淺談?wù)彰骷夹g(shù)在圖書(shū)館節能中的應用

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建筑節能具有明顯作用；考慮到圖書(shū)館建筑書(shū)庫和閱覽室數量較多，而且人員流動(dòng)隨機性高，采用合適的智能照明控制技術(shù)，可以有效降低照明系統能耗，基于這種認識，研究對某高校圖書(shū)館的照明系統實(shí)施了智能照明控制，以室內照度和人員活動(dòng)檢測為依據，自動(dòng)控制照明光源的通斷，經(jīng)實(shí)際應用與對比測試，照明系統能耗降低30%左右，節能效果明顯，這種控制模式非常適合于在圖書(shū)館類(lèi)建筑中推廣應用。

關(guān)鍵詞：智能照明；節能；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(cháng)和人員流動(dòng)性高，加上書(shū)庫和閱覽室數量較多，照明能耗占比明顯高于普通公共建筑,根據某大學(xué)圖書(shū)館能耗數據分析,盡管已經(jīng)將光源全部更換為T(mén)8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)深入調査與分析，圖書(shū)館主要功能為書(shū)庫、閱覽室和辦公室，其中書(shū)庫、閱覽室照明面積大，光源密集，對照度要求高,光源安裝功率也較高，在圖書(shū)館開(kāi)放時(shí)間內，室內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、閱覽室人員較少，長(cháng)明燈隨處可見(jiàn)，照明全部開(kāi)啟明顯會(huì )造成能源浪費;由于照明系統管理為人工集中控制，無(wú)法根據實(shí)際情況控制照明光源的開(kāi)啟，這是造成照明系統運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象，進(jìn)而降低照明系統運行能耗。

1  智能照明系統方案

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

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

無(wú)人感應控制模式適用于書(shū)庫區域，考慮書(shū)庫應用特征，對照明系統實(shí)施局部智能照明管理與控制; 將書(shū)庫的照明光源按書(shū)架布置實(shí)施分區控制，開(kāi)放時(shí)間內，僅保持主要通道的照明光源開(kāi)啟，書(shū)架區域的光源則實(shí)施局部智能照明管理,采用雙鑒探測器作為人員活動(dòng)探測器，以此為依據，在有人查閱書(shū)刊時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟查閱區域的照明，在無(wú)人或人員離開(kāi)后，則自動(dòng)關(guān)斷查閱區域照明;通過(guò)這種控制模式，在滿(mǎn)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域，考慮閱覽特征，對照明系統實(shí)施局部智能照明管理與控制;將閱覽區域的照明光源按書(shū)桌布置實(shí)施分區控制，除對書(shū)桌區域的光源根據人員活動(dòng)檢測實(shí)施局部智能照明管理外，對靠近外窗的書(shū)桌區域,增加照度檢測,在照度達到預先設置的照度時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷該區域照明，當照度低于預先設置的照度時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟該區域照明;通過(guò)這種控制模式，在滿(mǎn)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，智能照明系統按網(wǎng)絡(luò )控制系統模式設計，配置系統管理平臺，可以在平臺上設置和修改照度與雙鑒探測器觸發(fā)閾值，滿(mǎn)足調試要求;可在平臺上設置圖書(shū)館周程，實(shí)現定時(shí)自動(dòng)啟停要求;并在書(shū)庫、閱覽室設置系統設置智能電表，實(shí)現能耗數據釆集與統計;同時(shí)可在平臺顯示啟停照明的照度閾值和現場(chǎng)照度實(shí)測值，顯示人員活動(dòng)信息(是否有人)和對應的照明光源狀態(tài)、延時(shí)時(shí)間等參數，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表管理與輸出等管理功能。

系統管理平臺支持數據遠傳，可將能耗數據等傳輸給校園節能管理平臺。系統結構如圖1所示。

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

2 智能照明系統實(shí)施

本研究采用上述智能照明方案，對圖書(shū)館的17間書(shū)庫和閱覽室實(shí)施了照明節能改造，根據每一間書(shū)庫和閱覽室的布置和燈具位置進(jìn)行了針對性設計，劃分分區控制區域和選擇相應控制模式，圖2是其中一間書(shū)庫的智能照明布置方案示意圖。

該書(shū)庫面積約2 000 ㎡,包括書(shū)架區域和閱讀區域，左側為自由閱覽區域，其余為書(shū)庫，共246個(gè)燈組。僅采用定時(shí)控制模式，在開(kāi)放時(shí)間內開(kāi)啟燈組，以保持書(shū)庫環(huán)境照明；閱覽區域采用照度控制和無(wú)人感應控制模式，配置4個(gè)線(xiàn)性光電照度傳感器和19個(gè)雙鑒探測器,照度和雙鑒探測器的觸發(fā)閾值可在平臺或現場(chǎng)設置和修改,按照度優(yōu)先原則控制，在滿(mǎn)足預先給定的照度時(shí),關(guān)閉照明，在不滿(mǎn)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(mǎn)足要求時(shí)，以人員活動(dòng)為標準而開(kāi)啟照明。書(shū)架區域則僅設計無(wú)人感應控制模式,每個(gè)燈組配置一個(gè)雙鑒探測器，實(shí)施區域照明控制，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)庫共配置6個(gè)智能照明控制器，照度傳感器 和雙鑒探測器信號釆用總線(xiàn)拓撲分別送入6個(gè)智能照明控制器，由智能照明控制器按預先設計的邏輯， 判斷燈組的啟停。另外在書(shū)庫配電箱處配置1塊三相智能電表，實(shí)現能耗數據監測和能耗數據遠傳。

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

其余16個(gè)書(shū)庫照明按上述原則完成設計，組成智能照明控制系統，在管理平臺完善對應的圖形化照明平面和對應的信息，即可完成17間書(shū)庫的智能照明系統節能改造。

3 智能照明系統能效測評

3. 1智能照明系統節能率分析

由于在設計時(shí)，對17間書(shū)庫配置了智能電表，同時(shí)智能照明控制器可以選擇常規（改造前）模式和智能照明模式，可以方便地完成能效數據采集。在完成智能照明系統改造并經(jīng)過(guò)試運行后，將書(shū)庫按改造前模式運行一周，然后切換為智能照明模式運行一周， 記錄消耗電能，選擇運行一周時(shí)間，基本能說(shuō)明對應的能耗情況。

測試結果如表1所示，圖3是2種模式對比柱狀圖。

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

由表1和圖3也可看出，房間功能對節能率影響 明顯。圖4是204,307,502測試周內每日能耗數據對比圖。由圖3可看到，各房間媒體耗電量比較平穩, 可排除特殊用電情況的影響，節能率的差異主要受房間功能的影響。中文書(shū)庫的節能率基本在25%-32% 之間，因為功能相近差異不大，主要是閱覽區域大小的影響；502房間為外文書(shū)庫，相對而言,借閱的人次較少，因此節能率高達52%；同樣,303和304房間為過(guò)刊庫，借閱的人次較少，節能率也較高。306和307房間同為現刊閱覽室，但306房間節能率達46. 2%,307 房間節能率僅為12. 6%,經(jīng)現場(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(cháng)，節能率明顯 低于其他房間;513房間為音樂(lè )、舞蹈、聲像資料館，該類(lèi)書(shū)目較為受歡迎,借閱人次多,節能率較低。

根據上述數據與分析，對于圖書(shū)館的書(shū)庫與閱覽室，目前還不宜采用LED光源,加上人員隨機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能效益。對本圖書(shū)館照明節能改造可獲得30%的節能率;保守估計，對此類(lèi)建筑，實(shí)施智能照明 控制，也可實(shí)現25%以上的節能率;另外，借閱人次對節能率影響較明顯。

3.2 智能照明系統經(jīng)濟性分析

圖書(shū)館18間書(shū)庫、閱覽室改造前模式運行一周耗電量為11741kW?h,按學(xué)校規律，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 均節能率25%計算，可以節省129 151 kW?h,按 1 7E/kW.h計算，可以獲得12.9萬(wàn)元收益;完成該18間書(shū)庫、閱覽室智能照明改造的合同金額為29. 8萬(wàn)元, 大約在3年可回收節能改造投入;如果按30%節能率計算，回收周期更短，節能改造經(jīng)濟性較合理。

對于書(shū)庫區域，本改造方案采用一組雙鑒探測器對應一個(gè)燈組的控制模式,經(jīng)過(guò)運行分析，釆用一組雙鑒探測器對應2個(gè)燈組的控制模式更為合理，可以使控制區域照度更均勻，同時(shí)，也可減少智能照明控制器數量,進(jìn)一步降低改造費用。

4 安科瑞智能照明控制系統

安科瑞智能照明控制產(chǎn)品種類(lèi)齊全，方案完善。用戶(hù)可通過(guò)控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實(shí)現靈活多樣的智能化控制，特別適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明系統。 

產(chǎn)品選型方案 

安科瑞智能照明產(chǎn)品種類(lèi)齊全，方案完善。用戶(hù)可通過(guò)控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實(shí)現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明系統。

4.1系統工作原理示意圖

4.2開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器

用于對設備進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的驅動(dòng)器，具有延時(shí)、預設、邏輯控制、場(chǎng)景、閾值開(kāi)關(guān)等功能，電氣參數如下：

4.3調光驅動(dòng)器

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

4.4傳感器

傳感器是一種能感受外界信號、物理條件（如光、移動(dòng)）的設備裝置，并將感應的信息傳遞給其它設備裝置（如調光器、開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器），電氣參數如下：

4.5總線(xiàn)電源

KNX/EIB 系統標準供電電源，為總線(xiàn)提供電壓640mA 輸出電流，可以為 64 個(gè)設備供電，帶總線(xiàn)復位、 過(guò)流指示和短路保護。標準導軌安裝，電氣參數如下：

4.6智能面板

用于接受按鍵觸動(dòng)信號，可通過(guò)區分短按與長(cháng)按并結合不同參數配置實(shí)現開(kāi)關(guān)、調光、場(chǎng)景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：

4.7干接點(diǎn)輸入模塊

用于接受外部干接點(diǎn)信號輸入，可通過(guò)不同參數配置實(shí)現開(kāi)關(guān)、調光、場(chǎng)景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：

4.8系統功能

1）光照度（需要配照度傳感器）監測，對利用自然光照明區域，根據自然光照度變化，進(jìn)行照明控制和調節，滿(mǎn)足照明和節能要求；

2）公共區域、走廊、通道、門(mén)廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類(lèi)人體感應器，并結合智能控制面板，實(shí)現各種場(chǎng)景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮時(shí)間；

3）樓梯間照明采用人體感應探測控制；

4）設備房、設備房走道采用分組就地控制；

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

6）監控系統界面友好，畫(huà)面美觀(guān),實(shí)時(shí)顯示各區照明工作狀態(tài)；

7）應具有完善的用戶(hù)權限管理功能，避免越權操作；

5 結語(yǔ)

本項目根據圖書(shū)館中書(shū)庫、閱覽室的使用特征， 采用智能照明控制模式完成書(shū)庫、閱覽室照明節能改造,有效避免書(shū)庫、閱覽室照明長(cháng)期開(kāi)啟的不合理現象，通過(guò)分區域合理控制照明啟停，獲得了良好的節能效益，整體節能率在30%左右，節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(hù)正常工作，如果在圖書(shū)館照明設計時(shí)，即采用智能照明控制模式，可以獲得更好的節能效益，并且節能效果受館內人員的流動(dòng)性影響,借閱人次少,人員流動(dòng)性高的情況下節能效果更為顯著(zhù)。這種控制模式非常適合于在圖書(shū)館類(lèi)建筑中推廣應用。

參考文獻：

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版