智能照明节能控制系统在公共图书馆中的应用

王强

摘 要：针对图书馆书库及阅览室占地面积大、人员流动性强等特点，智能照明控制系统以照度检测器和双鉴探测器实时采集的室内照度和人员活动情况数据为依据，经照明控制器逻辑判断形成相应的分区照明控制策略，实现对区域照明灯具通断组合的智能调节和控制。工程实践应用表明，采用智能网络控制对图书馆照明系统进行改造后，整体节电率可达30%左右，节电节能效果比较明显，其具有非常良好的推广应用价值。

关键词：照明系统;照度;节能改造;图书馆

中图分类号：TU113.662文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）04-0135-03

Abstract： In view of the characteristics such as large area， strong mobility of personnel at the library's stack room and reading room， based on the real-time data of indoor illumination and personnel activities collected by illuminance detector and dual detector， and according to the logic judgment of lighting controller to form the corresponding partition lighting control strategy， the intelligent lighting control system can realize the intelligent adjustment and control by on-off combination of regional lighting lamps. The engineering application practice shows that after the library lighting system transformation by using intelligent network control， the overall power saving rate can reach about 30%， and the energy saving effect is obvious， which has a very good application effect.

Keywords： lighting system;illumination;energy saving transformation;library

公共图书馆是城市服务的重要基础设施，同时也是知识和文化的集散地，起着不同于城市其他学习场所的独特作用。图书馆服务对象为大量的读者，具有开启时间长、人员流动性大等特点，加上书库储存书籍较多、阅览室面积较大，相应照明能耗也较其他公共建筑大[1]。据统计，图书馆照明能耗占整个建筑能耗的35%以上，节能降耗已成为公共图书馆能耗改造研究的重要内容[2]。为适应网络化、数字化、自动化和智能化的信息时代需求，建立信息交互及时、多时段动态管控、绿色环保的智能化照明节能系统，依靠强大的计算机网络技术和智能传感技术，实现“人来灯亮、人走灯灭、智能调节”的照明节能调控[3]，在满足舒适照明需求的同时，有效降低照明系统能耗，具有非常重要的工程实践应用研究意义。

1 公共图书馆照明现状及设计标准

1.1 照明现状

公共图书馆的服务对象为大量读者，主要功能建筑物包括书库、阅览室、办公室和展厅等。其中，书库、阅览室占地面积较大且是读者主要活动区域，相应地，其光源设置密集，光照度要求较高，相光源功率较大。常规人工控制照明系统中，在图书馆对外开放时，室内照明光源基本是全面开启，尤其在市民工作期间，书库、阅览室的阅读人员较少，全明状态的开启方式会造成大量的电能资源浪费[4]。另外，常规人工集中控制模式无法结合外部光照等特点，合理调控照明灯具组合和光源照度，这也是造成图书馆电能损耗较大的主要原因。因此，结合国家照明指标要求，合理设计智能调控照明系统，尽量做到“按需照明、动态调控”，以减少不合理光源使用，提高照明系统使用寿命，降低运行能耗。

1.2 照度标准指标

《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）对图书馆照明的照度标准有明确要求，分房间或场所照明的照度标准指标为：电子阅览室、采编间为水平面0.75 m高，500 SI;一般阅览室、办公室、报告厅、陈列室、工作间为水平面0.75 m高，300 SI;档案库、休闲厅为水平面0.75 m高，200 SI;书库、书架为垂直面0.25 m高，50 SI。图书馆照明控制系统设计时，要在满足照度标准指标要求的基础上，通过引入传感器技术、计算机技术和网络技术等，确保照明系统具有较高的节能降耗效果。

2 智能照明节能控制方案

照明控制系统不仅能够减少公共图书馆灯具在单位时间内的电能资源损耗，还能降低照明灯具及照明系统的综合使用时间，达到延长照明灯具及照明系统综合使用寿命的目的。现在国外发达城市公共图书馆已普遍采用先进的智能照明节能控制系统，相比较而言，我国公共图书馆照明控制系统还不够完善，照明灯具的控制依然以人工定时开/关为主，缺乏有效的节能控制手段。因此，公共图书馆智能照明节能控制系统研究就具有非常重要的工程实践意义。

为了考虑照明系统动态調控及后期兼容发展需求，智能照明节能控制系统按照“分散集控”网络架构进行设计。图书馆运行管理人员根据图书馆人员流动、环境光照度等情况，通过系统主机进入上位机调控系统，即可对系统相关特性参数进行设置和调整，如设置和修改照明照度、人体移动双鉴探测器和感光传感器的阈值等，以确保照明系统根据实际照明需求动态调节灯具的组合;可在操作平台上对照明系统的启/停时间进行设置;系统可以根据照度实测值，结合光照度等特性参数，动态调节照明灯具组合、光源状态、照明时间等特性参数;系统接入智能电表，可以实现对区域能耗数据的动态采集和实时统计分析，并能形成相应数据分析表格和曲线，便于管理人员查找和分析高能耗照明区域的原因。系统管理平台支持数据的远传和远程操控，可将供配电系统、能耗数据等上传到图书馆能耗信息监控管理平台，实现对照明系统的远程监控管理。智能照明节能控制系统的逻辑组成架构如图1所示。智能照明控制器提供定时控制、无人感应控制和照度控制3种功能。

2.1 定时控制功能

此种模式主要应用于书库和阅览室的照明。为了提高图书馆管理效率，人们会根据图书馆的开/闭馆时间，设置书库和阅览室区域的照明自动启/闭操作。

2.2 无人感应控制功能

考虑到书库、档案库、陈列厅等区域的应用特征，系统针对这些区域照明需求提供无人感应功能，即将照明灯具按区域实施分区控制，開放时间内仅让主要通道采取常明控制，而书架、陈列区等则结合双鉴探测器，根据人员活动情况，动态调节活动区域范围内照明灯具的启动，当检测器探测到无人或人员离开60 s后，自动关断其余照明。其通过按需合理启动灯具，形成动态区域组合，有效降低照明灯具的开启时间，在满足相关区域照明功能需求的基础上，合理进行调节，以降低照明系统能耗[5-6]。

2.3 照明控制功能

考虑到阅览区域的功能特征以及现代图书馆书架与阅览书桌共区域布置情况，阅览区根据书桌分布情况实施分区智能控制。同时，智能照明控制器除了会根据时间自动启动系统外，还可以根据照度检测器采集的实时照度值、自然光照强度等数据，动态调整区域照明灯具组合，确保照明区域具有良好的照明质量和节能效果。

3 智能照明控制系统应用能效分析

某图书馆采用图1所示的节能控制方案，对图书馆10间书库及阅览室进行照明系统节能改造。每间书库及阅览室共设置8个智能照明控制器、16个照度检测器和32个双鉴探测器，其中，照明光源、照度检测器和双鉴探测器通过总线拓扑结构接入智能照明控制器，经RS485网络和TCP/IP总线与系统控制主机完成数据信息的交互共享。另外，每个智能照明控制分区设置一面照明配电箱，通过智能电表实现对能耗数据的实时采集和上传分析。整个改造工程共采用80个智能照明控制器、160个照度检测器和320个双鉴探测器，改造工程总工期为3个月。系统调试完成后，为了评估其节能降耗效果，研究人员将系统设置为常规（改造前）和智能调控模式（改造后），分别运行1周，通过计算机系统自动采集的能耗数据进行分析，其改造前后的照明特征数据对比如表1所示。

从表1对比数据可以看出，照明系统采用智能控制系统后，其电能损耗明显降低，除文娱馆外，其他区域的节电率均保持在20%以上。其中，古典中文书库2和外文书库节电率均超过50%，主要原因是古典中文书库2和外文书库借阅人员较少、借阅人次也较少，智能照明控制系统集中了双鉴探测器和照度检测器数据，可以动态调整该区域的照明灯具组合，节电效果明显。文娱馆主要储藏文娱期刊、音乐和舞蹈等声像资料，借阅人员较多、人员流动比较频繁，因此改造前后的节电率也较低。根据上述分析，图书馆采用智能照明控制系统进行节能改造，总体可以获得至少30%的节电率，系统节电节能效果十分明显。

4 结语

智能照明控制系统依据双鉴探测器和照度检测器采集的实时环境光线强弱变化、人员流动情况等数据信息，通过区域灯具的组合调配和智能控制，实现了“人来灯亮、人走灯灭、智能调节”的灯控效果。实践应用表明，智能照明控制系统的整体节电率可以超过30%，节能改造回收周期也较短，实现了对图书馆常规照明控制方式的革新，其具有非常良好的工程实践应用效果。

参考文献：

[1]孙景伟，丁学用.图书馆照明控制系统的设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2020（7）：98-100.

[2]贾志城，白建军.基于ZigBee网络的图书馆智能照明系统设计[J].建筑设计管理，2014（4）：76-79.

[3]姚伟用.试论高校图书馆阅览室照明系统节能方案的确定[J].建设科技，2017（13）：72-74.

[4]黎震.公共图书馆照明系统EMC模式LED节能改造项目研究[J].公共图书馆，2016（3）：58-62.

[5]杨再仲.图书馆照明节能设计研究[J].城市建筑，2013（24）：166.

[6]丁永威.无锡图书馆节能照明控制系统设计[J].电工文摘，2015（2）：37-39.