學校圖書館智能照明系統(tǒng)設計

浙江科技學院本科畢業(yè)設計（論文）PAGE24學校圖書館智能照明系統(tǒng)設計摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，智能樓宇不斷涌現(xiàn)。各大高校也掀起了新校區(qū)建設的浪潮。相對于商業(yè)樓宇，照明在學校智能化建設中顯得尤為重要。本設計選擇學校圖書館閱覽室的照明作為研究對象（面積：12*9平米，設定其工作時間為每天8：00—22：00），通過與傳統(tǒng)照明單一的手動控制的比較，提出了智能照明控制方案并進行了具體實例設計并分別給出了應用示例：對于規(guī)模大，控制點位多且有一定照明要求的圖書館，應用基于C-BUS的智能照明控制，該技術(shù)可以根據(jù)不同的照明場景區(qū)域，將照度自動調(diào)整到工作最合適的水平；對于一般小規(guī)模的圖書館，可以簡單的應用PLC實現(xiàn)照明自動控制，但是該技術(shù)相對來說節(jié)省短期投資。同時，從節(jié)能角度出發(fā)，根據(jù)不同照明方式的燈具的不同布置，對照明負荷分別進行計算，得出結(jié)論：采用智能照明更能有效的節(jié)省電能。關鍵詞：智能照明；傳統(tǒng)照明；綠色照明；C-BUS總線Abstract：Withtheeconomicaldevelopmentandscientificadvance,thebuildingsequippedwithintelligentfacilityemergeoneafteranother.Buildingnewschoolhouseshasbecomeafeverformostschools.Lighteningismoreimportantfortheintelligentbuildingofschoolthanforcommercialbuilding.Thisresearchtakesthelighteninginschoollibraryastheobject(square:12*9squaremeters,theregulatedworkingtimeeveryday:8:00-22:00).Bythecomparisonwiththemanually-controlledtraditionallight,theresearchputsforwardtheplanofintelligentlighteningcontrol,designsspecificexamplesaswellasprovidestheirapplications.Forthelargelibrarywithmanycontrolpointsandrequirementsforacertainlightening,theC-BUSbasedintelligentlighteningcontrolisavailableasitcanautomaticallyadjuststhelighttothemostideallevelforwork,accordingtodifferentlighteningplacesandzones.Forthelibraryinsmallscale,thePLCbasedintelligentlighteningcanbeappliedtoautomaticallycontrollight,andrelativelyspeaking,itsavestheinvestmentinshortterm.Meanwhile,fromtheconservationoftheenergyandaccordingtothelightswithvariedlighteningwayindifferentplaces,respectivelycalculatingtheirlighteningchargesdrawsaconclusion:intelligentlighteningcansaveelectricenergymoreeffectively.Keywords：intellectuallightingtechnology；Greenlighing；traditionallighting；C-BUS第1章圖書館智能照明的現(xiàn)狀及發(fā)展1.1圖書館智能照明的意義經(jīng)濟的快速增長使得人們對能源的需求也日益提升，由于長時期人們對煤、石油、天然氣等天然資源的開采，使得能源儲備非常有限，能源短缺的問題逐步突顯出來，同時也導致了環(huán)境和生態(tài)平衡的破壞，嚴重威脅著人類的生存，如何節(jié)能和保護環(huán)境成為世界范圍普遍關注的社會問題[1，2]。在此背景之下，人們對照明的要求不僅僅是停留在能夠“看見”的層次上，而是對照明技術(shù)提出了更高的要求:希望利用有限的資源保證照明強度的需要，并能夠獲得良好的照明效果，實現(xiàn)“綠色照明”[1]。在各種自然科學和工程技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，促使照明技術(shù)也得以飛速成長。1992年由美國政府環(huán)境保護署提出了“綠色照明工程”（GreenLightingEngineering）計劃[3]，具體內(nèi)容為“采用高效少污染的光源提高照明質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和能源有效利用，節(jié)約能源、減少照明費用、減少火力發(fā)電工程、減少有害物質(zhì)的溢出和排放，達到保護人類生存環(huán)境的目的”。因此，推行綠色照明計劃，節(jié)約能源、保護環(huán)境、保證照明質(zhì)量成為當今國際上照明技術(shù)發(fā)展的趨勢。1995年我國開始組織制訂綠色照明工程計劃，并在上海、廣東、北京等地區(qū)試點實施。而學校作為培養(yǎng)未來人才的地方，合理、高效的照明就更為重要。新校園的建設要適應網(wǎng)絡時代的發(fā)展，應引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的樓宇自控系統(tǒng)中，一般只包括了綜合布線、計算機網(wǎng)絡、安防、消防、閉路電視監(jiān)控等子系統(tǒng)。但近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，人們對照明燈具節(jié)能和科學管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化領域的地位越來越要。而在大學新校區(qū)的建設熱潮中，各大高校和他們的建設者也意識到了智能照明的重要性。相對商業(yè)樓宇而言，大學校園里的大功率動力和制冷設備比重較少，照明燈具則相對比重更多。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢，提高學校的科學管理水平[5]。1.2圖書館智能照明的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在進行生產(chǎn)，工作和學習的各類場所中，人們從外界獲得的信息中約有80%是通過視覺實現(xiàn)的，無論白天還是夜晚，人們對光環(huán)境的需求與其所從事的活動有密切關系。因此，舒適的光環(huán)境對人們至關技術(shù)，不斷容納新技術(shù)，更新舊的各種照明產(chǎn)品和單一呆板的照明控制手段，創(chuàng)造優(yōu)良的光環(huán)境，為提高人們的工作效率，保障人的視力健康，振奮人的精神產(chǎn)生積極的影響[5]。1.2.1國外智能照明的現(xiàn)狀照明行業(yè)是80年代首先由美國興起并得以迅速發(fā)展[7]。90年代后期，由于現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)在世界范圍內(nèi)的廣泛應用，進入了信息時代并對各行各業(yè)都帶來了巨大的影響，照明行業(yè)也隨之發(fā)生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求[8]。進入21世紀后，大量的新產(chǎn)品、新設備、新技術(shù)的出現(xiàn)，使智能照明技術(shù)向著系統(tǒng)一體化集成的方向發(fā)展。例如:各種智能化斷路器將微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等新技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了功能多樣化、結(jié)構(gòu)模塊化，使斷路器從基本保護功能發(fā)展到智能化的保護功能，工作更可靠，性能更安全。在微電子技術(shù)飛速發(fā)展的帶動下，許多半導體公司推出了專用功率開關器件和控制集成電路的系列產(chǎn)品，促進了電子鎮(zhèn)流器的各類產(chǎn)品向高性能高可靠性方向發(fā)展。另一方面，網(wǎng)絡技術(shù)的滲透使不同控制方式的系統(tǒng)之間相互結(jié)合，實現(xiàn)了資源共享、遠程監(jiān)視、設定、控制及對系統(tǒng)異常信息進行一體化管理?？刂萍夹g(shù)的發(fā)展使許多控制功能從由較高層的控制室移至現(xiàn)場的低層設備，使信號的采集和處理更加快捷便利，而且工程技術(shù)人員還開發(fā)了一些控制管理軟件，用戶只要通過界面上各個控制鍵，就可以實現(xiàn)對各種照明設備的監(jiān)視和控制，操作更加簡單、直觀。各類智能照明產(chǎn)品的生產(chǎn)和技術(shù)實現(xiàn)也隨著行業(yè)標準及規(guī)范的制定和逐步的完善進入成熟、實用、可靠階段照明工程學報[9]。繼美國、德國、英國、日本、新加坡之后，其他各國的智能照明產(chǎn)業(yè)也陸續(xù)開始發(fā)展，并且不斷趨于成熟。先后涌現(xiàn)出許多國際知名企業(yè):國際知名的半導體制造商法國PERFECT公司開發(fā)出燈光控制專用的、結(jié)合無線射頻功能的芯片。PHILIPS,OSRAM,GE公司推出了雙端球形HED是目前世界上最先進的大功率LED燈，奇勝公司的C-BUS系統(tǒng)、ABB公司的i-BUS系統(tǒng)以及邦奇公司的Dynalite.LUTRON公司的GRAFIK系列智能照明控制系統(tǒng)均己廣泛應用到照明控制系統(tǒng)中。此外路創(chuàng)、WIELAND、美國的奧萊斯、英國索思、德國歐斯朗、NATIONAL,BPI等企業(yè)都創(chuàng)建了諸多知名品牌，推動了智能照明行業(yè)的普及和發(fā)展。1.2.2國內(nèi)智能照明的現(xiàn)狀90年代智能照明進入中國市場，然而由于市場的消費意識，市場環(huán)境、產(chǎn)品價格、推廣力度等各方面的原因，傳統(tǒng)的照明理念與國外存在較大差別，廠家的產(chǎn)品制造技術(shù)以及產(chǎn)品經(jīng)銷商的經(jīng)營模式和技術(shù)水平有限，一些主要的設備和技術(shù)都從國外引進，很難推動形成較大的消費市場，致使中國的智能照明行業(yè)沒有穩(wěn)定、廣闊的渠道。進入21世紀后，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，技術(shù)的成熟，諸如IBM,Microsoft.Samsung,Panasonic,Siemens等一大批跨國企業(yè)的加入，加速了行業(yè)的發(fā)展及渠道商的形成。一批國內(nèi)的智能照明產(chǎn)品商利用各自的優(yōu)勢逐步在市場上站穩(wěn)了腳，得到了渠道商和最終用戶的廣泛認可。索博、瑞朗、九州易居是較早進軍智能照明行業(yè)的企業(yè)，在產(chǎn)品研發(fā)、市場拓展、技術(shù)培訓與服務方面投入較大，尤其索博是國際型智能家居產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，擁有亞洲最大的產(chǎn)品研發(fā)中心和生產(chǎn)基地，以高端智能安防系統(tǒng)和智能微型控制模塊在國際上處于絕對的領先地位。天津瑞朗在2002年就開始啟動了智能照明技術(shù)培訓，用戶對這些品牌的認知度較高。上海奇勝公司推出了智能化系統(tǒng)，通過對C-Bus智能控制系統(tǒng)、安防控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡技術(shù)等的結(jié)合，實現(xiàn)了燈光控制、家電控制(電動窗簾、空調(diào)、AV設備等)、綜合安防控制的各種控制功能產(chǎn)品，在較短的時間內(nèi)就樹立起了品牌形象。同樣是源自電工品牌的真善美也善于銷售終端，其智能照明產(chǎn)品甚至可以在超級市場、建材市場和五金店購買到，該品牌在華南地區(qū)有較高的知名度。清華同方是十大品牌中唯一一家側(cè)重智能照明控制系統(tǒng)集成服務的企業(yè)，其智能開關控制系統(tǒng)，通過遙控器就可以控制所有房間內(nèi)的燈光效果，完全實現(xiàn)了燈光智能控制功能，產(chǎn)品的安裝、調(diào)試和操作都非常簡單，不需要專業(yè)人員的指導，普通家庭可以自己安裝。安居寶作為一家主要生產(chǎn)樓宇對講產(chǎn)品的企業(yè)也晉升十大品牌，說明傳統(tǒng)安防企業(yè)也開始產(chǎn)品轉(zhuǎn)型和服務升級，安居寶成為這一陣市場轉(zhuǎn)型大潮中的佼佼者?；葜堇资恐铝τ谛滦途G色照明產(chǎn)品的開發(fā)和諧光環(huán)境的營造，積極參加全國的城市亮化工程及綠色照明工程，帶動了行業(yè)向綠色照明方向發(fā)展。百分百在東莞設立運營總部，專業(yè)從事照明、電器、電工產(chǎn)品的研發(fā)、設計、生產(chǎn)，先后研發(fā)生產(chǎn)的紅外線、無線數(shù)碼智能遙控開關，推動了遙控開關的普及化。北京萊特將計算機技術(shù)引入調(diào)光控制系統(tǒng)，自主開發(fā)了分布式LT-NET智能環(huán)境照明控制系統(tǒng)，被廣泛地應用到各種燈光照明場所。達實、易天元、普力特都是以技術(shù)見長的企業(yè)，擁有智能家居領域的技術(shù)專利和注冊商標，在華南和華東地區(qū)有不少智能小區(qū)的應用案例。國內(nèi)智能照明廠家和實力強大的高科技IT廠商的介入，提供了科學的專業(yè)照明設計、優(yōu)質(zhì)可靠的專業(yè)照明設備、全面完善的專業(yè)照明服務，為照明行業(yè)帶來了新的力量，促進了智能照明技術(shù)的快速發(fā)展。1.3學校圖書館智能照明設計的提出學校圖書館的閱覽室、自習室以及書庫等地是出入人數(shù)較多的地方。因此，這些地方的燈光照明幾乎是從上班開始直到下班為止，不管這些地方是否有人，也不管有多少人，當日照滿足照明度要求時，把燈熄滅，一旦自然光照度難以滿足人的需要時，不能及時打開燈光，給人的視力帶來損害。顯然這種照明方式，從照明的角度上來說是非節(jié)能的；從人的角度來看，根本不能滿足人的基本的照明要求?？萍家匀藶楸荆瑥娜说男枨蟪霭l(fā)：即在有人活動的地方必須有足夠的照度（不論是日光照明還是人工照明）；沒有人的區(qū)域，應該熄滅燈光，以節(jié)約能源[18]。第2章圖書館照明設計的基本方法2.1圖書館照度標準圖書館照度標準根據(jù)我國《民用建筑照明設計標準》(GBJ133-90)的設計要求[7,10]，針對圖書館各類閱覽室、研究室、視聽室、休息室、走廊、樓梯等場所的照度制定了不同的標準要求，作為照明設計的數(shù)據(jù)參照[11]。2.1.1閱覽室的照度要求圖書館一般閱覽室、少年兒童閱覽室的照度水平應該設置在1501x(低)--200Ix(中)--300lx(高);如果是屬于老年讀者閱覽室，其照度標準應該適當提高到2001x(低)--3001x(中)--5001x(高)。如表2-1所示。表2-1閱覽室照度標準[12]2.1.2書庫的照度要求圖書館書庫的照度應設置為1501x(低)--2001x(中)--3001x(高)，距地面0.25m處書架上的垂直照度應設置為301x(低)--50Ix(中)--75lx(高)為宜。見表2-2所示。表2-2書庫照度標準2.1.3其他地方照度要求圖書館休息室、陳列室、視聽室及一些公共場所的照度標準見表2-3所示。表2-3圖書館照度標準2.2圖書館照明設計的基本方法圖書館的照明設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)既定的設計方案計算照度負荷，了解電能的消耗情況。2.2.1燈具的選擇常用的燈具其有以下幾種方式的分類[7]:(1)按安裝方式分類:一般可分為嵌頂燈、吸頂燈、吊燈、壁燈、活動燈具、建筑照明等六種。(2)按光源類型分類:可分為白熾燈(緊湊型熒光燈歸為這一類)、熒光燈、高壓氣體放電燈、低壓鹵鎢燈等。(3)按使用場所分類:可分為民用燈、建筑燈、工礦燈、車用燈、船用燈、舞臺燈等。(4)按配光曲線的形狀分類:國際照明委員CIE，根據(jù)燈具向下和向上投射光通量的百分比，將燈具分為以下五種類型:a)直接照明型—燈具向下投射的光通量占總光通量的90%-100%，上射光通量為0%-10%。b)半直接照明型一一燈具向下投射的光通量占總光通量的60%-90%，向上投射的光通量只有10%-40%。c)均勻漫射型一一燈具向下投射的光通量與向上投射的光通量差不多相等，各為40％－60%之間。d)半間接照明型一一燈具向上投射的光通量占總光通量的60%—90%，向下投射的光通量只有10%-40%。e)間接照明型一一燈具向上投射的光通量占總通量的90%-100%，而向下投射的光通量極少僅為0%-100%。(5)按燈具的結(jié)構(gòu)特點分類:a)開啟型—其光源與外界空間相通，如一般的配照燈、廣照型燈和深照型燈等。b)閉合型—其光源被透明燈罩包含，但內(nèi)外空氣仍能流通，如圓球燈、雙罩型燈和吸頂燈等。c)密閉型—其光源被透明燈罩密封，內(nèi)外空氣不能對流，防潮燈、防水防塵燈等。d)增安型—其光源被高強度透明燈罩密封，且燈具能承受足夠的壓力，能安全地使用在有爆炸危險介質(zhì)的場所。隔爆型—其光源被高強度透明燈罩封閉，當氣體在燈罩內(nèi)部爆炸時，高溫氣體經(jīng)過隔爆間隙被充分冷卻，從而不致引起外部爆炸性氣體爆炸。因此隔爆燈具也能安全地使用在有爆炸危險介質(zhì)的場所。對于圖書館的閱覽室一般可選用開啟型或閉合型的各種吊燈或吸頂燈；門廳、走廊等處一般選用閉合型的各種吊燈或吸頂燈。2.2.2燈具安裝位置的確定一般，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[12]:(1)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，如圖2-1所示。圖2-1燈具的均勻布置(2)分區(qū)布置這種燈具的布置與需要照明的具體位置有關。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，如圖2-2所示。圖2-2燈具分區(qū)布置(3)混合照明的燈具布置混合照明方式是利用兩種不同的光源對照明區(qū)域進行加強(如圖2-3所示)，不僅可以滿足照明強度的需要，并且可以消除陰影。為了使工作面上獲得較均勻的照度，應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。圖2-3混光照明的燈具布置2.2.3燈具安裝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，維護檢修也不方便;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。最高的懸掛高度與室空間比(RCR)以及配光的種類有關，其標準應不高于表2-4所列數(shù)據(jù)。表2-4燈具安裝高度要求2.2.4負荷的計算單位容量計算法的概念及步驟[13]:單位容量法適用于均勻的一般照明計算,它主要計算每單位被照面積所需的燈具安裝功率:

W=P/S

（P-全部燈具安裝功率,瓦；S-被照面積,平方米；）或直接計算燈具數(shù)量N=E*A*φ0*C1*C2/φ,單位容量W決定于下列各種因素:需求照度E,房間面積A,單位面積每LX光通量φ0,修正系數(shù)C1、C2,照明燈具光通量Φ。我們給出一套速查表格以便使用。表格相關說明如下:

1.

室形指數(shù)RI=W*

L/H*(W+L)

W-房間寬;

L-房間長,

H-燈具至工作面高度,并據(jù)此室形指數(shù)結(jié)合燈具配光類型查表得出φ0。見附表1。2.

室內(nèi)頂棚、墻面及地面的反射系數(shù)分別為ρC、ρW、ρf,根據(jù)實際環(huán)境不同可加系數(shù)C1修正。見附表2。

3.

各燈具效率不同,

可加系數(shù)C2修正。見附表3。

通過以上表格能進行計算的第一步:查出φ0,

C1,

C2,第二步:代入所需照度E及房間面積A,第三步選擇合適的光源及其光通量。最后得出布燈數(shù)量.單位容量計算法設計實例某廠房的尺寸為:寬X長X高=20mx50mx8m,頂棚反射比ρC=70%,墻面反射比ρW=50地板反射比ρf=20%,采用150W金屬鹵化物燈寬光束塊板面照明燈具,光源光通量10809lm,燈具效率72.9%,現(xiàn)要求室內(nèi)地面平均照度為100lx,試求室內(nèi)布燈數(shù)?

第一步:求室形指數(shù)RI=W*

L/H*(W+L),代入W=20m,L=50m,H=8m,得出RI=1.78。照明燈具為寬配光金鹵燈,屬于中照型燈具,

距高比S/h<1.0,查表1得出單位容量光通量最接近數(shù)值φ0=2.8。據(jù)燈具效率及各反射比可知修正系數(shù)C1,C2均為1。第二步:要求照度標準E=100

lx,廠房面積A=1000m2。第三步:光通量φ為10809lm,代入公式計算出燈具數(shù)量為N=E*A*φ0*C1*C2/φ=25.9.第3章圖書館智能照明系統(tǒng)設計3.1圖書館照明設計任務根據(jù)以上的圖書館照明設計基本方法，以圖書館閱覽室的照明為設計基礎，提出如下設計任務：圖書館閱覽室是對照度要求較高的場所，需要營造舒適安靜的氣氛。根據(jù)閱覽室的照度標準:要求距離水平面0.75m處的工作面其照度達到150-200-3001x的標準，如果屬于老年人閱覽室則需要適當提高照度水平。某圖書館閱覽室面積為A=12x9=108(m2)，房間高度為3.6m。開館時間為周一至周日每天上午8:00-22:00。對照明設計的要求如下:(1)要求工作面的照度不低于200lx;(2)選擇合適類型的光源，計算光源數(shù)量:(3)合理的燈具布置方案設計;(4)計算照明負荷。3.2圖書館照明設計方案——傳統(tǒng)照明控制方式為實施照明節(jié)能，室內(nèi)照明方式分為：一般照明、分區(qū)照明、混合照明。所謂一般照明，即是基礎照明，在一個場所內(nèi)單設局部照明不能形成舒適的環(huán)境亮度，容易產(chǎn)生視疲勞，因此應設一般照明。分區(qū)一般照明是為提高某一區(qū)域照度而相對集中設置燈具的一般照明方式，部分要求高照度的場所，宜設置分區(qū)一般照明。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，即應增設局部照明。從上述照明方式可看出，為達到照明效果，照明應分級控制，房間內(nèi)燈具一般是用蹺板開關放于門口控制，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)開關或多個開關，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，其原理接線圖見圖3-1。圖3-1面板開關控制原理圖對于上述面板開關控制，面板開關所控燈具數(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，平面布線復雜，故障率高。如果采用照明配電箱放于房間門口，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功能，如書架的排列等；(2)有些區(qū)域會違反國家規(guī)范要求，如《圖書館建筑設計規(guī)范))(JGJ38—99)要求，書庫配電箱應放在書庫外，對于書庫來說，就不允許把照明配電箱放于房間口，直接用配電箱內(nèi)的斷路器控制燈具回路。根據(jù)規(guī)范要求，圖書館應設一般照明、應急照明、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的不同使用功能，如用傳統(tǒng)面板控制方法，平面布線更加復雜，勢必也降低了可靠性，尤其是對于現(xiàn)代化圖書館其照明功能復雜，傳統(tǒng)的控制方式已難以滿足。考慮公共場所，一般無人按時關燈，盡管雙控方式能帶來方便，但是一般人員不可能做到人走燈滅，而值班人員也不可能每天上下樓巡回關燈，公共場所的“長明燈”，不僅浪費電能，也降低了燈泡的使用壽命。如若考慮應急照明、值班照明，平面布線更為復雜，一旦建筑物出入口較多，即使值班人員每天上下樓巡回關燈，會經(jīng)常出現(xiàn)值班人員打著手電找開關的現(xiàn)象。一般的公寓樓，都采用定時開關或是聲光控開關，但是對于圖書館照明，樓梯采用此種開關也不合適，因此此種開關只能控制白熾燈，功率一般也不超過60W，很受限制。３.3圖書館照明設計方案——基于C-BUS技術(shù)的圖書館智能照明控制方式照明控制的根本要求是要做到安全、靈活、經(jīng)濟。安全性是第一位的。靈活也要以人為本，建筑空間布局經(jīng)常變化，照明控制要適應和滿足這種變化，如果用傳統(tǒng)控制方式，勢必到處放置蹺板開關，既不美觀，也不方便。經(jīng)濟性是要考慮投資效益，不同的建筑、不同的規(guī)模，適用不同的控制系統(tǒng)或控制方式，或者僅利用一個控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)就能完成任務，就不必要上整個控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)照明控制方式主要以手動控制為主，依靠供電回路中的手動開關來控制回路的通斷，實現(xiàn)燈具的開關控制；利用供電回路中的手動調(diào)節(jié)元件來調(diào)節(jié)回路的電壓實現(xiàn)調(diào)光控制。這種傳統(tǒng)方式相對簡單、有效、直觀，但它過多依賴手工操作。整個系統(tǒng)相對分散，無法實現(xiàn)有效地管理，其適時性和自動化程度太低。而針對現(xiàn)代學校圖書館的照明，對照明的要求不再是簡單意義上的“能看見”。所以，隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，提出了“綠色照明”的概念。通過智能控制可以實現(xiàn)如下功能：(1)充分利用自然光線，自動調(diào)節(jié)燈光強弱，達到設定的照度標準?？梢匝娱L光源壽命、節(jié)約電能。(2)保持室內(nèi)光線的均勻。通?？拷皯舻奈恢孟鄬τ谄渌恢玫墓饩€較強，通過安裝傳感器，檢測不同位置的光線強弱并進行調(diào)節(jié)，使得靠窗和靠墻處具有相同的照度。(3)不同的時間或場景對照明的要求各有不同，因此可以設定不同的場景選擇功能，例如閱覽室可以分一般閱覽室、老年讀者閱覽室，適用于清掃工作的場景等，按照事先設定的相應控制方法進行切換。(4)手動控制與自動控制可以靈活切換，滿足了現(xiàn)場調(diào)節(jié)的需要。將智能照明控制系統(tǒng)的設計思想運用到圖書館閱覽室的照明系統(tǒng)，從照明的設計、傳感器的安裝方式、照明控制方法等方面進行說明，在設計中還考慮到如何充分利用室外的自然光線，調(diào)節(jié)室內(nèi)光線達到照度均勻的照明效果，之后證明了這種智能照明控制方法的設計達到了節(jié)約電能的目的，減少了相應的管理和維護工作。隨著照明技術(shù)的發(fā)展，專為照明控制而設計的系統(tǒng)也越來越多，現(xiàn)在有不少國際知名公司生產(chǎn)的智能照明控制系統(tǒng)在照明控制中得到應用，如ABB公司的i—BUS系統(tǒng)、奇勝公司的C—BUS系統(tǒng)等系統(tǒng)在國內(nèi)都有不少用戶，國內(nèi)也有不少類似控制系統(tǒng)投入使用，其控制方式大同小異。與傳統(tǒng)方式相比，最大特色是其安裝方式與傳統(tǒng)電纜布線方式相比所帶來的巨大變革，這些控制方式縮短了照明分支線路的電纜長度，減少了控制電纜的數(shù)量，從而減少了布線的工程量，同時也便于將來的維護，而控制卻可在中控室通過電腦或現(xiàn)場面板開關實現(xiàn)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2專用照明控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖專用照明控制系統(tǒng)的驅(qū)動器可與照明箱中的斷路器安裝在一起，幾個照明箱可分散放置在不同的區(qū)域，并且可就近放置在燈光回路集中的地方，有條件的可就近安裝在燈具附近，通過驅(qū)動器對各照明回路進行控制，最后再用一根控制總線將所有的照明箱連接起來。安裝在照明箱中的專用照明控制系統(tǒng)驅(qū)動器可直接控制負載，也可通過接觸器控制大功率負載，可進行手動／自動切換。專用照明控制系統(tǒng)控制方式多元化，大大提高了系統(tǒng)控制的可靠性，既可通過現(xiàn)場面板進行控制，也可通過定時或光線感應的方式進行自動控制，同時又可通過中控電腦的圖形界面或模擬盤進行集中監(jiān)視或控制，不同的控制方式可同時并存，沒有任何沖突，即使有一種控制方式出現(xiàn)問題，仍可通過其他方式進行控制。系統(tǒng)還具有照明回路電流監(jiān)測功能，可隨時報告出現(xiàn)故障的照明回路號，便于維護人員及時發(fā)現(xiàn)問題，排除故障。3.3.1CC—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。每個單元均設置唯一的單元地址，可以單獨對每個元件進行編程并用軟件設定其功能，通過輸出單元控制各回路負載。輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯(lián)系。當有輸入時，輸入單元將其轉(zhuǎn)變?yōu)镃—BUS信號在C—BUS系統(tǒng)總線上廣播，所有的輸出單元接收并做出判斷，控制相應回路輸出。C—BUS產(chǎn)品可以記憶對其設定的參數(shù)。對照明系統(tǒng)的設定被分散存儲在各個元件中。一旦系統(tǒng)設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。3.3.2圖3-2所示為C—BUS的系統(tǒng)圖。一個C—BUS系統(tǒng)由系統(tǒng)單元、輸入單元、輸出單元三部分組成。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)絡橋、以太網(wǎng)接I：1等。輸入單元：將外界的控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃—BUS信號在總線上傳播。它包括輸入開關、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，并控制相應回路輸出實現(xiàn)對負載的控制。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載(如空調(diào)、風扇)的開關。亮度傳感器通過檢測周圍的亮度，再與內(nèi)部設定值比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達到節(jié)約電能的目的。輸入開關為可編程開關，所能實現(xiàn)的功能為開／關、調(diào)光、只開、只關，定時、漸亮、漸滅，定制，預設、無效，可以通過編程設定其中的一種。遙控器與帶紅外線接收器的遙控開關或是紅外線接收開關配合使用，可以實現(xiàn)遙控燈光的開關或調(diào)光功能。場景開關：照明場景組合開關，每一鍵可以控制六路光源調(diào)光或是九路光源開關，可預設四種不同的燈光場景，配合人們對同一場景需求。輔助輸入單元：接受外界接點信號，轉(zhuǎn)換成C—BUS信號來控制照明或其它負載。通過輔助輸入單元，C—BUS系統(tǒng)可以方便與其它系統(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載進行開關控制。智能調(diào)光器：用于對照明回路的調(diào)光控制。3.3.3圖3-3為C—BUS系統(tǒng)在圖書館中應用的示意圖，圖3-4為基于C-BUS技術(shù)的一個接線框圖。由于閱覽室面積大，可以將它分成若干個獨立的照明區(qū)域，根據(jù)需要開啟相應區(qū)域的照明，并且在靠窗的地方配照度傳感器，智能地利用室外自然光，當天氣晴朗，室內(nèi)燈會自動調(diào)暗；天氣陰暗，室內(nèi)燈會自動調(diào)亮，以始終保持室內(nèi)恒定的亮度(按預定要求的亮度)。由于出入口多，可在閱覽室內(nèi)采用多點控制，方便使用人員操作。在每個出入口都可以開啟和關閉整個辦公區(qū)的所有的燈，這樣可根據(jù)需要方便就近控制閱覽室的燈。同時可以根據(jù)時間進行控制，比如平時在晚9點自動關燈。書庫可采用定時控制和紅外移動控制等方式，當有人進入書庫時，自動地開啟某回路，人走后，自動地關閉該回路。根據(jù)規(guī)范，書庫照明宜分區(qū)分架控制及書架行道設置單獨或雙控開關，可采用紅外移動控制延時控制等方式相結(jié)合，靈活地實現(xiàn)書庫照明的分區(qū)分架及書架行道照明控制。多媒體教室可通過場景設置，將教室場景設置為會議狀態(tài)、多媒體上課狀態(tài)、打掃衛(wèi)生狀態(tài)等多個場景。當會議開始時，通過遙控器呼出開會模式，桌面上方燈光調(diào)亮，以保證300～400Lux，而周圍背景燈光慢慢調(diào)低到原有水平的3O～40Lux。當上課時，呼出多媒體場景，桌面上方燈光調(diào)低，但還保持一定照度，以便聽眾可以做筆記。周圍環(huán)境燈光與投影幕前燈光慢慢熄滅。電動窗簾慢慢放下、電動幕自動打開，開始上課。打掃衛(wèi)生時，清潔人員可在墻上的場景開關中呼出該燈光狀態(tài)，此時只有部分燈被打開到70％，既保汪清潔人員有足夠的工作照度、又節(jié)省了能源。走道采用定時控紅外移動控制等方式。在平時啟動紅外移動控制方式，人來開燈，人離開后延時關閉，以節(jié)約能源。此外，利用局域網(wǎng)與C-BUS的通訊，可在控制室對整個照明系統(tǒng)進行監(jiān)控和維護。采用C—BUS智能照明控制系統(tǒng)后，可使照明系統(tǒng)運行在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)將按預先設置切換若干基本工作狀態(tài)，通常為“白天”、“晚上”、“安全”、“周末”和“午間”等，根據(jù)預設定的時間自動地在各種工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。例如，到開館時系統(tǒng)自動將燈打開，而且光照度會自動調(diào)節(jié)到人員閱讀或工作最合適的水平。此外，還可用手動控制面板或遙控器等，隨意改變各區(qū)域的光照度。圖3-3基于C-BUS智能照明控制的圖書館應用示意圖圖3-4基于C-BUS的圖書館智能照明系統(tǒng)接線示意圖3.3.4可編程控制器控制圖書館照明以上基于C-BUS技術(shù)的智能照明，適用于較高級的圖書館，而對于規(guī)模不大，要求不是很高的圖書館，為了節(jié)省投資，可以采用可編程控制器進行控制。應用專用的可編程器件LOGO，在圖書館閱覽室里對照明實現(xiàn)智能化。照明系統(tǒng)的要求：a.照明燈應能就近開關；b.如室內(nèi)光線充足，則由光敏開關將室內(nèi)照明燈自動斷開，5min之后才允許再次開啟；c.在21：40時響鈴作為關燈的預備；d.在22：00室內(nèi)照明燈自動斷開，5min之后才允許再次開啟；e.在22：00室內(nèi)照明燈斷開后，走廊燈仍能保持5min照明并再次響鈴以提醒人員盡快離開。(2)解決方案如圖3-5及3-6所示。(3)使用部件。11：走廊燈開關；12：室內(nèi)燈組1開關；13：室內(nèi)燈組2開關；14：光敏開關1;Q1：走廊燈；Q2：鈴；Q3：室內(nèi)燈組1；Q4：室內(nèi)燈組2。(4)方案說明。時間安排由時鐘控制。利用脈沖繼電器、斷電延時繼電器使走廊燈在21：40。22：05之間不熄滅，其中21：40-21：41和22:00-22：05,這2個時間段作為脈沖繼電器B02的觸發(fā)脈沖，斷電延時繼電器B03延時5min的高電平送到時鐘脈沖繼電器B04的使能端、以形成走廊燈Q1的1s復位脈沖來控制Q1的斷開。在上述2個時間段內(nèi)，通電延時繼電器B06和后面的反相器、與門一起形成20s的高電平來接通電鈴電路。室內(nèi)燈組1、2的控制原理與電鈴基本相似，只是在電路輸出前設置了斷電延時繼電器來提供5min的斷電復位脈沖，防止自動斷電后有人隨意開啟。圖3-5可編程控制回路原理圖圖3-6閱覽室照明系統(tǒng)電路第4章圖書館智能照明系統(tǒng)設計方案分析基于控制方式的不同，提出傳統(tǒng)控制方式和現(xiàn)代控制方式方案，并加以比較分析。通過分析比較，不難發(fā)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)在控制方式上體現(xiàn)出來的優(yōu)越性。本章節(jié)將通過對兩種照明方式在節(jié)能方面的比較，進一步論證智能照明的必要性及可行性。結(jié)合提出的設計任務，現(xiàn)規(guī)定：統(tǒng)一選擇常用的國產(chǎn)T12型40W直管熒光燈，管長1200mm，光通量為2400lm，光效60lm/W。燈具選擇普通單管熒光吊鏈燈具，鏈長0.6m。計算室空比RCR=5h(L+W)/(L+W)=2.917，查表得照度1lx時的單位容量P0=0.0449W/m2。房間內(nèi)各部分的光反射比相同，燈具效率為70%，因此修正系數(shù)C1、C2、C3均為l。根據(jù)單位容量法照度計算方法，即:P=Po．A．E．C１．C２．Ｃ３=0.0449W/m*(12*9)m*200lx=969.84W房間需要安裝的最低功率為969.84W。因此，共需要光源969.84W/40W=24.246，選擇25盞。平均照度大約可達到:E==0.7*25*70%*2400lm/12*9*1.3=209.4lm滿足照度要求。4.1傳統(tǒng)照明控制方式的燈具布置及照明負荷計算4.1.1燈具布置圖如果采用均勻的燈具布置方法(如圖3-1所示)，每盞燈橫向間距1000mm，縱向間距1500mm．圖4-1閱覽室照明燈具布置圖4.1.2照明負荷計算根據(jù)需要系數(shù)法計算照明負荷，查表得到Kz=0.7，則有功計算負荷為:Pjs=Kz·Ps=0.7x25(盞)x40W=700W如果每天開館時間為10個小時，正常情況下大約有7-9個小時需要點亮所有的燈具，則每天消耗的電量大約為:點亮7個小時需要700x10(kW)x7(h)=4.9(kWh)點亮9個小時需要700x10(kW)x9(h)=6.3(kWh)全年大約消耗電量為:至少4.9(kWh)x365(天)=1788.5(kWh)，至多6.3(kWh)x365(天)=2299.5(kWh)按照每度電0.5元算，則一年共需支付電費：894.25元——1149.75元。4.2現(xiàn)代照明控制方式的燈具布置及照明負荷計算4.2.1智能照明方式燈具布置及傳感器安裝如圖4-2所示，采用均勻的燈具布置方法，并在圖中“·”所示的位置安裝傳感器，分別檢測室外和室內(nèi)不同位置的光線強弱，調(diào)節(jié)對應光源的照度。例如:傳感器a檢測的結(jié)果會影響周圍la，2a,3a,4a號光源的照度調(diào)節(jié)程度:傳感器b的采樣結(jié)果會影響1b,2b，3b,4b號光源的照度調(diào)節(jié)，以此類推。靠近窗戶的區(qū)域與遠離窗戶的區(qū)域其照度可以實現(xiàn)不同程度的調(diào)節(jié)。這樣的控制方式充分利用了室內(nèi)的自然光，節(jié)約了電能，也延長了光源的使用壽命。此外，還可以在不同位置安裝一定數(shù)量的動靜檢測器，如果在某一區(qū)域10分鐘內(nèi)無人員走動，則關閉相應區(qū)域的光源，這一控制方式尤其適用于電子閱覽室的照明控制。圖4-2閱覽室照明燈具及傳感器圖布置圖4.2.2智能照明控制系統(tǒng)照明負荷計算根據(jù)需要系數(shù)法計算照明負荷，得到有功計算負荷為:Ｐjs=Kz·Ps=0.7x25(盞)x40W=700W采用智能照明控制方式，則全天的照明消耗可以估算如下:(1)上午:由于上午的8:00－9:30室內(nèi)光線較弱，可以點亮室內(nèi)50%的燈，如果每盞燈的照度均達到最大，則耗電量為:12(盞)x40Wx1.5(h)=0.720(kWh)，從9:30-12:00期間，通常光線較強，無需點亮光源。(2)下午:在14:30－16:30期間，可以不用點亮光源。從16:30到17:30，室內(nèi)距離窗戶較遠的位置需要增加光源的照度，至多點亮30%的光源，假設每盞燈的照度均達到最大，則耗電量為:8(盞)x40Wx1h=0.320(kWh)。(3)晚上:通常晚上19:30-}-22:30期間光線將越來越弱，因此需要點亮的光源數(shù)量也逐漸增加，照度也將達到最大，則耗電量為:25(盞)x40Wx3(h)=3(kWh)全天消耗功率最多可達:0.720(kWh)+0.320(kWh)+3(kWh)=4.040(kWh)全年用電量為:4.040(kWh)x365=1474.6(kWh)則全年總花費為：737.3元4.3計算結(jié)果比較針對相同面積(12x9)平方米的圖書館閱覽室，選定了相同照度標準、光源類型以及相同的燈具布局方案，如果采用傳統(tǒng)的照明方式，通常光源只能全部點亮而且照度一定是達到最大，因此耗電量也較大，全年的耗電量為:1788.5(kWh)-2299.5(kWh);而采用智能照明控制方案，可以根據(jù)室外自然光線的變化對室內(nèi)的照度進行動態(tài)的調(diào)節(jié)，光源點亮后不會總保持在最大照度，同時也避免了點亮過多光源而造成的電能浪費，其全年的耗電量最多達到1474.6(kWh)，可以節(jié)約313.9(kWh)。從計算結(jié)果可以看出:同一標準的照明設計，采用智能照明控制系統(tǒng)能夠更有效的節(jié)約電能。第5章結(jié)論從節(jié)能、環(huán)保、運行維護及投資回收期上看，設計應有前瞻性，現(xiàn)代照明控制方式應成為圖書館照明控制的主流。根據(jù)建筑規(guī)模、投資等選用不同的系統(tǒng)。①小規(guī)模圖書館可采用可編程控制；②規(guī)模較大的圖書館，有BAS系統(tǒng)的建筑，可采用BAS系統(tǒng)控制照明；③規(guī)模較大的圖書館，在控制點較多時，應采用專用照明控制系統(tǒng)，在有自然采光區(qū)域內(nèi)的電氣照明，可采用恒照度控制，靠近外窗的燈具隨著自然光線的變化，自動點燃或關閉該區(qū)域內(nèi)的燈具，保證室內(nèi)照明的均勻和穩(wěn)定，對于多媒體閱覽室等多媒體區(qū)域采用調(diào)光控制，該子系統(tǒng)也可以與BAS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。同時通過分析，智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應用效果有以下幾方面：1、照明智能控制。采用智能照明控制系統(tǒng)，可以通過編程預先設置各區(qū)域的光照度，以適應各種場合、不同場景的要求。智能照明可將照度自動調(diào)整到工作最合適的水平。無論在什么場所或天氣如何變化，系統(tǒng)均能保證各區(qū)域照度維持在預先設定的水平。無人上班的晚間模式，各區(qū)域只保持基本的亮度。2、改善工作環(huán)境。智能照明系統(tǒng)中的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器工作在很高頻率（40~70kHz），克服了頻閃，消除了起輝時的亮度不穩(wěn)定，為人們提供了舒適的工作環(huán)境。3、可觀的節(jié)能效果。智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電子技術(shù)，能對多數(shù)燈具（包括白熾燈、日光燈，配以特殊鎮(zhèn)流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等）進行智能調(diào)光。當室外光較強時，室內(nèi)照度自動調(diào)暗，室外光較弱時，室內(nèi)照度則自動調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。此外，通過設置照明工作狀態(tài)等方式，收到可觀的節(jié)能效益。4、減少維護費用。運用智能化的照明控制系統(tǒng)，大大提高了燈具等設備的平均壽命，減少大樓的運行維護費用，帶來較大的投資回報。與傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)相比，智能照明控制系統(tǒng)在控制方式、照明方式、管理方式以及布線、節(jié)能方面等均有不少優(yōu)點：傳統(tǒng)照明控制采用手動開關，只有開和關，而且只能一路一路地開和關。而智能照明控制采用調(diào)光模塊，通過燈光的調(diào)光在不同使用場合產(chǎn)生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。通過對場景的預設置和記憶功能，操作時只須按一下控制面板上某一個鍵即可啟動一個燈光場景，各照明回路隨即自動變換到相應的狀態(tài)。上述功能也可以通過遙控器等實現(xiàn)。智能照明控制采用低壓二次小信號控制，控制方式多，功能強，范圍廣，自動化程度高。一臺計算機就可對整個大樓的照明實現(xiàn)智能化的管理；另外，在智能照明控制系統(tǒng)中，通過設置電壓限制，可以避免或降低電網(wǎng)電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具，延長燈具使用壽命的作用。更值得一提的是智能照明控制系統(tǒng)是一個開放式的系統(tǒng)，通過標準網(wǎng)絡接口可方便地與BAS系統(tǒng)聯(lián)接，實現(xiàn)與智能大樓計算機系統(tǒng)的集成。從線路系統(tǒng)來比較：1、傳統(tǒng)照明單控電路特點是，控制開關直接接在負載回路中只能實現(xiàn)簡單的開關功能，當負載較大時，需相應增大控制開關的容量，當開關離負載較遠時