智能楼宇建筑电气节能现状及节能设计研究

摘要：本文以智能楼宇电气节能技术为研究核心，系统归纳现阶段该技术的应用与发展现状，深入剖析智能楼宇电气节能设计过程中面临的技术适配、系统协同、能效优化等核心瓶颈问题。结合当下建筑行业智能化、数字化的发展趋势与技术应用特点，探索兼具前瞻性与工程可操作性的电气节能设计方法与实施路径，旨在为智能楼宇建筑电气节能设计实践提供切实的思路借鉴与技术参考，进一步推动建筑电气系统向高效节能、智能管控、低碳环保的方向高质量发展。

关键词：智能楼宇；智能建筑；电气节能；节能设计

前言

我国正面临能源消耗、排放总量巨大与双碳目标实现时间紧迫、任务艰巨之间的矛盾，建筑能耗和排放占全国总量的40%以上。尽管智能楼宇电气节能得到了政策上的推动和技术上的引进，但总体水平仍然不高，表现为系统整体集成度不足，不能基于实际运行情况进行优化与反馈控制；同时，许多楼宇设计阶段的预期节能效果与实际运行能耗存在巨大差距。因此，本文以金华金义项目商业MALL智能化工程为依托，深入探讨智能楼宇电气节能的现状、瓶颈及创新设计方法，对于推动建筑业由粗放式发展向集约式发展转变，提高社会生产力具有重要的现实意义^[1]。

1 项目概况

金华金义项目商业MALL智能化工程，总建筑面积122764.09平方米，为四层商业MALL。该项目需设计一套以直接数字控制技术为核心的楼宇自控系统，对冷热源、空调、给排水、各类照明等进行监视及节能控制，旨在满足物业管理向更节能、更智能方向发展的需求。该项目的楼宇自控系统管理中心设在一层商业消控中心，整个系统由两层网络（TCP/IP网络和485总线）、三级设备（含控制软件的服务器、网络控制引擎、DDC控制器）组成，如图1所示。楼宇自控系统预设通讯接口，通过接口通讯方式采集电梯、变配电系统设备参数等信息。

图1 楼宇自控系统

2 智能楼宇建筑电气节能现状

当前，智能楼宇建筑电气节能正处于从粗放型能耗向集约化管控转变的早期阶段。绝大部分项目采用了基于物联网架构的基本节能措施，如智能照明、空调系统变频控制、电梯群控和能耗监测平台等，初步实现了部分集约化管控。尤其在东部地区的商业和公共建筑中，基于传感器网络和自动化控制的动态节能管理已得到初步应用。然而，现阶段仍存在三大主要问题：一是系统整体上较为独立，各子系统之间形成“孤岛”，缺乏协同优化控制；二是多数能耗监测平台的数据应用程度不深，大多停留在数据采集和简单的统计分析层面，尚缺乏人工智能算法支持的负荷预测和优化调度；三是“重设计、轻运行”现象普遍，部分项目在设计和认证阶段采用先进理念，但到运维阶段因缺乏专业运维能力或持续调优机制，导致实际能效远未达标^[2]。

3 智能楼宇建筑电气节能问题分析

3.1 照明系统控制方式落后

照明系统作为楼宇的主要能耗单元之一，其能耗问题主要源于控制手段的滞后和管理方式的粗放。许多楼宇即便采用了LED等高效光源，其控制方式仍停留在简单的分区定时开关或本地手动控制，未能充分利用先进的传感和网络技术实现“按需照明”。具体表现为：缺乏与自然光联动的自适应调光，导致临窗区域在自然光充足时人工照明依旧开启；公共场所照明未结合人员存在传感器，存在大量无效照明时间；办公区域缺乏针对不同用户的照明场景设置和能耗反馈，未能有效强化人员的节能意识。由于照明系统未能与楼宇自控系统进行深度集成和协同优化管理，其潜在的30%~50%的节能空间未被有效挖掘^[3-4]。

3.2 空调与通风系统能效优化控制薄弱

空调与通风系统是智能楼宇中能耗最大的部分，通常占建筑能耗的40%-60%，也是楼宇中节能潜力最大的部分。主要原因是系统集成控制和能效管理策略薄弱。第一，制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备都是独立运行、各自控制，没有基于整个系统的能效最优群控策略。例如，没有根据室外气象条件和室内实际冷负荷变化动态优化主机运行台数和冷冻水供水温度，导致冷冻主机频繁启停或长期偏离高效运行区。第二，新风控制不够智能。很多楼宇采用固定新风量供给方式，不能根据室内CO₂浓度、温湿度及实际人数变化及时调整新风量，导致室内过度通风，在冬、夏季还要加热或冷却新风，增加大量能耗。第三，末端风机盘管或空调箱温度设定值控制不足，管理松散，常因用户随意调整而造成热冷抵消。其根本原因是楼宇自控系统只能实现简单的单机启动停止和参数监视，没有应用诸如预测控制、模糊逻辑等算法实现整个系统、所有工况的前瞻能效寻优。

3.3 供配电系统运行效率低下

供配电系统的问题主要体现在两个方面：一方面，规划设计阶段未对建筑用电特性进行充分分析，导致变压器容量选择不当，长期处于低负载率运行状态，使得空载和负载损耗在总电能消耗中占比较高，造成源头上的浪费。另一方面，配电回路设计过长，线路截面选择不够经济，导致线路电阻过大，增加了传输过程中的热能损耗，线损比例过高。此外，传统供配电系统多按最不利情况设计，缺乏智能化的负荷监控手段，无法根据动态变化的实际负荷实时调整运行状态，导致系统在整个运行周期内的平均能效难以提升，直接增加了电费支出并延长了投资回报周期。

4 智能楼宇建筑电气节能设计优化

4.1 基于物联网的按需照明控制

对楼宇照明进行基于物联网和智能传感器的改造升级，是实现精细化节能的重要方式。系统设计摒弃了简单机械的回路控制，构建由照度传感器、人员存在传感器、智能调光驱动器和网络化的末端控制终端组成的楼宇分布式智能照明控制系统。具体措施包括:针对办公区等采用照度传感器，根据照度需求自动无级调节窗户附近办公照明灯光的亮度，实现恒照度控制，充分利用自然光；针对走廊、楼梯间、停车场、卫生间等，采用高敏感度人体感应和延时控制相结合的控制方式，实现人来灯亮、人走灯渐灭，杜绝无效照明；利用智能面板或手机、平板APP等终端，针对不同功能用房设置多种场景模式，实现一键式场景模式召唤与管理。该系统还与楼宇自控系统实现深度集成，系统管理人员可在中央主机上监控各区域照明状态及能耗，并进行远控策略调整和能效分析，以挖掘照明系统的极致能效^[5]。

4.2 空调与通风系统控制策略优化

针对耗能最多的空调与通风系统，节能的关键是从设备级管理提升到系统级控制。合理选择设备与系统，以及采用水力平衡设计等措施可获得一定的节能效果，但潜力有限；采用更高能效的冷水机组、变频水泵风机，以及合理的直膨式空调机等设备虽可以降低能耗，但效果不显著，因此关键在于采用先进的群控控制策略，并与建筑能源管理系统紧密结合，应用基于模型预测控制的系统级控制策略。该控制策略依据室内外温湿度、相对湿度、CO₂浓度，天气预报，电价信息，以及建筑冷热负荷预测等多源信息，建立系统能效模型，以满足系统能效最高或整个系统的运行成本最低为目标，确定关键设备的运行组合与参数，例如过渡季节自动切换空调系统为全新风运行；根据预测的次日负荷曲线，优化蓄冷系统的充放策略；根据预测的室外气象参数，动态调节冷冻水供水温度、冷却水系统的水量，以及新风量。对于末端，采用联网型智能温控器，合理设置温度设定范围与允许的运行时段，以实现节能目的^[6]。

4.3供配电系统运行效率提升

为实现供配电系统的精细化与智能化，项目具体设计如下：首先，利用ETAP等电气系统仿真软件，基于预测的日、季负荷特性，优化变压器选型，最终配置4台SCB14-1250kVA干式节能变压器，并将变电所设置于建筑地下一层靠近西北侧主力店区域的负荷中心，预计可将低压配电平均半径控制在80米以内，有效降低线路传输损耗，预期线损率从常规设计的5%降至3.5%以下。在运行阶段，部署智能电力监控系统，对总计约156条主要出线回路进行用电量、功率因数与谐波含量的实时监测。通过系统分析，在变电所低压侧设置了2套有源滤波装置（APF）及自动无功补偿装置，实现分相精细化补偿，确保系统功率因数长期稳定在0.95以上。此外，集成负荷预测算法，结合金华地区分时电价政策，制定变压器经济运行策略，计划在夜间及淡季客流低谷期，自动将运行变压器数量由3台减至2台，并优化电容器组投切，使变压器平均负载率维持在40%-65%的高效区间^[4]。

表1 距离与损耗的对应关系

4.4 智慧能源管理平台建立

突破传统能源管理的局限，关键在于构建一个集全面感知、深度分析、智能决策、闭环控制于一体的智慧能源管理平台。该平台作为楼宇的能源大脑，可通过以下优化措施实现节能增效：首先，完善覆盖主要耗能设备、配电回路及功能区域的精细化计量网络，确保数据采集的全面性、实时性与准确性。其次，平台内置强大的数据分析引擎，集成机器学习算法，不仅能实现能耗数据的可视化与对标管理，更能进行负荷预测、能效基准分析、设备故障诊断与健康度评估，并自动识别异常能耗和节能潜力点。例如，可以通过算法发现某一区域空调能耗在非工作时间异常偏高，并自动关联分析可能的原因。最后，是形成监测-诊断-优化-验证-再优化的持续改进闭环。平台不仅能提供分析报告，更能通过开放接口将优化策略直接下发至楼宇自控系统执行，并持续追踪策略效果。通过定期生成能效改进报告，将节能绩效纳入运营管理考核，从而建立起长效、动态、数据驱动的主动型能源管理机制，确保节能效益的可持续性^[7]。

5 结束语

综上，本文依托金华金义项目商业MALL智能化工程，通过对照明系统、空调与通风系统、供配电系统的优化配置，大大提升了建筑电气系统的智能管控水平和节能增效。智能楼宇建筑电气节能不仅是一项技术课题，更是涉及政策、经济、社会多层面的系统工程。通过对现状分析和设计思路探讨可以看出，未来的电气节能将更多依赖于物联网、人工智能、大数据的支持，呈现出向系统节能、主动节能转变的趋势。但技术的进步需要相应的管理制度、用户习惯、市场环境的配合，设计时的创新也需要与日后运维紧密结合，通过局部性能的提升来优化建筑全生命周期的能耗。此外，电气节能的落地还需要相关规范的完善、专业人才的培养以及多学科间的通力合作。

参考文献：

[1]卫平. 智能楼宇建筑电气节能现状及节能设计简析[J].居舍,2022,(21):109-111.

[2]林礼锦.浅谈智能化建筑电气节能工程设计的相关问题[J].智能建筑与智慧城市,2022,(10):102-104.

[3]薛英杰.基于智能建筑理念的建筑电气智能化设计研究[J].绿色环保建材,2021,(04):71-72.

[4]陈真清.新时期高层楼宇建筑电气节能技术研究[J].电工技术,2024,(S1):351-353.

[5]刘江. 智能化建筑电气节能工程设计的相关问题探讨[J].门窗,2015,(06):159.

[6]薛英杰.高层楼宇建筑电气节能技术要点及安全与能效研究[J].中国住宅设施,2021,(01):70-71.

[7]赵雪.高层楼宇建筑电气节能技术分析[J].城市建设,2025,(06):85-87.