深圳機械院建筑設(shè)計有限公司 廣東深圳 518027

摘要：采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)因其很強的開放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，使自動化系統(tǒng)中通信可靠、便捷，已被廣泛應(yīng)用于智能建筑領(lǐng)域。本文針對辦公建筑和大型公共建筑高能耗的問題，對基于Lonworks總線技術(shù)建立建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計進行分析探討，以期實現(xiàn)建筑能耗遠程監(jiān)測和節(jié)能控制，達到建筑節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：LonWorks技術(shù)；能源監(jiān)管系統(tǒng)；布線系統(tǒng)

前言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑能耗，特別是國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計，辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮(zhèn)建筑總耗電量的22%，辦公建筑和大型公共建筑的節(jié)能對于“十一五”期間實現(xiàn)建筑節(jié)能20%至關(guān)重要。

1.項目簡介

本案例設(shè)計的大廈是辦公大樓，建筑面積約35000m2，地上25層，地下室3層。大樓內(nèi)采用的能源種類有：電能、水、燃氣、燃油。大樓有2路高壓供電線路，變電所有4臺變壓器，其中，1#低壓室的2臺800KVA的變壓器給大樓樓層供電，2#低壓室的2臺630KVA變壓器給2臺離心式冷水機組供電。變電所有4條低壓總進線和86條低壓出線回路（包括備用回路）。大樓有1路自來水總供水管，有1路廚房用燃氣管路和1路鍋爐房供油管路。大樓1-25層為省級機關(guān)辦公樓層，共9家單位（包括物業(yè)），每個樓層有照明總進線、備用照明2路低壓進線，其中照明總進線在樓層配電箱內(nèi)分為：照明、插座、開水爐、空調(diào)末端、新風(fēng)機回路。

2.能源監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理

本能源監(jiān)管系統(tǒng)采用Lonworks分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)對該大廈內(nèi)的各種能耗進行分項精確計量，計量數(shù)據(jù)遠程傳輸，數(shù)據(jù)采集與存儲，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，數(shù)據(jù)發(fā)布與遠傳；以實時監(jiān)測能源消耗數(shù)據(jù)為依據(jù)，為該大廈的能源監(jiān)控與有效節(jié)能提供有效手段，實現(xiàn)被監(jiān)控的辦公樓層節(jié)電10%以上。

2.1能源監(jiān)管系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該大廈能源監(jiān)管系統(tǒng)由監(jiān)控中心、主干網(wǎng)、監(jiān)控子網(wǎng)組成。在設(shè)備相對集中的區(qū)域設(shè)置了5個監(jiān)控子網(wǎng)，其中子網(wǎng)1為變電所子網(wǎng)，其它4個子網(wǎng)為樓層監(jiān)控子網(wǎng)。監(jiān)控中心通過internet網(wǎng)將該大廈的能源數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴弦患壍哪茉幢O(jiān)管中心。

2.2能源監(jiān)管系統(tǒng)監(jiān)控中心

在能源監(jiān)管中心設(shè)1臺監(jiān)控工作站、1臺100M以太網(wǎng)交換機、5臺網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器通過以太網(wǎng)與監(jiān)控中心的監(jiān)控工作站連接。

2.3能源監(jiān)管系統(tǒng)子網(wǎng)

（1）樓層監(jiān)控子網(wǎng)

根據(jù)該大廈樓層的設(shè)備分布情況，樓層設(shè)4個監(jiān)控子網(wǎng)。每個配電回路的電力監(jiān)控終端通過LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)（78K雙絞線網(wǎng)）與相應(yīng)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器直接相連。監(jiān)控子網(wǎng)內(nèi)的電力監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)控制器與監(jiān)管中心的監(jiān)控工作站進行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）變電所監(jiān)控子網(wǎng)

變電所子網(wǎng)設(shè)1臺網(wǎng)絡(luò)控制器，將變電所的電力監(jiān)控終端通過LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)控制器直接相連，智能水表、智能油表和智能燃氣表的485接口通過雙絞線與智能網(wǎng)關(guān)相連，智能網(wǎng)關(guān)通過LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)控制器連接。監(jiān)控子網(wǎng)內(nèi)的電力監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)控制器與監(jiān)管中心的監(jiān)控工作站進行數(shù)據(jù)傳輸；智能水表、智能油表和智能燃氣表通過智能網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)控制器與監(jiān)管中心的監(jiān)控工作站進行數(shù)據(jù)傳輸。

3.能源監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

3.1計量裝置選型及配置

監(jiān)測大樓電能參數(shù)的計量裝置選用江蘇聯(lián)宏自動化系統(tǒng)工程有限公司自行研制生產(chǎn)的PM100D電力監(jiān)控終端，該電力監(jiān)控終端經(jīng)過大量的工程實踐證明是性能可靠、計量精確、技術(shù)成熟先進的多功能電力監(jiān)控計量儀表，并已通過電力工業(yè)電力系統(tǒng)自動化設(shè)備質(zhì)量檢驗測試中心的型式試驗（編號：05075）和國家電網(wǎng)公司自動化設(shè)備電磁兼容實驗室的委托型式檢驗和EMC檢驗（<遠動主檢>字第231號、<遠動主檢>字第231-EMC號）。主要技術(shù)指標如下：遙信功能：5路開關(guān)量輸入、干接點輸入；遙測功能：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、電能等；測量精度：電壓0.2級、電流0.2級、有功功率0.5級、無功功率0.5級、功率因數(shù)0.5級、有功電度0.5級、無功電度0.5級；遙控功能：3路繼電器輸出、可以直接控制接觸器分合；LonWorks 雙絞線接口（TP/FT-10A）和電力載波接口，可方便的接入LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。

為了滿足辦公大樓的供電系統(tǒng)分項計量，對辦公大樓變電所的低壓總出線和各低壓出線回路配置PM100D（監(jiān)測）電力監(jiān)控終端，對消防類出線回路不予監(jiān)測，消防類設(shè)備的用電量可通過低壓總出線與其他回路用電量的差值求得，這樣，變電所需要配置36臺PM100D（監(jiān)測）電力監(jiān)控終端。在大樓自來水總進水管加裝1塊智能水表，1～3樓的自來水直供水管加裝1塊智能水表，2路水箱出水管加裝2塊智能水表。共加裝4塊智能水表。在大樓鍋爐進油管前面加裝1臺智能油表。在廚房內(nèi)燃氣公司的燃氣表后面的管路上安裝一臺智能燃氣表。

按照以上能耗計量表計配置，即可滿足該大廈能耗的分類分項在線計量要求。并可統(tǒng)計出電能按照照明插座、空調(diào)、動力和特殊類的實時和累計數(shù)據(jù)。

對于辦公樓層1～25層，由于目前每層的照明回路和插座回路接有不能斷電的設(shè)備，如計算機網(wǎng)絡(luò)、安保、應(yīng)急照明、通信、各部門服務(wù)器等，因此，為每個樓層的照明總進線、備用照明總進線，以及照明分回路分別配置一臺PM100D（監(jiān)測）電力監(jiān)控終端，對這些回路只監(jiān)測不控制，系統(tǒng)運行過程中通過監(jiān)測這些回路的實時電流或功率，可以看出其負荷是否正常，是否還有節(jié)能潛力，并對照實時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過對各部門的用能設(shè)備工作負荷與工作時間分析，通過管理手段將能耗降至最?。粚γ總€樓層的空調(diào)末端、開水爐和新風(fēng)機回路分別配置一臺PM100D（監(jiān)控）電力監(jiān)控終端，可在非工作時間關(guān)閉這些設(shè)備，避免無謂的電能浪費；插座回路不配置電力監(jiān)控終端，其用電量可通過照明總進線與其他五個分回路用電量的差值求得。這樣樓層要配置79臺監(jiān)控型電力監(jiān)控終端和76臺監(jiān)測型電力監(jiān)控終端。辦公樓監(jiān)控樓層計量裝置配置如下圖：

3.2現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)配置

采用雙絞線傳輸網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)該大廈的設(shè)備分布情況，監(jiān)管系統(tǒng)分5個現(xiàn)場監(jiān)測子網(wǎng)。

辦公樓層共設(shè)4個子網(wǎng)。在大樓1～6層設(shè)一個子網(wǎng)，7～13層為1個子網(wǎng)，14～20層為1個子網(wǎng)，21～25層為一子網(wǎng)。子網(wǎng)通過雙絞線接入網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器放在大廈監(jiān)控中心內(nèi)，大樓每個樓層PM100D電力監(jiān)控終端分別接入4個子網(wǎng)中的一個。這樣，大樓1～6層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器共接入41個電力監(jiān)測終端，7～13層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器需要接入的PM100D共42臺，14～20層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器需要接入的PM100D共42臺，21～25層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制器需要接入的PM100D共30臺。

4.能源監(jiān)管系統(tǒng)功能

4.1能源分項計量

滿足建設(shè)部提出的辦公建筑能耗分項計量的要求，計量該大廈內(nèi)電能、水、燃氣、燃油的能耗情況，并將電能按照明插座、空調(diào)、動力和特殊類進行分類，將能源數(shù)據(jù)上傳到上一級的能源監(jiān)管中心。

4.2樓層控制節(jié)能

實現(xiàn)對辦公樓層開水爐、空調(diào)末端、新風(fēng)機的遠程控制，實現(xiàn)非工作時間上述設(shè)備的關(guān)閉，減少無謂的電能浪費。

4.3系統(tǒng)軟件功能

自動采集大樓的水、電、氣、油能耗計量數(shù)據(jù)并存儲在中心數(shù)據(jù)庫。對采集的各種計量數(shù)據(jù)采用每年每平方米的能耗量和每年每人（常駐人員）的能耗量兩個能耗指標來評價其能源利用效率。

系統(tǒng)按日、月、年打印或顯示電、水、氣、油等能耗報表。

采用棒直圖顯示一種或多種建筑能耗的消耗值大小；用棒直圖顯示不同部門之間的能耗對比值；用餅圖顯示各項能耗的所占比例，用趨勢圖顯示一種或多種建筑能耗的變化趨勢。

列表顯示最大/最小能耗值。

對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及所有智能計量裝置實施網(wǎng)管，設(shè)備有故障立即報警。

5.結(jié)束語

本系統(tǒng)已投入運行，系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，實現(xiàn)了該大廈內(nèi)能源的分項計量，并實現(xiàn)樓層設(shè)備的遠程監(jiān)控，有效節(jié)約了樓層用電。提高了大樓能耗數(shù)據(jù)的可靠性、正確性和實時性，減輕了操作人員的負擔(dān)。

參考文獻：

[1]GB/Z20177.1―2006控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范第1部分[S]

[2]GB/Z20177.3―2006控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范第3部分[S]