一、概述

    國家機關辦公建筑和大型公共建筑存在能耗、水耗抄表數據不完整、不全面，造成管理難度大、能源利用存在浪費現象。為了確保建筑的能源需求且實現有效節能，很有必要建立能源遠程監控與管理系統、掌握建筑能耗的實時數據、對各種能源系統進行分布式監控與集中管理。

二、建筑能源管理系統平臺建設總體目標

   依據國家住房與城鄉建設部2008年出臺的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統技術導則》相關規定，海思自動化公司采用先進的LonWorks高速控制網絡技術建設分布式能源監管系統平臺，總體目標為：

1）建筑各種能耗實時分類/分項/分戶精確計量，計量數據遠程傳輸，為建筑能源管理部門提供決策依據；

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)以實時監測的建筑能源系統運行數據為依據，為能源利用診斷、能源質量監測、節能控制、節能潛力分析等提供科學的管理平臺。

三、建筑能源管理系統平臺的網絡結構

    海思公司基本國際先進水平的“LonWorks高速控制網絡技術”可構建“分布式能源管理系統”，通過對建筑物內各類能耗參數的收集、分析，運用科學算法發出合理的操控指令，保障能源系統的最優化運行。

   Highsys®建筑能源管理系統平臺采用LonWorks網絡技術構建，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實時數據采集、能耗設備的開關狀態監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺。系統采用分布式監控和集中管理的網絡結構，一般分為三層：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層。

   LonWorks網絡技術建筑能源管理系統典型網絡結構圖如下：

　1）站控管理層

    Highsys®建筑能源管理系統平臺站控管理層針對系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的最上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如計算機工作站、數據庫服務器、大屏幕顯示設備、打印機、UPS 電源、路由器等組成。監控系統軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現場各類能源數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯等方式反映現場的運行狀況。

2）網絡通訊層

   Highsys®建筑能源管理系統平臺網絡通訊層主要是由智能網絡控制器、以太網設備及總線網絡組成。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控制命令。

   智能網絡控制器：是系統數據處理和智能通訊管理中心。它具備了數據采集與處理、通訊控制器、前置機等功能。

   以太網設備：包括工業級以太網交換機。

   通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。

3）現場設備層

   Highsys®建筑能源管理系統平臺現場設備層是數據采集終端，主要采用具有LonWorks通訊模式的智能儀表和設備，并配置智能網關采集普通ModBus、MBus等通訊模式儀表和設備的數據，向數據中心上傳現場儀表能耗計量數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其監測的能耗數據必須完整、準確并實時傳送至數據中心。

四、建筑能源管理系統的主要功能

（一）、數據的采集和存儲

   數據的采集和存儲是整個系統的基礎，沒有大量的數據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。數據可通過建筑能源管理系統或樓宇自控系統（BAS系統）采集。

   數據內容主要包括：建筑物環境參數、低壓配電系統電能參數、設備運行狀態參數、各類設備能耗數據、供水管網監測數據等。獲取的參數越多、運行的周期越長，越容易得到準確的結論。但若參數過多，又會造成建設成本的大量增加，因此可根據各建筑物的具體情況把數據分為：系統運行所必須的基礎數據和輔助數據（可選數據），在管理效果和建設成本間取得平衡。

   以下就具體事例對現場數據采集網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測網絡結構圖如下所示：

   在建筑能源管理系統硬件配置中，智能電能表是建筑電耗數據計量和電能質量監測的主要儀表。采用能直接接入樓宇自控系統或獨立的能源管理系統現場總線（如LonWorks總線）是最理想的選擇。

2、配置傳統RS485通訊智能電表的變電所電力監測網絡結構圖如下所示：

   配置RS485、RS232等串口通訊接口的三相多功能電能表以其質優價廉，在能耗監測領域被廣泛采用。不可否認的是，此類通訊儀表存在抗干擾能力差、可靠性差、系統穩定性差、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，發揮RS485電能表的優勢，是這類儀表用于能耗監測領域成敗的關鍵。采用海思公司iGate系列智能網關，充分發揮在樓宇自控系統中廣泛采用的LonWorks網絡穩定性好、可靠性高、傳輸速率高、通訊距離遠、施工便捷的優勢，結合RS485電能表質優價廉、采購方便的特點，能夠滿足系統建設的需要；

3、Highsys®建筑能源管理系統平臺實時監測建筑內變電所低壓配電系統各低壓總進線、所有出線回路及樓層配電箱和建筑內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、頻率和諧波等電能參數，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能方式，實現建筑的有效節能；

4、Highsys®建筑能源管理系統平臺對大型公共建筑自來水管網實現用水總量一級計量，干線重要節點二級計量，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據采集器集成進現場網絡；

5、Highsys®建筑能源管理系統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，由智能網關進行計量數據采集，并經由智能網絡控制器存貯并上傳到中央控制室，實現大型公建能耗的分類、分項、分戶精確計量。

（二）、能耗數據分析

   系統通過對建筑的電耗分類、分項、分戶等數據統計、分析，結合模型建筑物能耗對比，確定該建筑能源系統運行狀況和設備用能效率，從而提供該建筑能源管理優化措施。

   能源監管系統實時采集用水量等數據，通過數據統計與分析，為建筑能源管理部門的水平衡分析、水系統管理，節水改造等提供真實依據。

（三）、建筑節能控制和自動化管理

   LonWorks網絡技術建筑能源管理系統平臺可以根據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化的管理，從而達到節能的目的。在工程中，通常采用如下節能措施：

1）定時法：根據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：根據大樓內溫度保持的延滯時間，提前關閉空調主機或鍋爐達到節能之目的。

3）調節供水溫度：根據室內外實際溫度調節空調系統的供水溫度，設定合適的供水溫度減少系統主機的過度運行，實現節能。

4）經濟運行法：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。從而，系統可節約對送回風系統進行處理的能源。

5）設備等壽命運行：對樓內冷熱源主機、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，節省維護費用。

（四）、能源管理報表

   LonWorks網絡技術建筑能源管理系統平臺 報表管理程序的主要功能是根據國家住房與城鄉建設部2008年出臺的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統技術導則》相關規定，并結合用戶的需求設計報表樣式，把系統中處理的數據經過篩選、組合和統計生成用戶需要的報表數據。用表格和圖片的形式體現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。

   本系統還可以根據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日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。