圖書館學(xué)習(xí)環(huán)境下的多功能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

王煜琳 毛軼超

摘要：近年來(lái)，隨著教育事業(yè)的不斷發(fā)展，圖書館已成為在校學(xué)生學(xué)習(xí)的最佳場(chǎng)所，因而圖書館教育設(shè)施的質(zhì)量對(duì)其發(fā)展具有重要作用。本文針對(duì)圖書館的照明設(shè)施，在進(jìn)行分析研究之后，研發(fā)出一款基于學(xué)習(xí)照明的創(chuàng)意水杯重力感應(yīng)燈。通過節(jié)省桌面空間、利用重力感應(yīng)以及光的傳播等原理對(duì)傳統(tǒng)臺(tái)燈進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)省桌面空間、突破傳統(tǒng)照明方式、營(yíng)造良好學(xué)習(xí)氛圍的效果，為學(xué)生提供優(yōu)良的照明環(huán)境。

關(guān)鍵詞：圖書館;照明設(shè)施;創(chuàng)意水杯重力感應(yīng)燈;節(jié)省桌面空間

中國(guó)分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）02-0149-03

目前，市場(chǎng)上照明設(shè)備品種眾多，但大部分仍只是停留在簡(jiǎn)單的外觀設(shè)計(jì)或者添加多余的功能。因此，就臺(tái)燈而言，企業(yè)應(yīng)關(guān)注臺(tái)燈的使用功能、護(hù)眼功效、外觀設(shè)計(jì)感、節(jié)能減排等方面[8]。

圖書館作為知識(shí)源泉之地，擁有良好的設(shè)施設(shè)備是首先需考慮的。據(jù)初步的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，圖書館部分設(shè)施設(shè)備仍存在一些問題，其中照明設(shè)備存在的問題較大。首先，照明設(shè)備的光線的明暗對(duì)學(xué)生眼睛具有較大影響;其次，燈具設(shè)計(jì)應(yīng)基于使用環(huán)境而言，缺乏設(shè)計(jì)感的照明設(shè)備會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。因此，從目前照明系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究分析發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)缺陷，并對(duì)圖書館照明系統(tǒng)展開調(diào)研，從而得出具有切實(shí)可行的解決方案。

1 圖書館照明產(chǎn)品現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前，大多數(shù)的論文主要是集中在對(duì)燈光亮度、護(hù)眼以及功能上做研究。成鳳敏在《智能LED臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》中主要是利用了紅外傳感器以及單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)開啟關(guān)閉、亮度調(diào)節(jié)以及用戶坐姿提醒等多功能的LED臺(tái)燈解決傳統(tǒng)臺(tái)燈能耗大、傷眼等問題[1];《高均勻低眩光LED臺(tái)燈配光設(shè)計(jì)及仿真分析》中，主要是針對(duì)臺(tái)燈光效低、亮度不均勻、眩光較嚴(yán)重的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)了一款高均勻低眩光的LED護(hù)眼臺(tái)燈[2];魏熾旭、林泉康在《基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)》中以51單片機(jī)為主控芯片、利用感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器的原理來(lái)設(shè)計(jì)智能臺(tái)燈[3];上海理工大學(xué)的《基于STM32的智能臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)》采用搭建硬件電路、編寫對(duì)應(yīng)的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)燈光調(diào)節(jié)、藍(lán)牙通信等功能[4]。

然而，他們的都存在一些問題：都是基于傳統(tǒng)的臺(tái)燈樣式，在外觀上并未有所突破，缺乏人性化，而人性化設(shè)計(jì)應(yīng)將“人——產(chǎn)品——環(huán)境”三者完美結(jié)合，并將藝術(shù)、技術(shù)與人性得到完美融合，不只是單一的技術(shù)設(shè)計(jì)[5]。此外，功能過多，在實(shí)際的圖書館學(xué)習(xí)過程中并非所有功能都需要，需要解決的是空間利用問題以及正常的照明問題，只需要滿足基本的照明功能即可。

1.2 市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品狀況分析

市場(chǎng)上的照明系統(tǒng)包括：照明設(shè)計(jì)和照明配電線路設(shè)計(jì)。照明設(shè)計(jì)中包括光源、燈具的選擇與布置，開關(guān)、插座的選擇與布置等。照明配電線路設(shè)計(jì)包括照明配電線路的保護(hù)及敷設(shè)等[9]。

目前市場(chǎng)上臺(tái)燈就功能分類而言有以下幾種：閱讀臺(tái)燈、裝飾臺(tái)燈[6]（圖1）。閱讀臺(tái)燈一般用于閱讀，因此其光線要求相對(duì)高些。

為追尋綠色節(jié)能的理念，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查研究，相對(duì)于傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈而言，LED燈是綠色照明的理想光源，其在功耗及使用壽命上均有優(yōu)勢(shì)[7]，因此，在設(shè)計(jì)中采用LED燈作為光源是最佳選擇。

在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈具市場(chǎng)上的燈具造型要么呆板、缺乏新穎性，要么就是過多的在外觀造型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，而未能實(shí)際的解決某種具體的問題，基本用于裝飾作用，且大多用于展覽中，真正用到實(shí)際的閱讀學(xué)習(xí)中的很少。

市場(chǎng)上就燈具的控制方式而言大致有開關(guān)控制、觸控式、聲控，但是，大眾化的開關(guān)缺乏創(chuàng)新，無(wú)法讓消費(fèi)者感受到生活的樂趣、照明系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)，同時(shí)大部分的燈具都只具有裝飾性，而未能解決實(shí)際問題，這是目前市面上照明系統(tǒng)的一大設(shè)計(jì)漏洞之一。

2 圖書館照明產(chǎn)品情況調(diào)研

初期對(duì)廣大去圖書館學(xué)習(xí)的學(xué)生做了1份關(guān)于圖書館存在的現(xiàn)象的調(diào)查，采用線上線下問卷調(diào)查的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一共調(diào)查了700份，其中有效數(shù)據(jù)是550份。經(jīng)分析，圖書館存在的問題大致分為兩類，一類是圖書館自身設(shè)施問題，另一類是人為因素，具體見表1、表2。

圖書館自身設(shè)備存在的問題有：（1）臺(tái)燈光線較暗或者不亮;（2）插電口較少;（3）漏水;（4）設(shè)備不足;（5）桌面空間小等等。

人為因素有：（1）聲音較嘈雜;（2）圖書亂放、損壞;（3）占位現(xiàn)象嚴(yán)重;（4）垃圾亂丟等等。

從上述兩個(gè)圖表可以看出最為突出的問題是光線不足和桌面空間不足。

在正常的學(xué)習(xí)當(dāng)中，光線起著決定性作用，擁有好的照明設(shè)備能讓學(xué)習(xí)效率提高很多，同時(shí)也能幫助學(xué)生的眼睛。而圖書館的照明系統(tǒng)卻存在光線不足、設(shè)備缺陷等問題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了較大影響，無(wú)法很好地看清書，長(zhǎng)期下去會(huì)產(chǎn)生視覺疲勞等癥狀。因此，對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)是必須的。

桌面擺放的東西過多、桌面面積較小、空間不足，造成了桌面利用率低。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臺(tái)燈和水杯擺放在桌面上占用了一定的空間，同時(shí)裝有水的水杯這會(huì)造成杯中水的潑灑，因此，桌面利用率的問題也亟待解決。

綜上，臺(tái)燈和水杯一起放置在桌面時(shí)會(huì)占用一定的空間，臺(tái)燈光線又不足、水杯易潑灑，如何將這些問題一起解決將是我們所探討的。

3 圖書館新型照明產(chǎn)品創(chuàng)新研究

在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)或休閑桌面上，一方面，傳統(tǒng)的臺(tái)燈擺放在桌面會(huì)占用一定的桌面空間;另一方面，將打開的水杯放在桌面上易造成水的潑灑。針對(duì)這兩類問題，決定以空間利用的角度來(lái)解決照明光線不足的問題。

經(jīng)多次討論與實(shí)驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)了一款創(chuàng)意水杯重力感應(yīng)燈，旨在通過水的方式改變照明的方向以達(dá)到從下面打燈也可以輻射到周圍的效果。

3.1 內(nèi)部基本工作原理

其基本的作用原理是通過將裝有一定水量的水杯放在嵌有燈的桌面凹槽中，燈受到水杯的重力作用之后具有向下的彈力，然后壓力傳感器受到重力作用后，通過電路傳導(dǎo)使燈發(fā)亮，燈光以水為介質(zhì)近而使杯體發(fā)光，從而達(dá)到看書照明的效果（圖2）。

3.2 運(yùn)作方法

當(dāng)將注水的水杯放在燈的表面時(shí)，壓力傳感器感受到重力，F(xiàn)SR402壓力傳感器阻值迅速下降到幾百歐，Q1三極管導(dǎo)通，Q2三極管也導(dǎo)通，因此RL1線圈得電，開關(guān)閉合，燈導(dǎo)通發(fā)光。燈光通過杯體發(fā)光，從而在一定范圍內(nèi)達(dá)到看書的照明效果（圖3）。

3.3 實(shí)驗(yàn)操作

1）實(shí)驗(yàn)用具：電路、光測(cè)量器、水杯、燈、量杯。

2）實(shí)驗(yàn)環(huán)境：圖書館。

3）實(shí)驗(yàn)條件：測(cè)量圖書館公共照明環(huán)境的光亮;人正?？磿鴷r(shí)的燈光亮度范圍在300～700LUX，當(dāng)燈光亮度低于或高于此范圍時(shí)，都對(duì)人的眼睛有一定的傷害，因此，在進(jìn)行燈光設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格控制好燈光的亮度。

4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嚎紤]到在保證燈光不變的情況下影響人看書時(shí)對(duì)光的感知的因素有水杯的高度、水杯中水的高度、水杯的形狀、人與水杯的距離以及聚光物質(zhì)。

5）實(shí)驗(yàn)操作：選用雙層水杯容量分別為500ml和350ml、單層水杯容量分別為500ml和300ml、矮圓杯250ml進(jìn)行光照強(qiáng)度的測(cè)試。

設(shè)光照強(qiáng)度為變量W，水杯中的水在一定水位m時(shí)書本距離水杯n時(shí)，人眼不同高度是感受到的燈光的亮度為變量x，因此，最終測(cè)得的光照強(qiáng)度W=x，從而得出最佳的水位以及最佳距離。

在一定的時(shí)間里，將環(huán)境的燈光亮度進(jìn)行了測(cè)試，從而排除環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較有同種類型而容量不同的水杯間、同一水杯水量不同時(shí)的數(shù)據(jù)、看書距離的不同時(shí)數(shù)據(jù)的變化以及加了錫箔紙之后數(shù)據(jù)的變化。

1）第一組，向同一水杯分別加入200ml、300ml、400ml的水，測(cè)出此時(shí)的水的高度，并在距離水杯10cm、20cm、30cm、40cm測(cè)量人眼感知的燈的亮度x。多次測(cè)試幾種水杯，從而得出最佳水位m及最佳距離n。

2）第二組，對(duì)同種類型而容量不同的水杯進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試當(dāng)加入的水的容量相同時(shí)，分別測(cè)試同時(shí)距離水杯10cm或20cm或30cm或40cm時(shí)人眼感知的燈的亮度，進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，從而得出最佳杯型。

3）第三組，在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在原來(lái)的水杯口的上方覆蓋一層錫箔紙，然后分別測(cè)試同一高度、不同距離時(shí)人眼感知燈的亮度x，從而得出是否要加錫箔紙。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)篩選出人眼感知亮度范圍在300～ 7001ux的數(shù)據(jù)，見表3。

3.4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

經(jīng)上述數(shù)據(jù)篩選得出：當(dāng)水杯距離人看書為10cm時(shí)光線較適合，同時(shí)當(dāng)水杯加上錫紙時(shí)光照強(qiáng)度較大;對(duì)于水杯的杯型得出兩種：（1）雙層水杯容量為350ml：當(dāng)水杯內(nèi)水位為300ml和200ml時(shí)，無(wú)論是底部、中部還是頂部，光照強(qiáng)度都是在人看書時(shí)最佳亮度范圍之內(nèi);（2）矮圓杯容量為250ml，當(dāng)水位為150ml和200ml時(shí)，無(wú)論是底部、中部還是頂部，光照強(qiáng)度都是在人看書時(shí)最佳亮度范圍之內(nèi)。然而，由于矮圓杯容量較小，且體型過小，因此，選用容量為350ml的雙層杯最佳。

3.5 產(chǎn)品特點(diǎn)

創(chuàng)意重力感應(yīng)燈集美觀性與實(shí)用性于一體，將其應(yīng)用到現(xiàn)代生活中既具有裝飾性，又起到照明的作用。

（1）利用壓力傳感器的原理，賦予燈泡開關(guān)的功能，同時(shí)也節(jié)省了實(shí)際的開關(guān)空間;（2）以水為介質(zhì)，光線通過水傳遞到空氣中，從而起到照明的作用;（3）采用凹槽式以供水杯放置，并起到固定水杯的作用;（4）整體外形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約而無(wú)多余的墜飾，深受大眾消費(fèi)者的喜愛。

4 總結(jié)

采用凹槽式、重力感應(yīng)是一種新型控制方式，不僅可以提高桌面的利用率，而且更加實(shí)用，同時(shí)采用的LED燈也很節(jié)能。

目前市場(chǎng)上還未見過利用重力來(lái)使燈亮同時(shí)使杯體發(fā)光達(dá)到照明效果。而本實(shí)用型發(fā)明不僅解決了照明問題，而且也解決桌面空間擁擠的問題，提高了桌面利用率，不會(huì)像傳統(tǒng)燈具一樣占用桌面。而將光源嵌入桌面從而將光源“隱藏”起來(lái)，體現(xiàn)了簡(jiǎn)約的理念，不會(huì)造成視覺負(fù)擔(dān)。

通過水的方式改變照明的方向以達(dá)到從下面打燈也可以輻射到周圍的效果。改變了傳統(tǒng)的照明方式，更加方便了人們的生活，有效地節(jié)省了空間，同時(shí)也降低了水杯在桌面被潑倒的概率。

在圖書館學(xué)習(xí)過程中，燈具不僅具有照明的功能，而且也要符合大眾審美，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中起到了很好的輔助作用，而不是一種障礙。隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的照明管理方式已不能滿足現(xiàn)代圖書館對(duì)照明控制、節(jié)能、便捷的多元化需求，因此，通過改變傳統(tǒng)照明系統(tǒng)開關(guān)方式以及光的傳播方式，可謂是一種進(jìn)步。重力感應(yīng)燈具設(shè)計(jì)一方面使得圖書館燈具檔次有所提升，另一方面也有效降低生產(chǎn)成本，充分體現(xiàn)了該照明系統(tǒng)在圖書館應(yīng)用上的便利性與節(jié)能性。

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