《智能建筑与智慧城市》专栏：电控设备节能降耗智慧化更新路径浅析

原创 李彬 等 2026-10-14 07:30 北京

专题主编

李彬（华北电力大学电气与电子工程学院）

张丽（中国市政工程西北设计研究院有限公司）

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》明确提出，要积极稳妥推进碳达峰，实施碳排放总量和强度双控制度，深入实施节能降碳改造。2024年国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，将建筑与市政基础设施领域设备更新列为重点任务，为行业低碳化、智能化升级指明了方向。建筑领域作为全社会能耗与碳排放的重要组成部分，其绿色低碳转型是落实双碳战略的关键环节，而智能化技术则是提升建筑能效、优化运营模式的核心支撑。

存量设施提质增效，重点在于通过智慧更新释放节能降碳潜力。在大规模设备更新背景下，建筑与市政领域电控设备的低碳化升级是提升存量设施能效的核心途径。传统电控系统存在能效水平偏低、管控模式粗放、数字化支撑不足等短板，需通过高效节能设备替换、智能管控系统搭建、新型控制技术应用以及运维模式数字化转型，推动存量设施向绿色低碳、智能运维方向升级。

能源管理智能升级，突破点在于运用人工智能技术实现精细优化调控。面对建筑能源系统的非线性、动态化特征，传统规则化控制难以满足复杂供需互动需求，人工智能技术为负荷精准预测、系统优化调控提供了新思路，推动建筑能源管理从被动响应向主动预判、智能决策转变。

当前，物联网、边缘计算、人工智能等技术的深度融合，正在重构建筑能源管理的底层逻辑，推动建筑运营从被动管控向主动预判、精准调控、持续优化转变。基于此，本刊本期专题聚焦行业研究成果，围绕存量电控设备智慧化改造、AI赋能楼宇能源智慧管理两大方向，呈现低碳建筑智能化领域的实践探索与理论研究，旨在为行业从业者提供参考，促进低碳智慧技术成果转化落地，共同助力建筑领域节能降碳目标实现。

电控设备节能降耗智慧化更新浅析

张丽，王茜，张继辉

1. 电气自控设备更新技术目标

1.1 战略与规划层面因素

针对老化严重、损坏无法修复、能耗过高或技术落后的电控设备，拟定合理的更新替换方案。通过评估现状电气设备的寿命和故障率，更新老化设备、增加智能化监测，降低设备的故障率。

1.2 节能降耗

通过选用高效电机、低损耗变压器等节能型设备，应用变频调速、智能控制等技术与措施，以及优化调度方案，降低企业运行电耗，有效减少运行成本，提高企业经济效益。

1.3 智慧化低碳运维

以数字化、智能化技术为手段，以节能降碳、安全可靠、高效经济为目标，对电气自控系统进行全生命周期智能管理，实现能耗监测、故障预警、运维优化和碳效提升。

通过集成高可靠性检测仪表、超低延迟智能PLC控制系统及具备高安全性等级保护的智慧化平台软件，构建多层次自动化体系，最终实现控制系统的智慧运行。基于工业物联网架构，通过传感层实时监测、控制层自适应决策及平台层数据融合，实现控制系统的闭环智慧化管理。

2. 节能降碳措施

2.1 高效电动机和低损耗变压器

根据《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015-2021第3.3.1，电力变压器、电动机、交流接触器和照明产品的能效水平应高于能效限定值或能效等级3级的要求。根据《电动机能效限定值及能效等级》GB 18613-2020、《电力变压器能效限定值及能效等级》GB 20052-2024，改造工程可结合现状设备寿命，更换选用满足二级能效标准的高效节能电动机和低损耗变压器。

2.2 智能照明控制系统

某些工程车间空间大、控制距离远、作业时间相对固定，灯具数量多，采用传统的人工管理方式往往无法满足精细化控制需求，无法进行自动化管理。因此，设置行之有效、功能完善的智能照明控制系统能够方便运营管理、实现节能减排。

智能照明系统由智能控制模块、站控单元和通信网络构成，通信系统将数据传输至控制主站，完成对照明系统的远程控制，可以对其进行远程调节。智能照明系统功能分为手动控制、自动控制、场景控制和定时控制。

2.3 分布式光伏发电系统

设备更新工程在政策支持、资金允许的情况下，鼓励在现状屋面、池面、绿地设置分布式光伏发电系统。运营模式为自发自用，光伏系统所发电能供工程负荷消耗，不向上级电网逆向送电。

3.智慧化更新措施

3.1 智能配电系统

根据智慧化运维管理要求，在主要能耗的配电回路设置智能型断路器。设置智能配电管理系统，实现供配电系统运行和故障状态监视，完成设备的运行分析、断路器老化分析，电力设备资产管理，提供电能耗分析管理功能，统计各设备电能消耗。设置智能配电管理系统，可减少运维成本投入，同时提高运维效率，实现对设备的精细化管理和主动运维。

3.2 能耗监测管理系统

设备更新工程可根据运维管理要求，增加电力仪表和智能控制模块，对重要的低压出线、主要能耗配电回路进行运行和故障状态监视，统计各设备电能消耗，合理进行能耗管理。

建立高效的能耗监测管理系统，对工程各个环节的能源使用情况进行实时监控，确保用能环节的安全持续稳定运行。系统可显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

3.3 新型可编程控制器PLC

1）快速高效性

选用新型PLC，无论从计算能力、存储容量还是实时性、程序内部指令处理时间，均优于传统PLC。新型PLC通过高效的采样频率，有效提高了传感器（分析仪、压力变送器、流量计）的采集精度，大幅度降低了响应处理时间，提升了水处理各工艺环节的启动连锁，提高了生产效率。

新型PLC采用多核异构计算架构（如CPU+FPGA/NPU），大幅提升算力，适用于水处理中复杂的精确曝气、加药等处理环节，不但节约电耗和药耗，且为智慧水务提供可靠数据采集和远程管理。

2）通信与网络能力

新型PLC集成了更多的通信接口，使得不同设备间数据交换更方便快捷，既满足了工艺控制要求，也达到了降低系统制造成本的目的（见表1）。

表1 通信与网络能力对比

3）控制功能和智能化水平

新型PLC具备AI增强控制能力，采用现代编程方式，可自主优化生产参数，减少人工干预。在工程中实现了从“自动化”到“智能化”的跨越，通过数据驱动决策、预测性维护和动态优化，显著提升了系统的效率、可靠性和可持续性。

表2 超融合服务器配置

现代编程方式较传统梯形图等，具有开发门槛低、开发效率高、代码复用率高、模块化开发、支持远程更新、维护方便等优势，大大降低了工程建设时的系统集成成本，提高了系统的稳定性和可靠性。

3.4 服务器及显示大屏

传统的自动化系统面临着一些挑战，如硬件设备冗余、资源利用率低、系统性能低下及管理维护复杂等问题。超融合技术将计算、存储、网络和虚拟化等多种功能高度集成应用于物理服务器中，具有集成度高、性能强、可用性高和可扩展性灵活的特点。借助于虚拟化技术，将多个物理服务器整合为一个统一的逻辑服务器，提高系统资源利用率；采用网络虚拟化和存储虚拟化技术，实现资源统一管理和调度。

超融合服务器是一种将计算、存储、网络和管理功能集成在标准化硬件节点中的新型IT基础设施架构。硬件层由多个x86服务器节点组成，每个节点均配备CPU/GPU、SSD/HDD/NVMe和高速网络。通过软件定义技术将传统数据中心的三层架构（服务器+存储+网络）压缩为单一、可横向扩展的一体化系统，将各节点存储聚合成资源池，虚拟化平台管理计算资源，智能管理套件提供集群监控、负载均衡、故障自愈等功能，打破了传统的计算、存储、网络界限，减少70%机柜空间，降低40%运维复杂度，为智慧平台提供了算力支持（见表2）。

工程中控室的显示大屏可显示各生产工艺流程的参数、设备运行状态等信息，使运行人员更直观地观察厂区设备运行状况。有些工程中控室电子屏损坏，无法维修，更换为最新的LED拼接屏，具备高清晰数字显示、无缝拼接、多屏处理等技术。

(选自《智能建筑与智慧城市》2026年9期)

编辑：李晓春

审核：张永刚

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