摘要：在高等院校圖書館中，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；考慮到圖書館建筑書庫和閱覽室數量較多，而且人員流動隨機性高，采用合適的智能照明控制技術，可以有效降低照明系統能耗，基于這種認識，研究對某高校圖書館的照明系統實施了智能照明控制，以室內照度和人員活動檢測為依據，自動控制照明光源的通斷，經實際應用與對比測試，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館類建筑中推廣應用。

關鍵詞：智能照明；節能；圖書館

0  引言

在高等院校圖書館中，由于開啟時間長和人員流動性高，加上書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,根據某大學圖書館能耗數據分析,盡管已經將光源全部更換為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 35%;經深入調査與分析，圖書館主要功能為書庫、閱覽室和辦公室，其中書庫、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，在圖書館開放時間內，室內照明光源基本上全部處于開啟狀態，尤其是上課時間，書庫、閱覽室人員較少，長明燈隨處可見，照明全部開啟明顯會造成能源浪費;由于照明系統管理為人工集中控制，無法根據實際情況控制照明光源的開啟，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，本研究對圖書館的書庫、閱覽室的照明系統實施了智能照明管理與控制，提供定時控制、無人感應控制和照度控制3種模式

定時控制模式適用于書庫、閱覽室的照明，根據圖書館開放時間和管理要求，實現照明系統定時控制，以提高管理效率。

無人感應控制模式適用于書庫區域，考慮書庫應用特征，對照明系統實施局部智能照明管理與控制; 將書庫的照明光源按書架布置實施分區控制，開放時間內，僅保持主要通道的照明光源開啟，書架區域的光源則實施局部智能照明管理,采用雙鑒探測器作為人員活動探測器，以此為依據，在有人查閱書刊時，自動開啟查閱區域的照明，在無人或人員離開后，則自動關斷查閱區域照明;通過這種控制模式，在滿足查閱要求的前提下，降低照明光源開啟時間，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，對照明系統實施局部智能照明管理與控制;將閱覽區域的照明光源按書桌布置實施分區控制，除對書桌區域的光源根據人員活動檢測實施局部智能照明管理外，對靠近外窗的書桌區域,增加照度檢測,在照度達到預先設置的照度時，自動關斷該區域照明，當照度低于預先設置的照度時，自動開啟該區域照明;通過這種控制模式，在滿足閱讀要求的前提下，降低照明光源開啟時間，降低照明能耗。

為考慮發展與管理需求，智能照明系統按網絡控制系統模式設計，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閾值，滿足調試要求;可在平臺上設置圖書館周程，實現定時自動啟停要求;并在書庫、閱覽室設置系統設置智能電表，實現能耗數據釆集與統計;同時可在平臺顯示啟停照明的照度閾值和現場照度實測值，顯示人員活動信息(是否有人)和對應的照明光源狀態、延時時間等參數，具備故障診斷功能，自動顯示故障狀態和定位故障位置,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;照明控制器具有網絡離線檢測功能，在網絡故障時自動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支持。

2 智能照明系統實施

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

該書庫面積約2 000 ㎡,包括書架區域和閱讀區域，左側為自由閱覽區域，其余為書庫，共246個燈組。僅采用定時控制模式，在開放時間內開啟燈組，以保持書庫環境照明；閱覽區域采用照度控制和無人感應控制模式，配置4個線性光電照度傳感器和19個雙鑒探測器,照度和雙鑒探測器的觸發閾值可在平臺或現場設置和修改,按照度優先原則控制，在滿足預先給定的照度時,關閉照明，在不滿足照度時，啟動人員活動控制模式，在有人活動時開啟照明，無人活動時延時關閉照明，這種邏輯可避免閱覽室在照度滿足要求時，以人員活動為標準而開啟照明。書架區域則僅設計無人感應控制模式,每個燈組配置一個雙鑒探測器，實施區域照明控制，在有人活動時開啟照明，無人活動時，延時關閉照明；

該書庫共配置6個智能照明控制器，照度傳感器 和雙鑒探測器信號釆用總線拓撲分別送入6個智能照明控制器，由智能照明控制器按預先設計的邏輯， 判斷燈組的啟停。另外在書庫配電箱處配置1塊三相智能電表，實現能耗數據監測和能耗數據遠傳。

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

其余16個書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，對17間書庫配置了智能電表，同時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過試運行后，將書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，選擇運行一周時間，基本能說明對應的能耗情況。

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的耗電量明顯低于改造前,18個書庫的節能率大部分保持在20%以上，總節能率達31%,即實施智能照明控制后，書庫耗電量明顯降低。

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%,經現場了解,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，照明開啟時間長，節能率明顯 低于其他房間;513房間為音樂、舞蹈、聲像資料館，該類書目較為受歡迎,借閱人次多,節能率較低。

根據上述數據與分析，對于圖書館的書庫與閱覽室，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。對本圖書館照明節能改造可獲得30%的節能率;保守估計，對此類建筑，實施智能照明 控制，也可實現25%以上的節能率;另外，借閱人次對節能率影響較明顯。

3.2 智能照明系統經濟性分析

圖書館18間書庫、閱覽室改造前模式運行一周耗電量為11741kW?h,按學校規律，全年圖書館開放時間大約為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12.9萬元收益;完成該18間書庫、閱覽室智能照明改造的合同金額為29. 8萬元, 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，節能改造經濟性較合理。

對于書庫區域，本改造方案采用一組雙鑒探測器對應一個燈組的控制模式,經過運行分析，釆用一組雙鑒探測器對應2個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，也可減少智能照明控制器數量,進一步降低改造費用。

4 安科瑞智能照明控制系統

安科瑞智能照明控制產品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、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現靈活多樣的智能化控制，特別適合于各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明系統。 

產品選型方案 

安科瑞智能照明產品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、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現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車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開關驅動器

用于對設備進行開關控制的驅動器，具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能，電氣參數如下：

4.3調光驅動器

2路0-10V調光器，可對每路進行回路開關控制并輸出 0-10V 調光信號對具有 0-10V 調光接口的燈具進行調光,具有開關、場景、狀態反饋等功能，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）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、開關驅動器），電氣參數如下：

4.5總線電源

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

4.6智能面板

用于接受按鍵觸動信號，可通過區分短按與長按并結合不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：

4.7干接點輸入模塊

用于接受外部干接點信號輸入，可通過不同參數配置實現開關、調光、場景、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，進行照明控制和調節，滿足照明和節能要求；

2）公共區域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類人體感應器，并結合智能控制面板，實現各種場景照明控制，盡可能較少燈具點亮時間；

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、景觀等照明采用光照度控制結合時控的集中控制方式；

6）監控系統界面友好，畫面美觀,實時顯示各區照明工作狀態；

7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；

5 結語

本項目根據圖書館中書庫、閱覽室的使用特征， 采用智能照明控制模式完成書庫、閱覽室照明節能改造,有效避免書庫、閱覽室照明長期開啟的不合理現象，通過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，而且改造施工簡單，基本不影響用戶正常工作，如果在圖書館照明設計時，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性影響,借閱人次少,人員流動性高的情況下節能效果更為顯著。這種控制模式非常適合于在圖書館類建筑中推廣應用。

參考文獻：

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[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版