圖書館智能高效照明改造研究

彭希喬，熊異

（湖南鐵道職業技術學院控制學院，湖南株洲 412001）

截至2020-06-30，全國高等學校共計3 005 所，各高等學?；旧隙加袌D書館，規模大的高等院校甚至有2～3 個圖書館。除此之外，各中小學和各城市也有圖書館，因此全國圖書館總體數量驚人，但其中50%以上的圖書館因為建設年代久遠[1]，傳統的照明設計在節能和智能管控上存在的問題很多，而且由于其照明設備老化，需要改造，因此對這些圖書館進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。

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

照明控制方式落后，閱覽室和公共區域出現長明燈現象，照度浪費嚴重。很多圖書館照明開關控制方式為人工控制，一回路管控燈較多，一開全開，一關亮度又不行，且依賴人工進行管理，照明能耗不可控性高。

傳統圖書館的照明設計落后，照度未考慮與自然光相結合，故不論白天還是晚上，陰天還是晴天，走廊或閱覽室內的燈總是處于點亮狀態，部分位置照度遠遠超過標準值，造成嚴重的照度浪費[2]。

公共走廊和書架區未設置感應，導致有無人時燈光常亮，照度浪費嚴重。

2013 年前完成設計、安裝的圖書館，依據的設計標準為GB 50034—2004《建筑照明設計標準》，其所規定的功率密度限值與GB 50034—2013 標準相比有較大幅度的降低，導致照度不能滿足設計標準[3]。

圖書館通過犧牲照度實現照明節能的現象存在，導致部分空間照度無法達到國家標準要求。隨著中央國家機關建筑節能考核的不斷深入，在現有照明系統未有效改造的情況下，通過隔一亮一、減少燈具內安裝光源等措施來實現照明節能，由于傳統的熒光燈無法實現良好的調光智能控制，使得在工程實踐中往往通過減少走廊、閱覽室等人員流動區域的開啟光源數量，利用人工控制措施來實現照明節能，導致這些空間在使用時，照度水平無法動態調整達到照明設計標準要求[4]。很多建設年代久遠的圖書館，由于燈具選型不當，燈具出現在臨近人視線方向位置時，則會產生眩光感受。很多老圖書館燈具老化，瀕臨壽命末期，故障率高，更換維護工作量大。

圖書館的照明控制系統落后，無智能控制系統和節能系統，沒有將照明系統并入到數字校園中。

2 圖書館智能高效照明改造方案設計思路

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，設計思路如下：①利用高效、高品質的LED 照明產品替換現有傳統照明產品，有效降低安裝功率密度，降低能耗；②優化燈具配光選型，有效改善空間照明品質，為使用者創造良好的使用環境[5]；③依據《建筑照明設計標準》最新標準，根據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，將照明控制系統和節能系統納入到數字化校園，在保障使用功能前提下，有效減少照明運行能耗，提高管理水平；④根據不同場所照明的功能和管理要求不同，分區域實現智能照明和節能控制，閱覽區域實現恒照度，公共區域和書架區實現感應節能。

3 圖書館智能高效照明改造設計方案

3.1 圖書館高效照明改造目標

因圖書館中主要的視覺作用是閱讀、查找、藏書等，因此照明改造設計除了應該滿足照度標準外，還要努力提高照明質量，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造更好的閱覽學習環境，改善閱覽區、自修室等區域光線暗以及原照明燈能耗大、故障率高的問題，改造中將在保證現有照明方式不變，合理維持各改造場所照明質量不變的前提下，通過選擇高效的LED 照明產品有效降低照明安裝功率50%左右，實現照明節電率60%以上的改造目標。同時根據圖書館各改造場所實際應用情況，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規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

嚴格按照《中央國家機關辦公區智能高效照明改造工程指南》規定的確定色溫、顯色指數等性能指標，在此基礎上，根據不同功能空間類型、燈具使用場所空間尺寸和布置間距等特點，結合現場調研評測，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，容易產生不舒適眩光，則應在保證照度均勻度的前提下盡量降低大角度方向的光強[7]。③對于閱覽室，對照度要求較高，嚴格按照標準進行配光，保證照度均勻。

3.3 圖書館智能高效照明改造系統設計

圖書館智能高效照明改造設計依據集成的智能化照明產品，基于ZPLC 技術，免布控線，實現各類電氣設備的精準控制[8]，具體設計如圖1 所示。

圖1 圖書館智能高效照明改造系統設計構架圖

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

根據不同空間功能需求以及場所照明應用現狀，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，可產生如下效益。

4.1 降低照明能耗，運營成本大大降低

通過燈具置換和集中智能管理實現一次和二次節能，綜合預估可實現30%的節能率；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，節約設備置換成本[9]。

4.2 提升圖書光環境舒適度

圖書館智能高效照明改造提升了圖書光環境舒適度，具體表現在：①恒照度模式。通過閱讀桌面照度監測，自動感應外部自然光線強度，智能調節燈光強度；外部光線較強時自動調低功率，外部光線較弱時自動調高補光。②感應控制。通過紅外線感應探頭根據人員行為實現智能控制，在書架區實現人來燈亮，人走燈弱，通過集中控制實現整體光環境統一調配，較普通節能燈更為自然舒適[10]。③遮光窗簾控制（如有）。外部自然光過于強烈時，可聯動控制窗簾自動關閉或半關閉，室內自動調節亮度至合適強度。④色溫調節。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。教育照明標準高顯色性無頻閃，改善照明環境，預防近視，呵護閱讀者的視力[11]。

4.3 操作便捷、維護簡單

圖書館智能高效照明改造后操作便捷、維護簡單，主要體現在：①遠程、現場均可控制，降低巡場工作量，預計可減少人員0.5 人，年節約人員費用約30 000元；②一鍵調用場景，例如設置晴天模式、陰天模式；③基于ZPLC 技術，免弱電布控線，布線簡單；④后續如要增設開關，不需布線，設置隨意貼墻的無線開關，美觀又經濟；⑤后期維護簡單，設備型號與傳統照明基本一致，普通電工即可完成日常維護[12]。

4.4 提升了校園數字化管理水平

智能照明管理系統開放數據接口，可并入智慧校園系統，提升數字化管理水平；實現智能化的節能管理，可以監測用電數據，可分區域、分時段分項計量，做到實時監測能源使用，及時調整控制策略。

5 結束語

目前全國已建成運行的圖書館由于大部分建成年代久遠，照明標準和設計落后。作為全社會引領文化的示范性基地，圖書館長明燈現象的節能示范影響作用太惡劣，對圖書館進行高效智能照明改造非常有必要。改造能根據館內不同的空間特征和照明需求，實現智慧照明和智能化的控制管理，帶來節能和運營成本降低等一系列效益。