建筑电气智能化系统能效优化策略研究

引言：

在全球能源紧张与“双碳”战略背景下，建筑领域的节能降耗已成为能源结构优化的重要环节。统计数据显示，建筑运行阶段的能源消耗占社会总能耗的比例超过 30% ，其中照明、空调、供配电和电梯系统是主要耗能单元。传统建筑电气系统在设计和运行中往往缺乏精细化管理，难以实时感知和动态调节能源使用状态，从而造成不必要的能源浪费。随着物联网、大数据、人工智能等信息技术的发展，建筑电气系统逐步实现智能化升级，通过多维传感器实时采集能耗数据、采用智能算法进行预测与优化控制，并借助能源管理平台实现跨系统协同调度，为建筑能效优化提供了全新思路。建筑电气智能化系统不仅在节能方面具有显著成效，还能够提升运行安全性、运维便利性和用户舒适度。然而，目前在实践中，建筑智能化系统的设计理念、系统集成度、运行策略与节能目标之间仍存在一定差距。因此，研究建筑电气智能化系统的能效优化策略，探索其在全生命周期内的综合应用模式，对推动建筑行业节能降碳、实现绿色可持续发展具有重要意义。

一、建筑电气智能化系统的发展现状与能效问题

1.1 建筑电气智能化系统的发展现状

近年来，建筑电气系统正从传统的单一控制模式向多系统集成、网络化管理和智能决策方向转型。现代建筑广泛采用楼宇自动化系统（BAS）、能源管理系统（EMS）、智能照明控制系统（ILCS）、智能电梯群控系统等，将照明、空调、供配电、电梯、安防等子系统通过统一的平台进行集中监控与调度，实现资源的高效分配与智能化管理。同时，5G、物联网、云计算等新兴技术的引入，使得建筑电气系统能够实时获取各类运行数据，并实现跨区域、跨系统的远程管理与动态优化。在节能方面，部分高端建筑已应用基于时间表、占用感应、日光感应等策略的智能照明控制，空调系统则通过冷热源优化、末端风机盘管智能调节、变频控制等手段降低能耗。此外，分布式光伏、储能系统与建筑电气系统的结合，正在推动建筑向能源自给、能量调节和低碳智慧化的方向持续发展。

1.2 存在的能效问题

尽管智能化系统在建筑中得到广泛应用，但在能效优化方面仍存在不足。一是系统集成度不够高，照明、空调、电梯、供配电等子系统之间信息孤立，缺乏统一的能效管理平台，导致能源调度缺乏全局性与实时协调能力。二是能耗监测粒度不足，部分建筑仅在总表层面进行能耗记录，无法精准定位能耗异常位置和原因，缺少分项、分区域的能耗分析手段。三是运行策略缺乏自适应性，设备运行参数往往依赖人工经验设定，无法根据实时负荷、气候变化和人员使用情况进行动态调整与优化。四是能源数据利用率低，采集到的运行数据未能充分用于节能优化算法的训练、预测及持续迭代。此外，一些建筑在系统设计阶段未充分考虑全生命周期的节能策略与维护便利性，导致后期改造成本高、实施难度大，限制了整体能效的进一步提升。

二、建筑电气智能化系统的能效优化技术路径

2.1 基于物联网的实时监测与精细化管理

物联网技术的引入，使得建筑电气系统能够在更细粒度上进行能耗监测与控制。通过布设温湿度、光照、 CO₂ 浓度、人员流动等多类型传感器，系统可以全面感知建筑内部环境与设备运行状态；配合智能电表与分项能耗监测装置，可以实现能耗的分层、分区、分项统计。实时数据通过无线网络传输至能源管理平台后，可利用可视化界面进行动态展示与趋势分析，快速定位高能耗区域并采取针对性优化措施。例如，当某办公区域在非工作时间内出现异常能耗时，系统可自动关闭照明与空调，减少能源浪费。

2.2 人工智能驱动的预测与自适应控制

人工智能在建筑能效优化中主要体现在预测控制与优化决策两方面。基于历史运行数据和气象预报信息，AI 模型可预测未来的负荷变化趋势，从而提前调整设备运行模式。例如，在空调系统中，利用机器学习算法预测室内温度变化和人员活动规律，可提前启动或关闭设备，实现“按需供能”。在照明控制中，AI 可根据日照强度预测与人员占用情况自动调节照度水平。此外，AI 算法还能实现多系统之间的能量耦合优化，如根据电价变化、负荷需求和储能容量，动态调整光伏发电、储能放电与电网购电比例，以降低整体能耗成本。

2.3 分布式能源与能源管理系统协同调度

分布式能源系统（如光伏、风能、储能等）与建筑电气系统的深度融合，是实现建筑低碳运行的重要路径。通过能源管理系统（EMS），可将分布式能源、储能系统与建筑负荷统一纳入调度模型中，实时平衡供需关系，最大化利用可再生能源。EMS 可以根据天气预测与负荷预测结果，合理安排光伏发电的利用比例、储能的充放电时机以及与电网的能量交换策略。例如，在光照充足且负荷较低时，系统可优先为储能设备充电；在用电高峰时段，则优先放电以减少电网购电量，从而实现削峰填谷、降低用能成本。

三、全生命周期的能效优化策略

建筑电气智能化系统的能效优化不仅体现在运行阶段，更应贯穿设计、建设、运行与改造的全生命周期。在设计阶段，应进行能耗模拟与优化分析，选择高效节能设备，并确保系统之间具备良好的数据交互与集成能力。在建设阶段，注重施工质量与设备调试，确保系统按照设计能效目标运行。在运行阶段，应结合实时监测数据，持续优化控制策略，并利用数据分析发现潜在节能空间。在改造阶段，通过系统升级、软件优化与设备替换，将最新的节能技术与智能化算法引入现有建筑。

四、结论

建筑电气智能化系统的能效优化是一项系统工程，需要先进技术、科学管理与全生命周期策略的协同作用。通过物联网实现精细化感知，利用人工智能实现预测与自适应控制，并结合能源管理系统进行分布式能源协同调度，可以显著提升建筑的能源利用效率和运行稳定性。在未来，随着数字孪生、区块链和多目标优化算法的进一步发展，建筑电气智能化系统将实现更加精准的能效管理与跨系统协同，推动能源结构优化、运行成本降低以及碳排放控制。同时，通过融合大数据分析与云端智能决策平台，将实现更高水平的资源共享与可持续发展，为绿色建筑和智慧城市建设提供坚实、长久且高效的技术支撑与发展动能。

参考文献

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