绿色建筑背景下电气系统能效优化与可再生能源集成策略

引言

近年来，随着我国对碳达峰、碳中和目标的重视，建筑领域节能减排任务日益紧迫。作为建筑能耗的重要组成部分，电气系统涵盖供配电、照明、空调、电梯、插座等多个子系统，是影响建筑能效水平的关键因素。然而，传统建筑电气系统在设计与运行过程中普遍存在负荷冗余、能效低下、运行管理粗放等问题。与此同时，分布式能源技术迅猛发展，光伏、风能、地源热泵等清洁能源在建筑中的应用日趋广泛。如何在绿色建筑中构建高效、智能、低碳的电气系统，实现可再生能源的有机融合，是推动绿色建筑迈向深度节能和智慧运行的关键路径。因此，有必要从系统设计、设备配置、智能控制与能源集成等多维角度，探索电气系统能效优化与可再生能源协同应用的综合策略。

一、电气系统能效优化的关键路径

1.1 负荷分区与动态用电管理

绿色建筑强调精细化管理理念，而负荷分区与动态用电控制正是提升电气系统能效的基础。建筑应根据功能空间的使用频率、照度需求、温湿度控制要求等因素，进行科学的电气负荷划分，并结合智能感应系统进行动态调节。如在写字楼中，办公区、休息区、走廊与电梯厅应配置独立的照明与空调控制回路，配合红外感应器与光照传感器进行场景化控制。在教室、医院、商业综合体等建筑中，更应结合作息规律，设置时间控制策略，实现“定时+感应”双重控制机制。此外，借助用电行为分析系统，可实现对用电高峰、用电异常的自动识别与负荷优化，进一步降低无效能耗。例如某医院通过负荷管理系统将夜间照明自动降低至基础照明水平，整体照明能耗下降近20%[1]。

1.2 高效设备选择与系统节能设计

设备的能效等级对整体系统的能耗水平具有决定性影响。绿色建筑在电气设备选型时应严格遵循能效标识制度，优先选用一级能效及高性能电 调系统 应选 COP 值高的VRV 多联机系统；照明系统应采用高光效LED 灯具，并结合 推荐使用永磁同步无齿轮曳引机，提升运行效率。供配电系统中，宜选 制配电线路压降和功率损耗。此外，采用模块化配电柜与母线槽系统， 扩展，也可 能量浪费。建筑整体应遵循“源-网-荷”协同设计理念，确保电源侧、输配电系统、负荷端之间实现高效联动，避免系统运行瓶颈与能耗冗余[2]。

二、可再生能源在电气系统中的集成

2.1 光伏发电系统的应用与优化

在绿色建筑中，光伏发电以其清洁性、分布式、就地消纳的优势成为电气系统绿色转型的核心技术。根据建筑结构特点，光伏组件可布设于屋顶、外墙立面、遮阳百叶及停车棚等区域，并接入并网型或离网型逆变系统，实现“自发自用，余电上网”。其中，混合型光伏系统结合储能设备的配置，能够在夜间或用电高峰期进行能量调配，实现负荷削峰与电网调压双重目标。例如上海某五星级绿色建筑在屋顶布设100kWp 光伏组件，结合50kWh 储能系统，通过EMS 平台调控，实现白天光伏供能、夜间储能放电，整体用电自给率达25%以上。为提升光伏系统效率，建筑设计应充分考虑朝向、倾角、阴影遮挡等因素，配置MPPT 追踪技术与智能清扫系统，提高单位面积发电效率[3]。

2.2 风能与地源热泵的协同利用

除光伏外，小型风力发电机与地源热泵系统也是绿色建筑的重要能源补充手段。垂直轴或水平轴小型风机可安装于建筑屋顶、塔楼、广场等通风良好的区域，为电梯、景观照明、公共插座等供能，构建局部“风电微网”。尤其在沿海、空旷地带，风电利用价值更高。地源热泵系统则通过地下恒温原理实现空调与生活热水的低能耗供给，系统能效比通常可达4.0 以上。在大型公共建筑中，地源热泵可与中央空调、新风系统集成，通过智能调控系统按负荷需求调整运行模式。以某市图书馆为例，其地下配置32 口地埋井，总交换量600kW，系统全年稳定运行，使建筑空调系统能耗下降约 30% ，夏季制冷节能效果尤为显著。

三、智能控制与能源管理平台的集成应

3.1 能耗监测系统的部署与分析

构建完善的能耗监测平台是绿色建筑电气系统智能化的重要组成部分。该系统应覆盖建筑主要电力回路，如照明、空调、动力、插座等，通过安装多功能电能表、水电气热流量计等传感设备，实时采集能耗数据并上传至中央管理平台。平台可根据预设算法进行趋势 能耗比 警及能耗排名，辅助管理人员进行能效诊断与运行优化。某高校图书馆实施能耗分项计 系统 过分析发现B 区空调负荷长期高于平均水平，经调整风机盘管控制策略后，月用电量下降11%。此外，系统应支持能耗可视化展示与多终端远程管理，为日常运维提供直观支持。

3.2 智能控制系统与BIM 平台融合应用

BIM 技术在绿色建筑电气系统优化中发挥着日益重要的作用。通过在BIM 模型中嵌入电气设备位置信息、参数数据、运行逻辑等内容，可实现从设计、施工到运维的全生命周期管理。智能控制系统如楼宇自动化系统（BAS）、能源管理系统（EMS）、建筑管理系统（BMS）与BIM 平台集成后，能够根据建筑实际运行状态进行实时控制与调度。例如空调系统可结合实时人员分布与室内环境参数自动调整风量、温度；照明系统可根据日照变化与室内活动强度进行智能调光。某大型商业综合体通过BIM+BMS 融合控制，系统在建筑高峰时段智能调节电梯运行频次、照明亮度与空调送风量，减少不必要能耗，每年节约电费逾40 万元[4]。未来，BIM 平台还将融合 AI 算法，实现更高级的运行状态预测与智能维保功能。

总结：绿色建筑中电气系统的能效优化与可再生能源集成，正从“节能设备替换”迈向“全系统智能协同”。在负荷分区、高效设备配置、系统级控制优化的基础上，结合光伏、风能、地源热泵等多源能源集成路径，可有效构建绿色、智能、低碳的建筑运行体系。与此同时，能耗监测平台与BIM 平台的融合管理，为建筑提供了强有力的能效支撑与运行保障。未来，绿色建筑电气系统的优化应进一步强化系统协同、数据驱动与智能响应机制，推动从“能耗监控”向“能效决策”升级。在“双碳”背景下，绿色建筑电气系统将不再只是能量传输的通道，而是能源结构转型与建筑智慧运行的中枢力量。

参考文献

[1]孙晗. 绿色建筑机电安装中暖通空调与电气系统的能效协同优化[C]// 重庆市大数据和人工智能产业协会,重庆建筑编辑部,重庆市建筑协会. 智慧建筑与智能经济建设学术研讨会论文集 (≡) . 天津市东鼎建设工程有限公司;, 2025: 787-790. DOI:10.26914/c.cnkihy.2025.032120.

[2]俞周迪. 绿色建筑背景下建筑电气系统节能技术探讨 [J]. 新城建科技, 2025, 34 (03): 95-97.

[3]梅登峰,胡明雨. 智慧城市建设背景下建筑电气系统的智能化发展趋势 [J]. 中国战略新兴产业, 2024, (29):21-23.

[4]刘德斌. 绿色建筑技术在公共建筑改造中的应用研究 [J]. 智慧中国, 2022, (12): 80-81.