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一、概述
國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑存在能耗、水耗抄表數(shù)據(jù)不完整、不全面，造成管理難度大、能源利用存在浪費(fèi)現(xiàn)象。為了確保建筑的能源需求且實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，很有必要建立能源遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理系統(tǒng)、掌握建筑能耗的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、對(duì)各種能源系統(tǒng)進(jìn)行分布式監(jiān)控與集中管理。
二、建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)總體目標(biāo)
依據(jù)國(guó)家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部2008年出臺(tái)的《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，海思自動(dòng)化公司采用先進(jìn)的LonWorks高速控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建設(shè)分布式能源監(jiān)管系統(tǒng)平臺(tái)，總體目標(biāo)為：
1）建筑各種能耗實(shí)時(shí)分類(lèi)/分項(xiàng)/分戶(hù)精確計(jì)量，計(jì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，為建筑能源管理部門(mén)提供決策依據(jù)；
2）通過(guò)對(duì)建筑重點(diǎn)能耗設(shè)備的智能控制，有效降低建筑總的能耗；
3)以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的建筑能源系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，為能源利用診斷、能源質(zhì)量監(jiān)測(cè)、節(jié)能控制、節(jié)能潛力分析等提供科學(xué)的管理平臺(tái)。
三、建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
海思公司基本國(guó)際先進(jìn)水平的“LonWorks高速控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”可構(gòu)建“分布式能源管理系統(tǒng)”，通過(guò)對(duì)建筑物內(nèi)各類(lèi)能耗參數(shù)的收集、分析，運(yùn)用科學(xué)算法發(fā)出合理的操控指令，保障能源系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行。
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)采用LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建，以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，為大型公共建筑的能源系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、能耗設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控和集中管理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建筑能源管理系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：
1）站控管理層
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)站控管理層針對(duì)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如計(jì)算機(jī)工作站、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、大屏幕顯示設(shè)備、打印機(jī)、UPS 電源、路由器等組成。監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)能源數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)通訊層主要是由智能網(wǎng)絡(luò)控制器、以太網(wǎng)設(shè)備及總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類(lèi)和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
智能網(wǎng)絡(luò)控制器：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。
以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。
通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖以及無(wú)線(xiàn)通訊等。
3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要采用具有LonWorks通訊模式的智能儀表和設(shè)備，并配置智能網(wǎng)關(guān)采集普通ModBus、MBus等通訊模式儀表和設(shè)備的數(shù)據(jù)，向數(shù)據(jù)中心上傳現(xiàn)場(chǎng)儀表能耗計(jì)量數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。
四、建筑能源管理系統(tǒng)的主要功能
（一）、數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)
數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有大量的數(shù)據(jù)就無(wú)法進(jìn)行有效的分析，沒(méi)有有效的分析就無(wú)法得到正確的能源管理措施。數(shù)據(jù)可通過(guò)建筑能源管理系統(tǒng)或樓宇自控系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采集。
數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：建筑物環(huán)境參數(shù)、低壓配電系統(tǒng)電能參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、各類(lèi)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)、供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。獲取的參數(shù)越多、運(yùn)行的周期越長(zhǎng)，越容易得到準(zhǔn)確的結(jié)論。但若參數(shù)過(guò)多，又會(huì)造成建設(shè)成本的大量增加，因此可根據(jù)各建筑物的具體情況把數(shù)據(jù)分為：系統(tǒng)運(yùn)行所必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)（可選數(shù)據(jù)），在管理效果和建設(shè)成本間取得平衡。
以下就具體事例對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給出相關(guān)的解決方案。
1、配置LonWorks通訊智能電表的變電所電力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
在建筑能源管理系統(tǒng)硬件配置中，智能電能表是建筑電耗數(shù)據(jù)計(jì)量和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的主要儀表。采用能直接接入樓宇自控系統(tǒng)或獨(dú)立的能源管理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（如LonWorks總線(xiàn)）是最理想的選擇。
2、配置傳統(tǒng)RS485通訊智能電表的變電所電力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
配置RS485、RS232等串口通訊接口的三相多功能電能表以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，在能耗監(jiān)測(cè)領(lǐng)域被廣泛采用。不可否認(rèn)的是，此類(lèi)通訊儀表存在抗干擾能力差、可靠性差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、布線(xiàn)施工難度大、通訊距離短等諸多弱點(diǎn)。因此，如何取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮RS485電能表的優(yōu)勢(shì)，是這類(lèi)儀表用于能耗監(jiān)測(cè)領(lǐng)域成敗的關(guān)鍵。采用海思公司iGate系列智能網(wǎng)關(guān)，充分發(fā)揮在樓宇自控系統(tǒng)中廣泛采用的LonWorks網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好、可靠性高、傳輸速率高、通訊距離遠(yuǎn)、施工便捷的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合RS485電能表質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、采購(gòu)方便的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)建設(shè)的需要；
3、Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)變電所低壓配電系統(tǒng)各低壓總進(jìn)線(xiàn)、所有出線(xiàn)回路及樓層配電箱和建筑內(nèi)重點(diǎn)能耗設(shè)備供電回路的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度、功率因數(shù)、頻率和諧波等電能參數(shù)，在線(xiàn)分析各種用電回路的需量，識(shí)別有效負(fù)荷與無(wú)效能耗，從而可通過(guò)技術(shù)或行為節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)建筑的有效節(jié)能；
4、Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)大型公共建筑自來(lái)水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用水總量一級(jí)計(jì)量，干線(xiàn)重要節(jié)點(diǎn)二級(jí)計(jì)量，各建筑用水量三級(jí)計(jì)量，分戶(hù)用水量、中央空調(diào)系統(tǒng)用水量以及綠化澆花用水量等三級(jí)或四級(jí)計(jì)量。所有計(jì)量點(diǎn)配置RS485或MBus通訊接口的遠(yuǎn)傳智能水表，智能水表通過(guò)水表數(shù)據(jù)采集器集成進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)；
5、Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)大型公共建筑中央空調(diào)制冷/熱量、集中供暖熱能消耗量、天然氣消耗量均配置相應(yīng)的智能表計(jì)，由智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)由智能網(wǎng)絡(luò)控制器存貯并上傳到中央控制室，實(shí)現(xiàn)大型公建能耗的分類(lèi)、分項(xiàng)、分戶(hù)精確計(jì)量。
（二）、能耗數(shù)據(jù)分析
系統(tǒng)通過(guò)對(duì)建筑的電耗分類(lèi)、分項(xiàng)、分戶(hù)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合模型建筑物能耗對(duì)比，確定該建筑能源系統(tǒng)運(yùn)行狀況和設(shè)備用能效率，從而提供該建筑能源管理優(yōu)化措施。
能源監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集用水量等數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，為建筑能源管理部門(mén)的水平衡分析、水系統(tǒng)管理，節(jié)水改造等提供真實(shí)依據(jù)。
（三）、建筑節(jié)能控制和自動(dòng)化管理
LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái)可以根據(jù)預(yù)先編排的時(shí)間程序及邏輯關(guān)系，對(duì)各類(lèi)用電設(shè)備進(jìn)行最優(yōu)化的管理，從而達(dá)到節(jié)能的目的。在工程中，通常采用如下節(jié)能措施：
1）定時(shí)法：根據(jù)大樓工作作息時(shí)間按時(shí)啟停控制設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、照明、插座、單體空調(diào)等。
2）溫度—時(shí)間延滯法：根據(jù)大樓內(nèi)溫度保持的延滯時(shí)間，提前關(guān)閉空調(diào)主機(jī)或鍋爐達(dá)到節(jié)能之目的。
3）調(diào)節(jié)供水溫度：根據(jù)室內(nèi)外實(shí)際溫度調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的供水溫度，設(shè)定合適的供水溫度減少系統(tǒng)主機(jī)的過(guò)度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
4）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行法：在冬季，當(dāng)室外溫度達(dá)到13℃時(shí)，可直接將室外新風(fēng)作為回風(fēng)；在夏季，當(dāng)室外溫度達(dá)到24℃時(shí)，可直接將室外新風(fēng)送入室內(nèi)。從而，系統(tǒng)可節(jié)約對(duì)送回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行處理的能源。
5）設(shè)備等壽命運(yùn)行：對(duì)樓內(nèi)冷熱源主機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行等時(shí)間交替運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
（四）、能源管理報(bào)表
LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建筑能源管理系統(tǒng)平臺(tái) 報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)國(guó)家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部2008年出臺(tái)的《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合用戶(hù)的需求設(shè)計(jì)報(bào)表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶(hù)需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑的能源使用情況、設(shè)備能耗、設(shè)備運(yùn)行效率、能耗歷史曲線(xiàn)等。
本系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶(hù)的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。
報(bào)表具有自由設(shè)置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。
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