浅谈校园图书馆智能照明节能控制设计

　　摘要：智能照明控制在校园图书馆节能应用中越来越广泛，本文浅述了智能照明控制系统的特点和校园图书馆照明控制系统的优势及设计思路。
　　关键词：节能；照明控制；智能
　　
　　1绪论
　　1.1校园节能背景
　　能源问题是制约经济发展最重要的问题之一。近年来，随着近几年办学规模的逐步扩大，在校生人数急剧升高，使得能源消耗量增长和能耗费用增加。由于水电费支出占了办学成本相当大的比例，已经成为各校沉重的经济负担，影响到了对教学设备、科研经费的投入。高校作为重点用能单位，要从战略和全局的高度实现能源的可持续发展，坚持开发与节约并举、节约优先的方针，大力推进节能降耗，提高能源利用效率。因此，如何实现节能降耗，减少水电费支出，成为高校积极探索的一个热点问题。
　　温家宝总理在十届全国人大四次会议上政府工作报告中有一个专题是：“要在全社会广泛持久地开展资源节约活动，使建设资源节约型社会深入人心，蔚成风气。”
　　1.2传统照明控制方式
　　为实施照明节能，室内照明方式分为：一般照明、分区一般照明、局部照明、混合照明。所谓一般照明，即是基础照明，在一个场所内单设局部照明不能形成舒适的环境亮度，容易产生视疲劳，因此应设一般照明。分区一般照明是为提高某一区域照度而相对集中设置灯具的一般照明方式，部分要求高照度的场所，宜设置分区一般照明。对于照度要求较高、工作位置密度不大，一般照明或分区一般照明不能满足要求的场所，宜采用混合照明，即应增设局部照明。从上述照明方式可看出，为达到照明效果，照明应分级控制，房间内灯具一般是用跷板开关放于门口控制，对于面积较大的房间灯具较多时，采用双联、三联、四联开关或多个开关，也有采用照明配电箱放于门口，直接用配电箱内的断路器控制的，其原理接线图见图2-1。
　　
　　图2-1面板开关控制
　　对于上述面板开关控制，面板开关所控灯具数量有限，大开间房间灯具较多，由于控制点集中，带来的必然是控制不灵活，平面布线复杂，故障率高。如果采用照明配电箱放于房间门口，直接用配电箱内的断路器控制灯具回路，一是影响室内的美观，照明配电箱体积较大时，还会影响室内功能使用，如影响书架的布置会浪费使用面积，二是有些区域会违反国家规范要求，书库配电箱应放在书库外，对于书库来说，就不允许把照明配电箱放于房间门口，直接用配电箱内的断路器控制灯具回路。
　　2校园图书馆照明节能
　　图书馆是搜集、整理、收藏图书资料供人阅览、参考的机构。肩负着保存人类文化遗产、开发信息资源及参与社会教育职能，现代图书馆正向着研究型、开放式、电子化、高度文明的现代化目标发展。在节能环保的大潮流下，照明控制图书馆的管理占有重要位置。
　　采用传统照明控制方式，辅助以节能灯来达到节电效果。节能灯的节电效果只是在使用过程中减低能耗，并不能解决不需要照明时照明依旧开启的问题。在节能与阅读者眼睛健康之间难以取得平衡。
　　采用智能照明控制系统，能实现区域照明、定时开关和灯光调控的功能。但其操作的不方便与维护的繁琐对图书馆的日常管理是个很大的困扰。如何达到最大限度节能的同时创造一个宜人的阅读氛围，令图书馆更好地完成各项智能，是照明控制改造所要认真衡量的。
　　本次设计对照明控制进行了改造。在原有照明的基础上，通过增加红外传感器和照度传感器、使用PLC可编程控制器进行下位程序判断灯具开启，并在上位webaccess中进行监控画面的显示。
　　2.1图书馆照明现状存在的问题
　　由于是人工控制照明开关，常会出现长明灯现象。长明灯现象就是在充足自然光条件下，不需要照明的灯组却长时间开启的现象。长明灯不仅致使用电量增加，还可严重损耗灯具的寿命，从而增加系统成本。
　　2.2照明节能标准
　　照明标准所包括的内容较多，它对照明方式、照明种类、照度标准、照明质量、照明供电、光源和灯具的选用原则、照明节能等均作了详细的规定。本节主要介绍图书馆建筑照明标准值，如表2-1所示。
　　表2-1图书馆建筑照明标准值
　　
　　3校园图书馆照明节能系统方案设计
　　方案一、声控智能控制系统。加装声控开关。可以用声音来控制照明开关，能选择开关照明灯组，具有一定的智能性质。但其开关频繁对照明设备的使用寿命有很大的影响，另外，图书馆是一个安静的公共场所，不适合应用声控系统。
　　方案二、光控智能控制系统。加装光控开关。有光敏感应，能利用光线强弱控制开关，不用人为开关，是比较理想的智能化系统。一般的光控开关误动作较多，不能百分百按要求开关照明系统。
　　方案三、程序化控制系统。用PLC可编程控制器编程控制。具有手动切换，能够根据要求设置开关时间，设置开关组数。但程序比较固定，要改变控制灯组就要对程序重新设定。
　　根据以上三种方案的分析，决定综合应用光控和程序化控制两种方案。
　　3.1图书馆照明控制策略
　　根据满足人的基本照明的要求，必须有两种传感器：一是探测人体活动区域的传感器，一是照度传感器。为了让灯光控制自动化，必需进行联动，使用可编程控制器。
　　⑴当图书馆处于工作状态的时候，启动照明控制系统。
　　⑵在靠近窗口的区域增设照度传感器和红外传感器，根据自然光的照度和人员分布来控制室内照明亮度。
　　当系统处于启动状态时，照度传感器启动，接收光信号，当达到设定的标准值时输出信号启动红外传感器，监测是否有人员流动，当红外传感器感应到有人通过时启动灯具照明。
　　⑶对于光线暗的区域，根据馆内人员分布情况，适当启动部分灯具照明。
　　安装红外传感器，当有人通过时，输出信号启动灯具照明，考虑到同学在图书馆看书的时候可能会静止不动，所以需设置一定值的关闭延迟。
　　⑷闭馆后，照明系统处于关闭状态。
　　根据以上四步来满足照明节能的要求。其程序流程图如图3-1所示。
　　
　　图3-1检测模块程序流程图
　　3.2输入输出(I/O)点数的估算
　　I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
　　AI点：12+12×20%=14.4(取15个)
　　DI点：82+82×20%=98.4(取99个)
　　DO点：64+64×20%=76.8(取77个)
　　4节能计算
　　4.1方案改进前
　　⑴阅览室一层A区：每天下午5点起到晚10点，处于长明灯状态。另一年内除去寒假30天，暑假50天，每年按285天计算。每年耗电量：(70W×18盏×5小时×285天)÷1000=1795.5Kwh
　　⑵阅览室一层B区：因为无自然光照射，所以从早8点至晚10点处于长明灯状态。每年耗电量：(20W×63盏×14小时×285天)÷1000=5027.4Kwh
　　⑶阅览室一层C区：每天下午5点起到晚10点，处于长明灯状态。每年耗电量：(40W×32盏×5小时×285天)÷1000=1824Kwh
　　总耗电量：1795.5+5027.4+1824=8646.9Kwh；总计费用：8646.9×0.71=6139.299元。
　　4.2方案改进后
　　(1)阅览室一层A区：由于很少有同学在此区域看书，基本上只有前方四盏灯具会间歇性开启。每年耗电量：(70W×4盏×2小时×285天)÷1000=159.6Kwh
　　(2)阅览室一层B区：由于增设红外传感器，使得灯具总的开启时间缩短。每年耗电量：(20W×63盏×7小时×285天)÷1000=2513.7Kwh。
　　(3)阅览室一层C区：由于增设红外传感器，使得灯具总的开启时间缩短。每年耗电量：(40W×32盏×3小时×285天)÷1000=1094.4Kwh
　　总耗电量：159.6+2513.7+1094.4=3767.7Kwh；总计电费：3767.7×0.71=2675.067元。
　　4.3改进前后的对比
　　(1)装置设备用费：红外传感器：(36+27+17)×17=1360元；照度传感器：(6+6)×360=4320元；总费用：1360+4320=5680元。
　　(2)一年内，改进前后所需电费差额：6139.299-2675.067=3464.232元；两年内，改进前后所需电费差额：3464.232×2=6928.464元。
　　(3)节能分析：在两年内，节省的电费已经足够弥补购买传感器的费用，并节省费用：6928.464-5680=1248.46元，在今后的使用中，能更好的达到节能的效果。
　　参考文献
　　[1]鲍家声.图书馆建筑[M].书目文献出版社,1986
　　[2]戴瑜兴.现代建筑照明设计手册.湖南科技出版社,1994.3
　　[3]戴瑜兴.民用建筑电气设计手册.中国建筑出版社,1999.5
　　[4]屠其非.学校照明[M].复旦大学出版社,2004.7

《浅谈校园图书馆智能照明节能控制设计》

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