無錫市圖書館　丁永威

無錫圖書館節(jié)能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

無錫市圖書館丁永威

本文介紹了圖書館高效、綠色光源、節(jié)能燈具的選用方法，提出了利用現(xiàn)代照明控制技術(shù)與手段解決圖書館照明節(jié)能的問題，闡述了照明控制是實現(xiàn)照明節(jié)能的有效途徑。

圖書館智能照明控制節(jié)能燈光照明

0　引言

圖書館是社會必備的基礎(chǔ)設(shè)施，是公益事業(yè)，在我國大力推行建筑節(jié)能的21世紀(jì)，圖書館建筑也要體現(xiàn)時代的建筑理念和時代特征，更要體現(xiàn)節(jié)能的主題。圖書館同時也是用電大戶，照明方式的不同，可以在很大程度上影響電耗。照明用電在國民用電總量中所占到相當(dāng)?shù)谋嚷剩话銥?0%～20%，對于圖書館而言，照明負(fù)荷一般約占整個建筑物用電負(fù)荷的60%左右，設(shè)計中考慮推廣節(jié)能照明對于提高能效，保護(hù)環(huán)境而言意義重大。

1　工程概述

無錫市圖書館建筑氣勢恢弘、簡潔明快，座落在寬廣秀麗的太湖廣場南側(cè)。主樓13層，裙房7層，建筑面積26851m2，一至五層為閱覽區(qū)，六層為辦公區(qū)，七至十二層為書庫，變電所設(shè)在地下一層。擁有較完備的現(xiàn)代通訊設(shè)施、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)檢索、多媒體導(dǎo)讀、自動化管理系統(tǒng)，提供閱覽座位1600多個，設(shè)立圖書借閱室、報刊閱覽室、文史閱覽室、電子閱覽室、參考文獻(xiàn)檢索室、休閑書屋等23個服務(wù)窗口，開放面積達(dá)20000m2，全方位地為讀者服務(wù)。

2　圖書館照明特點分析

圖書館照明按功能可分為閱覽照明、書庫照明、交通照明、辦公照明、裝飾照明和室外泛光照明?，F(xiàn)代圖書館以開架閱覽室為主，其特點是閱覽書架共存于一個空間，相互間位置會經(jīng)常變動調(diào)整，對照明系統(tǒng)提出了更高的靈活性要求。

圖書館閱覽室是人員較多的地方，加之圖書館的單層面積較大，很多地方自然采光無法滿足照度要求，因此，這些地方的燈光照明幾乎是全天運行?，F(xiàn)代圖書館的公共空間及走道照明設(shè)計是表現(xiàn)建筑空間及建筑美學(xué)很重要的手段。無論是一般照明，還是重點照明、裝飾照明，處處都設(shè)置了大量的裝飾用燈具，其照明設(shè)備設(shè)計能耗預(yù)計達(dá)到整個場館日常照明耗電量的10%。如何將建筑表現(xiàn)與建筑照明節(jié)能有機(jī)地結(jié)合是電氣照明設(shè)計應(yīng)予以重視的問題。

3　照明設(shè)計

GB 50034—2004《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對圖書館每一區(qū)域的照度標(biāo)準(zhǔn)及能耗提出了具體指標(biāo)要求。照明功率密度作為照明節(jié)能的評價指標(biāo)，是每個設(shè)計人員必須認(rèn)真思考和解決的任務(wù)。照明節(jié)能設(shè)計通常從照明光源設(shè)計、照明燈具設(shè)計及照明控制設(shè)計等方面著手。尤為重要的是光源及燈具的高效性對節(jié)能的影響。照明控制方式是決定照明系統(tǒng)能否真的節(jié)能的關(guān)鍵，其重要性不低于采用高效光源、燈具。圖書館閱覽室將全年、全天候開放，因此照明控制系統(tǒng)的設(shè)計在該館照明節(jié)能的設(shè)計中尤為重要。

圖書館的照明區(qū)域主要分為公共區(qū)域、閱覽室、書庫、辦公室及室外照明區(qū)域。根據(jù)各區(qū)域的工況條件及工作特點，對系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行分析。

1）由于公共區(qū)域的照明基本無人值守，照明燈可能會長期處于“無效”狀態(tài)，浪費了大量能源。因此，對于這類人員活動較少的區(qū)域設(shè)置了人體紅外感應(yīng)控制器，實施人性化自動控制。

2）閱覽室的面積較大，可利用自然光的區(qū)域、時間均有限。因此，在閱覽室中可設(shè)置照度采集器，可根據(jù)室內(nèi)照度的情況自動控制燈具開啟數(shù)量。電了閱覽室、多功能室、會堂等處可采用自動調(diào)光控制。

3）書庫的照明控制主要考慮管理及安全的需要，在書庫門口均可設(shè)置統(tǒng)一的照明控制器，管理人員在任一門口均可開啟庫內(nèi)的照明。在書庫外還可設(shè)置紅外感應(yīng)器，當(dāng)有人進(jìn)入時將自動開啟通道照明。

4）辦公區(qū)域的公共走道照明設(shè)置多點控制器，為較長走道的照明節(jié)電控制提供了手段。

5）室外照明的控制采用照度控制和時間控制兩種模式。

6）圖書館內(nèi)應(yīng)急照明充分利用智能照明控制系統(tǒng)，結(jié)合火災(zāi)報警系統(tǒng)可實現(xiàn)集中、自動控制。

4　傳統(tǒng)照明控制

室內(nèi)照明方式可分為：一般照明、分區(qū)照明、混合照明。

所謂一般照明，即是基礎(chǔ)照明，在一個場所內(nèi)單設(shè)局部照明不能形成舒適的環(huán)境亮度，容易產(chǎn)生視疲勞，因此應(yīng)設(shè)一般照明。分區(qū)一般照明是為提高某一區(qū)域照度而相對集中設(shè)置燈具的一般照明方式，部分要求高照度的場所，宜設(shè)置分區(qū)照明。對于照度要求較高、工作位置密度不大，一般照明或分區(qū)照明不能滿足要求的場所，宜采用混合照明。

從上述照明方式可看出，為達(dá)到照明效果，照明應(yīng)分級控制，房間內(nèi)燈具一般是用蹺板開關(guān)放于門口控制，對于面積較大的房間燈具較多時，采用雙聯(lián)、三聯(lián)、四聯(lián)開關(guān)或多個開關(guān)，也有采用照明配電箱放于門口，直接用配電箱內(nèi)的斷路器控制的。對于上述面板開關(guān)控制，面板開關(guān)所控?zé)艟邤?shù)量有限，大開間房間燈具較多，由于控制點集中，帶來的必然是控制不靈活，平面布線復(fù)雜，故障率高。如果采用照明配電箱放于房間門內(nèi)，直接用配電箱內(nèi)的斷路器控制燈具回路，存在以下兩個問題：

1）影響室內(nèi)美觀，照明配電箱體積較大時還會影響圖書館房間的使用性能，如書架的排列等。有些區(qū)域會違反國家規(guī)范要求，如《圖書館建筑設(shè)計規(guī)范》（JG138—1999）要求，書庫配電箱應(yīng)放在書庫外。根據(jù)規(guī)范要求，圖書館應(yīng)設(shè)一般照明、應(yīng)急照明、值班照明或警衛(wèi)照明。對于不同區(qū)域，如書庫、閱覽室、公共場所等，要保證這些場所照明不同使用功能，如用傳統(tǒng)面板控制方法，平面布線更加復(fù)雜，勢必也降低可靠性，尤其是對于現(xiàn)代化圖書館其照明功能復(fù)雜，傳統(tǒng)的控制方式已難以滿足。

2）規(guī)范要求書庫照明宜分區(qū)分架控制，書架行道照明應(yīng)有單獨開關(guān)，行道兩端都有通道時設(shè)雙控開關(guān)，書庫樓梯照明也應(yīng)采用雙控開關(guān)。傳統(tǒng)的面板控制方式，其控制靈活性低，要求人員在現(xiàn)場進(jìn)行開關(guān)操作。

5　智能照明控制系統(tǒng)

照明控制的根本要求是安全、靈活、節(jié)能。建筑空間布局經(jīng)常變化，要求照明控制要適應(yīng)這種變化，若采用上述傳統(tǒng)控制方式無法達(dá)到靈活控制以及節(jié)能的目的。而在照明回路中串聯(lián)由樓宇自控（BA）系統(tǒng)控制的觸點，通過控制這些觸點可以實現(xiàn)區(qū)域控制、定時開關(guān)、中央監(jiān)控等功能，但是，存在著造價高、集中控制使用不便、控制功能簡單，不是一個獨立的系統(tǒng)等缺陷。以上兩種照明控制方法中存在的局限性使得專為照明控制所做的系統(tǒng)孕育而生，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的照明控制系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線（FCS）技術(shù)，這一技術(shù)的引進(jìn)使照明控制延伸至末端設(shè)備，并具有場景預(yù)設(shè)、群組邏輯、軟啟動和調(diào)光等功能，其中以奇勝公司的C-Bus系統(tǒng)在照明控制中得到了廣泛地應(yīng)用。

5.1C-Bus原理

C-Bus照明管理系統(tǒng)是一個二線制的智能控制系統(tǒng)，主要用于對照明系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)所有的單元器件（除電源外）均內(nèi)置微處理器和存儲單元，由一對信號線（UTP5）連接成網(wǎng)絡(luò)。

每個單元均設(shè)置唯一的單元地址，可以單獨對每個元件進(jìn)行編程并用軟件設(shè)定其功能，通過輸出單元控制各回路負(fù)載。輸人單元通過群組地址和輸出組件建立對應(yīng)聯(lián)系。當(dāng)有輸入時，輸入單元將其轉(zhuǎn)變?yōu)镃-Bus信號在C-Bus系統(tǒng)總線上傳播，所有的輸出單元接收并做出判斷，控制相應(yīng)回路輸出。C-Bus產(chǎn)品可以記憶對其設(shè)定的參數(shù)。對照明系統(tǒng)的設(shè)定被分散存儲在各個元件中。一旦系統(tǒng)設(shè)置完成后電腦即可移走，即使系統(tǒng)斷電也不會丟失。另外C-Bus系統(tǒng)可方便地與其他系統(tǒng)連接。

5.2C-Bus組成

一個C-Bus系統(tǒng)由系統(tǒng)單元、輸入單元、輸出單元三部分構(gòu)成。

系統(tǒng)單元：為C-Bus系統(tǒng)提供工作電源，系統(tǒng)時鐘以及各種系統(tǒng)的接口。它包括系統(tǒng)電源、PC接口、網(wǎng)絡(luò)橋、以太網(wǎng)接口等。

輸人單元：將外界的控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃-Bus信號在總線上傳播。它包括輸人開關(guān)、四場景控制器、亮度傳感器、紅外線傳感器、輔助輸入單元等。

輸出單元：接收總線上的信號，并控制相應(yīng)回路輸出實現(xiàn)對負(fù)載的控制。它包括智能繼電器、智能調(diào)光器等。

室內(nèi)紅外線傳感器通過探測人體移動發(fā)出的紅外線去感知周圍環(huán)境是否有人在活動，從而實現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅”的功能，智能地控制照明燈具及其他負(fù)載（如空調(diào)、風(fēng)扇）的開關(guān)。

亮度傳感器通過檢測周圍的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

輸入開關(guān)為可編程開關(guān)，所能實現(xiàn)的功能為開/關(guān)、調(diào)光、只開、只關(guān)、定時、漸亮、漸滅、定制、預(yù)設(shè)、無效，可以通過編程設(shè)定其中的一種。

遙控器與帶紅外線接收器的遙控開關(guān)或是紅外線接收開關(guān)配合使用，可以實現(xiàn)遙控?zé)艄獾拈_關(guān)或調(diào)光功能。場景開關(guān)：照明場景組合開關(guān)，每一鍵可以控制六路光源調(diào)光或九路光源開關(guān)，可預(yù)設(shè)四種不同的燈光場景組合，配合人們對同一場所在不同時間里的不同燈光場景需求。

輔助輸人單元：接受外界接點信號，轉(zhuǎn)換成C-Bus信號來控制照明或其他負(fù)載。通過輔助輸人單元，C-Bus系統(tǒng)可以方便與其他系統(tǒng)（如消防/保安監(jiān)控/樓宇自控系統(tǒng)）整合起來。

智能繼電器：用于對照明及其它負(fù)載進(jìn)行開關(guān)控制。

智能調(diào)光器：用于對照明回路的調(diào)光控制。

6　燈具設(shè)計

燈具設(shè)計包括了燈具類型的選擇、燈具安裝高度的確定、工作面的照明方式等內(nèi)容，不同的參數(shù)選擇直接影響到照明效果的優(yōu)劣，同時需要根據(jù)既定的設(shè)計方案計算照度負(fù)荷，了解電能的消耗情況，照度是衡量被照物體所獲得光能大小的技術(shù)指標(biāo)，選用不同種類的光源節(jié)能效果各不相同，而且能夠獲得不同的色彩環(huán)境。因此，了解照明的主要技術(shù)指標(biāo)，為不同的照明區(qū)域選擇合適的參數(shù)，不僅是保證良好的照明條件、提高工作效率、保護(hù)人們的視力健康的前提，而且為營造舒適、安全的圖書館照明環(huán)境提供了科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

6.1 燈具的選擇

照明燈具首選綠色照明LED燈，LED燈具有效率高、光線質(zhì)量高、光色純、穩(wěn)定性高、能耗小、壽命長、可靠耐用、應(yīng)用靈活綠色環(huán)保的優(yōu)點。如考慮成本因素也可采用直管形T5熒光燈，并配以高效的高頻專用鎮(zhèn)流器，照明器具使用效率為75%～85%的隔柵高效燈具等。燈具的尺寸規(guī)格不僅影響環(huán)境的照明氣氛，而且與光源配合能夠提高效率、節(jié)約電能。

對于圖書館的閱覽室一般可選用各種筒燈或吸頂燈，對于門廳走廊等處一般選用各種吊燈或吸頂燈。

6.2 燈具分布的確定

一般來說，圖書館照明燈具的安裝位置可以根據(jù)照明區(qū)域的不同需求確定，通常閱覽室的燈具可以采用以下三種布置方案：

均勻布置，燈具在整個房間內(nèi)均勻分布，燈具的分布位置與需要照明的具體位置無關(guān)如果采用均勻的燈具布置方法，每盞燈橫向間距為1000mm，縱向間距1500mm。

分區(qū)布置，這種燈具的布置與需要照明的具體位置有關(guān)。根據(jù)閱覽區(qū)域和非閱覽區(qū)域的照明要求不同，力求使閱覽區(qū)域內(nèi)能獲得最有利的光照。

混合布置，混合照明方式是利用兩種不同的光源對照明區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，不僅可以滿足照明強(qiáng)度的需要，并且可以消除陰影，同時為了使工作面上獲得較均勻的照度，應(yīng)使燈具距離與燈在工作面上的懸掛高度之比（稱為“距高比”）不要超過各類燈具所規(guī)定的最大距高比。

6.3 燈具高度的確定

圖書館室內(nèi)的燈具既不宜懸掛過高，也不宜懸掛過低，懸掛過高，會使照度降低，不經(jīng)濟(jì)，維護(hù)檢修也不方便，懸掛過低，容易被人碰撞，不安全，而且可能產(chǎn)生眩光，影響視力。

6.4 燈具照度的確定

圖書館閱覽室需要營造舒適安靜的氣氛所以對照度要求較高。根據(jù)閱覽室的照度標(biāo)準(zhǔn)，要求距離水平面0.75m處的工作面其照度達(dá)到150-200-3001x的標(biāo)準(zhǔn)，如果屬于老年人閱覽室則需要適當(dāng)提高照度水平。

7　結(jié)束語

圖書館作為社會公益性的一種獨立的功能性建筑，其照明控制、設(shè)計尤為重要，隨著“綠色照明工程”工作的推進(jìn)，將照明與建筑融為一體，把智能照明設(shè)備作為一個建筑構(gòu)件和建筑相關(guān)部分進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計，不僅可創(chuàng)造建筑師所追求的燈光和藝術(shù)效果，而且可提高環(huán)境照明質(zhì)量、學(xué)習(xí)、工作效率以及能源的有效利用率，達(dá)到照明節(jié)能、減少照明費用與實現(xiàn)“綠色照明”的目標(biāo)。