无锡图书馆节能照明控制系统设计

无锡市图书馆　丁永威

无锡图书馆节能照明控制系统设计

无锡市图书馆丁永威

本文介绍了图书馆高效、绿色光源、节能灯具的选用方法，提出了利用现代照明控制技术与手段解决图书馆照明节能的问题，阐述了照明控制是实现照明节能的有效途径。

图书馆智能照明控制节能灯光照明

0　引言

图书馆是社会必备的基础设施，是公益事业，在我国大力推行建筑节能的21世纪，图书馆建筑也要体现时代的建筑理念和时代特征，更要体现节能的主题。图书馆同时也是用电大户，照明方式的不同，可以在很大程度上影响电耗。照明用电在国民用电总量中所占到相当的比率，一般为10%～20%，对于图书馆而言，照明负荷一般约占整个建筑物用电负荷的60%左右，设计中考虑推广节能照明对于提高能效，保护环境而言意义重大。

1　工程概述

无锡市图书馆建筑气势恢弘、简洁明快，座落在宽广秀丽的太湖广场南侧。主楼13层，裙房7层，建筑面积26851m2，一至五层为阅览区，六层为办公区，七至十二层为书库，变电所设在地下一层。拥有较完备的现代通讯设施、微机网络检索、多媒体导读、自动化管理系统，提供阅览座位1600多个，设立图书借阅室、报刊阅览室、文史阅览室、电子阅览室、参考文献检索室、休闲书屋等23个服务窗口，开放面积达20000m2，全方位地为读者服务。

2　图书馆照明特点分析

图书馆照明按功能可分为阅览照明、书库照明、交通照明、办公照明、装饰照明和室外泛光照明。现代图书馆以开架阅览室为主，其特点是阅览书架共存于一个空间，相互间位置会经常变动调整，对照明系统提出了更高的灵活性要求。

图书馆阅览室是人员较多的地方，加之图书馆的单层面积较大，很多地方自然采光无法满足照度要求，因此，这些地方的灯光照明几乎是全天运行。现代图书馆的公共空间及走道照明设计是表现建筑空间及建筑美学很重要的手段。无论是一般照明，还是重点照明、装饰照明，处处都设置了大量的装饰用灯具，其照明设备设计能耗预计达到整个场馆日常照明耗电量的10%。如何将建筑表现与建筑照明节能有机地结合是电气照明设计应予以重视的问题。

3　照明设计

GB 50034—2004《建筑照明设计标准》对图书馆每一区域的照度标准及能耗提出了具体指标要求。照明功率密度作为照明节能的评价指标，是每个设计人员必须认真思考和解决的任务。照明节能设计通常从照明光源设计、照明灯具设计及照明控制设计等方面着手。尤为重要的是光源及灯具的高效性对节能的影响。照明控制方式是决定照明系统能否真的节能的关键，其重要性不低于采用高效光源、灯具。图书馆阅览室将全年、全天候开放，因此照明控制系统的设计在该馆照明节能的设计中尤为重要。

图书馆的照明区域主要分为公共区域、阅览室、书库、办公室及室外照明区域。根据各区域的工况条件及工作特点，对系统的设计进行分析。

1）由于公共区域的照明基本无人值守，照明灯可能会长期处于“无效”状态，浪费了大量能源。因此，对于这类人员活动较少的区域设置了人体红外感应控制器，实施人性化自动控制。

2）阅览室的面积较大，可利用自然光的区域、时间均有限。因此，在阅览室中可设置照度采集器，可根据室内照度的情况自动控制灯具开启数量。电了阅览室、多功能室、会堂等处可采用自动调光控制。

3）书库的照明控制主要考虑管理及安全的需要，在书库门口均可设置统一的照明控制器，管理人员在任一门口均可开启库内的照明。在书库外还可设置红外感应器，当有人进入时将自动开启通道照明。

4）办公区域的公共走道照明设置多点控制器，为较长走道的照明节电控制提供了手段。

5）室外照明的控制采用照度控制和时间控制两种模式。

6）图书馆内应急照明充分利用智能照明控制系统，结合火灾报警系统可实现集中、自动控制。

4　传统照明控制

室内照明方式可分为：一般照明、分区照明、混合照明。

所谓一般照明，即是基础照明，在一个场所内单设局部照明不能形成舒适的环境亮度，容易产生视疲劳，因此应设一般照明。分区一般照明是为提高某一区域照度而相对集中设置灯具的一般照明方式，部分要求高照度的场所，宜设置分区照明。对于照度要求较高、工作位置密度不大，一般照明或分区照明不能满足要求的场所，宜采用混合照明。

从上述照明方式可看出，为达到照明效果，照明应分级控制，房间内灯具一般是用跷板开关放于门口控制，对于面积较大的房间灯具较多时，采用双联、三联、四联开关或多个开关，也有采用照明配电箱放于门口，直接用配电箱内的断路器控制的。对于上述面板开关控制，面板开关所控灯具数量有限，大开间房间灯具较多，由于控制点集中，带来的必然是控制不灵活，平面布线复杂，故障率高。如果采用照明配电箱放于房间门内，直接用配电箱内的断路器控制灯具回路，存在以下两个问题：

1）影响室内美观，照明配电箱体积较大时还会影响图书馆房间的使用性能，如书架的排列等。有些区域会违反国家规范要求，如《图书馆建筑设计规范》（JG138—1999）要求，书库配电箱应放在书库外。根据规范要求，图书馆应设一般照明、应急照明、值班照明或警卫照明。对于不同区域，如书库、阅览室、公共场所等，要保证这些场所照明不同使用功能，如用传统面板控制方法，平面布线更加复杂，势必也降低可靠性，尤其是对于现代化图书馆其照明功能复杂，传统的控制方式已难以满足。

2）规范要求书库照明宜分区分架控制，书架行道照明应有单独开关，行道两端都有通道时设双控开关，书库楼梯照明也应采用双控开关。传统的面板控制方式，其控制灵活性低，要求人员在现场进行开关操作。

5　智能照明控制系统

照明控制的根本要求是安全、灵活、节能。建筑空间布局经常变化，要求照明控制要适应这种变化，若采用上述传统控制方式无法达到灵活控制以及节能的目的。而在照明回路中串联由楼宇自控（BA）系统控制的触点，通过控制这些触点可以实现区域控制、定时开关、中央监控等功能，但是，存在着造价高、集中控制使用不便、控制功能简单，不是一个独立的系统等缺陷。以上两种照明控制方法中存在的局限性使得专为照明控制所做的系统孕育而生，20世纪90年代出现的照明控制系统采用了现场总线（FCS）技术，这一技术的引进使照明控制延伸至末端设备，并具有场景预设、群组逻辑、软启动和调光等功能，其中以奇胜公司的C-Bus系统在照明控制中得到了广泛地应用。

5.1C-Bus原理

C-Bus照明管理系统是一个二线制的智能控制系统，主要用于对照明系统的控制。系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。

每个单元均设置唯一的单元地址，可以单独对每个元件进行编程并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输人单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为C-Bus信号在C-Bus系统总线上传播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。C-Bus产品可以记忆对其设定的参数。对照明系统的设定被分散存储在各个元件中。一旦系统设置完成后电脑即可移走，即使系统断电也不会丢失。另外C-Bus系统可方便地与其他系统连接。

5.2C-Bus组成

一个C-Bus系统由系统单元、输入单元、输出单元三部分构成。

系统单元：为C-Bus系统提供工作电源，系统时钟以及各种系统的接口。它包括系统电源、PC接口、网络桥、以太网接口等。

输人单元：将外界的控制信号转变为C-Bus信号在总线上传播。它包括输人开关、四场景控制器、亮度传感器、红外线传感器、辅助输入单元等。

输出单元：接收总线上的信号，并控制相应回路输出实现对负载的控制。它包括智能继电器、智能调光器等。

室内红外线传感器通过探测人体移动发出的红外线去感知周围环境是否有人在活动，从而实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能，智能地控制照明灯具及其他负载（如空调、风扇）的开关。

亮度传感器通过检测周围的亮度，再与内部设定值比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。

输入开关为可编程开关，所能实现的功能为开/关、调光、只开、只关、定时、渐亮、渐灭、定制、预设、无效，可以通过编程设定其中的一种。

遥控器与带红外线接收器的遥控开关或是红外线接收开关配合使用，可以实现遥控灯光的开关或调光功能。场景开关：照明场景组合开关，每一键可以控制六路光源调光或九路光源开关，可预设四种不同的灯光场景组合，配合人们对同一场所在不同时间里的不同灯光场景需求。

辅助输人单元：接受外界接点信号，转换成C-Bus信号来控制照明或其他负载。通过辅助输人单元，C-Bus系统可以方便与其他系统（如消防/保安监控/楼宇自控系统）整合起来。

智能继电器：用于对照明及其它负载进行开关控制。

智能调光器：用于对照明回路的调光控制。

6　灯具设计

灯具设计包括了灯具类型的选择、灯具安装高度的确定、工作面的照明方式等内容，不同的参数选择直接影响到照明效果的优劣，同时需要根据既定的设计方案计算照度负荷，了解电能的消耗情况，照度是衡量被照物体所获得光能大小的技术指标，选用不同种类的光源节能效果各不相同，而且能够获得不同的色彩环境。因此，了解照明的主要技术指标，为不同的照明区域选择合适的参数，不仅是保证良好的照明条件、提高工作效率、保护人们的视力健康的前提，而且为营造舒适、安全的图书馆照明环境提供了科学的理论基础。

6.1 灯具的选择

照明灯具首选绿色照明LED灯，LED灯具有效率高、光线质量高、光色纯、稳定性高、能耗小、寿命长、可靠耐用、应用灵活绿色环保的优点。如考虑成本因素也可采用直管形T5荧光灯，并配以高效的高频专用镇流器，照明器具使用效率为75%～85%的隔栅高效灯具等。灯具的尺寸规格不仅影响环境的照明气氛，而且与光源配合能够提高效率、节约电能。

对于图书馆的阅览室一般可选用各种筒灯或吸顶灯，对于门厅走廊等处一般选用各种吊灯或吸顶灯。

6.2 灯具分布的确定

一般来说，图书馆照明灯具的安装位置可以根据照明区域的不同需求确定，通常阅览室的灯具可以采用以下三种布置方案：

均匀布置，灯具在整个房间内均匀分布，灯具的分布位置与需要照明的具体位置无关如果采用均匀的灯具布置方法，每盏灯横向间距为1000mm，纵向间距1500mm。

分区布置，这种灯具的布置与需要照明的具体位置有关。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。

混合布置，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，并且可以消除阴影，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”）不要超过各类灯具所规定的最大距高比。

6.3 灯具高度的确定

图书馆室内的灯具既不宜悬挂过高，也不宜悬挂过低，悬挂过高，会使照度降低，不经济，维护检修也不方便，悬挂过低，容易被人碰撞，不安全，而且可能产生眩光，影响视力。

6.4 灯具照度的确定

图书馆阅览室需要营造舒适安静的气氛所以对照度要求较高。根据阅览室的照度标准，要求距离水平面0.75m处的工作面其照度达到150-200-3001x的标准，如果属于老年人阅览室则需要适当提高照度水平。

7　结束语

图书馆作为社会公益性的一种独立的功能性建筑，其照明控制、设计尤为重要，随着“绿色照明工程”工作的推进，将照明与建筑融为一体，把智能照明设备作为一个建筑构件和建筑相关部分进行统一设计，不仅可创造建筑师所追求的灯光和艺术效果，而且可提高环境照明质量、学习、工作效率以及能源的有效利用率，达到照明节能、减少照明费用与实现“绿色照明”的目标。