

3.低碳時代下建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用亟待解決的問題

建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用雖然取得了良好的事件效果，但是遠遠未達到我國低碳設(shè)計標準。按照低碳建筑工程的標準而言，建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計中依然存在問題，具體可以分析為以下幾點：

3.1 電氣節(jié)能設(shè)計未考慮區(qū)域環(huán)境

電氣節(jié)能設(shè)計需要考慮到自然區(qū)域環(huán)境，以我國為例，領(lǐng)土面積大，經(jīng)度和緯度的跨度都比較大，加上不同的地理環(huán)境，使我國各地區(qū)的氣候環(huán)境，地形環(huán)境呈現(xiàn)差異化特點。而實際上，差異化的區(qū)域環(huán)境就會給建筑工程低碳發(fā)展造成影響。如，目前來看，溫度最低的區(qū)域為我國東北部，包括遼寧、吉林和黑龍江，以上區(qū)域在冬天冬季較為寒冷，但是夏季溫度不高，在建筑電氣設(shè)計的過程中，需要考慮以上因素，以完成暖通空調(diào)的供電設(shè)計。但是，目前來看，許多建筑工程設(shè)計中并未考慮到氣候環(huán)境特點，導(dǎo)致供電或者電氣設(shè)備選型與區(qū)域內(nèi)的氣候環(huán)境不符，不僅無法達到節(jié)能效果，甚至有可能影響電氣設(shè)備應(yīng)用效率，形成能耗較大的問題。

3.2 電氣節(jié)能設(shè)計缺乏自然資源合理利用

電氣節(jié)能設(shè)計缺乏對自然資源的合理利用導(dǎo)致節(jié)能效果不足。從技術(shù)層面來看，我國的建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用正在日趨成熟，新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用層出不窮。但是，在技術(shù)設(shè)計應(yīng)用時依然需要注重自然資源的合理利用，設(shè)計者需要明確建筑低碳的真正內(nèi)涵，不僅包括節(jié)約能源，同時也包括減少排放，而在合理利用自然資源的基礎(chǔ)上實現(xiàn)電氣節(jié)能，絕對是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的完美路徑。但是，建筑工程行業(yè)電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計的突出問題便是過于依賴新技術(shù)和設(shè)備，雖然從呈現(xiàn)效果來看達到了資源節(jié)約的路徑，但是卻并非完全無“副作用”，未能合理的利用自然資源將會影響建筑工程低碳可持續(xù)發(fā)展。

3.3 電氣節(jié)能設(shè)計應(yīng)用未實現(xiàn)整體化設(shè)計

電氣節(jié)能設(shè)計應(yīng)用未達到整體化節(jié)能設(shè)計應(yīng)用也是主要問題之一，該問題主要體現(xiàn)在兩個方面。

第一，建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用的過程中，僅僅考慮部分模塊的節(jié)能，未達到整體節(jié)能串聯(lián)，節(jié)能效果一般。如，部分建筑工程在節(jié)能設(shè)計中僅僅完成照明系統(tǒng)節(jié)能施工，并未從其他設(shè)備和模塊入手，將會使節(jié)能效果大打折扣。

第二，建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用過于偏重前期設(shè)計與施工，未考慮后期技術(shù)維護以及設(shè)備管理。例如，部分建筑工程開展電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計的過程中，并未針對設(shè)備管理和養(yǎng)護進行全方位規(guī)劃設(shè)計，從而導(dǎo)致在設(shè)備應(yīng)用后期經(jīng)常出現(xiàn)電氣節(jié)能設(shè)備故障問題，甚至?xí)纬筛吣芎膯栴}。因此，目前來看，現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計需要逐步完善，提升設(shè)備應(yīng)用效果[1]。

4.低碳時代下建筑電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用發(fā)展的有效對策

4.1 電氣節(jié)能設(shè)計需考慮區(qū)域環(huán)境

電氣節(jié)能設(shè)計需要考慮區(qū)域環(huán)境，根據(jù)區(qū)域環(huán)境進行整體的設(shè)計。在設(shè)計應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時需要保證節(jié)能技術(shù)業(yè)區(qū)域環(huán)境具有良好的適配性，不會因環(huán)境問題而產(chǎn)生反差而造成節(jié)能效果降低的問題。電氣節(jié)能設(shè)計的過程中可以考慮地區(qū)的氣候資源、地理資源等，根據(jù)溫度、地形等多項措施，完成科學(xué)合理的總臺規(guī)劃設(shè)計，從總體上實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能。例如，高寒地區(qū)不僅要考慮到電氣節(jié)能設(shè)計，更需要考慮電氣設(shè)備的抗寒抗凍性能，如果選擇抗寒性能較差的設(shè)備，很容易在電氣設(shè)備施工后，設(shè)備無法正常運行或者設(shè)備運行效率較低，如此一來，不僅無法達到節(jié)能目標，甚至?xí)斐筛吣芎幕蛘吒吖收下实惹闆r。

案例一：建筑管線集中穿過氣密層技術(shù)。該技術(shù)適合應(yīng)用于我國寒冷地區(qū)的電氣節(jié)能設(shè)計。傳統(tǒng)建筑電氣節(jié)能設(shè)計的過程中，寒冷地區(qū)的電氣管線設(shè)計應(yīng)用時，穿過頂層頂板、頂層層面較多且分散，而你上位置都是傳熱能力較強的區(qū)域，外界溫度一旦過低，將會給內(nèi)部溫度造成影響，使內(nèi)表面的溫度在此降低。因此，某建筑工程中，設(shè)計者提出建筑電氣管線集中穿過氣密層技術(shù)，該技術(shù)設(shè)計應(yīng)用時將照明配電箱設(shè)計與地下1 層電井內(nèi)，地下1 層照明單獨回路配電，各燈位處不分散向上引管線，1 層開始至16 層各燈位處向上引管線同一位置燈具為一供電回路配電，地上照明分支回路經(jīng)電井套管集中穿過氣密層，電纜安裝完成后，管內(nèi)用密封膠封堵。在設(shè)計中，護管材料也選擇PVC 管材，使用壽命更高，抗寒能力更強，此種節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后，形成氣密層后，能夠減少外界溫度對內(nèi)部的影響，即使外界溫度低，內(nèi)部溫度也會在氣密層和電線的作用下保持正常溫度，減少溫度異常而造成的電能損耗，也可以減少內(nèi)部線路和設(shè)備電氣故障，從而從總體上實現(xiàn)了電氣節(jié)能[2]。

4.2 電氣節(jié)能設(shè)計需合理利用自然資源

電氣節(jié)能設(shè)計的過程中，合理利用自然資源也是一種行之有效的方法，同時也是符合低碳理念的最佳方法，保證建筑低碳設(shè)計應(yīng)用達到最佳效果。通過研究發(fā)現(xiàn)，建筑工程的部分電能能耗可以通過自然資源的合理利用來替代，以照明系統(tǒng)的電能消耗為例，完全可以通過優(yōu)化采光來實現(xiàn)節(jié)能?，F(xiàn)代部分建筑工程為增加建筑容量而進行非標設(shè)計，樓間距不足、樓層高度未達標等問題均會給建筑采光造成影響，采光不足之時，居民只能開啟照明系統(tǒng)，從而增加了電力消耗。而如果在建筑電氣設(shè)計的過程中，考慮到自然資源的切實有效利用，就完全可以降低電能消耗，實現(xiàn)整體上的電力節(jié)能。

案例二：我國青海省建筑設(shè)計正在有效利用地區(qū)內(nèi)的太陽能資源。以該地區(qū)樂都區(qū)麗水灣被動式超低能耗建筑項目為例，該項目結(jié)合地區(qū)獨特的太陽能光照資源，設(shè)計一種被動式能耗高層建筑。該建筑將傳統(tǒng)主動式采暖和空調(diào)系統(tǒng)取消，設(shè)計日光房、落地窗等結(jié)構(gòu)，利用充足的光照，實現(xiàn)“冬季不采暖，夏季不用空調(diào)”。通過以上自然資源應(yīng)用設(shè)計，實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能降耗。另外，該建筑物實踐中發(fā)現(xiàn)，上述設(shè)計使建筑物內(nèi)部平均室溫達到20-26℃、平均濕度為40%-60%、非常適合居住。此種方式雖然不是直接形成電能節(jié)約的設(shè)計，但是也從根本上達到了電氣能源節(jié)約的目的，可用于電氣節(jié)能設(shè)計[3]。

4.3 電氣節(jié)能設(shè)計應(yīng)全面入手

電氣節(jié)能設(shè)計全面入手需要從設(shè)計、施工以及管理等多個階段。在設(shè)計和施工階段，電氣節(jié)能需要從電氣設(shè)備、照明系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等多個環(huán)節(jié)入手，根據(jù)每個環(huán)節(jié)的特點完成針對性的電氣節(jié)能設(shè)計。如，供電系統(tǒng)的設(shè)計可以從變電所、節(jié)能設(shè)備選型等多個方面進行設(shè)計與施工。而照明系統(tǒng)的設(shè)計也可以從總體設(shè)計和設(shè)備選型入手，畢竟現(xiàn)代節(jié)能型照明設(shè)備逐漸增加，有利于提升節(jié)能設(shè)計質(zhì)量。

案例三：某建筑工程為高層工程，建筑總面積超過140000m2，建筑類型為綜合性建筑，具備商業(yè)、辦公等多種功能，該工程總體工程量較大，為實現(xiàn)電能節(jié)約，工程設(shè)計和建設(shè)階段，從供配電系統(tǒng)、電氣設(shè)備節(jié)能以及照明系統(tǒng)節(jié)能等多個方面開展工作，保證各項節(jié)能設(shè)計符合工程結(jié)構(gòu)特點和區(qū)域環(huán)境，保證工程建設(shè)達到最佳效果。

第一，供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計和建設(shè)。（1）變配電所的節(jié)能設(shè)置。該建筑工程為超高層建筑，對變配電所的功能需求比較大，設(shè)備在運行中的負荷也比較大，包括空調(diào)機房以及消防水泵房都對變配電所有電力需求。為此，在該配電所進行節(jié)能設(shè)計的過程中，1 層中設(shè)置1 號10/0.4kV 用戶變電所、在建筑的8 層中設(shè)置一個10kV專用高壓配電所。此種設(shè)計方式利用分布式設(shè)計，將不同樓層的配電所分開，提升配電供應(yīng)能力，減少供電線路長度，降低線損。（2）低壓配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計。設(shè)計過程中，針對低壓配電系統(tǒng)的電氣負荷進行了精準計算，實現(xiàn)了低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化，并在系統(tǒng)中增設(shè)母聯(lián)開關(guān)，該開關(guān)可以通過啟停完成系統(tǒng)檢查，自動轉(zhuǎn)換變壓器供電模式，適用于三級配電，減少了供電半徑，繼而降低了線路損耗。（3）節(jié)能變壓器選型。該建筑工程電氣節(jié)能設(shè)計的過程中，為優(yōu)化變壓器能耗，根據(jù)變電所需求，完成變壓器容量設(shè)計，做好負載調(diào)控，對空載損耗以及有功負荷等參數(shù)也進行了分析，最終節(jié)能型變壓器。（4）諧波控制設(shè)計。諧波的產(chǎn)生是造成電力系統(tǒng)能耗高，運行穩(wěn)定性差的主要原因之一，建筑工程中的網(wǎng)絡(luò)管線或者電氣線路都會對電氣運行產(chǎn)生諧波干擾，從而影響電氣能耗，為此在設(shè)計的過程中，采用D,yn11 接線形式，該電氣接線形式能夠提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，并且在接線中安裝有源濾波裝置，減少諧波對電氣設(shè)備和線路的影響，從而減少線損。

第二，電氣設(shè)備節(jié)能。該工程中為實現(xiàn)電氣節(jié)能，也針對電氣設(shè)備進行了節(jié)能設(shè)計。如，在設(shè)計中針對電梯和扶梯電氣設(shè)備進行了節(jié)能設(shè)計，為減少不必要的電能消耗，在設(shè)計中在電梯和扶梯等常用設(shè)備中安裝傳感器，傳感器在已經(jīng)出現(xiàn)無人行走知識，扶梯和電梯也會自動停止運行，當(dāng)有人行走之時，電梯自動開始運行，以此種方式實施節(jié)能設(shè)計，更可以滿足電能消耗的控制需求，繼而保證電能消耗達到最佳效果[4]。

第三，照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計。在建筑工程中，照明系統(tǒng)是電能消耗較大的模塊之一，無論是施工階段的照明還是建筑內(nèi)部照明都會形成大量的電能消耗，在照明模塊開展電能消耗設(shè)計是電力節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)通過合理的照明設(shè)計，減少照明系統(tǒng)的能耗。可以采用LED 照明燈具，利用光感應(yīng)器和人體感應(yīng)器進行智能控制，根據(jù)光照強度和人員活動情況自動調(diào)節(jié)照明亮度和開關(guān)燈的時間，避免不必要的能源浪費。

第四，通過建立電力管理系統(tǒng)，對建筑物的電力需求進行分析和優(yōu)化。可以通過時間段電價和電力需求側(cè)管理等手段，合理利用電力資源，避免用電高峰期的能源浪費。分析建筑物能源的使用情況，通過安裝能源監(jiān)測設(shè)備，對建筑物的能源消耗進行實時監(jiān)測和分析?？梢岳弥悄芑刂葡到y(tǒng)對建筑內(nèi)部的燈光、空調(diào)、暖通等設(shè)備進行集中控制和調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)節(jié)能目標。在建筑中構(gòu)建一套完整的智能電網(wǎng)，通過構(gòu)建智能電網(wǎng)，實現(xiàn)對建筑電氣系統(tǒng)的實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度，提高建筑電氣系統(tǒng)的運行效率，降低能源消耗。

第五，新能源應(yīng)用：在建筑工程中加入新能源技術(shù)的應(yīng)用，例如太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)；儲能技術(shù)等。通過利用可再生能源，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，實現(xiàn)建筑物的自給自足。目前我國已經(jīng)實施全本強條的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB55015-2021），站在國家標準的層面上將新能源技術(shù)引入了建筑工程中。利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為建筑提供電力，減少對傳統(tǒng)電力的依賴，降低碳排放。儲能技術(shù)結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)用儲能技術(shù)（如鋰離子電池、超級電容器等）將多余的太陽能儲存起來，以平衡建筑的用電負荷，降低對電網(wǎng)的依賴。

另外，在該工程中，為了強化電氣節(jié)能，設(shè)計應(yīng)用智能化電氣監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)﹄姎夤?jié)能設(shè)備進行監(jiān)管，也能夠獲取各位置的電氣能耗信息，利用智能化管理優(yōu)勢，實現(xiàn)建筑電氣的綜合管理。如，該系統(tǒng)具有電氣設(shè)備監(jiān)控和保護功能，針對照明設(shè)備、對低壓配電設(shè)備以及變壓器等設(shè)備進行監(jiān)控管理，實時獲取電氣設(shè)備的工作參數(shù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作異常，出現(xiàn)故障等情況可以實現(xiàn)自己報警，部分基礎(chǔ)故障可以自動解決，減少電氣設(shè)備故障率，減少電氣控制成本。另外，系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ^(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備能耗進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)某設(shè)備能耗較高，發(fā)現(xiàn)設(shè)備應(yīng)用較多的情況，可以實施專業(yè)化建設(shè)，保證設(shè)備建設(shè)達到最佳效果[6]。

結(jié)語：

本文針對建筑工程電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用進行分析研究，通過研究可知，部分電氣節(jié)能技術(shù)是從電氣設(shè)備和技術(shù)入手，也有部分節(jié)能技術(shù)是通過改造結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電氣節(jié)能，但是無論是何種技術(shù)，都需要根據(jù)區(qū)域環(huán)境和建筑整體情況進行綜合設(shè)計，才能夠確保電氣節(jié)能技術(shù)設(shè)計應(yīng)用具有良好的效果。在低碳時代，建筑電氣節(jié)能技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用對于實現(xiàn)綠色建筑和低碳城市具有重要作用。這些電氣節(jié)能技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用可以相互結(jié)合，根據(jù)不同建筑的需求和特點進行選擇和應(yīng)用，從而實現(xiàn)低碳建筑的目標。