双碳目标下建筑电气系统低碳化改造路径与成本效益分析

摘要：本论文围绕双碳目标下建筑电气系统的低碳化改造展开研究，系统梳理建筑电气系统高碳排放的现状与问题，深入探讨设备升级、能源管理优化、可再生能源利用等低碳化改造路径，并对改造过程中的成本构成、经济效益和环境效益进行分析。研究旨在为建筑行业实现低碳转型提供理论依据和实践指导，推动建筑电气系统在满足功能需求的同时，降低碳排放，实现经济与环境效益的双赢。

关键词：双碳目标；建筑电气系统；低碳化改造；成本效益；能源管理

一、引言​

“双碳”目标，即力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，是我国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求而作出的重大战略决策。建筑行业作为能源消耗和碳排放的重要领域，其能耗占全社会总能耗的比重较高，而建筑电气系统作为建筑能源消耗的关键组成部分，涵盖照明、供配电、空调、电梯等多个子系统，其运行能耗在建筑总能耗中占比达40% - 60%。传统建筑电气系统存在设备能效低、能源管理粗放、可再生能源利用率低等问题，导致大量能源浪费和碳排放增加。因此，推进建筑电气系统的低碳化改造，是建筑行业响应双碳目标、实现绿色可持续发展的必然选择。近年来，随着相关政策的出台和技术的发展，建筑电气系统低碳化改造受到广泛关注，但在改造路径的系统性规划以及成本效益的科学评估方面仍需进一步研究。本文通过对建筑电气系统低碳化改造路径的探讨和成本效益分析，以期为行业实践提供参考。

二、建筑电气系统碳排放现状与问题

（一）设备能效较低​

部分建筑仍在使用能效等级较低的电气设备，如传统的白炽灯、低能效变压器、老旧空调机组等。这些设备在运行过程中能量损耗大，电能转换效率低。例如，白炽灯的发光效率仅为10% - 15%，大部分电能转化为热能被浪费；低能效变压器的空载损耗和负载损耗明显高于高效节能型变压器，导致电力传输过程中的能源浪费严重 。​

（二）能源管理粗放

许多建筑缺乏完善的能源管理系统，无法实时监测和分析电气系统的能耗数据。对设备的运行状态、用电负荷变化等信息掌握不足，难以实现精准的能源调控。同时，不合理的设备运行策略也普遍存在，如照明系统在白天光照充足时仍持续开启，空调系统在非必要时段过度运行等，造成大量能源浪费。

（三）可再生能源利用率低

尽管太阳能、风能等可再生能源在建筑领域的应用技术逐渐成熟，但目前建筑电气系统对可再生能源的利用程度较低。多数建筑未配备太阳能光伏发电系统或风力发电装置，即使部分建筑安装了可再生能源发电设备，也存在发电与用电匹配度低、储能技术不完善等问题，导致可再生能源无法有效融入建筑电气系统，难以发挥其低碳优势。​

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三、双碳目标下建筑电气系统低碳化改造路径

（一）设备升级改造

高效节能设备替换：将传统低效照明设备更换为LED灯具，LED灯具具有发光效率高、寿命长、能耗低的特点，相比白炽灯可节能 70% - 80%，且光色质量更好。同时，选用高效节能型变压器、变频器、空调机组等设备，降低设备运行过程中的能量损耗。例如，非晶合金变压器的空载损耗比硅钢变压器降低 70% - 80%，能够显著减少电力传输损耗。

智能化设备应用：引入智能电表、智能插座、智能开关等智能化设备，实现对电气设备用电数据的实时采集和精准控制。通过智能控制系统，可根据环境光线强度自动调节照明亮度，根据室内温度、人员活动情况智能控制空调启停和运行模式，提高设备运行的智能化水平和能源利用效率。

（二）能源管理系统优化

建立能源监测与管理平台：构建基于物联网、大数据技术的建筑能源监测与管理平台，实时采集电气系统各设备的能耗数据、运行参数等信息，并进行数据分析和处理。通过平台可直观展示建筑能耗分布、能耗趋势等，帮助管理人员及时发现能源浪费点和设备故障隐患，为能源管理决策提供依据。

优化设备运行策略：根据能源监测数据和建筑实际使用需求，制定科学合理的设备运行策略。例如，对照明系统实施分时分区控制，在人员活动频繁区域采用感应控制，在白天光照充足时段减少人工照明使用；对空调系统采用智能温控策略，合理设置室内温度，避免过度制冷或制热。

（三）可再生能源利用

太阳能光伏发电系统应用：在建筑屋顶、外立面等合适位置安装太阳能光伏板，将太阳能转化为电能供建筑使用。通过并网或离网发电模式，实现光伏发电与建筑用电的有效结合。同时，配套建设储能装置，解决光伏发电的间歇性和不稳定性问题，提高太阳能的利用效率。

其他可再生能源协同利用：结合建筑所在地的资源条件，探索风能、地热能、生物质能等可再生能源在建筑电气系统中的应用。如在风力资源丰富地区，安装小型风力发电装置；在具备条件的建筑中，利用地源热泵系统实现供暖和制冷，减少对传统化石能源的依赖。

四、建筑电气系统低碳化改造成本效益分析

（一）改造成本构成

设备购置与安装成本：包括高效节能设备、智能化设备、可再生能源发电设备等的购置费用，以及设备安装、调试过程中产生的人工、材料、运输等费用。这部分成本在总改造成本中占比较大，尤其是可再生能源发电设备和大型节能设备的采购成本较高。

能源管理系统建设成本：涵盖能源监测与管理平台的软件研发或购买费用、硬件设备（传感器、通信模块、服务器等）购置费用，以及系统安装、调试和人员培训费用。

施工与运维成本：施工过程中可能涉及的建筑结构改造、线路敷设等费用，以及改造后设备和系统的日常维护、检修、设备更新等运维成本。

（二）经济效益分析

能源节约收益：通过设备升级和能源管理优化，降低建筑电气系统的能耗，减少电费支出。以 LED 照明改造为例，一座大型商业建筑完成LED灯具替换后，每年可节约电费数十万元。长期来看，能源节约收益将逐渐覆盖改造成本，并产生持续的经济效益。​

政策补贴与奖励：为推动建筑行业低碳发展，政府出台了一系列针对建筑节能改造、可再生能源利用的补贴和奖励政策。企业或业主可通过申请相关政策支持，获得一定的资金补贴，降低改造成本，提高经济效益。

提升建筑价值：低碳化改造后的建筑，由于能源消耗降低、环境友好性提升，其市场价值和租赁吸引力将得到增强。在房地产市场中，绿色低碳建筑往往能获得更高的售价和租金，为业主带来额外的经济收益。

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五、结论​

在双碳目标的大背景下，建筑电气系统的低碳化改造是建筑行业实现绿色转型的关键环节。通过设备升级、能源管理系统优化、可再生能源利用以及系统协同优化等改造路径，能够有效降低建筑电气系统的能耗和碳排放。尽管低碳化改造初期需要投入一定的成本，但从长期来看，其带来的能源节约收益、政策补贴、建筑价值提升等经济效益，以及碳排放减少、能源消耗降低、生态环境改善等环境效益显著。

参考文献

[1]黄婉婷， 刘佳琪， 郑孟媛. “双碳”目标下电力行业低碳转型发展路径研究——基于淮北市电力企业发展实践[J]. 现代工业经济和信息化， 2022， 7.

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[3]张建刚， 马原野. “双碳”目标下碳减排效应的提升路径——基于fsQCA方法的组态效应研究[J]. 金融经济， 2023， 12.