1 前言
能源資源緊缺是當(dāng)前全球各國(guó)共同面臨的嚴(yán)峻發(fā)展問題，節(jié)能降耗、綠色發(fā)展已成為各行各業(yè)的核心發(fā)展趨勢(shì)。在我國(guó)能源消耗體系中，建筑能耗占全國(guó)總能耗的26.7%，是我國(guó)能源消耗的主要構(gòu)成部分，因此推進(jìn)建筑節(jié)能工作、降低建筑能源消耗迫在眉睫。建筑電氣能耗作為建筑能耗的核心組成部分，直接決定了建筑整體能耗水平，建筑節(jié)能的關(guān)鍵落腳點(diǎn)在于電氣節(jié)能。在保障建筑正常使用功能的前提下，通過科學(xué)的設(shè)計(jì)、先進(jìn)的技術(shù)和智能化管理手段，最大限度減少無(wú)效能源消耗、提升能源利用效率，是實(shí)現(xiàn)建筑綠色低碳發(fā)展、踐行國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的核心路徑。
2 我國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀
建筑節(jié)能是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要落地舉措，也是新時(shí)代建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。我國(guó)人口基數(shù)大、人均能源資源占有量偏低，且建筑節(jié)能工作起步相對(duì)較晚，行業(yè)整體能源利用效率不高。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)，各類民用、公共建筑規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，建筑領(lǐng)域能源需求量持續(xù)攀升，建筑節(jié)能工作面臨巨大壓力，整體任重而道遠(yuǎn)。
對(duì)比國(guó)內(nèi)外建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀可知，我國(guó)全社會(huì)總能耗增速逐步放緩、總量呈下降趨勢(shì)，但建筑能耗仍保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其在社會(huì)總能耗中的占比逐年提升。同時(shí)，我國(guó)建筑能耗消耗能源以煤炭、石油等資源為主，能源消耗結(jié)構(gòu)不合理，不僅造成資源浪費(fèi)，還加劇了生態(tài)環(huán)境壓力，進(jìn)一步凸顯了推進(jìn)建筑電氣節(jié)能、優(yōu)化建筑能耗管理的必要性與緊迫性。
3 建筑電氣節(jié)能核心特性
3.1 建筑電氣節(jié)能基本原則
建筑電氣節(jié)能是建筑節(jié)能體系的核心核心模塊，其節(jié)能改造與優(yōu)化設(shè)計(jì)不可片面追求節(jié)能效果，嚴(yán)禁以犧牲建筑使用功能、損害用戶使用體驗(yàn)為代價(jià)，同時(shí)杜絕盲目加大投資、為節(jié)能而節(jié)能的形式化改造。因此，建筑電氣節(jié)能工作需嚴(yán)格遵循適用性、實(shí)際性、節(jié)能性三大核心原則，實(shí)現(xiàn)功能、效益、節(jié)能的有機(jī)統(tǒng)一。
第一，適用性原則。電氣節(jié)能優(yōu)化需優(yōu)先保障建筑物核心使用功能，全面滿足建筑各類用電需求。在照明系統(tǒng)方面，需符合建筑照度、色溫、顯色指數(shù)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，保障室內(nèi)采光舒適衛(wèi)生；在動(dòng)力系統(tǒng)方面，需保障建筑運(yùn)輸通道通暢、各類動(dòng)力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行；針對(duì)展廳、游樂場(chǎng)所等特殊建筑，需滿足藝術(shù)照明、特種游樂設(shè)備的工藝用電需求。同時(shí)，需結(jié)合用電設(shè)備的負(fù)荷容量、電能質(zhì)量、供電可靠性要求，優(yōu)化供配電整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電能資源的合理配置與高效利用，為建筑營(yíng)造良好的使用環(huán)境。
第二，實(shí)際性原則。建筑電氣節(jié)能需立足我國(guó)行業(yè)發(fā)展國(guó)情和項(xiàng)目實(shí)際情況，兼顧節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益，杜絕過度節(jié)能導(dǎo)致的投資超標(biāo)、運(yùn)行成本增加等問題。在設(shè)備選型、材料選用、方案設(shè)計(jì)過程中，需優(yōu)先選用性價(jià)比高、成熟穩(wěn)定的節(jié)能設(shè)備與新型材料，精準(zhǔn)核算節(jié)能改造投入與后期能耗節(jié)約收益，確保節(jié)能新增投資可在短期內(nèi)通過能耗節(jié)約、運(yùn)維成本降低實(shí)現(xiàn)回本，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙向統(tǒng)一。
第三，節(jié)能性原則。電氣節(jié)能的核心核心是消除無(wú)效、無(wú)謂的能源損耗，精準(zhǔn)識(shí)別建筑電氣系統(tǒng)中的高耗能、高損耗環(huán)節(jié)，針對(duì)性制定節(jié)能優(yōu)化方案。建筑電氣系統(tǒng)中，變壓器空載與負(fù)載損耗、電力傳輸線路的功率損耗均為與建筑使用功能無(wú)關(guān)的無(wú)效能耗；而建筑照明系統(tǒng)用量大、覆蓋范圍廣，是能耗管控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)?？梢劳邢冗M(jìn)電氣節(jié)能技術(shù)、智能化管控手段，降低各類無(wú)效能耗，挖掘系統(tǒng)節(jié)能潛力。
3.2 建筑電氣能耗核心環(huán)節(jié)分析
3.2.1 電氣系統(tǒng)整體能耗點(diǎn)位
建筑電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備種類繁多，核心設(shè)備包含銅母線、測(cè)量?jī)x表、斷路器、互感器等電氣元件，以及電力變壓器、電力電纜、配電箱柜、風(fēng)機(jī)、水泵、照明燈具、應(yīng)急電源設(shè)備等。整體來(lái)看，建筑電氣設(shè)備的能源損耗主要來(lái)源于導(dǎo)體電阻發(fā)熱損耗和磁性材料磁化損耗，損耗集中發(fā)生在電力變壓器、電力傳輸電纜、動(dòng)力電動(dòng)機(jī)、照明燈具等核心設(shè)備中。因此，本文重點(diǎn)針對(duì)以上四類核心設(shè)備的能耗特性與能效問題展開分析。
3.2.2 電力變壓器能效分析
電力變壓器是建筑供配電系統(tǒng)的核心設(shè)備，也是主要的能耗設(shè)備之一，其能耗主要分為空載損耗（鐵損）、負(fù)載損耗（銅損）及雜散損耗三類。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)變壓器能效水平全面、科學(xué)的方法為總擁有費(fèi)用法（TOC），該方法可綜合考量設(shè)備全生命周期成本與能耗成本。
總擁有費(fèi)用特指變壓器初始采購(gòu)?fù)顿Y與全使用周期內(nèi)能耗損耗費(fèi)用的總和。該方法通過對(duì)比不同能效等級(jí)、不同市場(chǎng)價(jià)格的變壓器的全生命周期總費(fèi)用，優(yōu)先選用總擁有費(fèi)用低的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備投資與能耗成本的平衡。該評(píng)價(jià)方法適用于電力企業(yè)及各類民用建筑用戶，可有效規(guī)避設(shè)備選型盲目性，在保障供電穩(wěn)定的前提下，最大限度節(jié)約設(shè)備投資與后期運(yùn)維能耗成本。
3.2.3 電力電纜能效分析
電力電纜作為電能傳輸?shù)妮d體，其截面選型直接決定線路電能損耗與工程投資成本。傳統(tǒng)電纜設(shè)計(jì)僅依據(jù)載流量選型，存在明顯局限性：電纜截面選型過小，會(huì)大幅增加線路電阻，加劇電能傳輸損耗，長(zhǎng)期能耗浪費(fèi)嚴(yán)重；截面選型過大，雖可降低能耗，但會(huì)大幅提升材料采購(gòu)、施工安裝的初始投資成本，造成資源浪費(fèi)。
從理論層面而言，無(wú)限增大電纜截面可最大限度降低線路能耗，但新增的設(shè)備投資成本會(huì)抵消節(jié)能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。目前行業(yè)多以電纜溫升、熱效應(yīng)、電壓降為核心校驗(yàn)條件確定截面規(guī)格，該選型方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)能耗與成本的平衡。依托總擁有費(fèi)用法優(yōu)化電纜截面選型，可兼顧初始投資與全周期能耗損耗，實(shí)現(xiàn)電力電纜系統(tǒng)能效與經(jīng)濟(jì)效益的雙重優(yōu)化。
4 建筑配套加固技術(shù)（建筑節(jié)能配套改造）
建筑電氣節(jié)能改造往往需要配套建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化加固，尤其是老舊建筑、公共建筑的節(jié)能升級(jí)，需先保障建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，再開展電氣系統(tǒng)改造。橋梁、建筑主體結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)，是建筑節(jié)能改造的重要配套支撐，可有效提升建筑整體使用壽命，保障節(jié)能設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
4.1 舊橋及建筑下部結(jié)構(gòu)加固
建筑及橋梁下部結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受荷載、土壓力、水流沖刷等外界因素影響，易出現(xiàn)橋臺(tái)開裂、墻體凸肚、翼墻錯(cuò)位、崩裂等病害，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。針對(duì)跨徑較小、水流影響較弱的石拱橋及建筑下部結(jié)構(gòu)，可采用增設(shè)鋼筋混凝土框架的方式加固，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)整體性，為后續(xù)電氣設(shè)備改造、管線布設(shè)提供安全的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
4.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)加固
天然地基淺基礎(chǔ)埋深較淺，易受河水沖刷、地基沉降影響，出現(xiàn)基礎(chǔ)淘空、不均勻沉降、結(jié)構(gòu)開裂等問題。針對(duì)此類病害，可采用多項(xiàng)針對(duì)性加固措施：通過漿砌片石鋪砌河床、上游設(shè)置丁壩等調(diào)治構(gòu)造物，疏導(dǎo)水流、避免基礎(chǔ)直接受沖刷；針對(duì)沖刷嚴(yán)重的小型橋梁，可滿鋪15號(hào)片石混凝土加固橋跨基礎(chǔ)；通過打木樁、擴(kuò)大基礎(chǔ)截面等方式，提升地基承載能力，杜絕不均勻沉降問題，保障建筑電氣設(shè)備、管線基礎(chǔ)穩(wěn)定。
4.3 橋面及建筑鋪裝層加固
橋面、建筑地面鋪裝層開裂、剝離，會(huì)降低結(jié)構(gòu)整體性，引發(fā)鋼筋銹蝕、雨水滲漏等問題，加劇結(jié)構(gòu)老化，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行震動(dòng)加劇，影響電氣設(shè)備使用壽命。針對(duì)使用年限久、破損嚴(yán)重的鋪裝結(jié)構(gòu)，采用拆除重建、整體修復(fù)的方案；針對(duì)病害輕微、混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)、使用年限較短的結(jié)構(gòu)，優(yōu)先修復(fù)病害點(diǎn)位，在不降低結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加鋪瀝青碎石層，提升結(jié)構(gòu)平整度與穩(wěn)定性，為電氣節(jié)能設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
4.4 結(jié)構(gòu)加固增強(qiáng)核心技術(shù)
梁式橋及建筑上部結(jié)構(gòu)常用的加固增強(qiáng)技術(shù)主要包括五種，可根據(jù)結(jié)構(gòu)病害程度、荷載需求、現(xiàn)場(chǎng)條件靈活選用。一是加大截面加固法，通過增大構(gòu)件截面面積、增設(shè)受力鋼筋，提升結(jié)構(gòu)承載能力，適配大荷載升級(jí)改造場(chǎng)景；二是外部粘貼加固法，采用環(huán)氧樹脂粘合劑將型鋼、玻璃鋼等高強(qiáng)材料粘貼于結(jié)構(gòu)外部，快速提升構(gòu)件承載力，適用于構(gòu)件尺寸受限的改造場(chǎng)景；三是外部預(yù)應(yīng)力加固法，通過對(duì)結(jié)構(gòu)受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力，抵消自重應(yīng)力、減小裂縫寬度、降低結(jié)構(gòu)撓度，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；四是改變結(jié)構(gòu)體系加固法，通過增設(shè)支撐、橋墩、加勁梁，將簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)改為連續(xù)結(jié)構(gòu)，降低截面峰值彎矩，提升整體承載力；五是增設(shè)縱梁加固法，在基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下新增高強(qiáng)縱梁，與原有結(jié)構(gòu)協(xié)同受力，分散荷載、提升結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)拓寬，適配新增電氣設(shè)備的荷載需求。
5 建筑能耗智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用
傳統(tǒng)建筑電氣節(jié)能存在能耗數(shù)據(jù)模糊、耗能點(diǎn)位不明、管控滯后等問題，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)能。依托現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)搭建的智能化能耗分析系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)建筑全品類能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析與智能管控，為電氣節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)支撐。本文以Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)為例，闡述智能化能耗管理的應(yīng)用價(jià)值與功能優(yōu)勢(shì)。
5.1 系統(tǒng)概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是面向用戶端的一體化能源管理分析平臺(tái)，在傳統(tǒng)電能管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，拓展了水、氣、煤、油、冷熱能耗等全品類能源的集中采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能分析功能。系統(tǒng)可對(duì)建筑全維度能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分統(tǒng)計(jì)、可視化展示，通過數(shù)據(jù)圖表直觀呈現(xiàn)各類能源的消耗規(guī)律、高耗能點(diǎn)位及不合理用能習(xí)慣。管理人員可依托系統(tǒng)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)排查能耗問題、挖掘節(jié)能潛力，制定科學(xué)的電氣節(jié)能方案，為建筑節(jié)能改造、設(shè)備升級(jí)、能耗優(yōu)化提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)可滿足國(guó)家能源統(tǒng)計(jì)、能耗報(bào)告報(bào)送的規(guī)范要求。
5.2 系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景
該系統(tǒng)適配性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于公共建筑、工業(yè)園區(qū)、集團(tuán)企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、大型物業(yè)等多場(chǎng)景，可完成各類建筑的能耗監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能分析、系統(tǒng)運(yùn)維等全流程工作，適配不同行業(yè)、不同規(guī)模建筑的電氣節(jié)能與能耗管理需求。
5.3 系統(tǒng)核心功能
5.3.1 系統(tǒng)概況可視化展示
系統(tǒng)可實(shí)時(shí)展示平臺(tái)整體運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)完成當(dāng)月能耗折算、建筑區(qū)位地圖導(dǎo)航，同步滾動(dòng)顯示各類能耗逐時(shí)、逐月變化曲線，實(shí)現(xiàn)當(dāng)日、當(dāng)月能耗數(shù)據(jù)的同比、環(huán)比動(dòng)態(tài)分析，讓管理人員實(shí)時(shí)掌握建筑整體能耗運(yùn)行態(tài)勢(shì)。
5.3.2 多維度用能概況對(duì)比
支持按建筑、區(qū)域、部門、用電支路、能耗品類等多維度開展用能對(duì)比分析，可生成當(dāng)日逐時(shí)、當(dāng)月逐日能耗趨勢(shì)曲線，完成分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)、總能耗同環(huán)比對(duì)比，精準(zhǔn)定位不同區(qū)域、不同設(shè)備的能耗差異。
5.3.3 智能化用能統(tǒng)計(jì)
系統(tǒng)可按日、月、年周期，對(duì)建筑、區(qū)域、支路、品類的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化能耗報(bào)表。支持Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)出、柱狀圖可視化生成，方便管理人員整理能耗數(shù)據(jù)、開展節(jié)能分析與臺(tái)賬記錄。
5.3.4 復(fù)費(fèi)率精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)
針對(duì)建筑用電能耗，系統(tǒng)可按日、月、年統(tǒng)計(jì)單棟建筑各支路尖、峰、平、谷時(shí)段的用電量及用電成本，完成分時(shí)電價(jià)下的能耗費(fèi)用精準(zhǔn)核算，為錯(cuò)峰用電、降低用電成本提供數(shù)據(jù)支撐，報(bào)表數(shù)據(jù)支持一鍵導(dǎo)出。
5.3.5 能耗同比深度分析
結(jié)合圖形可視化與報(bào)表數(shù)據(jù)，對(duì)建筑、區(qū)域、設(shè)備支路的日、月、年能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行同比分析，精準(zhǔn)識(shí)別能耗增長(zhǎng)、損耗異常的時(shí)間段與設(shè)備點(diǎn)位，為節(jié)能改造、設(shè)備運(yùn)維提供精準(zhǔn)依據(jù)。
5.3.6 能源流向可視化展示
系統(tǒng)可生成建筑能源流向圖，直觀展示指定時(shí)段內(nèi)各類能源從源頭輸入、中途傳輸?shù)侥┒嗽O(shè)備消耗的全流程路徑，支持原始能耗值、折標(biāo)能耗值雙向查看，清晰定位能源傳輸、使用過程中的損耗節(jié)點(diǎn)。
5.3.7 夜間能耗專項(xiàng)分析
針對(duì)建筑夜間無(wú)效能耗偏高的問題，系統(tǒng)通過表格、曲線、餅圖等形式，對(duì)比分析設(shè)備工作時(shí)段與非工作時(shí)段的能耗差異，精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)夜間閑置設(shè)備的能耗損耗，排查無(wú)人值守時(shí)段的能源浪費(fèi)問題，支持專項(xiàng)報(bào)表導(dǎo)出。
5.3.8 設(shè)備全生命周期管理
搭載設(shè)備管理模塊，可完整記錄設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄、運(yùn)行狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備全生命周期管控。輔助管理人員定期開展設(shè)備檢修、老化設(shè)備更換，減少設(shè)備故障帶來(lái)的額外能耗，保障電氣系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。
5.3.9 自動(dòng)化用戶報(bào)告生成
系統(tǒng)可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)指定建筑各品類能源的月度使用數(shù)據(jù)，生成能耗同環(huán)比分析報(bào)告，針對(duì)用電能耗單獨(dú)輸出復(fù)費(fèi)率分析結(jié)果，報(bào)告支持自定義編輯、導(dǎo)出，滿足日常能耗管理、上級(jí)部門報(bào)送等工作需求。
6 結(jié)語(yǔ)
隨著計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信等現(xiàn)代信息技術(shù)的快速迭代，建筑能耗管理逐步從傳統(tǒng)人工管控、經(jīng)驗(yàn)化節(jié)能，轉(zhuǎn)向智能化、精細(xì)化、數(shù)據(jù)化管理。建筑電氣節(jié)能作為建筑綠色發(fā)展的核心環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格遵循適用性、實(shí)際性、節(jié)能性原則，聚焦變壓器、電纜、電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備等核心能耗點(diǎn)位，通過科學(xué)的方案設(shè)計(jì)、合理的設(shè)備選型、配套的結(jié)構(gòu)加固改造，降低無(wú)效能源損耗。
同時(shí)，依托Acrel-5000web等智能化建筑能耗分析系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)建筑全品類能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)分析、智能管控，解決傳統(tǒng)能耗管理數(shù)據(jù)模糊、管控滯后、節(jié)能盲目性的問題。將現(xiàn)代化信息技術(shù)與建筑電氣節(jié)能深度融合，能夠有效挖掘建筑節(jié)能潛力，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化調(diào)度與高效利用，降低建筑整體能耗與運(yùn)維成本，為建筑行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型、踐行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供重要支撐，具備工程應(yīng)用價(jià)值與推廣價(jià)值。
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