图书馆智能高效照明改造研究

2023-10-09彭希乔熊异

科技与创新 2023年18期

彭希乔，熊异

（湖南铁道职业技术学院控制学院，湖南株洲 412001）

截至2020-06-30，全国高等学校共计3 005 所，各高等学校基本上都有图书馆，规模大的高等院校甚至有2～3 个图书馆。除此之外，各中小学和各城市也有图书馆，因此全国图书馆总体数量惊人，但其中50%以上的图书馆因为建设年代久远[1]，传统的照明设计在节能和智能管控上存在的问题很多，而且由于其照明设备老化，需要改造，因此对这些图书馆进行智能高效照明改造研究具有重要意义，推广智能化的照明技术很有必要。

1 图书馆照明存在的问题

图书馆照明存在问题主要有以下几点。

照明灯具为传统灯具，照明光源单一，如大部分图书馆的借阅室、阅览室、书架区采用荧光灯，能耗大。

照明控制方式落后，阅览室和公共区域出现长明灯现象，照度浪费严重。很多图书馆照明开关控制方式为人工控制，一回路管控灯较多，一开全开，一关亮度又不行，且依赖人工进行管理，照明能耗不可控性高。

传统图书馆的照明设计落后，照度未考虑与自然光相结合，故不论白天还是晚上，阴天还是晴天，走廊或阅览室内的灯总是处于点亮状态，部分位置照度远远超过标准值，造成严重的照度浪费[2]。

公共走廊和书架区未设置感应，导致有无人时灯光常亮，照度浪费严重。

2013 年前完成设计、安装的图书馆，依据的设计标准为GB 50034—2004《建筑照明设计标准》，其所规定的功率密度限值与GB 50034—2013 标准相比有较大幅度的降低，导致照度不能满足设计标准[3]。

图书馆通过牺牲照度实现照明节能的现象存在，导致部分空间照度无法达到国家标准要求。随着中央国家机关建筑节能考核的不断深入，在现有照明系统未有效改造的情况下，通过隔一亮一、减少灯具内安装光源等措施来实现照明节能，由于传统的荧光灯无法实现良好的调光智能控制，使得在工程实践中往往通过减少走廊、阅览室等人员流动区域的开启光源数量，利用人工控制措施来实现照明节能，导致这些空间在使用时，照度水平无法动态调整达到照明设计标准要求[4]。很多建设年代久远的图书馆，由于灯具选型不当，灯具出现在临近人视线方向位置时，则会产生眩光感受。很多老图书馆灯具老化，濒临寿命末期，故障率高，更换维护工作量大。

图书馆的照明控制系统落后，无智能控制系统和节能系统，没有将照明系统并入到数字校园中。

2 图书馆智能高效照明改造方案设计思路

基于上述分析的图书馆照明存在的问题，笔者提出智能高效照明改造方案，设计思路如下：①利用高效、高品质的LED 照明产品替换现有传统照明产品，有效降低安装功率密度，降低能耗；②优化灯具配光选型，有效改善空间照明品质，为使用者创造良好的使用环境[5]；③依据《建筑照明设计标准》最新标准，根据不同类型场所的控制需求，合理确定智能控制方案，安装智能控制模块，将照明控制系统和节能系统纳入到数字化校园，在保障使用功能前提下，有效减少照明运行能耗，提高管理水平；④根据不同场所照明的功能和管理要求不同，分区域实现智能照明和节能控制，阅览区域实现恒照度，公共区域和书架区实现感应节能。

3 图书馆智能高效照明改造设计方案

3.1 图书馆高效照明改造目标

因图书馆中主要的视觉作用是阅读、查找、藏书等，因此照明改造设计除了应该满足照度标准外，还要努力提高照明质量，其中尤要注意降低眩光和光幕反射。为了给广大师生读者创造更好的阅览学习环境，改善阅览区、自修室等区域光线暗以及原照明灯能耗大、故障率高的问题，改造中将在保证现有照明方式不变，合理维持各改造场所照明质量不变的前提下，通过选择高效的LED 照明产品有效降低照明安装功率50%左右，实现照明节电率60%以上的改造目标。同时根据图书馆各改造场所实际应用情况，为了确保不影响正常使用，尽量避免改变线路或增加线路，更换的LED 灯具的安装方式在满足相关规范要求和使用功能的前提下，尽可能与原安装方式相同[6]。

3.2 灯具配光原则

严格按照《中央国家机关办公区智能高效照明改造工程指南》规定的确定色温、显色指数等性能指标，在此基础上，根据不同功能空间类型、灯具使用场所空间尺寸和布置间距等特点，结合现场调研评测，合理确定灯具配光原则，具体如下：①对于普通办公室等空间高度不高，环境亮度与灯具表面亮度对比相对较小的空间，可使用余弦配光灯具。②对于走廊等空间，由于环境亮度相对较低，使得与灯具表面亮度易形成较为明显的反差，容易产生不舒适眩光，则应在保证照度均匀度的前提下尽量降低大角度方向的光强[7]。③对于阅览室，对照度要求较高，严格按照标准进行配光，保证照度均匀。

3.3 图书馆智能高效照明改造系统设计

图书馆智能高效照明改造设计依据集成的智能化照明产品，基于ZPLC 技术，免布控线，实现各类电气设备的精准控制[8]，具体设计如图1 所示。

图1 图书馆智能高效照明改造系统设计构架图

3.4 图书馆不同场所照明的功能和管理需求分析

根据图书馆不同场所人员行为特征及照明需求，图书馆以下3 类空间需要进行智能照明改造，下将这3类空间的照明功能和管理需求进行归纳，具体如表1所示。

表1 图书馆不同场所照明的功能和管理需求分析表

3.5 图书馆智能高效照明改造控制方案

根据不同空间功能需求以及场所照明应用现状，确定照明控制方案，如表2 所示。

表2 图书馆智能高效照明改造控制方案

4 图书馆智能高效照明改造效益分析

图书馆智能高效照明改造，可产生如下效益。

4.1 降低照明能耗，运营成本大大降低

通过灯具置换和集中智能管理实现一次和二次节能，综合预估可实现30%的节能率；通过灯光集中管理，平均功率降低，延长灯具的使用寿命，平均可延长灯具20%～30%的使用时限，节约设备置换成本[9]。

4.2 提升图书光环境舒适度

图书馆智能高效照明改造提升了图书光环境舒适度，具体表现在：①恒照度模式。通过阅读桌面照度监测，自动感应外部自然光线强度，智能调节灯光强度；外部光线较强时自动调低功率，外部光线较弱时自动调高补光。②感应控制。通过红外线感应探头根据人员行为实现智能控制，在书架区实现人来灯亮，人走灯弱，通过集中控制实现整体光环境统一调配，较普通节能灯更为自然舒适[10]。③遮光窗帘控制（如有）。外部自然光过于强烈时，可联动控制窗帘自动关闭或半关闭，室内自动调节亮度至合适强度。④色温调节。夏天用冷光模式，让人感觉清凉舒爽，冬天用暖光模式，让人感觉温馨舒适。⑤无频闪。教育照明标准高显色性无频闪，改善照明环境，预防近视，呵护阅读者的视力[11]。

4.3 操作便捷、维护简单

图书馆智能高效照明改造后操作便捷、维护简单，主要体现在：①远程、现场均可控制，降低巡场工作量，预计可减少人员0.5 人，年节约人员费用约30 000元；②一键调用场景，例如设置晴天模式、阴天模式；③基于ZPLC 技术，免弱电布控线，布线简单；④后续如要增设开关，不需布线，设置随意贴墙的无线开关，美观又经济；⑤后期维护简单，设备型号与传统照明基本一致，普通电工即可完成日常维护[12]。