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: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,結合RS485電能表質優(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,提前關閉空調主機或鍋爐達到節(jié)能之目的。
3)調節(jié)供水溫度:根據(jù)室內(nèi)外實際溫度調節(jié)空調系統(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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