智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)在公共圖書館中的應(yīng)用

王強(qiáng)

摘 要：針對(duì)圖書館書庫及閱覽室占地面積大、人員流動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，智能照明控制系統(tǒng)以照度檢測(cè)器和雙鑒探測(cè)器實(shí)時(shí)采集的室內(nèi)照度和人員活動(dòng)情況數(shù)據(jù)為依據(jù)，經(jīng)照明控制器邏輯判斷形成相應(yīng)的分區(qū)照明控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域照明燈具通斷組合的智能調(diào)節(jié)和控制。工程實(shí)踐應(yīng)用表明，采用智能網(wǎng)絡(luò)控制對(duì)圖書館照明系統(tǒng)進(jìn)行改造后，整體節(jié)電率可達(dá)30%左右，節(jié)電節(jié)能效果比較明顯，其具有非常良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：照明系統(tǒng);照度;節(jié)能改造;圖書館

中圖分類號(hào)：TU113.662文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）04-0135-03

Abstract： In view of the characteristics such as large area， strong mobility of personnel at the library's stack room and reading room， based on the real-time data of indoor illumination and personnel activities collected by illuminance detector and dual detector， and according to the logic judgment of lighting controller to form the corresponding partition lighting control strategy， the intelligent lighting control system can realize the intelligent adjustment and control by on-off combination of regional lighting lamps. The engineering application practice shows that after the library lighting system transformation by using intelligent network control， the overall power saving rate can reach about 30%， and the energy saving effect is obvious， which has a very good application effect.

Keywords： lighting system;illumination;energy saving transformation;library

公共圖書館是城市服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是知識(shí)和文化的集散地，起著不同于城市其他學(xué)習(xí)場(chǎng)所的獨(dú)特作用。圖書館服務(wù)對(duì)象為大量的讀者，具有開啟時(shí)間長、人員流動(dòng)性大等特點(diǎn)，加上書庫儲(chǔ)存書籍較多、閱覽室面積較大，相應(yīng)照明能耗也較其他公共建筑大[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，圖書館照明能耗占整個(gè)建筑能耗的35%以上，節(jié)能降耗已成為公共圖書館能耗改造研究的重要內(nèi)容[2]。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化的信息時(shí)代需求，建立信息交互及時(shí)、多時(shí)段動(dòng)態(tài)管控、綠色環(huán)保的智能化照明節(jié)能系統(tǒng)，依靠強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“人來燈亮、人走燈滅、智能調(diào)節(jié)”的照明節(jié)能調(diào)控[3]，在滿足舒適照明需求的同時(shí)，有效降低照明系統(tǒng)能耗，具有非常重要的工程實(shí)踐應(yīng)用研究意義。

1 公共圖書館照明現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 照明現(xiàn)狀

公共圖書館的服務(wù)對(duì)象為大量讀者，主要功能建筑物包括書庫、閱覽室、辦公室和展廳等。其中，書庫、閱覽室占地面積較大且是讀者主要活動(dòng)區(qū)域，相應(yīng)地，其光源設(shè)置密集，光照度要求較高，相光源功率較大。常規(guī)人工控制照明系統(tǒng)中，在圖書館對(duì)外開放時(shí)，室內(nèi)照明光源基本是全面開啟，尤其在市民工作期間，書庫、閱覽室的閱讀人員較少，全明狀態(tài)的開啟方式會(huì)造成大量的電能資源浪費(fèi)[4]。另外，常規(guī)人工集中控制模式無法結(jié)合外部光照等特點(diǎn)，合理調(diào)控照明燈具組合和光源照度，這也是造成圖書館電能損耗較大的主要原因。因此，結(jié)合國家照明指標(biāo)要求，合理設(shè)計(jì)智能調(diào)控照明系統(tǒng)，盡量做到“按需照明、動(dòng)態(tài)調(diào)控”，以減少不合理光源使用，提高照明系統(tǒng)使用壽命，降低運(yùn)行能耗。

1.2 照度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)

《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）對(duì)圖書館照明的照度標(biāo)準(zhǔn)有明確要求，分房間或場(chǎng)所照明的照度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)為：電子閱覽室、采編間為水平面0.75 m高，500 SI;一般閱覽室、辦公室、報(bào)告廳、陳列室、工作間為水平面0.75 m高，300 SI;檔案庫、休閑廳為水平面0.75 m高，200 SI;書庫、書架為垂直面0.25 m高，50 SI。圖書館照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要在滿足照度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，通過引入傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，確保照明系統(tǒng)具有較高的節(jié)能降耗效果。

2 智能照明節(jié)能控制方案

照明控制系統(tǒng)不僅能夠減少公共圖書館燈具在單位時(shí)間內(nèi)的電能資源損耗，還能降低照明燈具及照明系統(tǒng)的綜合使用時(shí)間，達(dá)到延長照明燈具及照明系統(tǒng)綜合使用壽命的目的?，F(xiàn)在國外發(fā)達(dá)城市公共圖書館已普遍采用先進(jìn)的智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)，相比較而言，我國公共圖書館照明控制系統(tǒng)還不夠完善，照明燈具的控制依然以人工定時(shí)開/關(guān)為主，缺乏有效的節(jié)能控制手段。因此，公共圖書館智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)研究就具有非常重要的工程實(shí)踐意義。

為了考慮照明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控及后期兼容發(fā)展需求，智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)按照“分散集控”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖書館運(yùn)行管理人員根據(jù)圖書館人員流動(dòng)、環(huán)境光照度等情況，通過系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)入上位機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，即可對(duì)系統(tǒng)相關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，如設(shè)置和修改照明照度、人體移動(dòng)雙鑒探測(cè)器和感光傳感器的閾值等，以確保照明系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際照明需求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)燈具的組合;可在操作平臺(tái)上對(duì)照明系統(tǒng)的啟/停時(shí)間進(jìn)行設(shè)置;系統(tǒng)可以根據(jù)照度實(shí)測(cè)值，結(jié)合光照度等特性參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)照明燈具組合、光源狀態(tài)、照明時(shí)間等特性參數(shù);系統(tǒng)接入智能電表，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能耗數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集和實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，并能形成相應(yīng)數(shù)據(jù)分析表格和曲線，便于管理人員查找和分析高能耗照明區(qū)域的原因。系統(tǒng)管理平臺(tái)支持?jǐn)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和遠(yuǎn)程操控，可將供配電系統(tǒng)、能耗數(shù)據(jù)等上傳到圖書館能耗信息監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)的邏輯組成架構(gòu)如圖1所示。智能照明控制器提供定時(shí)控制、無人感應(yīng)控制和照度控制3種功能。

2.1 定時(shí)控制功能

此種模式主要應(yīng)用于書庫和閱覽室的照明。為了提高圖書館管理效率，人們會(huì)根據(jù)圖書館的開/閉館時(shí)間，設(shè)置書庫和閱覽室區(qū)域的照明自動(dòng)啟/閉操作。

2.2 無人感應(yīng)控制功能

考慮到書庫、檔案庫、陳列廳等區(qū)域的應(yīng)用特征，系統(tǒng)針對(duì)這些區(qū)域照明需求提供無人感應(yīng)功能，即將照明燈具按區(qū)域?qū)嵤┓謪^(qū)控制，開放時(shí)間內(nèi)僅讓主要通道采取常明控制，而書架、陳列區(qū)等則結(jié)合雙鑒探測(cè)器，根據(jù)人員活動(dòng)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)活動(dòng)區(qū)域范圍內(nèi)照明燈具的啟動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)器探測(cè)到無人或人員離開60 s后，自動(dòng)關(guān)斷其余照明。其通過按需合理啟動(dòng)燈具，形成動(dòng)態(tài)區(qū)域組合，有效降低照明燈具的開啟時(shí)間，在滿足相關(guān)區(qū)域照明功能需求的基礎(chǔ)上，合理進(jìn)行調(diào)節(jié)，以降低照明系統(tǒng)能耗[5-6]。

2.3 照明控制功能

考慮到閱覽區(qū)域的功能特征以及現(xiàn)代圖書館書架與閱覽書桌共區(qū)域布置情況，閱覽區(qū)根據(jù)書桌分布情況實(shí)施分區(qū)智能控制。同時(shí)，智能照明控制器除了會(huì)根據(jù)時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)外，還可以根據(jù)照度檢測(cè)器采集的實(shí)時(shí)照度值、自然光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整區(qū)域照明燈具組合，確保照明區(qū)域具有良好的照明質(zhì)量和節(jié)能效果。

3 智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用能效分析

某圖書館采用圖1所示的節(jié)能控制方案，對(duì)圖書館10間書庫及閱覽室進(jìn)行照明系統(tǒng)節(jié)能改造。每間書庫及閱覽室共設(shè)置8個(gè)智能照明控制器、16個(gè)照度檢測(cè)器和32個(gè)雙鑒探測(cè)器，其中，照明光源、照度檢測(cè)器和雙鑒探測(cè)器通過總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接入智能照明控制器，經(jīng)RS485網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP總線與系統(tǒng)控制主機(jī)完成數(shù)據(jù)信息的交互共享。另外，每個(gè)智能照明控制分區(qū)設(shè)置一面照明配電箱，通過智能電表實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和上傳分析。整個(gè)改造工程共采用80個(gè)智能照明控制器、160個(gè)照度檢測(cè)器和320個(gè)雙鑒探測(cè)器，改造工程總工期為3個(gè)月。系統(tǒng)調(diào)試完成后，為了評(píng)估其節(jié)能降耗效果，研究人員將系統(tǒng)設(shè)置為常規(guī)（改造前）和智能調(diào)控模式（改造后），分別運(yùn)行1周，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其改造前后的照明特征數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

從表1對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，照明系統(tǒng)采用智能控制系統(tǒng)后，其電能損耗明顯降低，除文娛館外，其他區(qū)域的節(jié)電率均保持在20%以上。其中，古典中文書庫2和外文書庫節(jié)電率均超過50%，主要原因是古典中文書庫2和外文書庫借閱人員較少、借閱人次也較少，智能照明控制系統(tǒng)集中了雙鑒探測(cè)器和照度檢測(cè)器數(shù)據(jù)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整該區(qū)域的照明燈具組合，節(jié)電效果明顯。文娛館主要儲(chǔ)藏文娛期刊、音樂和舞蹈等聲像資料，借閱人員較多、人員流動(dòng)比較頻繁，因此改造前后的節(jié)電率也較低。根據(jù)上述分析，圖書館采用智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，總體可以獲得至少30%的節(jié)電率，系統(tǒng)節(jié)電節(jié)能效果十分明顯。

4 結(jié)語

智能照明控制系統(tǒng)依據(jù)雙鑒探測(cè)器和照度檢測(cè)器采集的實(shí)時(shí)環(huán)境光線強(qiáng)弱變化、人員流動(dòng)情況等數(shù)據(jù)信息，通過區(qū)域燈具的組合調(diào)配和智能控制，實(shí)現(xiàn)了“人來燈亮、人走燈滅、智能調(diào)節(jié)”的燈控效果。實(shí)踐應(yīng)用表明，智能照明控制系統(tǒng)的整體節(jié)電率可以超過30%，節(jié)能改造回收周期也較短，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖書館常規(guī)照明控制方式的革新，其具有非常良好的工程實(shí)踐應(yīng)用效果。

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