住宅建筑弱電系統設計分析

喻勇

（廣州市弘基市政建筑設計院有限公司 廣東廣州 511450）

1 引言

弱電系統設計是建設單位、施工單位以及弱電系統集成商之間實現連接的紐帶與橋梁，在建筑電氣系統設計中處于十分重要的地位。智能住宅建筑中的弱電系統是一個龐大的系統工程，需利用數字網絡和系統集成技術，將獨立的若干個電子系統整合成相互關聯、相互協調的綜合網絡系統，便于對弱電系統進行全局控制和管理，以減少營運成本，提高綜合管理能力，實現對建筑的最優化控制。

2 住宅建筑智能化發展分析

縱觀國內住宅建筑弱電系統的發展和現狀，基本經歷了從模擬時代→數字時代→系統集成、綠色節能的智能化時代的轉變。歐洲的發展方向主要是綠色節能，將太陽能、風能、地熱能合理有效地應用于住宅建筑中，結合現有技術盡可能減少碳排放，為住宅建筑未來的發展提供一條綠色環保之路；美國建筑行業發展更側重于系統研發，比如將無線傳感器網絡技術應用在住宅建筑中，有力推動了弱電系統的技術革新；拉美及非洲地區的發展相對落后，主要傾向于模擬系統，從而達到投資少、維護工作量小、系統相對穩定的目的。

我國雖然在新技術研發和理論研究方面相對薄弱，但我國建在建項目規模較大，成為各種新技術的試驗田。目前，對于我國住宅建筑來說，推動項目的智能化、集成化發展，以及如何更好地讓這些新技術為現代建筑服務成為有待解決的問題。

3 智能住宅建筑弱電系統功能與設計要求

3.1 智能住宅建筑弱電系統功能

智能住宅建筑弱電系統框架如圖1所示。

圖1 智能住宅建筑弱電系統框架

3.1.1 能源計量功能

建筑能源計量系統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。電能消耗計量一部分通過能耗通訊網關，可將安裝在配電柜和配電箱里的智能電表數據同時傳輸給配電監控系統和能耗計量系統；樓層配電箱的電能采用脈沖計量表進行監測，能耗計量數據采集裝置需要采集脈沖表計輸出的脈沖數，并將其轉換成耗電量，然后通過Modbus/IP網絡協議傳輸給能耗計量系統。

3.1.2 數據分析功能

弱電系統可以顯示整個電力監控系統的網絡圖，動態刷新顯示各主/分支接線圖上的實時運行參數和設備運行狀態，并支持遠程控制功能。

系統可以為用戶提供多種電能和需量的統計報表，可以按不同時間段進行記錄與統計，并可以按不同費率時段對不同的配線分別進行用電量統計，同時具備按照電力公司賬單結構進行計量和統計的功能。

可持續監測整個系統范圍內的電輸出部分，實時監視系統閃變、電頻率偏差、諧波含量、擾動、不平衡度、功率因數等電能質量問題。通過自動或手動觸發波形捕捉功能，記錄擾動波形開展故障分析和電能質量分析。

3.2 智能住宅建筑弱電系統設計要求

智能住宅建筑弱電系統的總體目標是：建立在總集成平臺上的集成管理系統，是將各子系統的信息資源匯集到一個系統集成平臺上，通過對全部信息資源進行收集、傳遞、分析和處理，為了使系統達到高效、節能、協調、經濟的運行狀態，對整個建筑進行最優化的決策和控制。弱電系統綜合了智能住宅建筑的軟硬件，并由智能住宅建筑的數據采集、監視控制系統進行數據采集，建立實時和歷史數據庫，并做進一步的信息處理、分析、提升和發布，實現綜合自動化系統的“管控一體化”建設。

弱電系統的總體要求是：系統采用C/S和B/S結構，為基于任務的系統架構，可以獲得可靠的人機接口冗余，具有全面開放的通訊連接協議接口；控制系統由多種類型控制器和現場網絡組成，因此要求使用統一的接口標準和簡化接口類型。

總集成平臺有五個基本的任務模塊，分別用來處理：I/O設備的通訊；報警狀態的監測；報表的輸出；趨勢的記錄以及用戶監視畫面。

4 實例分析住宅建筑弱電系統設計

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m2；該建筑項目為了實現“零能耗”的目標，多采用被動式設計理念，在使建筑能耗達到合理極限的基礎上，采用智能化系統，通過對樓內所有用能、產能設備的總集成，以達到建筑產能耗能相平衡的目的。

4.2 弱電系統框架

該項目的智能化弱電系統包括：

①綜合布線及網絡系統；②安全防范系統（含視頻監控系統，報警及緊急求助系統，電子巡更系統，一卡通系統）；③有線電視系統；④會議系統；⑤建筑設備監控系統；⑥智能照明系統；⑦總集成平臺；⑧“零能耗”展示系統；⑨機房工程。

4.3 各個子系統設計與功能

4.3.1 綜合布線網絡系統

本項目利用建筑的綜合布線系統為依托，建立了完善可靠的計算機網絡，在高性能的計算機網絡上通過在服務器上運行各種節能軟件管理整棟建筑的各項產、耗能系統，并通過產耗能預測，以達到建筑零能耗的目標。各產、耗能系統通過現場總線經由DDC等采集控制模塊對制冷機、光伏發電、空調器等各具體設備進行監控。

本項目綜合布線系統共設置8個弱電設備間，其中1～4層每層2個。水平子系統采用銅纜，管理水平數據和語音信息點；語音方面要求采用110式配線架；機柜內應為其他智能化系統設備的安裝預留足夠空間；所有設備機柜采用19英寸標準機柜，機柜應配備有風扇、電源、接地端子及門鎖。

4.3.2 建筑樓宇自動控制系統（圖2）

圖2 建筑樓宇自動控制系統圖示

本項目的樓宇自控系統采用了先進的“集散型系統”，通過計算機網絡將各層的現場傳感器、控制器、執行器以及遠程通信設備進行聯網，共同實現集中管理、分散控制的綜合監控及管理功能。系統中的各個子系統通過中央操作站集中管理、分散控制，該系統可匯集各子系統的信息以及建筑物內外的各種信息，并對各類信息進行綜合處理，同時對建筑物內的各個子系統進行綜合處理。

樓宇自控系統設有實時時鐘同步功能，能對中央管理工作站、子系統中央管理工作站、現場運行維護工作站、網絡協議轉換控制器和現場控制器進行自動校正時間。4.3.3 智能照明系統（圖3）

圖3 智能照明系統局部放大圖

智能照明系統采用KNX/DALI總線控制方式，燈控干線沿著弱電線槽敷設；系統中每個光源作為一個獨立的通訊對象，可以及時將運行狀態實時反饋到系統中，并發到弱電機房專用工作站；每個燈具的開斷或調光控制則由相應區域內的智能模塊直接控制，可實現1～100%的亮度調節；系統定時功能可以按每天或每周為周期進行設定，從而實現自動化管理各受控區域，對于特定區域可實現感應控制；有事件發生時，智能照明系統可與相應其他系統（如安防系統）聯動配合，開啟相應區域的照明；當火災發生時，通過輸入消防信號干接點，可聯動開啟相應區域的照明。

智能照明系統的部分設備選型配置如表1所示。

4.3.4 機房工程

在機房中放置主要的服務器、核心交換設備、各系統工作站、液晶展示屏、互動觸摸屏、消防設備等，為了保證計算機設備運行的安全可靠，延長計算機系統的使用壽命，本工程對機房系統進行了充分設計。首層安防監控室機房布置詳見圖4。

表1 智能照明系統部分設備選型配置

圖4 安防監控室機房布置圖

5 結語

總而言之，住宅建筑弱電系統的設計需要根據項目的規模、等級以及運營要求，合理地在眾多弱電系統中挑選出適合該項目的子系統，同時還要考慮每個弱電子系統的架構形式，兼顧性能和經濟的要求。本文的分析進一步強化了相關從業人員對弱電行業和弱電設計的認識，要想確保整個行業有質的進步，需要社會加大投入力度，改善當前弱電設計相對被動的局面。

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