绿色图书馆光环境设计

2014-04-03王雪莲

中国现代教育装备 2014年11期

王雪莲

贵州交通职业技术学院贵州贵阳 550008

“绿色”概念在环境问题日益严峻的今天已然成为各行业发展的趋势和奋斗目标。图书馆作为一项公共服务事业，有义务创造良好的环境以满足广大读者的需求。绿色图书馆最早由美国学者James和Suzanne于1991年在《绿色图书馆员》一文中提出，它是指在建筑物的全生命周期内，最大限度地节能、节水、节材，减轻对环境的负荷，保护环境和减少污染，为读者提供健康、适用和高效的使用空间[1]。绿色图书馆的特点为节能减排，利用一切可循环再生资源；保护环境，控制污染，减少室内设施对环境的破坏；和谐统一，人与自然、图书馆建筑本身相互融合。光环境设计在图书馆这个以阅读为主要目的的建筑中起着举足轻重的作用。

1 自然光的合理利用

1.1 自然光的直接利用

自然光在建筑采光中一直是被关注的首要问题，现代建筑大窗户、玻璃墙等通透设计，给利用自然光带来了更多便利。但对于图书这种纸质文献，出于文献保护的原则，避免太阳光的直射是非常重要的。因此，首先，避免图书馆建筑东西朝向带来阳光的直射造成纸张老化；其次，如果是南北朝向，可在靠南的窗口摆放阅览桌。南面常年有阳光斜射，在天气良好的情况下，自然光完全可以满足读者的阅读需求。

1.2 太阳能的光电转换

太阳能在绿色环保方面一直起着领头作用，尤其是太阳能发电技术已经日趋成熟。图书馆作为独立建筑，屋顶可铺设太阳能电池板，通过光—电转换，生产可利用能源。图书馆电路设计中采取双路，太阳能供给不足时自动启动供电系统，此方式可大大节约用电。以现在应用比较多的晶硅太阳能发电为例，1 m2的晶硅太阳能板发电量为120～140 W，一天按6个小时的日照计算，即120×6＝720(W·h)。假设一天开馆10小时，照明灯全部开启，即使100 m2的屋顶铺设电池板，也能满足180枚40瓦灯具的用电量。图书馆的照明用电基本可以解决。

2 LED技术下的绿色照明

2.1 定义与特点

“绿色照明”是20世纪90年代初国际上对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法。作为固体光源的发光二极管LED(Light Emitting Diode)，真正点燃了“绿色照明”的光辉，被认为是21世纪最有价值的新光源[2]。LED照明的特点包括光效率高，光线无热量、无辐射，光色纯，不易受外部环境干扰，能耗小，寿命长，后期维护成本低，应用灵活，无污染，可回收等。

2.2 LED照明的优势

图书馆的照明设计要求主要有三个考量指标：照度、眩光和显色指数。

2.2.1 照度优势明显

照度(illuminanc，符号为E，单位为勒克斯lx)，即俗称的够不够亮，是决定人眼看不看得清楚的指标[3]。照度是满足读者最基本阅读需要的参数。

表1是目前我馆使用的日光灯与LED灯的对比。

表1

我们再加入传统的白炽灯和目前社会认可的低碳环保为目的的节能灯做对比。7 W的LED灯、8 W的节能灯、40 W的白炽灯，这三款通常在日常生活中被相互替代。在1 m距离处，节能灯的照度为49.2 lx，白炽灯的照度为37.2 lx；在2 m距离处，节能灯的照度为12.5 lx，白炽灯的照度则为10.6 lx。而据市场抽样对飞利浦、欧司朗等十款LDE灯的测试。2 m距离处LED灯的平均照度为36 lx，1 m距离处平均照度为125 lx。可以看到，LED灯照度在1 m和2 m两个距离的照度均高于白炽灯和节能灯，照度普遍在节能灯的两倍以上，功率却比节能灯更低，更远低于白炽灯，LED照明在照度方面证实了其优越性，是节能环保的好选择。

2)废弃。由于现代化交通网络的建设，使得森林古道失去了原有的通行功能，植被生长茂盛，杂草丛生。另外有些森林古道虽未被植被所侵染，但鲜有人走，古道入口辨识度较低，其通行功能也大不如前。

2.2.2 视觉效果舒适

眩光(glare)，即俗称的刺眼不刺眼，是影响人的视觉舒适性的指标。眩光是指由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象[3]。排除光照射接受物体的材质结构、光线角度等问题带来的眩光影响，光源是直接影响眩光度的根本。LED灯无眩光。其表现如下：(1)紫外线。目前我馆使用的日光灯靠紫外线激发荧光粉发光，因此，存在严重紫外线隐患。荧光粉随着使用时间的推移会越来越不均匀，释放出来的紫外线会越来越多。常用灯具产生紫外线的量为：白炽灯392 mW/m2，节能灯944 mW/m2，普通护眼灯490 mW/m2。紫外线会使人得皮肤癌、白内障，对视力造成的伤害最大。LED灯是直接电流驱动发光，能彻底消除紫外线。(2)红外线。红外线波长为760 nm～1 mm，是波长比红光长的非可见光。因其产生热量被称为热光源。LED灯采用光效转化极高的LED冷光源，从根本上消除了红外线对人眼带来的眼睛灼痛、眼睛流泪、眼睛疲劳、视力下降的伤害。(3)频闪。灯在使用过程中，因为电流会导致闪烁。以我国使用的50 Hz的交流电为例，每秒钟电流要改变100次，白炽灯就会每秒出现100次的一明一暗；对日光灯而言，由于交流供电时电压周期性变化，造成光通量也发生周期性变化，使人眼产生明显的闪烁感觉。节能灯实际上是“高频闪”，危害更大。LED灯由于是直流电，所以频闪为0。

2.2.3 保证显色质量

一般显色指数(general color rendering in-dex)，即一般人所说的能不能分得清颜色的指标。它是指8个一组色试样的CIE1974特殊显色指数的平均值，通称显色指数，符号为Ra[3]。按《建筑照明设计标准(GB 50034-2004)》规定：图书馆照明光源的显色指数不小于80，才能有益于读者的长期视觉识别行为。显色指数越接近日光越能还原色彩的真实性。日光的显色指数是100，白炽灯也是100，节能灯是80～90，LED是70～90。显色指数越低，肉眼看到的颜色越失真。从数据上看，LED的显色度不占优势，但选购过程中注意选择显色指数高的产品完全可以保证显色质量。

3 灯光布局改革与智能控制

传统图书馆的灯光布局比较单调死板。一般采取的是同一种灯具，同高度、等距离布局。在灯光控制方面，大多采取层层电路开关并联的方式。此种灯光布置虽然设计安装都非常简单，后期维护也比较便利，但从现今图书馆多样性的功能和各功能相互融合的空间使用布局来看已经不能满足实际的需求，更脱离了绿色图书馆提倡的低碳环保、和谐统一的思想。按照我国《民用建筑照明设计标准(GB133-90)》，以0.75 m水平面为参考值的最高照度标准，一般阅览室、少年儿童阅览室、研究室、装裱修理间、美工室为300 lx；老年读者阅览室、善本室和舆图阅览室为500 lx；陈列室、目录厅(室)、出纳厅(室)、视听室、缩微阅览室为150 lx；读者休息室为75 lx；书库50 lx；开敞式运输传送设备100 lx。节约资源不能靠降低照明效果来实现。我们在合理使用自然光，用LED灯具替换传统高能耗灯具这两种手段以外，必须因地制宜，综合考虑使用目的与空间环境，设计合理的照明布局，并且可以通过先进的技术手段智能控制，以达到最佳效果。

3.1 分区布局与混合安排

3.1.1 分区布局

按照具体问题具体分析的原则，灯具的布局与需要照明的具体位置密切相关。以读者服务最常见的两个区域为例，根据阅览区域和非阅览区域的照明要求不同，力求使阅览区域内能获得最有利的光照，因此，在阅览桌上方集中照明，桌子中间的通道使用少量灯具指引通行。这样，既可以满足综合照度的明亮，也可在阅览桌覆盖范围内提高照明效率。如图1所示，箭头表示灯具，在阅览区域双排设计，非阅览区单排设计。

图1

3.1.2 混合安排

混合照明方式是利用两种不同的光源对照明区域进行加强，不仅可以满足照明强度的需要，而且可以消除阴影。同时，为了使工作面上获得较均匀的照度，应使灯具距离与灯在工作面上的悬挂高度之比(称为“距高比”)不超过各类灯具所规定的最大距高比[2]。以书库为例，相对传统的闭架式库房管理，工作人员在书架前不需要阅读浏览，短暂的索书过程对灯具照度的要求并不高。但开架的图书管理模式使读者对书架区域照明要求提高，照度、舒适度、有无阴影等都是需要考虑的因素。传统的在两个书架中间顶端天花板安装灯具的办法有两大弊端：(1)高度带来了照度的降低。照度和距离的平方成反比，也就是说相同作业平面上，灯具距离我们越远，我们感受到的亮度越低。(2)高距离照明带来光线散射范围大，而相对密集高大的书架会阻挡光线，造成阴影，不利于书架前的阅读。

在图2中，矩形表示书架，阴影区域表示光投影范围。

图2

对于书架区域，读者主要的视觉不会高于书架上方，因此可以使用带灯的书架，灯光在书架前降低了照明距离，也缩小了投影距离(如图3所示)。

图3

从图3中我们可以看到，阴影的问题得以解决，但是会有部分区域不在投影范围内。这个问题可通过使用LED灯得以解决。由于LED灯光线是散射光，光照照射面积大，无阴影，不造成阅读上视力的压力。

在电子阅览区，由于读者的视觉集中在计算机上，我们也可在电脑桌上安装灯具；同理，可在阅览桌上安装台灯。有了此类短距离照明，提高了工作面照度，天花板上的照明灯具就可以大大减少，只在通道区域安装即可。

以上两种方式相辅相成，从空间和密度上协调安排，做到不浪费每一丝光线，图书馆的照明设计才会更加合理，最终实现减少灯具投入，降低用电成本的目的。

3.2 智能控制下的照明技术

智能控制(intelligent controls)，指在无人干预的情况下能自主驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。现代照明控制技术是计算机技术、控制技术、网络技术相互融合、相互渗透，用于照明领域的综合性控制技术。它集照明配电与智能控制技术于一体，适用于现代建筑物中照明环境的有效控制，可营造一种有益于提高生产、工作、学习效率，提高人群生活质量，保护人群身心健康的照明环境[5]。将智能控制应用于图书馆，可以通过以下方式实现：

电路设计：电路设计不再是单一的并联，而是按照度等级分组、分相、间隔，合理设计照明回路。利用计算机系统将照明区域划分成不同的使用目的区，针对不同的区域设定相对的照度值，部分地区功能发生转变时，可通过系统调整照度设计。

时间设置：图书馆作为公共场所，在传统的开关控制用电时代，忘记关闭电源是时常发生的事。在夜间无人状态下用电，不但浪费资源，还有一定的安全隐患。设置定时开关，系统根据工作日和工作时间，将不同区域的电源设定不同的开关时间，图书馆内的电灯、中央空调等设备会按时工作。

照度调整：由于季节和天气的原因，图书馆内接收自然光的量是随时变化的。开关只能实现灯光的补充却不能精细到补充的量。在不同位置安装照度感应器，提前预设该区域的理论照度。当自然光满足不了照明时传感器会自动启动电源开关，并且控制电路，使照度值始终保持在理论范围内。

行动感应：图书馆占地面积大，涉及的服务广泛。现代图书馆开放式管理造成许多空间长时间无人，灯和空调却一直开启。使用红外检测仪，当控制区域有人经过时，自动启动电源。此类感应方式尤其适用于书架自带和阅览桌自带的短距离照明灯。天花板少量照明长期开启，读者经过哪个书架或坐到哪个位置时，该区灯具通过感应自动点亮，不但节电，还营造了小范围温馨的阅读空间。