圖書館智能高效照明改造研究

彭希喬，熊異

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院控制學(xué)院，湖南株洲 412001）

截至2020-06-30，全國高等學(xué)校共計3 005 所，各高等學(xué)校基本上都有圖書館，規(guī)模大的高等院校甚至有2～3 個圖書館。除此之外，各中小學(xué)和各城市也有圖書館，因此全國圖書館總體數(shù)量驚人，但其中50%以上的圖書館因為建設(shè)年代久遠(yuǎn)[1]，傳統(tǒng)的照明設(shè)計在節(jié)能和智能管控上存在的問題很多，而且由于其照明設(shè)備老化，需要改造，因此對這些圖書館進(jìn)行智能高效照明改造研究具有重要意義，推廣智能化的照明技術(shù)很有必要。

1 圖書館照明存在的問題

圖書館照明存在問題主要有以下幾點(diǎn)。

照明燈具為傳統(tǒng)燈具，照明光源單一，如大部分圖書館的借閱室、閱覽室、書架區(qū)采用熒光燈，能耗大。

照明控制方式落后，閱覽室和公共區(qū)域出現(xiàn)長明燈現(xiàn)象，照度浪費(fèi)嚴(yán)重。很多圖書館照明開關(guān)控制方式為人工控制，一回路管控?zé)糨^多，一開全開，一關(guān)亮度又不行，且依賴人工進(jìn)行管理，照明能耗不可控性高。

傳統(tǒng)圖書館的照明設(shè)計落后，照度未考慮與自然光相結(jié)合，故不論白天還是晚上，陰天還是晴天，走廊或閱覽室內(nèi)的燈總是處于點(diǎn)亮狀態(tài)，部分位置照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)值，造成嚴(yán)重的照度浪費(fèi)[2]。

公共走廊和書架區(qū)未設(shè)置感應(yīng)，導(dǎo)致有無人時燈光常亮，照度浪費(fèi)嚴(yán)重。

2013 年前完成設(shè)計、安裝的圖書館，依據(jù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為GB 50034—2004《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，其所規(guī)定的功率密度限值與GB 50034—2013 標(biāo)準(zhǔn)相比有較大幅度的降低，導(dǎo)致照度不能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[3]。

圖書館通過犧牲照度實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的現(xiàn)象存在，導(dǎo)致部分空間照度無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著中央國家機(jī)關(guān)建筑節(jié)能考核的不斷深入，在現(xiàn)有照明系統(tǒng)未有效改造的情況下，通過隔一亮一、減少燈具內(nèi)安裝光源等措施來實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，由于傳統(tǒng)的熒光燈無法實(shí)現(xiàn)良好的調(diào)光智能控制，使得在工程實(shí)踐中往往通過減少走廊、閱覽室等人員流動區(qū)域的開啟光源數(shù)量，利用人工控制措施來實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，導(dǎo)致這些空間在使用時，照度水平無法動態(tài)調(diào)整達(dá)到照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。很多建設(shè)年代久遠(yuǎn)的圖書館，由于燈具選型不當(dāng)，燈具出現(xiàn)在臨近人視線方向位置時，則會產(chǎn)生眩光感受。很多老圖書館燈具老化，瀕臨壽命末期，故障率高，更換維護(hù)工作量大。

圖書館的照明控制系統(tǒng)落后，無智能控制系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)，沒有將照明系統(tǒng)并入到數(shù)字校園中。

2 圖書館智能高效照明改造方案設(shè)計思路

基于上述分析的圖書館照明存在的問題，筆者提出智能高效照明改造方案，設(shè)計思路如下：①利用高效、高品質(zhì)的LED 照明產(chǎn)品替換現(xiàn)有傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，有效降低安裝功率密度，降低能耗；②優(yōu)化燈具配光選型，有效改善空間照明品質(zhì)，為使用者創(chuàng)造良好的使用環(huán)境[5]；③依據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》最新標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同類型場所的控制需求，合理確定智能控制方案，安裝智能控制模塊，將照明控制系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)納入到數(shù)字化校園，在保障使用功能前提下，有效減少照明運(yùn)行能耗，提高管理水平；④根據(jù)不同場所照明的功能和管理要求不同，分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)智能照明和節(jié)能控制，閱覽區(qū)域?qū)崿F(xiàn)恒照度，公共區(qū)域和書架區(qū)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)節(jié)能。

3 圖書館智能高效照明改造設(shè)計方案

3.1 圖書館高效照明改造目標(biāo)

因圖書館中主要的視覺作用是閱讀、查找、藏書等，因此照明改造設(shè)計除了應(yīng)該滿足照度標(biāo)準(zhǔn)外，還要努力提高照明質(zhì)量，其中尤要注意降低眩光和光幕反射。為了給廣大師生讀者創(chuàng)造更好的閱覽學(xué)習(xí)環(huán)境，改善閱覽區(qū)、自修室等區(qū)域光線暗以及原照明燈能耗大、故障率高的問題，改造中將在保證現(xiàn)有照明方式不變，合理維持各改造場所照明質(zhì)量不變的前提下，通過選擇高效的LED 照明產(chǎn)品有效降低照明安裝功率50%左右，實(shí)現(xiàn)照明節(jié)電率60%以上的改造目標(biāo)。同時根據(jù)圖書館各改造場所實(shí)際應(yīng)用情況，為了確保不影響正常使用，盡量避免改變線路或增加線路，更換的LED 燈具的安裝方式在滿足相關(guān)規(guī)范要求和使用功能的前提下，盡可能與原安裝方式相同[6]。

3.2 燈具配光原則

嚴(yán)格按照《中央國家機(jī)關(guān)辦公區(qū)智能高效照明改造工程指南》規(guī)定的確定色溫、顯色指數(shù)等性能指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同功能空間類型、燈具使用場所空間尺寸和布置間距等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研評測，合理確定燈具配光原則，具體如下：①對于普通辦公室等空間高度不高，環(huán)境亮度與燈具表面亮度對比相對較小的空間，可使用余弦配光燈具。②對于走廊等空間，由于環(huán)境亮度相對較低，使得與燈具表面亮度易形成較為明顯的反差，容易產(chǎn)生不舒適眩光，則應(yīng)在保證照度均勻度的前提下盡量降低大角度方向的光強(qiáng)[7]。③對于閱覽室，對照度要求較高，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配光，保證照度均勻。

3.3 圖書館智能高效照明改造系統(tǒng)設(shè)計

圖書館智能高效照明改造設(shè)計依據(jù)集成的智能化照明產(chǎn)品，基于ZPLC 技術(shù)，免布控線，實(shí)現(xiàn)各類電氣設(shè)備的精準(zhǔn)控制[8]，具體設(shè)計如圖1 所示。

圖1 圖書館智能高效照明改造系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)架圖

3.4 圖書館不同場所照明的功能和管理需求分析

根據(jù)圖書館不同場所人員行為特征及照明需求，圖書館以下3 類空間需要進(jìn)行智能照明改造，下將這3類空間的照明功能和管理需求進(jìn)行歸納，具體如表1所示。

表1 圖書館不同場所照明的功能和管理需求分析表

3.5 圖書館智能高效照明改造控制方案

根據(jù)不同空間功能需求以及場所照明應(yīng)用現(xiàn)狀，確定照明控制方案，如表2 所示。

表2 圖書館智能高效照明改造控制方案

4 圖書館智能高效照明改造效益分析

圖書館智能高效照明改造，可產(chǎn)生如下效益。

4.1 降低照明能耗，運(yùn)營成本大大降低

通過燈具置換和集中智能管理實(shí)現(xiàn)一次和二次節(jié)能，綜合預(yù)估可實(shí)現(xiàn)30%的節(jié)能率；通過燈光集中管理，平均功率降低，延長燈具的使用壽命，平均可延長燈具20%～30%的使用時限，節(jié)約設(shè)備置換成本[9]。

4.2 提升圖書光環(huán)境舒適度

圖書館智能高效照明改造提升了圖書光環(huán)境舒適度，具體表現(xiàn)在：①恒照度模式。通過閱讀桌面照度監(jiān)測，自動感應(yīng)外部自然光線強(qiáng)度，智能調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度；外部光線較強(qiáng)時自動調(diào)低功率，外部光線較弱時自動調(diào)高補(bǔ)光。②感應(yīng)控制。通過紅外線感應(yīng)探頭根據(jù)人員行為實(shí)現(xiàn)智能控制，在書架區(qū)實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈弱，通過集中控制實(shí)現(xiàn)整體光環(huán)境統(tǒng)一調(diào)配，較普通節(jié)能燈更為自然舒適[10]。③遮光窗簾控制（如有）。外部自然光過于強(qiáng)烈時，可聯(lián)動控制窗簾自動關(guān)閉或半關(guān)閉，室內(nèi)自動調(diào)節(jié)亮度至合適強(qiáng)度。④色溫調(diào)節(jié)。夏天用冷光模式，讓人感覺清涼舒爽，冬天用暖光模式，讓人感覺溫馨舒適。⑤無頻閃。教育照明標(biāo)準(zhǔn)高顯色性無頻閃，改善照明環(huán)境，預(yù)防近視，呵護(hù)閱讀者的視力[11]。

4.3 操作便捷、維護(hù)簡單

圖書館智能高效照明改造后操作便捷、維護(hù)簡單，主要體現(xiàn)在：①遠(yuǎn)程、現(xiàn)場均可控制，降低巡場工作量，預(yù)計可減少人員0.5 人，年節(jié)約人員費(fèi)用約30 000元；②一鍵調(diào)用場景，例如設(shè)置晴天模式、陰天模式；③基于ZPLC 技術(shù)，免弱電布控線，布線簡單；④后續(xù)如要增設(shè)開關(guān)，不需布線，設(shè)置隨意貼墻的無線開關(guān)，美觀又經(jīng)濟(jì)；⑤后期維護(hù)簡單，設(shè)備型號與傳統(tǒng)照明基本一致，普通電工即可完成日常維護(hù)[12]。

4.4 提升了校園數(shù)字化管理水平

智能照明管理系統(tǒng)開放數(shù)據(jù)接口，可并入智慧校園系統(tǒng)，提升數(shù)字化管理水平；實(shí)現(xiàn)智能化的節(jié)能管理，可以監(jiān)測用電數(shù)據(jù)，可分區(qū)域、分時段分項計量，做到實(shí)時監(jiān)測能源使用，及時調(diào)整控制策略。

5 結(jié)束語

目前全國已建成運(yùn)行的圖書館由于大部分建成年代久遠(yuǎn)，照明標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計落后。作為全社會引領(lǐng)文化的示范性基地，圖書館長明燈現(xiàn)象的節(jié)能示范影響作用太惡劣，對圖書館進(jìn)行高效智能照明改造非常有必要。改造能根據(jù)館內(nèi)不同的空間特征和照明需求，實(shí)現(xiàn)智慧照明和智能化的控制管理，帶來節(jié)能和運(yùn)營成本降低等一系列效益。