住宅建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

喻勇

（廣州市弘基市政建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東廣州 511450）

1 引言

弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建設(shè)單位、施工單位以及弱電系統(tǒng)集成商之間實(shí)現(xiàn)連接的紐帶與橋梁，在建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中處于十分重要的地位。智能住宅建筑中的弱電系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，需利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成技術(shù)，將獨(dú)立的若干個(gè)電子系統(tǒng)整合成相互關(guān)聯(lián)、相互協(xié)調(diào)的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，便于對(duì)弱電系統(tǒng)進(jìn)行全局控制和管理，以減少營(yíng)運(yùn)成本，提高綜合管理能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的最優(yōu)化控制。

2 住宅建筑智能化發(fā)展分析

縱觀國(guó)內(nèi)住宅建筑弱電系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀，基本經(jīng)歷了從模擬時(shí)代→數(shù)字時(shí)代→系統(tǒng)集成、綠色節(jié)能的智能化時(shí)代的轉(zhuǎn)變。歐洲的發(fā)展方向主要是綠色節(jié)能，將太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎侠碛行У貞?yīng)用于住宅建筑中，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)盡可能減少碳排放，為住宅建筑未來(lái)的發(fā)展提供一條綠色環(huán)保之路；美國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展更側(cè)重于系統(tǒng)研發(fā)，比如將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在住宅建筑中，有力推動(dòng)了弱電系統(tǒng)的技術(shù)革新；拉美及非洲地區(qū)的發(fā)展相對(duì)落后，主要傾向于模擬系統(tǒng)，從而達(dá)到投資少、維護(hù)工作量小、系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的目的。

我國(guó)雖然在新技術(shù)研發(fā)和理論研究方面相對(duì)薄弱，但我國(guó)建在建項(xiàng)目規(guī)模較大，成為各種新技術(shù)的試驗(yàn)田。目前，對(duì)于我國(guó)住宅建筑來(lái)說(shuō)，推動(dòng)項(xiàng)目的智能化、集成化發(fā)展，以及如何更好地讓這些新技術(shù)為現(xiàn)代建筑服務(wù)成為有待解決的問(wèn)題。

3 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)功能與設(shè)計(jì)要求

3.1 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)功能

智能住宅建筑弱電系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)框架

3.1.1 能源計(jì)量功能

建筑能源計(jì)量系統(tǒng)主要用于采集建筑的電能、用水以及冷凍站的冷凍水消耗等。電能消耗計(jì)量一部分通過(guò)能耗通訊網(wǎng)關(guān)，可將安裝在配電柜和配電箱里的智能電表數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸給配電監(jiān)控系統(tǒng)和能耗計(jì)量系統(tǒng)；樓層配電箱的電能采用脈沖計(jì)量表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能耗計(jì)量數(shù)據(jù)采集裝置需要采集脈沖表計(jì)輸出的脈沖數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成耗電量，然后通過(guò)Modbus/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸給能耗計(jì)量系統(tǒng)。

3.1.2 數(shù)據(jù)分析功能

弱電系統(tǒng)可以顯示整個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，動(dòng)態(tài)刷新顯示各主/分支接線圖上的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并支持遠(yuǎn)程控制功能。

系統(tǒng)可以為用戶提供多種電能和需量的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，可以按不同時(shí)間段進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，并可以按不同費(fèi)率時(shí)段對(duì)不同的配線分別進(jìn)行用電量統(tǒng)計(jì)，同時(shí)具備按照電力公司賬單結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)量和統(tǒng)計(jì)的功能。

可持續(xù)監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電輸出部分，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)閃變、電頻率偏差、諧波含量、擾動(dòng)、不平衡度、功率因數(shù)等電能質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)觸發(fā)波形捕捉功能，記錄擾動(dòng)波形開(kāi)展故障分析和電能質(zhì)量分析。

3.2 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

智能住宅建筑弱電系統(tǒng)的總體目標(biāo)是：建立在總集成平臺(tái)上的集成管理系統(tǒng)，是將各子系統(tǒng)的信息資源匯集到一個(gè)系統(tǒng)集成平臺(tái)上，通過(guò)對(duì)全部信息資源進(jìn)行收集、傳遞、分析和處理，為了使系統(tǒng)達(dá)到高效、節(jié)能、協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行最優(yōu)化的決策和控制。弱電系統(tǒng)綜合了智能住宅建筑的軟硬件，并由智能住宅建筑的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并做進(jìn)一步的信息處理、分析、提升和發(fā)布，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的“管控一體化”建設(shè)。

弱電系統(tǒng)的總體要求是：系統(tǒng)采用C/S和B/S結(jié)構(gòu)，為基于任務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)，可以獲得可靠的人機(jī)接口冗余，具有全面開(kāi)放的通訊連接協(xié)議接口；控制系統(tǒng)由多種類型控制器和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)組成，因此要求使用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和簡(jiǎn)化接口類型。

總集成平臺(tái)有五個(gè)基本的任務(wù)模塊，分別用來(lái)處理：I/O設(shè)備的通訊；報(bào)警狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；報(bào)表的輸出；趨勢(shì)的記錄以及用戶監(jiān)視畫面。

4 實(shí)例分析住宅建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 工程概況

某住宅建筑局部地下1層、地上4層，局部5層，建筑主體高度13m，總建筑面積1.16萬(wàn)m2；該建筑項(xiàng)目為了實(shí)現(xiàn)“零能耗”的目標(biāo)，多采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念，在使建筑能耗達(dá)到合理極限的基礎(chǔ)上，采用智能化系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)樓內(nèi)所有用能、產(chǎn)能設(shè)備的總集成，以達(dá)到建筑產(chǎn)能耗能相平衡的目的。

4.2 弱電系統(tǒng)框架

該項(xiàng)目的智能化弱電系統(tǒng)包括：

①綜合布線及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；②安全防范系統(tǒng)（含視頻監(jiān)控系統(tǒng)，報(bào)警及緊急求助系統(tǒng)，電子巡更系統(tǒng)，一卡通系統(tǒng)）；③有線電視系統(tǒng)；④會(huì)議系統(tǒng)；⑤建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；⑥智能照明系統(tǒng)；⑦總集成平臺(tái)；⑧“零能耗”展示系統(tǒng)；⑨機(jī)房工程。

4.3 各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能

4.3.1 綜合布線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

本項(xiàng)目利用建筑的綜合布線系統(tǒng)為依托，建立了完善可靠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在高性能的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上通過(guò)在服務(wù)器上運(yùn)行各種節(jié)能軟件管理整棟建筑的各項(xiàng)產(chǎn)、耗能系統(tǒng)，并通過(guò)產(chǎn)耗能預(yù)測(cè)，以達(dá)到建筑零能耗的目標(biāo)。各產(chǎn)、耗能系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)由DDC等采集控制模塊對(duì)制冷機(jī)、光伏發(fā)電、空調(diào)器等各具體設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

本項(xiàng)目綜合布線系統(tǒng)共設(shè)置8個(gè)弱電設(shè)備間，其中1～4層每層2個(gè)。水平子系統(tǒng)采用銅纜，管理水平數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信息點(diǎn)；語(yǔ)音方面要求采用110式配線架；機(jī)柜內(nèi)應(yīng)為其他智能化系統(tǒng)設(shè)備的安裝預(yù)留足夠空間；所有設(shè)備機(jī)柜采用19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，機(jī)柜應(yīng)配備有風(fēng)扇、電源、接地端子及門鎖。

4.3.2 建筑樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)（圖2）

圖2 建筑樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)圖示

本項(xiàng)目的樓宇自控系統(tǒng)采用了先進(jìn)的“集散型系統(tǒng)”，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將各層的現(xiàn)場(chǎng)傳感器、控制器、執(zhí)行器以及遠(yuǎn)程通信設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，共同實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制的綜合監(jiān)控及管理功能。系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)中央操作站集中管理、分散控制，該系統(tǒng)可匯集各子系統(tǒng)的信息以及建筑物內(nèi)外的各種信息，并對(duì)各類信息進(jìn)行綜合處理，同時(shí)對(duì)建筑物內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理。

樓宇自控系統(tǒng)設(shè)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步功能，能對(duì)中央管理工作站、子系統(tǒng)中央管理工作站、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)工作站、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換控制器和現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行自動(dòng)校正時(shí)間。4.3.3 智能照明系統(tǒng)（圖3）

圖3 智能照明系統(tǒng)局部放大圖

智能照明系統(tǒng)采用KNX/DALI總線控制方式，燈控干線沿著弱電線槽敷設(shè)；系統(tǒng)中每個(gè)光源作為一個(gè)獨(dú)立的通訊對(duì)象，可以及時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋到系統(tǒng)中，并發(fā)到弱電機(jī)房專用工作站；每個(gè)燈具的開(kāi)斷或調(diào)光控制則由相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的智能模塊直接控制，可實(shí)現(xiàn)1～100%的亮度調(diào)節(jié)；系統(tǒng)定時(shí)功能可以按每天或每周為周期進(jìn)行設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理各受控區(qū)域，對(duì)于特定區(qū)域可實(shí)現(xiàn)感應(yīng)控制；有事件發(fā)生時(shí)，智能照明系統(tǒng)可與相應(yīng)其他系統(tǒng)（如安防系統(tǒng)）聯(lián)動(dòng)配合，開(kāi)啟相應(yīng)區(qū)域的照明；當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過(guò)輸入消防信號(hào)干接點(diǎn)，可聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟相應(yīng)區(qū)域的照明。

智能照明系統(tǒng)的部分設(shè)備選型配置如表1所示。

4.3.4 機(jī)房工程

在機(jī)房中放置主要的服務(wù)器、核心交換設(shè)備、各系統(tǒng)工作站、液晶展示屏、互動(dòng)觸摸屏、消防設(shè)備等，為了保證計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)行的安全可靠，延長(zhǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用壽命，本工程對(duì)機(jī)房系統(tǒng)進(jìn)行了充分設(shè)計(jì)。首層安防監(jiān)控室機(jī)房布置詳見(jiàn)圖4。

表1 智能照明系統(tǒng)部分設(shè)備選型配置

圖4 安防監(jiān)控室機(jī)房布置圖

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，住宅建筑弱電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模、等級(jí)以及運(yùn)營(yíng)要求，合理地在眾多弱電系統(tǒng)中挑選出適合該項(xiàng)目的子系統(tǒng)，同時(shí)還要考慮每個(gè)弱電子系統(tǒng)的架構(gòu)形式，兼顧性能和經(jīng)濟(jì)的要求。本文的分析進(jìn)一步強(qiáng)化了相關(guān)從業(yè)人員對(duì)弱電行業(yè)和弱電設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，要想確保整個(gè)行業(yè)有質(zhì)的進(jìn)步，需要社會(huì)加大投入力度，改善當(dāng)前弱電設(shè)計(jì)相對(duì)被動(dòng)的局面。

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