学校图书馆智能照明系统设计

浙江科技学院本科毕业设计（论文）PAGE24学校图书馆智能照明系统设计摘要：随着经济的发展和科技的进步，智能楼宇不断涌现。各大高校也掀起了新校区建设的浪潮。相对于商业楼宇，照明在学校智能化建设中显得尤为重要。本设计选择学校图书馆阅览室的照明作为研究对象（面积：12*9平米，设定其工作时间为每天8：00—22：00），通过与传统照明单一的手动控制的比较，提出了智能照明控制方案并进行了具体实例设计并分别给出了应用示例：对于规模大，控制点位多且有一定照明要求的图书馆，应用基于C-BUS的智能照明控制，该技术可以根据不同的照明场景区域，将照度自动调整到工作最合适的水平；对于一般小规模的图书馆，可以简单的应用PLC实现照明自动控制，但是该技术相对来说节省短期投资。同时，从节能角度出发，根据不同照明方式的灯具的不同布置，对照明负荷分别进行计算，得出结论：采用智能照明更能有效的节省电能。关键词：智能照明；传统照明；绿色照明；C-BUS总线Abstract：Withtheeconomicaldevelopmentandscientificadvance,thebuildingsequippedwithintelligentfacilityemergeoneafteranother.Buildingnewschoolhouseshasbecomeafeverformostschools.Lighteningismoreimportantfortheintelligentbuildingofschoolthanforcommercialbuilding.Thisresearchtakesthelighteninginschoollibraryastheobject(square:12*9squaremeters,theregulatedworkingtimeeveryday:8:00-22:00).Bythecomparisonwiththemanually-controlledtraditionallight,theresearchputsforwardtheplanofintelligentlighteningcontrol,designsspecificexamplesaswellasprovidestheirapplications.Forthelargelibrarywithmanycontrolpointsandrequirementsforacertainlightening,theC-BUSbasedintelligentlighteningcontrolisavailableasitcanautomaticallyadjuststhelighttothemostideallevelforwork,accordingtodifferentlighteningplacesandzones.Forthelibraryinsmallscale,thePLCbasedintelligentlighteningcanbeappliedtoautomaticallycontrollight,andrelativelyspeaking,itsavestheinvestmentinshortterm.Meanwhile,fromtheconservationoftheenergyandaccordingtothelightswithvariedlighteningwayindifferentplaces,respectivelycalculatingtheirlighteningchargesdrawsaconclusion:intelligentlighteningcansaveelectricenergymoreeffectively.Keywords：intellectuallightingtechnology；Greenlighing；traditionallighting；C-BUS第1章图书馆智能照明的现状及发展1.1图书馆智能照明的意义经济的快速增长使得人们对能源的需求也日益提升，由于长时期人们对煤、石油、天然气等天然资源的开采，使得能源储备非常有限，能源短缺的问题逐步突显出来，同时也导致了环境和生态平衡的破坏，严重威胁着人类的生存，如何节能和保护环境成为世界范围普遍关注的社会问题[1，2]。在此背景之下，人们对照明的要求不仅仅是停留在能够“看见”的层次上，而是对照明技术提出了更高的要求:希望利用有限的资源保证照明强度的需要，并能够获得良好的照明效果，实现“绿色照明”[1]。在各种自然科学和工程技术的不断发展过程中，促使照明技术也得以飞速成长。1992年由美国政府环境保护署提出了“绿色照明工程”（GreenLightingEngineering）计划[3]，具体内容为“采用高效少污染的光源提高照明质量、劳动生产率和能源有效利用，节约能源、减少照明费用、减少火力发电工程、减少有害物质的溢出和排放，达到保护人类生存环境的目的”。因此，推行绿色照明计划，节约能源、保护环境、保证照明质量成为当今国际上照明技术发展的趋势。1995年我国开始组织制订绿色照明工程计划，并在上海、广东、北京等地区试点实施。而学校作为培养未来人才的地方，合理、高效的照明就更为重要。新校园的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼宇自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路电视监控等子系统。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越要。而在大学新校区的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。相对商业楼宇而言，大学校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平[5]。1.2图书馆智能照明的国内外发展现状在进行生产，工作和学习的各类场所中，人们从外界获得的信息中约有80%是通过视觉实现的，无论白天还是夜晚，人们对光环境的需求与其所从事的活动有密切关系。因此，舒适的光环境对人们至关技术，不断容纳新技术，更新旧的各种照明产品和单一呆板的照明控制手段，创造优良的光环境，为提高人们的工作效率，保障人的视力健康，振奋人的精神产生积极的影响[5]。1.2.1国外智能照明的现状照明行业是80年代首先由美国兴起并得以迅速发展[7]。90年代后期，由于现代计算机技术、自动控制技术、现代通信技术、现代信息处理技术在世界范围内的广泛应用，进入了信息时代并对各行各业都带来了巨大的影响，照明行业也随之发生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求[8]。进入21世纪后，大量的新产品、新设备、新技术的出现，使智能照明技术向着系统一体化集成的方向发展。例如:各种智能化断路器将微电子技术、传感技术、控制技术、电力电子技术等新技术结合起来，实现了功能多样化、结构模块化，使断路器从基本保护功能发展到智能化的保护功能，工作更可靠，性能更安全。在微电子技术飞速发展的带动下，许多半导体公司推出了专用功率开关器件和控制集成电路的系列产品，促进了电子镇流器的各类产品向高性能高可靠性方向发展。另一方面，网络技术的渗透使不同控制方式的系统之间相互结合，实现了资源共享、远程监视、设定、控制及对系统异常信息进行一体化管理。控制技术的发展使许多控制功能从由较高层的控制室移至现场的低层设备，使信号的采集和处理更加快捷便利，而且工程技术人员还开发了一些控制管理软件，用户只要通过界面上各个控制键，就可以实现对各种照明设备的监视和控制，操作更加简单、直观。各类智能照明产品的生产和技术实现也随着行业标准及规范的制定和逐步的完善进入成熟、实用、可靠阶段照明工程学报[9]。继美国、德国、英国、日本、新加坡之后，其他各国的智能照明产业也陆续开始发展，并且不断趋于成熟。先后涌现出许多国际知名企业:国际知名的半导体制造商法国PERFECT公司开发出灯光控制专用的、结合无线射频功能的芯片。PHILIPS,OSRAM,GE公司推出了双端球形HED是目前世界上最先进的大功率LED灯，奇胜公司的C-BUS系统、ABB公司的i-BUS系统以及邦奇公司的Dynalite.LUTRON公司的GRAFIK系列智能照明控制系统均己广泛应用到照明控制系统中。此外路创、WIELAND、美国的奥莱斯、英国索思、德国欧斯朗、NATIONAL,BPI等企业都创建了诸多知名品牌，推动了智能照明行业的普及和发展。1.2.2国内智能照明的现状90年代智能照明进入中国市场，然而由于市场的消费意识，市场环境、产品价格、推广力度等各方面的原因，传统的照明理念与国外存在较大差别，厂家的产品制造技术以及产品经销商的经营模式和技术水平有限，一些主要的设备和技术都从国外引进，很难推动形成较大的消费市场，致使中国的智能照明行业没有稳定、广阔的渠道。进入21世纪后，随着国内经济的发展，技术的成熟，诸如IBM,Microsoft.Samsung,Panasonic,Siemens等一大批跨国企业的加入，加速了行业的发展及渠道商的形成。一批国内的智能照明产品商利用各自的优势逐步在市场上站稳了脚，得到了渠道商和最终用户的广泛认可。索博、瑞朗、九州易居是较早进军智能照明行业的企业，在产品研发、市场拓展、技术培训与服务方面投入较大，尤其索博是国际型智能家居产品生产企业，拥有亚洲最大的产品研发中心和生产基地，以高端智能安防系统和智能微型控制模块在国际上处于绝对的领先地位。天津瑞朗在2002年就开始启动了智能照明技术培训，用户对这些品牌的认知度较高。上海奇胜公司推出了智能化系统，通过对C-Bus智能控制系统、安防控制系统、无线网络技术等的结合，实现了灯光控制、家电控制(电动窗帘、空调、AV设备等)、综合安防控制的各种控制功能产品，在较短的时间内就树立起了品牌形象。同样是源自电工品牌的真善美也善于销售终端，其智能照明产品甚至可以在超级市场、建材市场和五金店购买到，该品牌在华南地区有较高的知名度。清华同方是十大品牌中唯一一家侧重智能照明控制系统集成服务的企业，其智能开关控制系统，通过遥控器就可以控制所有房间内的灯光效果，完全实现了灯光智能控制功能，产品的安装、调试和操作都非常简单，不需要专业人员的指导，普通家庭可以自己安装。安居宝作为一家主要生产楼宇对讲产品的企业也晋升十大品牌，说明传统安防企业也开始产品转型和服务升级，安居宝成为这一阵市场转型大潮中的佼佼者。惠州雷士致力于新型绿色照明产品的开发和谐光环境的营造，积极参加全国的城市亮化工程及绿色照明工程，带动了行业向绿色照明方向发展。百分百在东莞设立运营总部，专业从事照明、电器、电工产品的研发、设计、生产，先后研发生产的红外线、无线数码智能遥控开关，推动了遥控开关的普及化。北京莱特将计算机技术引入调光控制系统，自主开发了分布式LT-NET智能环境照明控制系统，被广泛地应用到各种灯光照明场所。达实、易天元、普力特都是以技术见长的企业，拥有智能家居领域的技术专利和注册商标，在华南和华东地区有不少智能小区的应用案例。国内智能照明厂家和实力强大的高科技IT厂商的介入，提供了科学的专业照明设计、优质可靠的专业照明设备、全面完善的专业照明服务，为照明行业带来了新的力量，促进了智能照明技术的快速发展。1.3学校图书馆智能照明设计的提出学校图书馆的阅览室、自习室以及书库等地是出入人数较多的地方。因此，这些地方的灯光照明几乎是从上班开始直到下班为止，不管这些地方是否有人，也不管有多少人，当日照满足照明度要求时，把灯熄灭，一旦自然光照度难以满足人的需要时，不能及时打开灯光，给人的视力带来损害。显然这种照明方式，从照明的角度上来说是非节能的；从人的角度来看，根本不能满足人的基本的照明要求。科技以人为本，从人的需求出发：即在有人活动的地方必须有足够的照度（不论是日光照明还是人工照明）；没有人的区域，应该熄灭灯光，以节约能源[18]。第2章图书馆照明设计的基本方法2.1图书馆照度标准图书馆照度标准根据我国《民用建筑照明设计标准》(GBJ133-90)的设计要求[7,10]，针对图书馆各类阅览室、研究室、视听室、休息室、走廊、楼梯等场所的照度制定了不同的标准要求，作为照明设计的数据参照[11]。2.1.1阅览室的照度要求图书馆一般阅览室、少年儿童阅览室的照度水平应该设置在1501x(低)--200Ix(中)--300lx(高);如果是属于老年读者阅览室，其照度标准应该适当提高到2001x(低)--3001x(中)--5001x(高)。如表2-1所示。表2-1阅览室照度标准[12]2.1.2书库的照度要求图书馆书库的照度应设置为1501x(低)--2001x(中)--3001x(高)，距地面0.25m处书架上的垂直照度应设置为301x(低)--50Ix(中)--75lx(高)为宜。见表2-2所示。表2-2书库照度标准2.1.3其他地方照度要求图书馆休息室、陈列室、视听室及一些公共场所的照度标准见表2-3所示。表2-3图书馆照度标准2.2图书馆照明设计的基本方法图书馆的照明设计包括了灯具类型的选择、灯具安装高度的确定、工作面的照明方式等内容，不同的参数选择直接影响到照明效果的优劣。同时，需要根据既定的设计方案计算照度负荷，了解电能的消耗情况。2.2.1灯具的选择常用的灯具其有以下几种方式的分类[7]:(1)按安装方式分类:一般可分为嵌顶灯、吸顶灯、吊灯、壁灯、活动灯具、建筑照明等六种。(2)按光源类型分类:可分为白炽灯(紧凑型荧光灯归为这一类)、荧光灯、高压气体放电灯、低压卤钨灯等。(3)按使用场所分类:可分为民用灯、建筑灯、工矿灯、车用灯、船用灯、舞台灯等。(4)按配光曲线的形状分类:国际照明委员CIE，根据灯具向下和向上投射光通量的百分比，将灯具分为以下五种类型:a)直接照明型—灯具向下投射的光通量占总光通量的90%-100%，上射光通量为0%-10%。b)半直接照明型一一灯具向下投射的光通量占总光通量的60%-90%，向上投射的光通量只有10%-40%。c)均匀漫射型一一灯具向下投射的光通量与向上投射的光通量差不多相等，各为40％－60%之间。d)半间接照明型一一灯具向上投射的光通量占总光通量的60%—90%，向下投射的光通量只有10%-40%。e)间接照明型一一灯具向上投射的光通量占总通量的90%-100%，而向下投射的光通量极少仅为0%-100%。(5)按灯具的结构特点分类:a)开启型—其光源与外界空间相通，如一般的配照灯、广照型灯和深照型灯等。b)闭合型—其光源被透明灯罩包含，但内外空气仍能流通，如圆球灯、双罩型灯和吸顶灯等。c)密闭型—其光源被透明灯罩密封，内外空气不能对流，防潮灯、防水防尘灯等。d)增安型—其光源被高强度透明灯罩密封，且灯具能承受足够的压力，能安全地使用在有爆炸危险介质的场所。隔爆型—其光源被高强度透明灯罩封闭，当气体在灯罩内部爆炸时，高温气体经过隔爆间隙被充分冷却，从而不致引起外部爆炸性气体爆炸。因此隔爆灯具也能安全地使用在有爆炸危险介质的场所。对于图书馆的阅览室一般可选用开启型或闭合型的各种吊灯或吸顶灯；门厅、走廊等处一般选用闭合型的各种吊灯或吸顶灯。2.2.2灯具安装位置的确定一般，图书馆照明灯具的安装位置可以根据照明区域的不同需求确定，通常阅览室的灯具可以采用以下三种布置方案[12]:(1)均匀布置灯具在整个房间内均匀分布，灯具的分布位置与需要照明的具体位置无关，如图2-1所示。图2-1灯具的均匀布置(2)分区布置这种灯具的布置与需要照明的具体位置有关。根据阅览区域和非阅览区域的照明要求不同，力求使阅览区域内能获得最有利的光照，如图2-2所示。图2-2灯具分区布置(3)混合照明的灯具布置混合照明方式是利用两种不同的光源对照明区域进行加强(如图2-3所示)，不仅可以满足照明强度的需要，并且可以消除阴影。为了使工作面上获得较均匀的照度，应使灯具距离与灯在工作面上的悬挂高度之比(称为“距高比”)不要超过各类灯具所规定的最大距高比。图2-3混光照明的灯具布置2.2.3灯具安装高度的确定图书馆室内的灯具既不宜悬挂过高，也不宜悬挂过低。悬挂过高，会使照度降低，不经济，维护检修也不方便;悬挂过低，容易被人碰撞，不安全，而且可能产生眩光，影响视力。最高的悬挂高度与室空间比(RCR)以及配光的种类有关，其标准应不高于表2-4所列数据。表2-4灯具安装高度要求2.2.4负荷的计算单位容量计算法的概念及步骤[13]:单位容量法适用于均匀的一般照明计算,它主要计算每单位被照面积所需的灯具安装功率:

W=P/S

（P-全部灯具安装功率,瓦；S-被照面积,平方米；）或直接计算灯具数量N=E*A*φ0*C1*C2/φ,单位容量W决定于下列各种因素:需求照度E,房间面积A,单位面积每LX光通量φ0,修正系数C1、C2,照明灯具光通量Φ。我们给出一套速查表格以便使用。表格相关说明如下:

1.

室形指数RI=W*

L/H*(W+L)

W-房间宽;

L-房间长,

H-灯具至工作面高度,并据此室形指数结合灯具配光类型查表得出φ0。见附表1。2.

室内顶棚、墙面及地面的反射系数分别为ρC、ρW、ρf,根据实际环境不同可加系数C1修正。见附表2。

3.

各灯具效率不同,

可加系数C2修正。见附表3。

通过以上表格能进行计算的第一步:查出φ0,

C1,

C2,第二步:代入所需照度E及房间面积A,第三步选择合适的光源及其光通量。最后得出布灯数量.单位容量计算法设计实例某厂房的尺寸为:宽X长X高=20mx50mx8m,顶棚反射比ρC=70%,墙面反射比ρW=50地板反射比ρf=20%,采用150W金属卤化物灯宽光束块板面照明灯具,光源光通量10809lm,灯具效率72.9%,现要求室内地面平均照度为100lx,试求室内布灯数?

第一步:求室形指数RI=W*

L/H*(W+L),代入W=20m,L=50m,H=8m,得出RI=1.78。照明灯具为宽配光金卤灯,属于中照型灯具,

距高比S/h<1.0,查表1得出单位容量光通量最接近数值φ0=2.8。据灯具效率及各反射比可知修正系数C1,C2均为1。第二步:要求照度标准E=100

lx,厂房面积A=1000m2。第三步:光通量φ为10809lm,代入公式计算出灯具数量为N=E*A*φ0*C1*C2/φ=25.9.第3章图书馆智能照明系统设计3.1图书馆照明设计任务根据以上的图书馆照明设计基本方法，以图书馆阅览室的照明为设计基础，提出如下设计任务：图书馆阅览室是对照度要求较高的场所，需要营造舒适安静的气氛。根据阅览室的照度标准:要求距离水平面0.75m处的工作面其照度达到150-200-3001x的标准，如果属于老年人阅览室则需要适当提高照度水平。某图书馆阅览室面积为A=12x9=108(m2)，房间高度为3.6m。开馆时间为周一至周日每天上午8:00-22:00。对照明设计的要求如下:(1)要求工作面的照度不低于200lx;(2)选择合适类型的光源，计算光源数量:(3)合理的灯具布置方案设计;(4)计算照明负荷。3.2图书馆照明设计方案——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3-1。图3-1面板开关控制原理图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，存在以下两个问题：(1)影响室内美观，照明配电箱体积较大时，还会影响图书馆房间的使用功能，如书架的排列等；(2)有些区域会违反国家规范要求，如《图书馆建筑设计规范))(JGJ38—99)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口，直接用配电箱内的断路器控制灯具回路。根据规范要求，图书馆应设一般照明、应急照明、值班照明或警卫照明，对于不同区域，如书库、阅览室、公共场所等，要保证这些场所照明的不同使用功能，如用传统面板控制方法，平面布线更加复杂，势必也降低了可靠性，尤其是对于现代化图书馆其照明功能复杂，传统的控制方式已难以满足。考虑公共场所，一般无人按时关灯，尽管双控方式能带来方便，但是一般人员不可能做到人走灯灭，而值班人员也不可能每天上下楼巡回关灯，公共场所的“长明灯”，不仅浪费电能，也降低了灯泡的使用寿命。如若考虑应急照明、值班照明，平面布线更为复杂，一旦建筑物出入口较多，即使值班人员每天上下楼巡回关灯，会经常出现值班人员打着手电找开关的现象。一般的公寓楼，都采用定时开关或是声光控开关，但是对于图书馆照明，楼梯采用此种开关也不合适，因此此种开关只能控制白炽灯，功率一般也不超过60W，很受限制。３.3图书馆照明设计方案——基于C-BUS技术的图书馆智能照明控制方式照明控制的根本要求是要做到安全、灵活、经济。安全性是第一位的。灵活也要以人为本，建筑空间布局经常变化，照明控制要适应和满足这种变化，如果用传统控制方式，势必到处放置跷板开关，既不美观，也不方便。经济性是要考虑投资效益，不同的建筑、不同的规模，适用不同的控制系统或控制方式，或者仅利用一个控制系统的子系统就能完成任务，就不必要上整个控制系统。传统照明控制方式主要以手动控制为主，依靠供电回路中的手动开关来控制回路的通断，实现灯具的开关控制；利用供电回路中的手动调节元件来调节回路的电压实现调光控制。这种传统方式相对简单、有效、直观，但它过多依赖手工操作。整个系统相对分散，无法实现有效地管理，其适时性和自动化程度太低。而针对现代学校图书馆的照明，对照明的要求不再是简单意义上的“能看见”。所以，随着网络技术的发展，提出了“绿色照明”的概念。通过智能控制可以实现如下功能：(1)充分利用自然光线，自动调节灯光强弱，达到设定的照度标准。可以延长光源寿命、节约电能。(2)保持室内光线的均匀。通常靠近窗户的位置相对于其他位置的光线较强，通过安装传感器，检测不同位置的光线强弱并进行调节，使得靠窗和靠墙处具有相同的照度。(3)不同的时间或场景对照明的要求各有不同，因此可以设定不同的场景选择功能，例如阅览室可以分一般阅览室、老年读者阅览室，适用于清扫工作的场景等，按照事先设定的相应控制方法进行切换。(4)手动控制与自动控制可以灵活切换，满足了现场调节的需要。将智能照明控制系统的设计思想运用到图书馆阅览室的照明系统，从照明的设计、传感器的安装方式、照明控制方法等方面进行说明，在设计中还考虑到如何充分利用室外的自然光线，调节室内光线达到照度均匀的照明效果，之后证明了这种智能照明控制方法的设计达到了节约电能的目的，减少了相应的管理和维护工作。随着照明技术的发展，专为照明控制而设计的系统也越来越多，现在有不少国际知名公司生产的智能照明控制系统在照明控制中得到应用，如ABB公司的i—BUS系统、奇胜公司的C—BUS系统等系统在国内都有不少用户，国内也有不少类似控制系统投入使用，其控制方式大同小异。与传统方式相比，最大特色是其安装方式与传统电缆布线方式相比所带来的巨大变革，这些控制方式缩短了照明分支线路的电缆长度，减少了控制电缆的数量，从而减少了布线的工程量，同时也便于将来的维护，而控制却可在中控室通过电脑或现场面板开关实现。系统控制结构如图3-2所示。图3-2专用照明控制系统控制结构图专用照明控制系统的驱动器可与照明箱中的断路器安装在一起，几个照明箱可分散放置在不同的区域，并且可就近放置在灯光回路集中的地方，有条件的可就近安装在灯具附近，通过驱动器对各照明回路进行控制，最后再用一根控制总线将所有的照明箱连接起来。安装在照明箱中的专用照明控制系统驱动器可直接控制负载，也可通过接触器控制大功率负载，可进行手动／自动切换。专用照明控制系统控制方式多元化，大大提高了系统控制的可靠性，既可通过现场面板进行控制，也可通过定时或光线感应的方式进行自动控制，同时又可通过中控电脑的图形界面或模拟盘进行集中监视或控制，不同的控制方式可同时并存，没有任何冲突，即使有一种控制方式出现问题，仍可通过其他方式进行控制。系统还具有照明回路电流监测功能，可随时报告出现故障的照明回路号，便于维护人员及时发现问题，排除故障。3.3.1CC—BUS照明管理系统是一个二线制的智能控制系统，主要用于对照明系统的控制。系统所有的单元器件(除电源外)均内置微处理器和存储单元，由一对信号线(UTP5)连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址，可以单独对每个元件进行编程并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为C—BUS信号在C—BUS系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。C—BUS产品可以记忆对其设定的参数。对照明系统的设定被分散存储在各个元件中。一旦系统设置完成后电脑即可移走，即使系统断电也不会丢失。另外c—BUS系统可方便地与其他系统连接。3.3.2图3-2所示为C—BUS的系统图。一个C—BUS系统由系统单元、输入单元、输出单元三部分组成。系统单元：为C—BUS系统提供工作电源，系统时钟以及各种系统的接口。它包括系统电源、PC接口、网络桥、以太网接I：1等。输入单元：将外界的控制信号转变为C—BUS信号在总线上传播。它包括输入开关、四场景控制器、亮度传感器、红外线传感器、辅助输入单元等。输出单元：接收总线上的信号，并控制相应回路输出实现对负载的控制。它包括智能继电器智能调光器等。室内红外线传感器通过探测人体移动发出的红外线去感知周围环境是否有人在活动，从而实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能，智能地控制照明灯具及其他负载(如空调、风扇)的开关。亮度传感器通过检测周围的亮度，再与内部设定值比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。输入开关为可编程开关，所能实现的功能为开／关、调光、只开、只关，定时、渐亮、渐灭，定制，预设、无效，可以通过编程设定其中的一种。遥控器与带红外线接收器的遥控开关或是红外线接收开关配合使用，可以实现遥控灯光的开关或调光功能。场景开关：照明场景组合开关，每一键可以控制六路光源调光或是九路光源开关，可预设四种不同的灯光场景，配合人们对同一场景需求。辅助输入单元：接受外界接点信号，转换成C—BUS信号来控制照明或其它负载。通过辅助输入单元，C—BUS系统可以方便与其它系统(如消防／保安监控／楼宇自控系统)整合起来。智能继电器：用于对照明及其它负载进行开关控制。智能调光器：用于对照明回路的调光控制。3.3.3图3-3为C—BUS系统在图书馆中应用的示意图，图3-4为基于C-BUS技术的一个接线框图。由于阅览室面积大，可以将它分成若干个独立的照明区域，根据需要开启相应区域的照明，并且在靠窗的地方配照度传感器，智能地利用室外自然光，当天气晴朗，室内灯会自动调暗；天气阴暗，室内灯会自动调亮，以始终保持室内恒定的亮度(按预定要求的亮度)。由于出入口多，可在阅览室内采用多点控制，方便使用人员操作。在每个出入口都可以开启和关闭整个办公区的所有的灯，这样可根据需要方便就近控制阅览室的灯。同时可以根据时间进行控制，比如平时在晚9点自动关灯。书库可采用定时控制和红外移动控制等方式，当有人进入书库时，自动地开启某回路，人走后，自动地关闭该回路。根据规范，书库照明宜分区分架控制及书架行道设置单独或双控开关，可采用红外移动控制延时控制等方式相结合，灵活地实现书库照明的分区分架及书架行道照明控制。多媒体教室可通过场景设置，将教室场景设置为会议状态、多媒体上课状态、打扫卫生状态等多个场景。当会议开始时，通过遥控器呼出开会模式，桌面上方灯光调亮，以保证300～400Lux，而周围背景灯光慢慢调低到原有水平的3O～40Lux。当上课时，呼出多媒体场景，桌面上方灯光调低，但还保持一定照度，以便听众可以做笔记。周围环境灯光与投影幕前灯光慢慢熄灭。电动窗帘慢慢放下、电动幕自动打开，开始上课。打扫卫生时，清洁人员可在墙上的场景开关中呼出该灯光状态，此时只有部分灯被打开到70％，既保汪清洁人员有足够的工作照度、又节省了能源。走道采用定时控红外移动控制等方式。在平时启动红外移动控制方式，人来开灯，人离开后延时关闭，以节约能源。此外，利用局域网与C-BUS的通讯，可在控制室对整个照明系统进行监控和维护。采用C—BUS智能照明控制系统后，可使照明系统运行在全自动状态，系统将按预先设置切换若干基本工作状态，通常为“白天”、“晚上”、“安全”、“周末”和“午间”等，根据预设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。例如，到开馆时系统自动将灯打开，而且光照度会自动调节到人员阅读或工作最合适的水平。此外，还可用手动控制面板或遥控器等，随意改变各区域的光照度。图3-3基于C-BUS智能照明控制的图书馆应用示意图图3-4基于C-BUS的图书馆智能照明系统接线示意图3.3.4可编程控制器控制图书馆照明以上基于C-BUS技术的智能照明，适用于较高级的图书馆，而对于规模不大，要求不是很高的图书馆，为了节省投资，可以采用可编程控制器进行控制。应用专用的可编程器件LOGO，在图书馆阅览室里对照明实现智能化。照明系统的要求：a.照明灯应能就近开关；b.如室内光线充足，则由光敏开关将室内照明灯自动断开，5min之后才允许再次开启；c.在21：40时响铃作为关灯的预备；d.在22：00室内照明灯自动断开，5min之后才允许再次开启；e.在22：00室内照明灯断开后，走廊灯仍能保持5min照明并再次响铃以提醒人员尽快离开。(2)解决方案如图3-5及3-6所示。(3)使用部件。11：走廊灯开关；12：室内灯组1开关；13：室内灯组2开关；14：光敏开关1;Q1：走廊灯；Q2：铃；Q3：室内灯组1；Q4：室内灯组2。(4)方案说明。时间安排由时钟控制。利用脉冲继电器、断电延时继电器使走廊灯在21：40。22：05之间不熄灭，其中21：40-21：41和22:00-22：05,这2个时间段作为脉冲继电器B02的触发脉冲，断电延时继电器B03延时5min的高电平送到时钟脉冲继电器B04的使能端、以形成走廊灯Q1的1s复位脉冲来控制Q1的断开。在上述2个时间段内，通电延时继电器B06和后面的反相器、与门一起形成20s的高电平来接通电铃电路。室内灯组1、2的控制原理与电铃基本相似，只是在电路输出前设置了断电延时继电器来提供5min的断电复位脉冲，防止自动断电后有人随意开启。图3-5可编程控制回路原理图图3-6阅览室照明系统电路第4章图书馆智能照明系统设计方案分析基于控制方式的不同，提出传统控制方式和现代控制方式方案，并加以比较分析。通过分析比较，不难发现智能照明系统在控制方式上体现出来的优越性。本章节将通过对两种照明方式在节能方面的比较，进一步论证智能照明的必要性及可行性。结合提出的设计任务，现规定：统一选择常用的国产T12型40W直管荧光灯，管长1200mm，光通量为2400lm，光效60lm/W。灯具选择普通单管荧光吊链灯具，链长0.6m。计算室空比RCR=5h(L+W)/(L+W)=2.917，查表得照度1lx时的单位容量P0=0.0449W/m2。房间内各部分的光反射比相同，灯具效率为70%，因此修正系数C1、C2、C3均为l。根据单位容量法照度计算方法，即:P=Po．A．E．C１．C２．Ｃ３=0.0449W/m*(12*9)m*200lx=969.84W房间需要安装的最低功率为969.84W。因此，共需要光源969.84W/40W=24.246，选择25盏。平均照度大约可达到:E==0.7*25*70%*2400lm/12*9*1.3=209.4lm满足照度要求。4.1传统照明控制方式的灯具布置及照明负荷计算4.1.1灯具布置图如果采用均匀的灯具布置方法(如图3-1所示)，每盏灯横向间距1000mm，纵向间距1500mm．图4-1阅览室照明灯具布置图4.1.2照明负荷计算根据需要系数法计算照明负荷，查表得到Kz=0.7，则有功计算负荷为:Pjs=Kz·Ps=0.7x25(盏)x40W=700W如果每天开馆时间为10个小时，正常情况下大约有7-9个小时需要点亮所有的灯具，则每天消耗的电量大约为:点亮7个小时需要700x10(kW)x7(h)=4.9(kWh)点亮9个小时需要700x10(kW)x9(h)=6.3(kWh)全年大约消耗电量为:至少4.9(kWh)x365(天)=1788.5(kWh)，至多6.3(kWh)x365(天)=2299.5(kWh)按照每度电0.5元算，则一年共需支付电费：894.25元——1149.75元。4.2现代照明控制方式的灯具布置及照明负荷计算4.2.1智能照明方式灯具布置及传感器安装如图4-2所示，采用均匀的灯具布置方法，并在图中“·”所示的位置安装传感器，分别检测室外和室内不同位置的光线强弱，调节对应光源的照度。例如:传感器a检测的结果会影响周围la，2a,3a,4a号光源的照度调节程度:传感器b的采样结果会影响1b,2b，3b,4b号光源的照度调节，以此类推。靠近窗户的区域与远离窗户的区域其照度可以实现不同程度的调节。这样的控制方式充分利用了室内的自然光，节约了电能，也延长了光源的使用寿命。此外，还可以在不同位置安装一定数量的动静检测器，如果在某一区域10分钟内无人员走动，则关闭相应区域的光源，这一控制方式尤其适用于电子阅览室的照明控制。图4-2阅览室照明灯具及传感器图布置图4.2.2智能照明控制系统照明负荷计算根据需要系数法计算照明负荷，得到有功计算负荷为:Ｐjs=Kz·Ps=0.7x25(盏)x40W=700W采用智能照明控制方式，则全天的照明消耗可以估算如下:(1)上午:由于上午的8:00－9:30室内光线较弱，可以点亮室内50%的灯，如果每盏灯的照度均达到最大，则耗电量为:12(盏)x40Wx1.5(h)=0.720(kWh)，从9:30-12:00期间，通常光线较强，无需点亮光源。(2)下午:在14:30－16:30期间，可以不用点亮光源。从16:30到17:30，室内距离窗户较远的位置需要增加光源的照度，至多点亮30%的光源，假设每盏灯的照度均达到最大，则耗电量为:8(盏)x40Wx1h=0.320(kWh)。(3)晚上:通常晚上19:30-}-22:30期间光线将越来越弱，因此需要点亮的光源数量也逐渐增加，照度也将达到最大，则耗电量为:25(盏)x40Wx3(h)=3(kWh)全天消耗功率最多可达:0.720(kWh)+0.320(kWh)+3(kWh)=4.040(kWh)全年用电量为:4.040(kWh)x365=1474.6(kWh)则全年总花费为：737.3元4.3计算结果比较针对相同面积(12x9)平方米的图书馆阅览室，选定了相同照度标准、光源类型以及相同的灯具布局方案，如果采用传统的照明方式，通常光源只能全部点亮而且照度一定是达到最大，因此耗电量也较大，全年的耗电量为:1788.5(kWh)-2299.5(kWh);而采用智能照明控制方案，可以根据室外自然光线的变化对室内的照度进行动态的调节，光源点亮后不会总保持在最大照度，同时也避免了点亮过多光源而造成的电能浪费，其全年的耗电量最多达到1474.6(kWh)，可以节约313.9(kWh)。从计算结果可以看出:同一标准的照明设计，采用智能照明控制系统能够更有效的节约电能。第5章结论从节能、环保、运行维护及投资回收期上看，设计应有前瞻性，现代照明控制方式应成为图书馆照明控制的主流。根据建筑规模、投资等选用不同的系统。①小规模图书馆可采用可编程控制；②规模较大的图书馆，有BAS系统的建筑，可采用BAS系统控制照明；③规模较大的图书馆，在控制点较多时，应采用专用照明控制系统，在有自然采光区域内的电气照明，可采用恒照度控制，靠近外窗的灯具随着自然光线的变化，自动点燃或关闭该区域内的灯具，保证室内照明的均匀和稳定，对于多媒体阅览室等多媒体区域采用调光控制，该子系统也可以与BAS系统联网。同时通过分析，智能照明系统在智能建筑中的应用效果有以下几方面：1、照明智能控制。采用智能照明控制系统，可以通过编程预先设置各区域的光照度，以适应各种场合、不同场景的要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证各区域照度维持在预先设定的水平。无人上班的晚间模式，各区域只保持基本的亮度。2、改善工作环境。智能照明系统中的可调光电子镇流器工作在很高频率（40~70kHz），克服了频闪，消除了起辉时的亮度不稳定，为人们提供了舒适的工作环境。3、可观的节能效果。智能照明控制系统使用了先进的电子技术，能对多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）进行智能调光。当室外光较强时，室内照度自动调暗，室外光较弱时，室内照度则自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。此外，通过设置照明工作状态等方式，收到可观的节能效益。4、减少维护费用。运用智能化的照明控制系统，大大提高了灯具等设备的平均寿命，减少大楼的运行维护费用，带来较大的投资回报。与传统照明控制系统相比，智能照明控制系统在控制方式、照明方式、管理方式以及布线、节能方面等均有不少优点：传统照明控制采用手动开关，只有开和关，而且只能一路一路地开和关。而智能照明控制采用调光模块，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果，营造出不同的舒适的视觉氛围。通过对场景的预设置和记忆功能，操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景，各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过遥控器等实现。智能照明控制采用低压二次小信号控制，控制方式多，功能强，范围广，自动化程度高。一台计算机就可对整个大楼的照明实现智能化的管理；另外，在智能照明控制系统中，通过设置电压限制，可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具，延长灯具使用寿命的作用。更值得一提的是智能照明控制系统是一个开放式的系统，通过标准网络接口可方便地与BAS系统联接，实现与智能大楼计算机系统的集成。从线路系统来比较：1、传统照明单控电路特点是，控制开关直接接在负载回路中只能实现简单的开关功能，当负载较大时，需相应增大控制开关的容量，当开关离负载较远时