自然能源在建筑供配电中的运用符超

符超

摘要：自从我国进入到改革开放的进程中来以后，整个国家的综合国力都得到了大幅度的提升，尤其是在经济建设水平和科学技术水平共同发展的前提下，我国的能源消耗也变得越来越严重。而建筑作为我国人民日常工作和生活的主要载体，其供配电系统的完善已经成为了建筑行业发展中必须要重视的关键点，在这一过程中为了避免能源的损耗，要求多采用自然能源来进行供电系统的能源供给，从而减少对资源的损耗和浪费，促进我国电力事业和建筑事业的发展和进步。

关键词：自然能源；太阳能；风能；气候热能；供配电系统；建筑发展

1.前言

随着人们日常工作和生活水平的不断提升，电力事业的发展能够有效促进我国人们生活水平的进步和推动。在这一过程中，人们对于家用电器的使用频率提高，而且在科学技术手段的不断发展中，越来越多的家用电器开始出现，对改变人们的生活方式具有重要的完善意义。此时需要引起人们注意的就是，这些家用电器虽然在一定程度上为人们的生活提供了便利性，但是对建筑行业供配电系统的完善带来一些困扰。而且，很多建筑电气的供配电系统在实际过程中存在问题，就需要结合自然能源的利用来改善这一困境。

2.对自然能源和供配电系统的概念解析

2.1自然能源

自然能源从字面上意思来了解，指的就是在自然界中存在的能源，属于一种自然资源，但是又不同于自然资源[1]。自然能源几乎全都都是再生能源，主要有太阳能、风能、气候热能、潮汐能、生物质能等。但是这一资源在传统的利用上并没有得到普及和重视，在传统的建筑行业中往往是借助石油、煤炭等不可再生资源进行热能和电能的转换利用，虽然有效提高了生产和工作的效率，但是对于环境的污染和资源的损耗是很严重的。为了保持我国的社会发展和建筑行业的有效进步，就必须保持一个可持续性的生态发展策略，从而加强对于自然能源的利用的重视。在全球化程度不断普及的今天，越来越多的国家开始重视对这些自然能源的利用，最早开始使用自然能源的国家就是美国，早在1988年就开始走能源集约化的发展道路[2]。而且根据相关的数据标准研究表明，美国利用自然能源可提供年需能源量中1个月的需要量，这对节省社会发展过程中的人力、物力、财力等资源的损耗具有关键性的意义。

最常见的自然能源就是太阳能（英文全称，SolarEnergy），指的就是太阳的热辐射能，能够将其进行光热转换和光电转换，从而为工业化社会的进步和人们日常工作、生活水平的改善作出巨大的贡献，而且太阳能本省就具有可再生性强、普及性强、总体产生能量大的特点，是一种名副其实的，取之不竭，用之不尽的资源[3]。风能（英文全称，WindEnergy）是空气流动过程中产生的一种动能，总体的资源储存量是很多的，对其利用已经成为了在风力盛行地区最为常见对于中可再生性能源[4]。而且这种可再生的清洁能源，总体的储存量大，而且分布范围较广，在我国的西部和北部地区多被采用作为风力发电的主要能源供给，方法则是通过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机，为人民的生活和区域的发展做出了巨大的贡献和推动作用。其次就是气候能源，是一种借助气候开发出的资源，最重要的特点之一是分布广泛但能量密度低，所谓能量密度低指的就是在单位时间里单位面积上可获得的能量少，这对技术的要求就很高，使得整个工艺过程变得较为复杂，需要更多研究人员和技术人员的共同努力才能够实现现代社会的工业化进程和建筑行业供配电系统的完善。最后一种重要的自然能源就是热能（英文全称，ThermalEnergy）美是一种最常见的生命能源，在我国的中西部地区已经得到了明显的利用，而且取得了显著的进展[5]。尤其是在地热发电、采暖、温室、养殖、康复医疗、提取化工原料、旅游以及瓶装矿泉水等方面已获得广泛利用。而且随着城市建设、建筑业和旅游业的发展，整个地热能源的应用市场在不断的拓展，结合着旅游、休闲、娱乐、度假等功能的利用规模在迅速扩大，有助于我国建筑工程的有效发展。

2.2供配电系统

供配电系统是整个电力系统在工作过程中的一个重要组成部分，主要包括区域变电站和用户变电站这两个主要的方面，对于电力系统中电能的产生、输送、配比和使用进行着有效的调整和控制[6]。但是相对于其他电力事业包含的系统来说，供配电系统能够是直接民享用电设备和使用者的，对其安全性的注重显得尤为重要，示意图如下：

图1电力系统示意图

3.建筑供配电系统在工作运行过程中存在的问题

建筑行业作为我国人民日常工作和生活赖以生存的基本载体，在经过了长期的发展和改革之后，已经对建筑供配电的实际运行结构进行了一定程度上的优化和改造，虽然也促进了建筑配电供输水平的提升，强调了对区域电力使用的调度的影响，但是对大量资源的消耗和浪费情况是很严重的，尤其是石油、煤炭等不可再生的资源。因此，必须要结合现阶段建筑行业中对于供配电系统设计中的问题，从能源节约、技术创新、网络改造等多个方面，提出合理的优化措施，从而保证整个建筑体系对于自然能源的有效利用，并且控制建筑供配电调度的运行水平。以下将对建筑供配电系统中存在的问题进行分析和研究。

3.1能源消耗程度过大

对于建筑的供配电系统来说，这是建筑用电调度的一个主控平台，其工作原理是基于电网的运行模式来实现对资源的优化配置，从而加快了各国区域对于用电作业流程的一体化建设。在这一过程中，往往会消耗很多的能源，但是由于技术条件的不允许和开采资源的困境，对这种不可再生资源的损害其实很严重，而且在实际的工作过程中，由于主观因素的影响，也并没有很完善的体现出电力调度的重要性[7]。因此，能源消耗程度大就成为了建筑供配电系统在实际工作过程中普遍存在的一个问题，不仅仅会影响能源的使用率，而且还会对建筑综合性能的发展带来较为严重的影响。尤其是在以家庭为单位的电能使用单位中，由于内部线路设计的不合理造成了对资源的更加浪费，这是不符合现在经济型建筑使用标准的，并没有走向一个可持续性的生态发展道路，对于居住建筑来说，严重影响了其舒适性和使用性。

3.2实际工作故障较多

在建筑供配电系统的实际运行过程中，根据目前建筑行业的相关标准要求，需要结合着实际的运行状况和科学技术的发展水平，对建筑供配电系统进行优化和改革，将传统工作模式中的问题进行解决和研究，从而创造出一种优质的工作环境和氛围，实现了资源的优化配置，还减少了很多不利因素带来的影响。但是在这样的工作过程中，往往会由于使用时间的过程太久，新的技术手段并不能够完全覆盖到整个工作流程，对于智能化的供配电调控运行模式来说是具有很大的影响，产生相当一部分的工作故障，增加了实际工作中的失误，也会对建筑物的综合利用价值造成缺失或者一定程度上的影响[8]。

3.3基本功能较少

建筑供配电系统的基本功能就是对建筑在日常生活中的供电和配电进行调控和优化，但是基本功能在实际运行工作过程中的缺失就会严重阻碍建筑物各项标准功能的实现，对于供配电系统的优化和设计来说是具有重大负面影响的。一旦缺少了对完整供配电系统的工作模式的改善，是有效阻碍了其工作效率的，对建筑的使用性能也造成了严重的危害。另外，供配电系统在实际运行过程中存在的不足，是会严重影响到整个系统的定期改造方式的，也会对资源的利用造成较大的损耗，而且配电技术、操控系统、能源应用存在很多的缺陷都会导致整个建筑结构总体功能的实际发挥，进一步会影响到人们日常的工作和生活状态。

4.建筑供配电系统中的设计原则

4.1符合建筑的具体使用要求

建筑物本身的定义就是为人们日常工作、生活、休闲等活动提供遮蔽的场所，对于使用者来说，这是一种功能性的建筑，而且根据使用者需求的不同，可以被划分为多种不同类型的功能型建筑。因此，在对建筑供配电系统进行设计的过程中，要充分考虑到建筑的实际要求和周边环境对其带来的影响。首先就是针对于建筑的照明功能来说，为了保证电源的稳定性和电能传输的及时性，就需要优化建筑供配电系统的设计原则，对线路的使用进行优化处理。其次是对于能源的利用，一旦使用的电能过大，依靠传统资源不能够得到解决的时候，就需要充分考虑当地的气候、温度等外界条件，争取将自然能源应用到建筑的使用过程中，来提升建筑使用的舒适新和便利性。其次，各式各样电器设备的使用也是一种重要的能源消耗方式，为了保障电器能够在使用的过程中发挥出相应的作用，要充分优化其使用功率。保证建筑的外观和整体的协调性，使其不会对建筑的外立面和城市氛围的营造带了较大的消极伤害和影响[9]。

4.2注重经济效益的发挥和利用

在对建筑供配电系统进行优化和设计的时候必须要严格重视到对于节能理念的实际应用，不仅仅局限在前期远景的掌握上，而且要注重的建筑物在使用过程和后期维护过程中的节能目标的实现。首先就是在建筑的实际建造过程中，不仅仅要注意对建筑质量的保证，而且要从建筑节能和节约资源的角度出发，建立起一种利用自然能源来代替不可再生能源的制度，并且要注重选择污染小、质量高的供配电线路材料和工程构件，在施工的过程中坚持实事求是，把设计好的方案落实到地面上。这样的做法不仅仅能够节省社会资源和不可再生能源的利用，而且大量环保材料的应用能够有效提升对于环境的优化作用，从而保障企业的经济效益，维持社会秩序的稳定性和发展性。

4.3强调节能减排的建设理念

对于社会城市化的进步和国家战略发展的目标实施，无论是在建筑行业，还是其他的日常工作、生活行业，都需要注重对于资源的节约利用。减少对不可再生资源的浪费，强调使用可持续性自然能源的利用，将有效改善对于资源浪费的现状。

5.自然能源在建筑供配电系统中的应用

5.1太阳能资源的利用

在建筑供配电系统的实施过程中，如何或缺电能就成为了一个值得研究的问题，而太阳能经过转化之后能够作用于建筑的具体使用过程，是一种有效的利用方式。首先的应用就是太阳能空调系统，主要是借助太阳能吸收式空调来实现对空气流通的转换和对外界温度的调节，这一过程中会涉及到太阳集热器、吸收式制冷机和辅助热源。对于夏天来说，空调的长时间使用会产生大量的热能，对于环境温度的改善具有重要的影响，这时候使用太阳集热器负责向吸收式制冷机提供所需要的热媒水，将吸收制冷转化后的冷水提供至建筑室内供给给空调使用，能有有效减少供配电系统再次输送能量给建筑，优化了建筑供配电系统的能源供给。

图2太阳能空气集热采暖新系统示意图

其次还有借助太阳能实现光电转换，主要是利用光伏效应的太阳能电池，将太阳能转换成为电池进行电能的存储，在需要的时候进行释放，能够有效节省电能的损耗，也是对能源的一种集约化处理行为[10]。

图3太阳能光伏发电独立用户示意图

此外在对太阳能进行利用的过程中，太阳能灯也是常见的利用形式之一，太阳能走廊灯由太阳能电池板供电。太阳能安装在天台或屋面，用专用导线传送到每层走道和楼梯口。系统采用声、光感应，延时控制。白天系统充电、夜间自动转换开启装置，当探测到有人走动信息后，自动启动亮灯装置，并延时3～5分钟后自行关闭。当楼内发生突发事故如火灾、地震等切断电源或区域停电时，仍可连续供电3～5小时，可以作为应急灯使用，在降低费用的同时体现了人性化的设计理念。由多片单晶硅太阳能光电池组合而成的电池板，经过太阳光的照射之后产生光电效应而发出直流电，再由系统中的电源转换器将直流电转换成一般电器所需的交流电，经由配电系统供照明、空调等系统使用，以及蓄电池储存电力，尚可提供防灾紧急用电需求。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合，与周围的自然环境整合，以期达到完美的协调。

5.2风能利用

风能的利用也主要是体现在风里发电上，在高寒地带的北欧国家是最早借助风能来实现建筑供配电系统的优化，此后引起了世界各国的重视，并且得到了普遍的发展。主要有三种具体的优化类型，一种是独立运行的方式，只需要一台小型的风力发电机，但是服务范围较小。另一种是将风力发电和其他的发电方式结合，尽可能借助自然能源来实现建筑供配电系统的优化，常常服务于一个村庄。最后一种就是以大规模的风力发电，需要建设大量的风力发电站，实行规模化的电网运行，从而节省电能的消耗，在我国的新疆、青海、甘肃地区都得到了良好的应用。另外还有住宅的自然通风，也能够减少对于电能的损耗，而且有效地满足了人们亲近自然的需求，实现了人与自然和谐相处的目标实现。风能与建筑一体化的结合分为直接结合和间接结合两种形式。间接结合主要指风电机组融于建筑绿地、建筑物附近有较大的空地；直接结合一般指将风电机组直接集成到建筑物中。风能建筑一体化设计主要应考虑如下因素。1）分析建筑物所在地区风资源情况，了解风速、风功率密度及主风向等资料，以便确定风电机组布置。2）考虑建筑物和风电机组的协调布置，以达到风能的充分利用及建筑物美观的完美结合。3）依据高层建筑风环境特点，风力机通常安装在风阻较小的屋顶或风力被强化的洞口、夹缝等部位。4）建筑物屋顶风力大、环境干扰小，是安装风力机的最佳位置。风力机应高出屋面一定距离，以避开檐口处的涡流区。建筑物中部开口处，风力被汇聚和强化，产生强劲的“穿堂风”，适宜安装定向式风力机。

5.3地热能的利用

地热能源能够直接用于建筑的采暖和供热，而且整个利用过程的操作方式简单，对于经济效益的节省也很有效。在这一技术实行的时候主要是借助热泵技术来改善热源的利用，但是直接利用也具有一定的局限性，受到了距离的影响，因此热源不宜离用热的城镇或者居民点较远，要在保障正常使用的过程中对整个地热能源进行最大化利用，从而促进我国建筑供配电系统的完善。

6.结束语

总而言之，我国建筑行业的发展对于人们日常工作和生活水平的提升具有重要的影响，为了能够保证各种家用电器的合理使用，使得整个建筑供配电系统能够保持正常的运行，就需要借助其他能源的利用来促进供配电事业的发展。但是往往会利用煤炭、石油等不可再生资源将热能转化为电能进行工程能源的供给，时间长了就会造成能源的大量损耗，这时候就要注重对资源集约化的使用，借助可再生的自然能源为建筑行业的供配电系统提供能量，能有效促进我国的建筑行业和电力行业走向一条可持续性的发展道路。

参考文献：

[1]刘斌.节能措施在建筑电气设计中的运用[J].佳木斯职业学院学报，2017（05）：492+494.

[2]秦剑.某住宅社区建筑电气与智能化系统的研究与设计[D].江苏大学，2016.

[3]卢倩楠.绿色建筑中太阳能光伏发电系统的设计研究[D].长安大学，2016.

[4]杜姜涛，郭帅，田兆鹏，刘贞，隋世伟，肖璜，王凯平，金玉.光伏发电技术在建筑供配电中的应用研究[J].玻璃，2016，43（02）：16-24.

[5]金婷婷.可再生能源建筑应用技术集成系统的研究[D].安徽理工大学，2015.

[6]赵敬辛.豫西南地区保障房绿色建筑应用技术及评价研究[D].天津大学，2016.

[7]况原忠.重庆市既有公共建筑节能运行及其节能效果评价[D].重庆大学，2013.

[8]叶婷婷.建筑电气供配电系统节能设计研究[J].硅谷，2013，6（06）：137+144.

[9]周丽贞.绿色建筑评价指标体系研究[D].浙江工业大学，2012.

[10]李兵，程大章.民用建筑供配电可靠性分析[J].电工技术杂志，2003（12）：34-38.