王子锋
摘要：在高等院校图书馆中，照明能耗占比高于普通公共建筑，有效降低其照明能耗对建筑节能具有明显作用；考虑到图书馆建筑书库和阅览室数量较多，而且人员流动随机性高，采用合适的智能照明控制技术，可以有效降低照明系统能耗，基于这种认识，研究对某高校图书馆的照明系统实施了智能照明控制，以室内照度和人员活动检测为依据，自动控制照明光源的通断，经实际应用与对比测试，照明系统能耗降低30%左右，节能效果明显，这种控制模式非常适合于在图书馆类建筑中推广应用。
关键词：智能照明；节能；图书馆
0 引言
在高等院校图书馆中，由于开启时间长和人员流动性高，加上书库和阅览室数量较多，照明能耗占比明显高于普通公共建筑,根据某大学图书馆能耗数据分析,尽管已经将光源全部更换为T8序列荧光灯，照明能耗占比仍然较高，占建筑总能耗的比例超过 35%;经深入调査与分析，图书馆主要功能为书库、阅览室和办公室，其中书库、阅览室照明面积大，光源密集，对照度要求高,光源安装功率也较高，在图书馆开放时间内，室内照明光源基本上全部处于开启状态，尤其是上课时间，书库、阅览室人员较少，长明灯随处可见，照明全部开启明显会造成能源浪费;由于照明系统管理为人工集中控制，无法根据实际情况控制照明光源的开启，这是造成照明系统运行能耗较高的主要原因。因此，采用合适的智能照明控制方式可以减少不合理使用光源的现象，进而降低照明系统运行能耗。
1 智能照明系统方案
基于上述分析，本研究对图书馆的书库、阅览室的照明系统实施了智能照明管理与控制，提供定时控制、无人感应控制和照度控制3种模式
定时控制模式适用于书库、阅览室的照明，根据图书馆开放时间和管理要求，实现照明系统定时控制，以提高管理效率。
无人感应控制模式适用于书库区域，考虑书库应用特征，对照明系统实施局部智能照明管理与控制; 将书库的照明光源按书架布置实施分区控制，开放时间内，仅保持主要通道的照明光源开启，书架区域的光源则实施局部智能照明管理,采用双鉴探测器作为人员活动探测器，以此为依据，在有人查阅书刊时，自动开启查阅区域的照明，在无人或人员离开后，则自动关断查阅区域照明;通过这种控制模式，在满足查阅要求的前提下，降低照明光源开启时间，降低照明能耗。
照度控制模式适用于阅览区域，考虑阅览特征，对照明系统实施局部智能照明管理与控制;将阅览区域的照明光源按书桌布置实施分区控制，除对书桌区域的光源根据人员活动检测实施局部智能照明管理外，对靠近外窗的书桌区域,增加照度检测,在照度达到预先设置的照度时，自动关断该区域照明，当照度低于预先设置的照度时，自动开启该区域照明;通过这种控制模式，在满足阅读要求的前提下，降低照明光源开启时间，降低照明能耗。
为考虑发展与管理需求，智能照明系统按网络控制系统模式设计，配置系统管理平台，可以在平台上设置和修改照度与双鉴探测器触发阈值，满足调试要求;可在平台上设置图书馆周程，实现定时自动启停要求;并在书库、阅览室设置系统设置智能电表，实现能耗数据釆集与统计;同时可在平台显示启停照明的照度阈值和现场照度实测值，显示人员活动信息(是否有人)和对应的照明光源状态、延时时间等参数，具备故障诊断功能，自动显示故障状态和定位故障位置,并按管理要求提供报表管理与输出等管理功能。
系统管理平台支持数据远传，可将能耗数据等传输给校园节能管理平台。系统结构如图1所示。
图1中的智能照明控制器具备常规模式/智能照 明模式切换功能，选择具备常规模式运行，可按原照明配电方式运行;选择智能照明模式则按上述控制逻辑运行;照明控制器具有网络离线检测功能，在网络故障时自动切换为常规模式运行，提高系统可靠性，保证正常使用;这种切换方式也为测评节能效果提供了技术支持。
2 智能照明系统实施
本研究采用上述智能照明方案，对图书馆的17间书库和阅览室实施了照明节能改造，根据每一间书库和阅览室的布置和灯具位置进行了针对性设计，划分分区控制区域和选择相应控制模式，图2是其中一间书库的智能照明布置方案示意图。
该书库面积约2 000 ㎡,包括书架区域和阅读区域，左侧为自由阅览区域，其余为书库，共246个灯组。仅采用定时控制模式，在开放时间内开启灯组，以保持书库环境照明；阅览区域采用照度控制和无人感应控制模式，配置4个线性光电照度传感器和19个双鉴探测器,照度和双鉴探测器的触发阈值可在平台或现场设置和修改,按照度优先原则控制，在满足预先给定的照度时,关闭照明，在不满足照度时，启动人员活动控制模式，在有人活动时开启照明，无人活动时延时关闭照明，这种逻辑可避免阅览室在照度满足要求时，以人员活动为标准而开启照明。书架区域则仅设计无人感应控制模式,每个灯组配置一个双鉴探测器，实施区域照明控制，在有人活动时开启照明，无人活动时，延时关闭照明；
该书库共配置6个智能照明控制器，照度传感器 和双鉴探测器信号釆用总线拓扑分别送入6个智能照明控制器，由智能照明控制器按预先设计的逻辑， 判断灯组的启停。另外在书库配电箱处配置1块三相智能电表，实现能耗数据监测和能耗数据远传。
书库照明平面、照度传感器和双鉴探测器信号、灯组状态、故障信息灯均可在管理平台显示和查询， 并可按管理要求提供报表输出。
其余16个书库照明按上述原则完成设计，组成智能照明控制系统，在管理平台完善对应的图形化照明平面和对应的信息，即可完成17间书库的智能照明系统节能改造。
3 智能照明系统能效测评
3. 1智能照明系统节能率分析
由于在设计时，对17间书库配置了智能电表，同时智能照明控制器可以选择常规（改造前）模式和智能照明模式，可以方便地完成能效数据采集。在完成智能照明系统改造并经过试运行后，将书库按改造前模式运行一周，然后切换为智能照明模式运行一周， 记录消耗电能，选择运行一周时间，基本能说明对应的能耗情况。
测试结果如表1所示，图3是2种模式对比柱状图。
由表1和图3可看出，智能照明模式运行时的耗电量明显低于改造前,18个书库的节能率大部分保持在20%以上，总节能率达31%,即实施智能照明控制后，书库耗电量明显降低。
由表1和图3也可看出，房间功能对节能率影响 明显。图4是204,307,502测试周内每日能耗数据对比图。由图3可看到，各房间媒体耗电量比较平稳, 可排除特殊用电情况的影响，节能率的差异主要受房间功能的影响。中文书库的节能率基本在25%-32% 之间，因为功能相近差异不大，主要是阅览区域大小的影响；502房间为外文书库，相对而言,借阅的人次较少，因此节能率高达52%；同样,303和304房间为过刊库，借阅的人次较少，节能率也较高。306和307房间同为现刊阅览室，但306房间节能率达46. 2%,307 房间节能率仅为12. 6%,经现场了解,306房间主要是科技期刊,借阅人次较少，而307房间为文娱期刊，借阅文娱期刊的人次多，照明开启时间长，节能率明显 低于其他房间;513房间为音乐、舞蹈、声像资料馆，该类书目较为受欢迎,借阅人次多,节能率较低。
根据上述数据与分析，对于图书馆的书库与阅览室，目前还不宜采用LED光源,加上人员随机性和分散性特征明显，采用智能照明控制模式可以获得非常明显的节能效益。对本图书馆照明节能改造可获得30%的节能率;保守估计，对此类建筑，实施智能照明 控制，也可实现25%以上的节能率;另外，借阅人次对节能率影响较明显。
3.2 智能照明系统经济性分析
图书馆18间书库、阅览室改造前模式运行一周耗电量为11741kW・h,按学校规律，全年图书馆开放时间大约为44周,耗电量为516 604 kW-h,按保守平 均节能率25%计算，可以节省129 151 kW・h,按 1 7E/kW.h计算，可以获得12.9万元收益;完成该18间书库、阅览室智能照明改造的合同金额为29. 8万元, 大约在3年可回收节能改造投入;如果按30%节能率计算，回收周期更短，节能改造经济性较合理。
对于书库区域，本改造方案采用一组双鉴探测器对应一个灯组的控制模式,经过运行分析，釆用一组双鉴探测器对应2个灯组的控制模式更为合理，可以使控制区域照度更均匀，同时，也可减少智能照明控制器数量,进一步降低改造费用。
4 安科瑞智能照明控制系统
安科瑞智能照明控制产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能化控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。
产品选型方案
安科瑞智能照明产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。
4.1系统工作原理示意图
4.2开关驱动器
用于对设备进行开关控制的驱动器，具有延时、预设、逻辑控制、场景、阈值开关等功能，电气参数如下：
4.3调光驱动器
2路0-10V调光器，可对每路进行回路开关控制并输出 0-10V 调光信号对具有 0-10V 调光接口的灯具进行调光,具有开关、场景、状态反馈等功能，电气参数如下：
4.4传感器
传感器是一种能感受外界信号、物理条件（如光、移动）的设备装置，并将感应的信息传递给其它设备装置（如调光器、开关驱动器），电气参数如下：
4.5总线电源
KNX/EIB 系统标准供电电源，为总线提供电压640mA 输出电流，可以为 64 个设备供电，带总线复位、 过流指示和短路保护。标准导轨安装，电气参数如下：
4.6智能面板
用于接受按键触动信号，可通过区分短按与长按并结合不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：
4.7干接点输入模块
用于接受外部干接点信号输入，可通过不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：
4.8系统功能
1）光照度（需要配照度传感器）监测，对利用自然光照明区域，根据自然光照度变化，进行照明控制和调节，满足照明和节能要求；
2）公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明，应设置红外或微波类人体感应器，并结合智能控制面板，实现各种场景照明控制，尽可能较少灯具点亮时间；
3）楼梯间照明采用人体感应探测控制；
4）设备房、设备房走道采用分组就地控制；
5）室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式；
6）监控系统界面友好，画面美观,实时显示各区照明工作状态；
7）应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作；
5 结语
本项目根据图书馆中书库、阅览室的使用特征， 采用智能照明控制模式完成书库、阅览室照明节能改造,有效避免书库、阅览室照明长期开启的不合理现象，通过分区域合理控制照明启停，获得了良好的节能效益，整体节能率在30%左右，节能改造回收周期小于3年，而且改造施工简单，基本不影响用户正常工作，如果在图书馆照明设计时，即采用智能照明控制模式，可以获得更好的节能效益，并且节能效果受馆内人员的流动性影响,借阅人次少,人员流动性高的情况下节能效果更为显著。这种控制模式非常适合于在图书馆类建筑中推广应用。