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一、概述
國家機關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、能源利用存在浪費現(xiàn)象。為了確保建筑的能源需求且實現(xiàn)有效節(jié)能，很有必要建立能源遠程監(jiān)控與管理系統(tǒng)、掌握建筑能耗的實時數(shù)據(jù)、對各種能源系統(tǒng)進行分布式監(jiān)控與集中管理。
二、建筑能源管理系統(tǒng)平臺建設總體目標
依據(jù)國家住房與城鄉(xiāng)建設部2008年出臺的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》相關規(guī)定，海思自動化公司采用先進的LonWorks高速控制網(wǎng)絡技術建設分布式能源監(jiān)管系統(tǒng)平臺，總體目標為：
1）建筑各種能耗實時分類/分項/分戶精確計量，計量數(shù)據(jù)遠程傳輸，為建筑能源管理部門提供決策依據(jù)；
2）通過對建筑重點能耗設備的智能控制，有效降低建筑總的能耗；
3)以實時監(jiān)測的建筑能源系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)為依據(jù)，為能源利用診斷、能源質(zhì)量監(jiān)測、節(jié)能控制、節(jié)能潛力分析等提供科學的管理平臺。
三、建筑能源管理系統(tǒng)平臺的網(wǎng)絡結(jié)構
海思公司基本國際先進水平的“LonWorks高速控制網(wǎng)絡技術”可構建“分布式能源管理系統(tǒng)”，通過對建筑物內(nèi)各類能耗參數(shù)的收集、分析，運用科學算法發(fā)出合理的操控指令，保障能源系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺采用LonWorks網(wǎng)絡技術構建，以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的能源系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集、能耗設備的開關狀態(tài)監(jiān)測及遠程管理與控制提供了基礎平臺。系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控和集中管理的網(wǎng)絡結(jié)構，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層。
LonWorks網(wǎng)絡技術建筑能源管理系統(tǒng)典型網(wǎng)絡結(jié)構圖如下：
1）站控管理層
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺站控管理層針對系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，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備，如計算機工作站、數(shù)據(jù)庫服務器、大屏幕顯示設備、打印機、UPS 電源、路由器等組成。監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現(xiàn)場各類能源數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯等方式反映現(xiàn)場的運行狀況。
2）網(wǎng)絡通訊層
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺網(wǎng)絡通訊層主要是由智能網(wǎng)絡控制器、以太網(wǎng)設備及總線網(wǎng)絡組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負責對現(xiàn)場設備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設備的各種控制命令。
智能網(wǎng)絡控制器：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、前置機等功能。
以太網(wǎng)設備：包括工業(yè)級以太網(wǎng)交換機。
通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。
3）現(xiàn)場設備層
Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺現(xiàn)場設備層是數(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備，并配置智能網(wǎng)關采集普通ModBus、MBus等通訊模式儀表和設備的數(shù)據(jù)，向數(shù)據(jù)中心上傳現(xiàn)場儀表能耗計量數(shù)據(jù)。測量儀表擔負著最基層的數(shù)據(jù)采集任務，其監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準確并實時傳送至數(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
數(shù)據(jù)的采集和存儲是整個系統(tǒng)的基礎，沒有大量的數(shù)據(jù)就無法進行有效的分析，沒有有效的分析就無法得到正確的能源管理措施。數(shù)據(jù)可通過建筑能源管理系統(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)、設備運行狀態(tài)參數(shù)、各類設備能耗數(shù)據(jù)、供水管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)等。獲取的參數(shù)越多、運行的周期越長，越容易得到準確的結(jié)論。但若參數(shù)過多，又會造成建設成本的大量增加，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)運行所必須的基礎數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)（可選數(shù)據(jù)），在管理效果和建設成本間取得平衡。
以下就具體事例對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡結(jié)構給出相關的解決方案。
1、配置LonWorks通訊智能電表的變電所電力監(jiān)測網(wǎng)絡結(jié)構圖如下所示：
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)計量和電能質(zhì)量監(jiān)測的主要儀表。采用能直接接入樓宇自控系統(tǒng)或獨立的能源管理系統(tǒng)現(xiàn)場總線（如LonWorks總線）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)測網(wǎng)絡結(jié)構圖如下所示：
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)價廉，在能耗監(jiān)測領域被廣泛采用。不可否認的是，此類通訊儀表存在抗干擾能力差、可靠性差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、布線施工難度大、通訊距離短等諸多弱點。因此，如何取長補短，發(fā)揮RS485電能表的優(yōu)勢，是這類儀表用于能耗監(jiān)測領域成敗的關鍵。采用海思公司iGate系列智能網(wǎng)關，充分發(fā)揮在樓宇自控系統(tǒng)中廣泛采用的LonWorks網(wǎng)絡穩(wěn)定性好、可靠性高、傳輸速率高、通訊距離遠、施工便捷的優(yōu)勢，結(jié)合RS485電能表質(zhì)優(yōu)價廉、采購方便的特點，能夠滿足系統(tǒng)建設的需要；
3、Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺實時監(jiān)測建筑內(nèi)變電所低壓配電系統(tǒng)各低壓總進線、所有出線回路及樓層配電箱和建筑內(nèi)重點能耗設備供電回路的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、功率因數(shù)、頻率和諧波等電能參數(shù)，在線分析各種用電回路的需量，識別有效負荷與無效能耗，從而可通過技術或行為節(jié)能方式，實現(xiàn)建筑的有效節(jié)能；
4、Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺對大型公共建筑自來水管網(wǎng)實現(xiàn)用水總量一級計量，干線重要節(jié)點二級計量，各建筑用水量三級計量，分戶用水量、中央空調(diào)系統(tǒng)用水量以及綠化澆花用水量等三級或四級計量。所有計量點配置RS485或MBus通訊接口的遠傳智能水表，智能水表通過水表數(shù)據(jù)采集器集成進現(xiàn)場網(wǎng)絡；
5、Highsys®建筑能源管理系統(tǒng)平臺對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的智能表計，由智能網(wǎng)關進行計量數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)由智能網(wǎng)絡控制器存貯并上傳到中央控制室，實現(xiàn)大型公建能耗的分類、分項、分戶精確計量。
（二）、能耗數(shù)據(jù)分析
系統(tǒng)通過對建筑的電耗分類、分項、分戶等數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，結(jié)合模型建筑物能耗對比，確定該建筑能源系統(tǒng)運行狀況和設備用能效率，從而提供該建筑能源管理優(yōu)化措施。
能源監(jiān)管系統(tǒng)實時采集用水量等數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，為建筑能源管理部門的水平衡分析、水系統(tǒng)管理，節(jié)水改造等提供真實依據(jù)。
（三）、建筑節(jié)能控制和自動化管理
LonWorks網(wǎng)絡技術建筑能源管理系統(tǒng)平臺可以根據(jù)預先編排的時間程序及邏輯關系，對各類用電設備進行最優(yōu)化的管理，從而達到節(jié)能的目的。在工程中，通常采用如下節(jié)能措施：
1）定時法：根據(jù)大樓工作作息時間按時啟停控制設備，如風機、照明、插座、單體空調(diào)等。
2）溫度—時間延滯法：根據(jù)大樓內(nèi)溫度保持的延滯時間，提前關閉空調(diào)主機或鍋爐達到節(jié)能之目的。
3）調(diào)節(jié)供水溫度：根據(jù)室內(nèi)外實際溫度調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的供水溫度，設定合適的供水溫度減少系統(tǒng)主機的過度運行，實現(xiàn)節(jié)能。
4）經(jīng)濟運行法：在冬季，當室外溫度達到13℃時，可直接將室外新風作為回風；在夏季，當室外溫度達到24℃時，可直接將室外新風送入室內(nèi)。從而，系統(tǒng)可節(jié)約對送回風系統(tǒng)進行處理的能源。
5）設備等壽命運行：對樓內(nèi)冷熱源主機、水泵、風機等設備進行等時間交替運行，延長設備的運行壽命，節(jié)省維護費用。
（四）、能源管理報表
LonWorks網(wǎng)絡技術建筑能源管理系統(tǒng)平臺 報表管理程序的主要功能是根據(jù)國家住房與城鄉(xiāng)建設部2008年出臺的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》相關規(guī)定，并結(jié)合用戶的需求設計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑的能源使用情況、設備能耗、設備運行效率、能耗歷史曲線等。
本系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。
報表具有自由設置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。
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