廖樹(shù)強(qiáng)，黃明芬，周壽杰

（1.華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司，廣西 南寧 530000； 2.南寧市勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530000； 3.中盛弘宇建設(shè)科技有限公司廣西第一分公司，廣西 南寧 530000）

在當(dāng)今社會(huì)，建筑電氣系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究愈發(fā)成為一項(xiàng)至關(guān)重要的課題，面對(duì)不斷增長(zhǎng)的能源需求和日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，迫切需要尋找更加高效、可持續(xù)的建筑電氣節(jié)能解決方案。通過(guò)對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)原則的細(xì)致研究，致力于為建筑電氣系統(tǒng)的創(chuàng)新提供實(shí)用性的解決方案。這一研究的意義在于不僅為建筑業(yè)界提供前瞻性的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)能源效益和環(huán)保雙贏的目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)的必要性

當(dāng)前，建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)的必要性愈發(fā)顯著，這不僅源于全球能源挑戰(zhàn)的威脅，更是為了響應(yīng)日益迫切的環(huán)境可持續(xù)性需求。

首先，考慮到全球不斷增長(zhǎng)的能源需求，建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)成為刻不容緩的任務(wù)，傳統(tǒng)建筑電氣系統(tǒng)往往存在能源浪費(fèi)、效率低下的問(wèn)題，這不僅對(duì)能源供應(yīng)構(gòu)成挑戰(zhàn)，也直接影響到建筑運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在提供足夠電力的同時(shí)最大程度地減少不必要的能源消耗，從而為未來(lái)能源需求提供可持續(xù)的解決方案[1]。

其次，建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)的必要性在于應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的環(huán)境可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)。社會(huì)對(duì)減少碳足跡和降低溫室氣體排放的呼聲日益高漲，而建筑電氣系統(tǒng)是一個(gè)潛在的巨大能效改進(jìn)領(lǐng)域。通過(guò)引入智能控制、高效設(shè)備和可再生能源等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效地減少建筑運(yùn)行過(guò)程中的環(huán)境影響，推動(dòng)建筑行業(yè)向更加可持續(xù)的方向發(fā)展。

最后，建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)也與經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。盡管初始投資較高，但通過(guò)長(zhǎng)期的能源成本節(jié)省和對(duì)環(huán)境可持續(xù)性的認(rèn)可，創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以為建筑業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，這種創(chuàng)新不僅有助于建筑主體節(jié)省運(yùn)行成本，還為相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供了新的商機(jī)和發(fā)展動(dòng)力，形成了一個(gè)良性循環(huán)。

2 建筑電氣設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能需遵循的原則

2.1 智能化與自動(dòng)化

通過(guò)采用先進(jìn)的傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)和自適應(yīng)控制技術(shù)，建筑電氣系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)感知環(huán)境變化并做出相應(yīng)調(diào)整，最小化能源浪費(fèi)。例如，智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)光照情況和人員活動(dòng)自動(dòng)調(diào)整光照水平，降低不必要的能耗，自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可以有效管理空調(diào)、供電等設(shè)備，根據(jù)需求進(jìn)行智能調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)全面的能效提升。

2.2 高效照明設(shè)計(jì)

照明在建筑中占據(jù)相當(dāng)大的能源消耗比例，因此高效照明設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵策略，采用LED 照明技術(shù)是其中的一個(gè)有效手段，因?yàn)長(zhǎng)ED 燈具具有更高的光效、壽命更長(zhǎng)以及更低的能耗。此外，采用智能照明控制系統(tǒng)如光感應(yīng)、時(shí)序控制等，可以根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調(diào)整照明強(qiáng)度，進(jìn)一步提高能效[2]。

2.3 能效設(shè)備的選擇與優(yōu)化

從照明設(shè)備到電器設(shè)備都應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇符合能效標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，設(shè)備的能效不僅關(guān)乎電能利用率，還直接影響整體系統(tǒng)的性能，通過(guò)采用高效電機(jī)、變頻器等先進(jìn)技術(shù)，在降低能耗的同時(shí)提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

2.4 可再生能源的整合

為了降低對(duì)非可再生能源的依賴(lài)，建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮將可再生能源整合到系統(tǒng)中，太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源技術(shù)的應(yīng)用不僅可以減少建筑的碳足跡，還有助于穩(wěn)定電能供應(yīng)。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)綜合考慮建筑的位置、氣象條件等因素，合理規(guī)劃可再生能源設(shè)備的布局和容量，確保其最大限度地滿足建筑電氣需求。

3 建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 建筑電氣供配電系統(tǒng)節(jié)能

供配電系統(tǒng)的節(jié)能效果直接影響建筑整體的能源利用效率，通過(guò)采用創(chuàng)新技術(shù)和科學(xué)設(shè)計(jì)在供配電系統(tǒng)中實(shí)施一系列措施，從而更加高效地滿足建筑用電需求，達(dá)到節(jié)能的目的。

引入先進(jìn)的智能電氣設(shè)備，如智能斷路器、智能電表等，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的精細(xì)化控制和監(jiān)測(cè)；結(jié)合智能系統(tǒng)管理，如遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)調(diào)度和優(yōu)化，這樣的智能化手段能夠使供電系統(tǒng)更加適應(yīng)實(shí)際用電需求，避免不必要的電能浪費(fèi)，從而提高能源利用效率。同時(shí)，從變壓器到開(kāi)關(guān)設(shè)備都應(yīng)選擇能效較高的產(chǎn)品，例如采用低能耗的變壓器、電纜線路等降低能量損耗，高效率的電氣設(shè)備可以減少供配電系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中的損失，提高電能傳輸?shù)男?，從而降低整體電能消耗。而且合理設(shè)計(jì)電纜線路、選擇合適的電纜槽道能夠減小電阻、電感等電氣元件對(duì)電能傳輸?shù)淖璧K，提高供配電系統(tǒng)的效能，通過(guò)精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的布局來(lái)降低電流傳輸?shù)木嚯x，減小電能損耗，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的能源利用效率。此外，采用新能源和分布式能源也是供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的創(chuàng)新途徑之一，將太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源融入供配電系統(tǒng)，通過(guò)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為建筑提供清潔電力，這樣的分布式能源系統(tǒng)不僅可以降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，還有助于緩解供電壓力，減少對(duì)主電網(wǎng)的負(fù)荷[3]。

3.2 變壓器的節(jié)能工作

傳統(tǒng)變壓器在電能傳輸過(guò)程中存在一定的損耗，主要包括鐵損和銅損，通過(guò)選擇高效率的變壓器，特別是采用油浸式變壓器中的能效型變壓器，如涂有抗損傷涂層的高溫超導(dǎo)變壓器能有效降低傳統(tǒng)變壓器的損耗水平，提高電能的傳輸效率，引入具有可調(diào)節(jié)風(fēng)扇和溫度探頭的冷卻系統(tǒng)還能進(jìn)一步提升油浸式變壓器的冷卻效果，降低運(yùn)行溫度，從而減小鐵損。采用先進(jìn)的材料和絕緣技術(shù)并優(yōu)化變壓器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也是實(shí)現(xiàn)變壓器節(jié)能的關(guān)鍵，高性能絕緣材料的應(yīng)用，如納米復(fù)合絕緣材料能夠降低電流密度，減少介質(zhì)損耗并提高變壓器的絕緣性能，從而減小能量損耗，通過(guò)優(yōu)化變壓器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用有效的阻尼措施和降噪技術(shù)降低振動(dòng)和噪聲水平，從而達(dá)到提高變壓器的穩(wěn)定性和整體效能的效果。另外，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)和智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變壓器進(jìn)行精確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制也是實(shí)現(xiàn)變壓器節(jié)能的重要手段，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)獲取其負(fù)載、溫度、濕度等參數(shù)，為運(yùn)行狀態(tài)的分析提供數(shù)據(jù)支持，基于數(shù)據(jù)分析制定更加科學(xué)的運(yùn)行調(diào)度策略，合理分配負(fù)載避免過(guò)載運(yùn)行。在智能監(jiān)控系統(tǒng)中，采用預(yù)警機(jī)制提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，并預(yù)防事故的發(fā)生，保障變壓器的安全運(yùn)行。

3.3 線路損耗的節(jié)能

電力線路作為能源傳輸?shù)闹饕ǖ溃鋼p耗直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的效能，通過(guò)采用一系列技術(shù)措施可以在線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行中最大程度地減少能量損耗，提升整個(gè)電力系統(tǒng)的節(jié)能水平。

采用低電阻率的導(dǎo)線和高導(dǎo)電率的材料是降低線路損耗的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的電力線路中導(dǎo)線的電阻率是導(dǎo)致能量損耗的一個(gè)主要因素，通過(guò)采用低電阻率的導(dǎo)線如銅和鋁等以及提高導(dǎo)電材料的純度，有效降低電阻并減小線路的電能損耗，采用超導(dǎo)材料也是一個(gè)具有潛力的創(chuàng)新方向，因?yàn)槌瑢?dǎo)體在低溫條件下可以實(shí)現(xiàn)無(wú)電阻輸電，從而減少線路的能量損耗。其次，通過(guò)優(yōu)化線路的布局、選擇合適的電纜槽道、減小電流傳輸?shù)木嚯x來(lái)降低線路的電阻、電感等阻礙電能傳輸?shù)脑?，提高線路的傳輸效率，同時(shí)采用更好的絕緣材料能夠降低電線之間的電容，減小線路的損耗。在高壓輸電線路中合理選擇導(dǎo)線的截面和絕緣材料，達(dá)到減小電弧放電和電擊風(fēng)險(xiǎn)、降低線路的損耗的效果。除此之外，通過(guò)引入高溫導(dǎo)線技術(shù)也能有效提高電力線路的導(dǎo)電能力，減小電流傳輸時(shí)的電阻損耗，通過(guò)采用合理的線路保護(hù)和自動(dòng)化設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障并進(jìn)行快速切除，能夠最小化線路故障對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響，避免不必要的電能損耗[4]。

3.4 照明設(shè)計(jì)的節(jié)能

照明系統(tǒng)作為建筑用電的主要組成部分，其合理設(shè)計(jì)和科學(xué)應(yīng)用可以有效減少能源浪費(fèi)，提高整體能效。通過(guò)采用一系列技術(shù)措施，能夠在照明設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更為高效的能源利用，推動(dòng)建筑電氣系統(tǒng)朝著更為可持續(xù)的方向發(fā)展。

傳統(tǒng)白熾燈具在能源轉(zhuǎn)化上效率較低，而LED 照明技術(shù)則具有更高的光效、更長(zhǎng)的使用壽命以及更低的能耗。通過(guò)選擇LED 燈具，建筑照明系統(tǒng)能夠顯著提高光效，LED 燈具還具備調(diào)光、調(diào)色等功能，因此可根據(jù)不同環(huán)境需求實(shí)現(xiàn)精確控制，最大程度地減少不必要的能源浪費(fèi)。通過(guò)引入智能感應(yīng)器、光感應(yīng)器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能調(diào)控，當(dāng)有人進(jìn)入特定區(qū)域時(shí)，感應(yīng)器可以自動(dòng)開(kāi)啟照明設(shè)備，而在光照充足的情況下，光感應(yīng)器則能夠調(diào)整照明強(qiáng)度，減少不必要的照明功耗，這樣的智能照明控制系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際使用需求，最優(yōu)化地調(diào)整照明狀態(tài)，提高能源利用效率。另外，采用自適應(yīng)照明設(shè)計(jì)也是節(jié)能的關(guān)鍵措施，通過(guò)結(jié)合周?chē)h(huán)境和使用情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整照明的色溫和亮度，在白天系統(tǒng)可以利用自然光線，減少人工照明的使用；而在夜間或低光照環(huán)境下，系統(tǒng)則可調(diào)整亮度和色溫，滿足用戶(hù)對(duì)照明的需求。這樣的自適應(yīng)設(shè)計(jì)不僅減少了人工干預(yù)，還更好地滿足了不同環(huán)境下的照明要求，提高了能源利用的智能性。此外，通過(guò)合理設(shè)計(jì)照明的光學(xué)參數(shù)如光束角度、光束分布等，使光線更加集中且減少散射，提高光的利用效率，采用反光技術(shù)和鏡面反射技術(shù)有效減小光的損失，將光線更精準(zhǔn)地引導(dǎo)到需要照明的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)高效能源利用。在建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮溫室氣體排放的減少，采用可再生能源供電，如太陽(yáng)能照明、風(fēng)力發(fā)電等，不僅可以減小對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，還有助于降低建筑的整體碳足跡。同時(shí)，結(jié)合光伏發(fā)電技術(shù)，通過(guò)在建筑外墻、屋頂?shù)葏^(qū)域設(shè)置太陽(yáng)能電池板，將太陽(yáng)能有效地轉(zhuǎn)化為電能，為照明系統(tǒng)提供清潔能源。最后，通過(guò)定期檢查照明設(shè)備的性能、清潔度和調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)問(wèn)題，保障照明系統(tǒng)的正常運(yùn)行，利用智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)照明系統(tǒng)的能耗、亮度、壽命等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為節(jié)能優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

3.5 建筑電氣新技術(shù)的應(yīng)用

隨著科技的不斷進(jìn)步，新技術(shù)的涌現(xiàn)為電氣系統(tǒng)的效能提升提供了新的機(jī)遇，通過(guò)科學(xué)合理地應(yīng)用這些新技術(shù)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)建筑電氣系統(tǒng)的高效、智能和可持續(xù)運(yùn)行。

首先，智能電網(wǎng)以其高度智能化、可控性強(qiáng)的特點(diǎn)，為建筑電氣系統(tǒng)的管理和運(yùn)行提供了更多的可能性，通過(guò)在電力系統(tǒng)中引入智能電表、智能傳感器、智能調(diào)度系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)度和優(yōu)化，智能電網(wǎng)技術(shù)還支持電力設(shè)備之間的信息交互，促使系統(tǒng)更加靈活地適應(yīng)不同需求和變化的電力環(huán)境。其次，能源存儲(chǔ)技術(shù)，如大容量電池、超級(jí)電容器等，能夠有效儲(chǔ)存電能，使其在需要時(shí)釋放，提高電力系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)速度，通過(guò)在建筑電氣系統(tǒng)中引入能源存儲(chǔ)裝置平衡電力供需，應(yīng)對(duì)峰谷差異，從而提高系統(tǒng)的效率。此外，結(jié)合可再生能源設(shè)備，如太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電與能源存儲(chǔ)技術(shù)相結(jié)合，加快實(shí)現(xiàn)電力的自給自足和可持續(xù)利用。值得注意的是，利用人工智能技術(shù)也是推動(dòng)建筑電氣新技術(shù)應(yīng)用的一項(xiàng)重要手段，人工智能在電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用可以通過(guò)學(xué)習(xí)和優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)控，例如通過(guò)AI 技術(shù)分析歷史用電數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)用電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控照明、空調(diào)等設(shè)備，AI 技術(shù)還能應(yīng)用于故障診斷與預(yù)測(cè)，提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[5]。電力電子技術(shù)通過(guò)半導(dǎo)體器件的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效轉(zhuǎn)換和精確控制，因此，在建筑電氣系統(tǒng)中采用先進(jìn)的電力電子器件，如變頻器、功率電子變壓器等實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效利用，例如通過(guò)采用變頻器調(diào)速技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確調(diào)速，減小電機(jī)額定功率之外的能耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的效能。最后可以通過(guò)對(duì)建筑內(nèi)電能數(shù)據(jù)、用電行為等信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，更好地理解建筑的用電特點(diǎn)和需求，借助大數(shù)據(jù)分析制定更為精準(zhǔn)的用電計(jì)劃，優(yōu)化電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行模式。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究為未來(lái)建筑領(lǐng)域提供了重要的思路，強(qiáng)調(diào)了高效、智能和可持續(xù)的電氣解決方案的關(guān)鍵性。通過(guò)引入智能電網(wǎng)、先進(jìn)能源存儲(chǔ)、分布式發(fā)電系統(tǒng)以及電力電子技術(shù)，為電氣設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的可能性。此外，大數(shù)據(jù)分析和人工智能的運(yùn)用展現(xiàn)了在電力系統(tǒng)優(yōu)化中的潛力。這項(xiàng)研究的成果不僅有望推動(dòng)建筑電氣領(lǐng)域的創(chuàng)新，還為全球可持續(xù)能源利用提供了有益啟示。