電氣工程的節(jié)能設計研究

摘 要：目前世界各國面臨能耗過大的嚴峻挑戰(zhàn)，各國先后制定相應技術標準。能源緊缺是我國面臨的嚴重問題，合理節(jié)約能源是我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要因素。我國建筑業(yè)能耗在總能耗中占很大比重，建筑能耗中電氣能耗占80%以上，解決建筑電氣節(jié)能問題非常迫切。建筑電氣工程設計中合理運用電氣節(jié)能技術可以減少建筑結構能耗，節(jié)能設計是國家提倡的節(jié)能減排指導方針，電氣自動化與節(jié)能設計目前在電力行業(yè)應用不很廣泛，需要深入研究電氣工程節(jié)能技術，促進建筑節(jié)能與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：電氣工程;節(jié)能設計;建筑節(jié)能

我國是能源大國，但人均資源低。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國處于大量消耗原材料支持經(jīng)濟增長的工業(yè)化時期。合理節(jié)能是國家經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要措施?，F(xiàn)代建筑中廣泛采用變壓器等耗能系統(tǒng)，我國建筑能耗占總能耗的26.7%，節(jié)能技術的運用可以節(jié)約寶貴的能源資源，建筑電氣工程運用節(jié)能技術可減少工程項目中資源浪費現(xiàn)象。建筑用電節(jié)能技術可通過建筑物冷熱源系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)等機電設備實時監(jiān)視，使設備處于最佳運行狀態(tài)。建筑電氣節(jié)能是在對其進行有效管理減少能耗，建筑電氣工程節(jié)能可從變壓器選擇系統(tǒng)功率因素提高等方面采取措施。我國國建筑能耗處于初級發(fā)展階段，發(fā)達國家建筑用能占總能耗的30%，必須采取相應技術措施加強建筑節(jié)能。國家就節(jié)能問題出臺《民用建筑節(jié)能條例》等系列相關技術規(guī)范標準，實際工程建設中應用節(jié)能技術，可以有效解決建筑電氣節(jié)能問題。

1 電氣工程節(jié)能設計的重要意義

隨著科技的快速發(fā)展，人們對物質生活追求不斷提高，過度依賴能源消費經(jīng)濟發(fā)展的模式為社會環(huán)境造成很大負面影響。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，能耗問題日益加重，能耗量急劇增多，提高能源利用率成為急需解決的問題。我國成為最大的能源消費國，單純依賴常規(guī)能源不利于社會可持續(xù)發(fā)展。建筑業(yè)能耗量巨大，加劇我國能源壓力。

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展加快，我國節(jié)能建筑占比較小，無法滿足綠色節(jié)能發(fā)展需求。我國過去經(jīng)濟高速發(fā)展中，存量高耗能建筑面積約400億㎡，我國需要在綠色建筑領域迅速推廣。國家相關政策推進實施，新版《綠色建筑評價標準》中，與電相關的評分項目有節(jié)能與利用模塊。建筑能耗中電氣能耗占比最大，增加清潔能源應用，對建筑光伏系統(tǒng)發(fā)電等節(jié)能技術分析非常重要[1]。中國是能耗大國，國家出臺了《節(jié)約能源法》等系列相關技術規(guī)范，十三五規(guī)劃對節(jié)能減排提出明確要求，建筑物設計必須節(jié)能下合理設計。找到有效降耗方法可以創(chuàng)造更大的社會價值。將節(jié)能技術規(guī)范結合，可以有效解決電氣工程節(jié)能問題。

雖然建筑電氣節(jié)能受到廣泛關注，但目前仍存在許多問題亟待解決。目前電氣工程節(jié)能設計中，許多設計人員對建筑電氣運行特點缺乏深入了解，在設計電氣系統(tǒng)時往往照搬以往設計經(jīng)驗，有的設計人員盲目追求采用新技術，如多數(shù)建筑節(jié)能設計標準未把電氣節(jié)能系統(tǒng)納入其中，不少工程項目由于負荷計算不合理導致變壓器選擇過大;照明光源選擇不當，未考慮節(jié)能控制方式等導致浪費較大。建筑電氣工程設計對電氣系統(tǒng)節(jié)能有重要影響，但往往得不到設計人員足夠重視，設計收費與產(chǎn)生經(jīng)濟效益不掛鉤等原因，有的單位忽視質量，使得設計系統(tǒng)初期投資大。深入研究電氣工程節(jié)能設計有效技術措施對指導電氣工程節(jié)能設計具有重要意義。

電氣化廣泛應用于生產(chǎn)生活中，電能借助可再生優(yōu)勢得到各行業(yè)的應用。建筑行業(yè)是我國支柱型產(chǎn)業(yè)，建筑是城市基建系統(tǒng)的核心構成，對其開展節(jié)能化設計是確保建筑物設計施工中貫徹節(jié)能宗旨的保障，對其節(jié)能方法研究非常迫切。建筑物中裝設照明等系列消耗電能設備，建筑電氣工程節(jié)能設計技術融合光伏發(fā)電技術系列先進技術，有效降低建筑電氣工程能耗。綠色建筑電氣應用從開源節(jié)流兩方面入手，電氣工程在綠色建筑中應用潛力巨大，但存在各系統(tǒng)管理復雜等問題。目前我國節(jié)能領域與先進國家具有一定差距，需要研究建筑節(jié)能技術提高節(jié)能水平。

2 建筑電氣工程節(jié)能技術發(fā)展

隨著全球能源消耗，能源浪費現(xiàn)象日益惡化，建筑電氣能耗突出，許多國家將降低電氣能耗作為節(jié)能工作首要任務。由于我國人口密集決定人均能源擁有率低，中國能耗超過發(fā)達國家，我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展重點是找到節(jié)能有效途徑，建筑電氣能耗占據(jù)很大部分，應重視建筑電氣工程節(jié)能，應用有效的節(jié)能技術提高建筑節(jié)能水平。

建筑能耗在各國能耗中占有很大比重，建筑能耗包括建材、電氣能耗等，許多國家將降低電氣工程能耗作為節(jié)能首要任務。各國提出先進的節(jié)能技術理念，充分利用新能源減少環(huán)境污染[2]。法國是最早出臺建筑節(jié)能法規(guī)國家，目前實行建筑節(jié)能標準節(jié)能效率達61.2%。美國通過改善建筑物固有結構性質，頒布《新建筑物設計節(jié)能》標準，提高節(jié)能型電氣設備利用效率降低建筑能耗。日本節(jié)能技術處于領先地位，面對巨大的能耗壓力，采取有效節(jié)能措施。2000年提出2020年節(jié)能目標實現(xiàn)住宅節(jié)能5%。發(fā)達國家建筑電氣節(jié)能方面運用先進的技術，提高能源利用率，減少能源損耗與環(huán)境污染。

我國對建筑節(jié)能問題研究相對較晚，建筑節(jié)能始于80年代，90年代建筑節(jié)能面積達到5000萬㎡，21世紀將建筑節(jié)能水平提高20%，我國建筑節(jié)能工作取得顯著成效。根據(jù)建筑功能，能源類型差別，建筑能耗分為住宅用能，城鎮(zhèn)供暖用能等，建筑能耗占總能耗的25%。我國建筑能耗增長較快原因主要包括建筑數(shù)量不斷增加;農(nóng)村向城鎮(zhèn)化轉型速度加快，導致城市人口人均能耗量增加3.5倍;人們對建筑供暖舒適性要求提高，供暖設備使用時間延長，使得我國建筑能耗居高不下，集中改變城鎮(zhèn)能耗現(xiàn)狀是節(jié)能減排首要任務。

目前我國建筑領域能源浪費情況嚴重，住宅建筑能耗急劇上升。根據(jù)我國能源使用情況，建設部2018年頒布《建筑節(jié)能發(fā)展十三五規(guī)劃》，采取有效節(jié)能技術，對不符合規(guī)范標準建筑物進行節(jié)能改造。隨著科技的快速發(fā)展，建筑電氣節(jié)能新理念不斷涌現(xiàn)，建筑需要采用合理節(jié)能措施才能滿足時代要求。電氣節(jié)能核心是根據(jù)建筑物用途提高電能利用率。建筑電氣節(jié)能是建筑節(jié)能的重要部分，不能以損害使用需求為代價，不能盲目增加投資，應遵循適用性、節(jié)能型等原則。

3 電氣工程節(jié)能設計的應用

我國對建筑節(jié)能研究起步較晚，建筑物需采用合理的節(jié)能技術才能滿足時代要求，電氣工程節(jié)能技術目標是提高電能利用率。建筑電氣工程節(jié)能主要通過電氣系統(tǒng)優(yōu)化設計等措施提高建筑電氣節(jié)能效率。建筑電氣工程節(jié)能設計需要考慮照明部分節(jié)能技術，對建筑配電系統(tǒng)合理設計，加大配電系統(tǒng)功率因數(shù)。建筑電氣工程節(jié)能技術應用要遵循降低工程成本經(jīng)濟性原則，實用性原則。

電氣工程節(jié)能設計應用廣泛，涉及空調系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等領域。電氣工程節(jié)能設計目的是減少電氣能耗，電氣工程節(jié)能設計要避免盲目運用達不到預期節(jié)能效果。建筑物使用功能包括照明照度，滿足運輸通道通暢;為建筑物創(chuàng)造良好人工環(huán)境提供必要的能源，按照用電設備對負荷容量，供電可靠性等方面要求優(yōu)化供配電設計。節(jié)能應按國情充分考慮實際經(jīng)濟效益，不能因節(jié)能增加運行費用。合理選用節(jié)能設備，使節(jié)能投資降低，減少運行費用[3]。電氣工程節(jié)能設計應用要注意降低企業(yè)資金投入，節(jié)能施工費用超出企業(yè)預算導致難以推廣應用。電氣工程節(jié)能設計應根據(jù)施工情況合理運用，保證節(jié)能設計在建筑工程推廣。

空調系統(tǒng)能耗占據(jù)建筑能耗很大比重，傳統(tǒng)空調系統(tǒng)項目實施中存在許多問題，電氣工程節(jié)能設計必須與建筑工程項目電力部門交流，采用新型能源儲存技術等，保證電氣節(jié)能設計有效應用。電力傳輸需要靠電力線路，電力線路設計施工時應減少線路傳輸距離過遠等因素造成電力損耗。動力系統(tǒng)設備應避免空載運行，保證設備滿足人們生產(chǎn)生活需要。應結合建筑動力情況完善電力設備管理，加強對電梯系統(tǒng)科學管理，減少電力浪費情況。電力設備啟動導致電網(wǎng)電壓波動損耗電力資源，配電系統(tǒng)電氣節(jié)能設計可通過計算工程實際情況，采用合適的線纜實現(xiàn)電力供應系統(tǒng)電器節(jié)能化。公共建筑可采用不同變壓器供電，季節(jié)性負荷不用關閉變壓器。

建筑工地供電系統(tǒng)包括電源、變電設備等部分，除了遵循電氣實用性，節(jié)能性節(jié)能原則，考慮配電系統(tǒng)節(jié)能技術外，需要靠科學有效可行性措施提高建筑電氣工程節(jié)能水平。要求優(yōu)化電力設備設計方案，強化建筑電氣系統(tǒng)運行管理，選擇技術先進的建筑節(jié)能設備。建筑施工設計人員制定電氣方案，要監(jiān)督施工圖設計，與業(yè)主及時溝通，按照各種電力設施功能要求，電氣設備負荷特點對分項電氣工程進行負荷計算，通過采用節(jié)能技術減少線路功率損耗。建筑電氣設備運行情況對節(jié)能效果有直接的影響，如果電氣設備保持安全穩(wěn)定運行狀態(tài)，出現(xiàn)故障可迅速排除。設備運行不暢得不到及時修理，會影響工程進度造成能量浪費。要采取有效措施強化建筑電氣設備運行管理，要加快研發(fā)功能強大的系統(tǒng)軟件，提高員工綜合素質。

4 結語

電氣工程節(jié)能核心是將合理節(jié)能技術應用于工程中，隨著綠色建筑的推廣，節(jié)能減排在電氣設計階段更加常見，建筑電氣工程節(jié)能設計具有廣闊研究空間。應用建筑內的節(jié)能產(chǎn)品豐富，如何合理安排成為電氣設計階段的重要課題。本文論述建筑電氣工程節(jié)能設計的意義，分析國內外建筑節(jié)能技術發(fā)展現(xiàn)狀，介紹建筑電氣工程節(jié)能設計的應用。電氣技能技術應不斷進行技術創(chuàng)新，促進電氣節(jié)能技術的發(fā)展。

參考文獻：

[1]施韜.建筑電氣工程設計的節(jié)能措施[J].農(nóng)家參謀，2020（20）：113.

[2]阿達來提·阿布力克木，帕爾哈提·麥麥提.電氣工程自動化信息技術及其節(jié)能設計分析[J].電子測試，2020（18）：127128.

[3]張新元.淺談電氣工程自動化信息技術及其節(jié)能設計[J].科技風，2020（23）：7.

基金項目：2019年第二批教育部高教司產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“借助多方協(xié)同育人，地方院校培養(yǎng)智能制造新工科卓越人才的探索”（項目編號：201902201003）

作者簡介：孫如軍（1966— ），男，漢族，山東德州人，碩士，教授，從事節(jié)能環(huán)保技術研究及其機電裝備設計。