摘要：在高等院校圖書(shū)館中，照明能耗占比高于普通公共建筑，有效降低其照明能耗對(duì)建筑節(jié)能具有明顯作用；考慮到圖書(shū)館建筑書(shū)庫(kù)和閱覽室數(shù)量較多，而且人員流動(dòng)隨機(jī)性高，采用合適的智能照明控制技術(shù)，可以有效降低照明系統(tǒng)能耗，基于這種認(rèn)識(shí)，研究對(duì)某高校圖書(shū)館的照明系統(tǒng)實(shí)施了智能照明控制，以室內(nèi)照度和人員活動(dòng)檢測(cè)為依據(jù)，自動(dòng)控制照明光源的通斷，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用與對(duì)比測(cè)試，照明系統(tǒng)能耗降低30%左右，節(jié)能效果明顯，這種控制模式非常適合于在圖書(shū)館類建筑中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能照明；節(jié)能；圖書(shū)館

0  引言

在高等院校圖書(shū)館中，由于開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)和人員流動(dòng)性高，加上書(shū)庫(kù)和閱覽室數(shù)量較多，照明能耗占比明顯高于普通公共建筑,根據(jù)某大學(xué)圖書(shū)館能耗數(shù)據(jù)分析,盡管已經(jīng)將光源全部更換為T8序列熒光燈，照明能耗占比仍然較高，占建筑總能耗的比例超過(guò) 35%;經(jīng)深入調(diào)査與分析，圖書(shū)館主要功能為書(shū)庫(kù)、閱覽室和辦公室，其中書(shū)庫(kù)、閱覽室照明面積大，光源密集，對(duì)照度要求高,光源安裝功率也較高，在圖書(shū)館開(kāi)放時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)照明光源基本上全部處于開(kāi)啟狀態(tài)，尤其是上課時(shí)間，書(shū)庫(kù)、閱覽室人員較少，長(zhǎng)明燈隨處可見(jiàn)，照明全部開(kāi)啟明顯會(huì)造成能源浪費(fèi);由于照明系統(tǒng)管理為人工集中控制，無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況控制照明光源的開(kāi)啟，這是造成照明系統(tǒng)運(yùn)行能耗較高的主要原因。因此，采用合適的智能照明控制方式可以減少不合理使用光源的現(xiàn)象，進(jìn)而降低照明系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

1  智能照明系統(tǒng)方案

基于上述分析，本研究對(duì)圖書(shū)館的書(shū)庫(kù)、閱覽室的照明系統(tǒng)實(shí)施了智能照明管理與控制，提供定時(shí)控制、無(wú)人感應(yīng)控制和照度控制3種模式

定時(shí)控制模式適用于書(shū)庫(kù)、閱覽室的照明，根據(jù)圖書(shū)館開(kāi)放時(shí)間和管理要求，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)定時(shí)控制，以提高管理效率。

無(wú)人感應(yīng)控制模式適用于書(shū)庫(kù)區(qū)域，考慮書(shū)庫(kù)應(yīng)用特征，對(duì)照明系統(tǒng)實(shí)施局部智能照明管理與控制; 將書(shū)庫(kù)的照明光源按書(shū)架布置實(shí)施分區(qū)控制，開(kāi)放時(shí)間內(nèi)，僅保持主要通道的照明光源開(kāi)啟，書(shū)架區(qū)域的光源則實(shí)施局部智能照明管理,采用雙鑒探測(cè)器作為人員活動(dòng)探測(cè)器，以此為依據(jù)，在有人查閱書(shū)刊時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟查閱區(qū)域的照明，在無(wú)人或人員離開(kāi)后，則自動(dòng)關(guān)斷查閱區(qū)域照明;通過(guò)這種控制模式，在滿足查閱要求的前提下，降低照明光源開(kāi)啟時(shí)間，降低照明能耗。

照度控制模式適用于閱覽區(qū)域，考慮閱覽特征，對(duì)照明系統(tǒng)實(shí)施局部智能照明管理與控制;將閱覽區(qū)域的照明光源按書(shū)桌布置實(shí)施分區(qū)控制，除對(duì)書(shū)桌區(qū)域的光源根據(jù)人員活動(dòng)檢測(cè)實(shí)施局部智能照明管理外，對(duì)靠近外窗的書(shū)桌區(qū)域,增加照度檢測(cè),在照度達(dá)到預(yù)先設(shè)置的照度時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷該區(qū)域照明，當(dāng)照度低于預(yù)先設(shè)置的照度時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟該區(qū)域照明;通過(guò)這種控制模式，在滿足閱讀要求的前提下，降低照明光源開(kāi)啟時(shí)間，降低照明能耗。

為考慮發(fā)展與管理需求，智能照明系統(tǒng)按網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)，配置系統(tǒng)管理平臺(tái)，可以在平臺(tái)上設(shè)置和修改照度與雙鑒探測(cè)器觸發(fā)閾值，滿足調(diào)試要求;可在平臺(tái)上設(shè)置圖書(shū)館周程，實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)啟停要求;并在書(shū)庫(kù)、閱覽室設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置智能電表，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)釆集與統(tǒng)計(jì);同時(shí)可在平臺(tái)顯示啟停照明的照度閾值和現(xiàn)場(chǎng)照度實(shí)測(cè)值，顯示人員活動(dòng)信息(是否有人)和對(duì)應(yīng)的照明光源狀態(tài)、延時(shí)時(shí)間等參數(shù)，具備故障診斷功能，自動(dòng)顯示故障狀態(tài)和定位故障位置,并按管理要求提供報(bào)表管理與輸出等管理功能。

系統(tǒng)管理平臺(tái)支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，可將能耗數(shù)據(jù)等傳輸給校園節(jié)能管理平臺(tái)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中的智能照明控制器具備常規(guī)模式/智能照 明模式切換功能，選擇具備常規(guī)模式運(yùn)行，可按原照明配電方式運(yùn)行;選擇智能照明模式則按上述控制邏輯運(yùn)行;照明控制器具有網(wǎng)絡(luò)離線檢測(cè)功能，在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)自動(dòng)切換為常規(guī)模式運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性，保證正常使用;這種切換方式也為測(cè)評(píng)節(jié)能效果提供了技術(shù)支持。

2 智能照明系統(tǒng)實(shí)施

本研究采用上述智能照明方案，對(duì)圖書(shū)館的17間書(shū)庫(kù)和閱覽室實(shí)施了照明節(jié)能改造，根據(jù)每一間書(shū)庫(kù)和閱覽室的布置和燈具位置進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，劃分分區(qū)控制區(qū)域和選擇相應(yīng)控制模式，圖2是其中一間書(shū)庫(kù)的智能照明布置方案示意圖。

該書(shū)庫(kù)面積約2 000 ㎡,包括書(shū)架區(qū)域和閱讀區(qū)域，左側(cè)為自由閱覽區(qū)域，其余為書(shū)庫(kù)，共246個(gè)燈組。僅采用定時(shí)控制模式，在開(kāi)放時(shí)間內(nèi)開(kāi)啟燈組，以保持書(shū)庫(kù)環(huán)境照明；閱覽區(qū)域采用照度控制和無(wú)人感應(yīng)控制模式，配置4個(gè)線性光電照度傳感器和19個(gè)雙鑒探測(cè)器,照度和雙鑒探測(cè)器的觸發(fā)閾值可在平臺(tái)或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置和修改,按照度優(yōu)先原則控制，在滿足預(yù)先給定的照度時(shí),關(guān)閉照明，在不滿足照度時(shí)，啟動(dòng)人員活動(dòng)控制模式，在有人活動(dòng)時(shí)開(kāi)啟照明，無(wú)人活動(dòng)時(shí)延時(shí)關(guān)閉照明，這種邏輯可避免閱覽室在照度滿足要求時(shí)，以人員活動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)而開(kāi)啟照明。書(shū)架區(qū)域則僅設(shè)計(jì)無(wú)人感應(yīng)控制模式,每個(gè)燈組配置一個(gè)雙鑒探測(cè)器，實(shí)施區(qū)域照明控制，在有人活動(dòng)時(shí)開(kāi)啟照明，無(wú)人活動(dòng)時(shí)，延時(shí)關(guān)閉照明；

該書(shū)庫(kù)共配置6個(gè)智能照明控制器，照度傳感器 和雙鑒探測(cè)器信號(hào)釆用總線拓?fù)浞謩e送入6個(gè)智能照明控制器，由智能照明控制器按預(yù)先設(shè)計(jì)的邏輯， 判斷燈組的啟停。另外在書(shū)庫(kù)配電箱處配置1塊三相智能電表，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

書(shū)庫(kù)照明平面、照度傳感器和雙鑒探測(cè)器信號(hào)、燈組狀態(tài)、故障信息燈均可在管理平臺(tái)顯示和查詢， 并可按管理要求提供報(bào)表輸出。

其余16個(gè)書(shū)庫(kù)照明按上述原則完成設(shè)計(jì)，組成智能照明控制系統(tǒng)，在管理平臺(tái)完善對(duì)應(yīng)的圖形化照明平面和對(duì)應(yīng)的信息，即可完成17間書(shū)庫(kù)的智能照明系統(tǒng)節(jié)能改造。

3 智能照明系統(tǒng)能效測(cè)評(píng)

3. 1智能照明系統(tǒng)節(jié)能率分析

由于在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)17間書(shū)庫(kù)配置了智能電表，同時(shí)智能照明控制器可以選擇常規(guī)（改造前）模式和智能照明模式，可以方便地完成能效數(shù)據(jù)采集。在完成智能照明系統(tǒng)改造并經(jīng)過(guò)試運(yùn)行后，將書(shū)庫(kù)按改造前模式運(yùn)行一周，然后切換為智能照明模式運(yùn)行一周， 記錄消耗電能，選擇運(yùn)行一周時(shí)間，基本能說(shuō)明對(duì)應(yīng)的能耗情況。

測(cè)試結(jié)果如表1所示，圖3是2種模式對(duì)比柱狀圖。

由表1和圖3可看出，智能照明模式運(yùn)行時(shí)的耗電量明顯低于改造前,18個(gè)書(shū)庫(kù)的節(jié)能率大部分保持在20%以上，總節(jié)能率達(dá)31%,即實(shí)施智能照明控制后，書(shū)庫(kù)耗電量明顯降低。

由表1和圖3也可看出，房間功能對(duì)節(jié)能率影響 明顯。圖4是204,307,502測(cè)試周內(nèi)每日能耗數(shù)據(jù)對(duì)比圖。由圖3可看到，各房間媒體耗電量比較平穩(wěn), 可排除特殊用電情況的影響，節(jié)能率的差異主要受房間功能的影響。中文書(shū)庫(kù)的節(jié)能率基本在25%-32% 之間，因?yàn)楣δ芟嘟町惒淮?，主要是閱覽區(qū)域大小的影響；502房間為外文書(shū)庫(kù)，相對(duì)而言,借閱的人次較少，因此節(jié)能率高達(dá)52%；同樣,303和304房間為過(guò)刊庫(kù)，借閱的人次較少，節(jié)能率也較高。306和307房間同為現(xiàn)刊閱覽室，但306房間節(jié)能率達(dá)46. 2%,307 房間節(jié)能率僅為12. 6%,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解,306房間主要是科技期刊,借閱人次較少，而307房間為文娛期刊，借閱文娛期刊的人次多，照明開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)，節(jié)能率明顯 低于其他房間;513房間為音樂(lè)、舞蹈、聲像資料館，該類書(shū)目較為受歡迎,借閱人次多,節(jié)能率較低。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)與分析，對(duì)于圖書(shū)館的書(shū)庫(kù)與閱覽室，目前還不宜采用LED光源,加上人員隨機(jī)性和分散性特征明顯，采用智能照明控制模式可以獲得非常明顯的節(jié)能效益。對(duì)本圖書(shū)館照明節(jié)能改造可獲得30%的節(jié)能率;保守估計(jì)，對(duì)此類建筑，實(shí)施智能照明 控制，也可實(shí)現(xiàn)25%以上的節(jié)能率;另外，借閱人次對(duì)節(jié)能率影響較明顯。

3.2 智能照明系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

圖書(shū)館18間書(shū)庫(kù)、閱覽室改造前模式運(yùn)行一周耗電量為11741kW?h,按學(xué)校規(guī)律，全年圖書(shū)館開(kāi)放時(shí)間大約為44周,耗電量為516 604 kW-h,按保守平 均節(jié)能率25%計(jì)算，可以節(jié)省129 151 kW?h,按 1 7E/kW.h計(jì)算，可以獲得12.9萬(wàn)元收益;完成該18間書(shū)庫(kù)、閱覽室智能照明改造的合同金額為29. 8萬(wàn)元, 大約在3年可回收節(jié)能改造投入;如果按30%節(jié)能率計(jì)算，回收周期更短，節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)性較合理。

對(duì)于書(shū)庫(kù)區(qū)域，本改造方案采用一組雙鑒探測(cè)器對(duì)應(yīng)一個(gè)燈組的控制模式,經(jīng)過(guò)運(yùn)行分析，釆用一組雙鑒探測(cè)器對(duì)應(yīng)2個(gè)燈組的控制模式更為合理，可以使控制區(qū)域照度更均勻，同時(shí)，也可減少智能照明控制器數(shù)量,進(jìn)一步降低改造費(fèi)用。

4 安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

安科瑞智能照明控制產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過(guò)控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能化控制，特別適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明系統(tǒng)。 

產(chǎn)品選型方案 

安科瑞智能照明產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過(guò)控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明系統(tǒng)。

4.1系統(tǒng)工作原理示意圖

4.2開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器

用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的驅(qū)動(dòng)器，具有延時(shí)、預(yù)設(shè)、邏輯控制、場(chǎng)景、閾值開(kāi)關(guān)等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3調(diào)光驅(qū)動(dòng)器

2路0-10V調(diào)光器，可對(duì)每路進(jìn)行回路開(kāi)關(guān)控制并輸出 0-10V 調(diào)光信號(hào)對(duì)具有 0-10V 調(diào)光接口的燈具進(jìn)行調(diào)光,具有開(kāi)關(guān)、場(chǎng)景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：

4.4傳感器

傳感器是一種能感受外界信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、移動(dòng)）的設(shè)備裝置，并將感應(yīng)的信息傳遞給其它設(shè)備裝置（如調(diào)光器、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器），電氣參數(shù)如下：

4.5總線電源

KNX/EIB 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，可以為 64 個(gè)設(shè)備供電，帶總線復(fù)位、 過(guò)流指示和短路保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，電氣參數(shù)如下：

4.6智能面板

用于接受按鍵觸動(dòng)信號(hào)，可通過(guò)區(qū)分短按與長(zhǎng)按并結(jié)合不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：

4.7干接點(diǎn)輸入模塊

用于接受外部干接點(diǎn)信號(hào)輸入，可通過(guò)不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：

4.8系統(tǒng)功能

1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測(cè)，對(duì)利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進(jìn)行照明控制和調(diào)節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求；

2）公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應(yīng)設(shè)置紅外或微波類人體感應(yīng)器，并結(jié)合智能控制面板，實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮?xí)r間；

3）樓梯間照明采用人體感應(yīng)探測(cè)控制；

4）設(shè)備房、設(shè)備房走道采用分組就地控制；

5）室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結(jié)合時(shí)控的集中控制方式；

6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫(huà)面美觀,實(shí)時(shí)顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；

7）應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目根據(jù)圖書(shū)館中書(shū)庫(kù)、閱覽室的使用特征， 采用智能照明控制模式完成書(shū)庫(kù)、閱覽室照明節(jié)能改造,有效避免書(shū)庫(kù)、閱覽室照明長(zhǎng)期開(kāi)啟的不合理現(xiàn)象，通過(guò)分區(qū)域合理控制照明啟停，獲得了良好的節(jié)能效益，整體節(jié)能率在30%左右，節(jié)能改造回收周期小于3年，而且改造施工簡(jiǎn)單，基本不影響用戶正常工作，如果在圖書(shū)館照明設(shè)計(jì)時(shí)，即采用智能照明控制模式，可以獲得更好的節(jié)能效益，并且節(jié)能效果受館內(nèi)人員的流動(dòng)性影響,借閱人次少,人員流動(dòng)性高的情況下節(jié)能效果更為顯著。這種控制模式非常適合于在圖書(shū)館類建筑中推廣應(yīng)用。

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版