省机关办公建筑与大型公建能源监测与管理系统初步方案.pdf
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1、江苏省机关办公建筑与大型公共建筑江苏省机关办公建筑与大型公共建筑能源监测与管理系统能源监测与管理系统初初步步方方案案江 苏 联 宏 自 动 化 系 统 工 程 公 司二 零 零 八 年 三 月 五 日2目目录录1 1概述概述.4 42 2系统方案设计依据系统方案设计依据.4 43 3需求分析需求分析.6 631 计量装置需求分析.632 现场能源监测网络系统需求分析.733 能源监管远程传输网络需求分析.834 能源监管中心需求分析.935 系统监管模式.94 4系统关键技术的选择系统关键技术的选择.111141 计量装置选型.1142 建筑现场监测网络技术选择.1143 远程传输网络技术选择
2、.135 5系统结构系统结构.161651 江苏省与地级市能源监管中心硬件配置.1752 能源监管中心软件配置.1753 现场能源监测网络系统.176 6系统功能系统功能.191961 江苏省建筑能源监管中心的能源监管功能.1962 现场能源监控功能.207 7系统实施措施系统实施措施.212171 示范工程.2272 计量装置配置.2373 现场监测网络配置.2374 远程传输网络配置.2375 监管中心建设.2476 示范建筑内电气、水表、燃气、油及热能表改造.2477 系统供电与接地.2478 人员培训.2479 系统验收.25710 工作计划.25711 系统关键软硬件设备技术指标.2
3、57.11.1 以太网交换机.257.11.2 网络控制器.2637.11.3 数据库服务器.287.11.4 工作站.287.11.5 打印机.287.11.6 电力监控终端.297.11.7 可编程网关.307.11.8 系统软件.318 8系统预算系统预算.31311 1概述概述随着我国经济的高速发展,建筑能耗、特别是国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出。据统计,国家机关办公建筑和大型公共建筑年耗电量约占全国城镇建筑总耗电量的 22%,国家机关办公建筑和大型公共建筑的节能对于“十一五”期间实现建筑节能20%至关重要。为了实现上述建筑节能目标,掌握国家机关办公建筑和大型公共建
4、筑的耗能的实时数据是关键。为此,首先应建立国家机关办公建筑和大型公共建筑能源远程监测与管理系统。江苏省机关办公建筑和大型公共建筑能源监测与管理系统将对全省各级办公建筑与大型公共建筑能耗进行实时远程监管。该系统将采用具有国际先进水平的分布式控制网络技术,对各种建筑能耗进行分项精确计量,计量数据远程传输,数据采集与存贮,数据统计与分析,数据发布与远传;以实时监测能源消耗数据为依据,为江苏省办公建筑与大型公建既有建筑业主的能源监控提供有效手段,实现有效节能并提高建筑能源的管理水平;为建筑业主、科研单位、设计与工程实施单位的节能研究、设计与建设(改造)提供参考依据;为建筑能耗统计、审计、监管与执法部门
5、提供准确能耗数据及决策依据。2 2系统方案设计依据系统方案设计依据中华人民共和国节约能源法中华人民共和国审计法中华人民共和国统计法5中华人民共和国审计法实施条例中华人民共和国统计法实施细则中华人民共和国计量法中华人民共和国计量法实施细则公共建筑节能设计标准GB50189-2005旅游饭店星级划分及评定GB/T14308-2003企业能源审计技术通则GB17166-1997工业企业能源管理导则G/T 15587-1995节能监测技术通则GB/T 18883-2002民用建筑电气设计规范JGJ/T16-92智能建筑设计标准GB/T50314-2000建筑智能化系统工程设计标准DB32/181-19
6、98,江苏省建委电子计算机机房设计规范GB50174-93电子计算机场地通用规范GB2887-2000外壳防护等级BG4208 1993采暧通风与空气调节设计规范GBJ19-87建筑物防雷设计规范GB 50057-94电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-83电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50168-92电磁兼容GB/T17626-199810KV 以下变电所设计规范)GB50053-94地区电网数据采集与监控系统通用技术条件(GB/T 13730-92)计算机场地技术条件(GB 2887)低压配电装置及线路设计规范GBJ54-836科学技术档案案卷构成的一般要求(GB705
7、-88)自动化仪表工程施工及验收规范GB/50093-2002控制网络 LONWORKS 技术规范第 1 部分:协议规范GB/Z20177.1-2006控制网络 LONWORKS 技术规范第 2 部分:电力线信道规范GB/Z20177.2-2006;控制网络 LONWORKS 技术规范第 3 部分:自由拓扑双绞线信道规范GB/Z20177.3-2006;控制网络 LONWORKS 技术规范第 4 部分:基于隧道技术在 IP 信道上传输控制网络协议的规范GB/Z20177.4-2006;电能计量装置技术管理规程DL/T 4482000电力装置的电测量仪表装置设计规范GBJ63-90电子远传水表C
8、J/T224-2006国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则建设部文件关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见建科2007245 号3 3需求分析需求分析江苏省机关办公建筑和大型公共建筑能源远程监测与管理系统的需求主要涉及计量终端、现场监测网络系统、信息远程传输网络、监控中心、系统监管模式等方面。31 计量装置需求分析建筑能源远程监测与管理系统的基础是各种能源的计量装置。建筑能源主要涉及电能、水、热能、燃油、煤气等,因此,建筑能源计7量必须选用各种能耗计量装置,如电能、水、热能计量装置等。对各种计量装置的基本需求如下:能源计量精确 可靠性满足系统要求 计量数据失电保存
9、内置定时器 具有灵活的能源计量数据远程传输接口,开放式数据传输协议 具有能源远程开关控制接口 具有故障远程诊断接口 安装方便 环境条件满足应用区域要求 产品经过国家权威质量与计量部门检测与认证32 现场能源监测网络系统需求分析建筑能源远程监测与管理系统的另一个重要基础是现场能源监测网络系统。现场能源监测网络系统担负建筑群或大型建筑内能源计量装置的连接,能源监测数据的上传,现场能源计量装置的网管,以及节能控制命令下传至每个能源计量装置等,是整个能源监测系统可靠性及监测数据稳定传输的关键所在。现场能源监测网络系统的需求如下:灵活的网络拓扑结构,如总线型拓扑结构、星型、环形、自由型拓扑结构等;多种传
10、输介质,如双绞线、电力线载波、红外、光纤等;8 传输距离远;计量数据传输可靠;现场监测网络可灵活扩展,如通过网关、中继、路由、网桥等进行现场网络扩展;附合国际或国家标准的全开放通信协议;能与以太网、INTERNET 网或 GPRS 无线公网实现无缝连接 现场监测网络可接入多达 64 台以上计量装置;可集成第三方智能计量装置或模拟量计量装置;建筑群或大型建筑业主可通过现场能源监测网络对能源系统进行监控;施工与系统维护方便33 能源监管远程传输网络需求分析江苏省内有 13 个地级市、30 余个县级市,各级政府办公建筑与大型公共建筑量大面广,要将每幢大型公共建筑或办公楼的能源监测数据上传至能源监管中
11、心,必须自建或借助公共广域传输网络进行信息传输才能实现。能源监管远程传输网络需求如下:能源监测数据传输稳定可靠;传输范围不受限制;现场能源监测网络接入方便,费用低廉;远程传输网络维护方便 网络传输带宽可选或可设置 数据传输延迟时间短9 采用国际或国家标准的传输协议 网络维护方便34 能源监管中心需求分析监管中心对所有被监测的建筑能源数据进行采集、分析、处理、存贮、显示、打印、发布、上传等,以及对整个能源监测系统进行集中管理。能源监管中心需求分析如下:有足够的带宽将各地级市建筑能源监测数据进行信息采集;可直接浏览各地级市或县单个建筑的实时数据 互备能源监管工作站;互备能源监测数据存贮服务器;WE
12、B 服务器 UPS 电源;具有能源数据采集、分析、处理、存贮、人机界面、图形及表格化显示、统计、打印、发布、远传等功能的系统应用软件;系统实时数据库 系统网管软件35 系统监管模式 在江苏省建设厅建设江苏省机关办公建筑与大型公共建筑能耗监管中心,其主要职能为:全省机关办公建筑和大型公共建筑能源实时监管 全省机关办公建筑和大型公共建筑能源审计与执法 机关办公建筑和大型公共建筑能源数据上报或发布10 江苏省机关办公建筑和大型公共建筑能源监管系统运行与维护 将省内各类建筑按下列方法分类并编码:建筑电耗按用途分类:11 建筑能源分类为:4 4系统关键技术的选择系统关键技术的选择41 计量装置选型目前,
13、市场上只满足一般水、电、汽等能量计量的计量装置很多,但能完成计量的同时,又具备能源控制、网络接口灵活、带网管等功能的多功能计量装置却并不多,为此,对于现场各种计量装置的选型,宜先制定选型技术规范,再通过严格的质量和计量检测,以及功能与环境适应性检测,择优选择计量装置。42 建筑现场监测网络技术选择对于现场监测网络技术,目前,计量装置普遍采用的是 RS-485 总线和 LONWORKS 控制网络技术,这两种技术的比较如下:RS-485RS-485 总线总线:总线式拓扑结构,传输距离不超过 1KM,现场施工时必须严格满足总线式安装要求,并有极性限制;12 采用单一双绞线传输介质;采用 MODBUS
14、 或类似通信协议,系统抗干扰能力差,传输可靠性差;实用传输速率小于 4800BPS;与以太网系统集成时,须自行编制集成软件。LONWORKSLONWORKS 控制网络:控制网络:总线式、星型、环型、自由型拓扑结构;总线式传输可达 2700 米,自由拓扑传输可达 500 米,电力载波传输可达 300 米,不带电电力载波传输可达 30KM 无中继。双绞线、电力线载波、光纤、红外、微波等传输介质;符合 ISO/OSI 七层全开放通信协议 现场安装与维护极为方便;双绞线传输速率 87KBPS,电力载波传输速率为 5KBPS;与以太网无缝连接;通过网关、路由、中继等几乎可无限扩大网络规模;系统抗干扰能力
15、强,系统极为可靠;现场网络控制器带时钟、长时间数据存贮器及时间表,确保现场测量数据连续记录。通过上述比较可见,LONWORKS 控制网络技术对于能源监管系统的现场监测网络具有明显的优势,为此,本系统方案中现场监测网络选用 LONWORKS 控制网络技术。1343 远程传输网络技术选择根据能源监管系统对远程传输网络的需求分析可见,目前满足能源监管系统信息远程传输可以有四种不同的解决方案,它们分别是:无线专用数据网传输解决方案、有线电话网络(PSTN)传输解决方案、GPRS 传输解决方案,以及 INTERNET 网传输解决方案。它们各有优劣势,所以,有必要对这四种解决方案进行比较、分析,以期选出更
16、适合于江苏省机关办公建筑和大型公共建筑能源监管系统的解决方案。431 无线专用数据网传输解决方案无线专用数据远程传输网络应用十分普遍,如电力系统的负控系统、油田油井抽油机监控系统、城市路灯监控系统等。无线专用数据远程传输网络的原理是在监控中心及每幢建筑内安装无线电台,能源监管中心与每幢建筑之间采用无线信号传输,可以减少大量的管线敷设,从而减少工期和工作量。此方案技术相当成熟并经过了工程案例的考验,广为人们所熟悉,适合城市建筑能源监管点多、且分散、距离监控中心远的情况。无线专用数据传输网络方案的不足之处是,需要在每个建筑内设无线收发设备,初期投资相对较高,系统还要占用无线频点并架设很高的铁塔,由
17、于现代化城市内高楼林立,高楼对无线信号有明显阻挡,无线信号还容易受气候及其他电磁干扰的影响,能源监测数据的稳定可靠传输相对比较难。432 有线电话网络(PSTN)传输解决方案电话网络在现代化的城市内已十分普及,每幢建筑电话网络是必14备的。因此,将每幢建筑的能源监测网络联至能源监管中心几乎不用铺设电缆,且项目前期投资低。该方案具有工作原理简单、系统可靠等优点,且经过了长期很多工程实际运行,系统中的各项技术相当成熟。由于每幢建筑现场能源监测网络和能源监管中心的任何一次信息交换都要交费,系统运行成本高,当能源监管中心要与建筑现场能源监测网络进行通信时,建立通信的时间较长(15 秒左右),因此,系统
18、的实时性很差,不能满足监测点很多的(大于 50)能源监管系统的实时性要求。433 GPRS 公用无线网传输解决方案无线移动通信技术在现代化城市也已十分普及。近几年来,将无线移动通信网的 GPRS 技术应用于分布式实时测控系统也越来越成熟,如城市照明监控系统、城市排水监控系统等。对于建筑能源监管系统也同样适用。GPRS 方案主要优势就是利用移动通信系统的移动分组数据传输技术,室外应用无须布线、方便施工。具有前期投资少,可大大节约人力和物力资源,技术也已比较成熟。采用 GPRS 无线网络构建建筑能源监管系统存在下列问题:首先,建筑现场能源监测网络与能源监管中心的任何一次信息交换都要交费,系统运行成
19、本相对较高;其次,由于每次收发的信息都要经过移动通信设备的多次无线转发、无线中继、以及有线转发,因此,系统的实时性难于保证;第三,由于大多数建筑水、电、汽等计量装置均15安装在地下室,通常这些部位均没有移动通信信号覆盖,因此,GPRS终端安装前要先请移动通信公司进行信号覆盖。434 INTERNET 网传输解决方案近几年来,INTERNET 网普及十分迅速,机关办公楼及大型公共建筑一般都有 INTERNET 网接入点,并将大楼内的内部以太网接至INTRERNET 网。INTERNET 网的优点是大部分大型建筑与电信交换中心都通过光纤传输,信息交换都通过光纤交换或有线交换,信息传输可靠性高,信息
20、传输延迟时间短;其次,INTERNET 网的信息传输带宽较宽,能源监管系统的实时性可以保证;第三,由于每幢建筑内的以太网都通过路由器接到 INTERNET,而一般大楼在建设时都通过综合布线把以太网连接至大楼内的每个角落,也包括地下室变电站、给排水设备房等,因此,现场能源监测网络接入 INTERNET 网也同样十分方便;第四,尽管通过 INTERNET 网传输能源监测数据也是要收费的,但是,一般一幢大楼的业主均向电信部门申请一个总的静态 IP 地址,月租费是一个固定的费用,且一幢大楼的能源监测数据所要占用的带宽很小,无须特别增加带宽,因此,增加建筑现场能源监测网络接入 INTERNET 网不会增
21、加额外传输费用,可谓一举多得。由于近年来网络安全越来越受到重视,特别是国家政府机关、学校、酒店等,因此,建筑业主为了确保内部网络安全,有少数大楼业主不一定同意给能源监管系统开放其网络接口。综上所述,尽管建设江苏省机关办公建筑与大型公共建筑能源监16管系统的远程传输网络有四种可选方案,但通过上述比较可见,INTERNET 网是最佳解决方案,对于少数没有 INTERNET 网络接口或不同意开放 INTERNET 网络接口的建筑,采用 GPRS 作为补充手段,因此,本方案采用 INTERNET 网络技术和 GPRS 无线公网技术,即:地级市或县级市建筑或建筑建现场监测网络与地级市监管中心之间采用 I
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- 关 键 词:
- 机关 办公 建筑 大型 能源 监测 管理 系统 初步 方案
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