图书馆智能照明系统设计.docx
《图书馆智能照明系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图书馆智能照明系统设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
图书馆智能照明系统设计
本科生毕业论文（设计）
题目：
图书馆智能照明系统的设计
学生姓名：
李建
学号：
专业班级：
建筑电气与智能化
指导教师：
完成时间：
2015年5月20日
摘要
随着社会经济与科技的不断发展，人们对照明的舒适性、美观性、节能性等性能提出了更高的要求。
本次设计主要是为图书馆提供舒适、实用的照明环境。
本次设计采用先平面后系统的设计思路。
在平面设计中，主要完成的是照度计算、灯具选择与布置、应急照明与普通照明的配合等任务，最后绘制完整的照明平面图。
由于任务分配，本设计的平面图中不画插座回路，插座回路在系统图中体现。
在系统设计中，主要任务是统计负荷量、导线与空开的选择以及相互配合等任务，最终绘制完整的照明系统图。
完成平面图和系统图绘制后，经过计算检验，本次设计在照度和节能方面满足国家相关要求。
导线与空开的选择也满足供电可靠性与安全性的要求。
关键词：
图书馆；照明设计；智能化
ABSTRACT
Withthecontinuousdevelopmentofsocialeconomyandscienceandtechnology,peoplecomfort,aesthetics,energy-savinglightingandotherperformanceputforwardhigherrequirements.Thedesignistoprovidecomfortable,practicallightingenvironmentforthelibrary.
Thisdesigngraphicdesignideasusingthefirstsystem.Ingraphicdesign,mainlytocompleteilluminationcalculation,fixtureselectionandarrangement,withtheotheremergencylightingandgenerallightingtasks,drawnlastcompletelightingplan.Sincethetaskassignment,thedesignoftheplanisnotdrawingoutletcircuit,outletcircuitembodiedinthesystemdiagram.Inthesystemdesign,themaintaskistoloadstatistics,wiresandemptyopenselectionandcooperatewitheachotherandothertasks,eventuallydrawingacompletelightingsystemofFIG.
Aftercompletingdrawingplansandsystems,ithasbeencalculatedtest,thisisdesignedtomeetnationalrequirementsandenergyefficiencyinillumination.Wiresandemptyopenchoicestomeetsupplyreliabilityandsafetyrequirements
Keywords:
Library;Lightingdesign;Intelligent
第1章绪论
1.1课题研究背景和意义
在建筑设计中电气设计占有相当重要的位置，一座好的建筑必须有与其建筑造型相适应的电气设计，才能表达出建筑设计者的完整构思，才能显示出建筑物的完美，良好的电气设计也是门艺术。
因此安全可靠、经济合理、技术先进的建筑供配电系统显得日趋重要。
随着现代社会物质文明和精神文明的不断提高，科学技术飞速发展，人们对照明的舒适性、美观性、节能性等性能提出了更高的要求。
建筑电气照明已经从原来包含于供配电专业中的一部分，发展为一个独立的工程设计专业。
电气照明设计思想对与其他相关专业的相互协调、配合有很高要求。
如设计中要考虑到环境、绿色照明、节能、装饰效果，要求照明设计与其被照环境、气氛及被装饰建筑风格特点相互协调一致。
其设计目标就是使照明达到高效、节能、安全、舒适，有利于环境保护，避免眩光污染。
以满足照明环境、人的心理及生理、建筑本身装饰等的需求。
因此，对照明系统进行合理设计，选择高效、长寿命和光色性能好的光源，选择合理配光是非常重要的[1]。
在满足上述照明性能的基础上，还要考虑照明的安全性与可靠性。
2010年发生的火灾中有29.8%是电气火灾。
所以在对照明系统设计时，正确选择导线与空开以及优化系统设计也是非常重要的。
特别是在图书馆这类人员密集的公共建筑中，照明的安全性与可靠性更是重中之重。
在建筑行业中，照明的地位不断提高。
良好的照度要求能够保证生产安全、学习工作舒适、提高劳动生产率和产品质量。
随着人类对能源可持续使用理念的日趋重视，如何使用尽可能少的能源而获得最佳的照明使用效果已经成为各个能源使用领域越来越关注的问题。
这就要求我们在电气照明设计中充分考虑能源的优化利用。
学校图书馆照明的目标是使学生能够正常地阅读，舒适地复习功课。
根据不同房间的用途，设计照明也会不同，有普通照明和重点照明。
场景不同，照明的指标、要求也不同，通过对不同的场景合理的设计，满足各个场景的需求。
本次设计的意义主要是使学校图书馆照明达到规范要求的照明水平和视觉健康水平。
同时充分把握一切客观条件（色调、风格、造型等），运用照明手段，从时间、空间上紧密配合呼应，产生最佳的心理和视觉效应，使图书馆照明设计美观、舒适。
1.2照明理念的变化
在传统的照明设计中，主要是注重照明的亮度、均匀度、显色性指数及是否会造成眩光等因素，对照明的控制也主要是通过继电器的开关控制实现了开灯、关灯状态的切换，照明的亮度一经设置就不能自行调节，各照明控制单元分散在不同的区域，造成管理和维护投入量较大。
随着人们生活水平的提高，旧的照明设计理念已经不能适应新的需要：
不仅要求照明设计的参数应当达标，而且还提出了怎样才能在明亮、舒适并且具有艺术效果的环境中工作和生活的要求。
智能照明技术以其优越的性能得到广泛的关注。
具体特性表现如下：
（1）智能照明系统可以有效的抑制电网的浪涌电压，避免了过电压和欠电压对光源的损害。
采用软启动和软关断技术，避免了冲击电流对光源的损害，延长了光源的使用寿命，节省了大量耗资以及更换电光源而产生的巨大工作量。
（2）智能照明系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，借助红外遥感装置、手动操作控制面板等各种不同的控制元件，根据需要，按照不同时间、不同用途以及不同的照明效果预先设置不同的照明场景，用户可以通过场景切换实现灵活、方便的照明控制，各类参数的设置和变换非常方便，可以获得多种的照明效果。
同时，还可以设置必需的应急照明控制方案，满足处于事故状态时的照明需要。
（3）通过应用调光模块和照度检测器等元件，智能照明系统可以针对不同的区域进行照度的动态调节，使得该区域内的照度始终保持在设定的范围之内，不会因为日照等外因的变化而变化，也不会因为电光源的使用时间过长而降低照明强度，从而提髙了照度的均匀性。
同时，这种控制方式所采用的电气元件也解决了频闪效应，不会使人产生不舒适、头昏脑胀、眼睛疲劳的感觉。
此外，智能照明控制系统中对荧光灯等光源进行调光控制，采用有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提髙了功率因数，降低了低压无功损耗。
（4）智能照明系统充分利用了室外的自然光，对光照度进行精确设置和合理管理，只有必需时才把灯点亮或点到要求的亮度，利用最少的能源保证了要求的照度水平，减少了由于人员不在却仍将灯全部点亮而造成的能源浪费，节电效果十分明显，一般可节约30%以上，使照明管理和设备维护变得更加简单，经济投入减少[2]。
1.3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重要。
图书馆更是许多人尤其是学生获取各类信息的主要场所，其光环境的优劣程度应当引起足够的重视。
结合快速发展的各类自然科学和工程技术，不断容纳新技术，更新旧式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。
1.3.1国外照明发展现状
照明行业是80年代首先由美国兴起并得以迅速发展。
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。
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。
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HK）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已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、BPII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[3]。
1.3.2国内照明发展现状
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、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、安防控制系统与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为十大品牌，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IT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和谐光IT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[4]。
1.4本设计工程概况
本工程为湖南文理学院图书馆，总建筑面积12826。
地上四层，一～三层层高4.5m，四层层高4.8m。
建筑高度为18.75m。
本次任务主要是对图书馆的照明系统进行设计。
本次设计的主要依据为：
《建筑照明设计标准》GB50034-2004、《图书馆建筑设计标准》JGJ38-99、《低压配电设计规范》GB50054-95以及建设单位设计任务书和建筑专业、结构专业.、通风水暖专业提供的设计条件。
本照明系统设计中应急照明为二级负荷供电，其余为三级负荷供电。
本工程照明以节能型高效荧光灯为主，荧光灯应配电子镇流器以提高功率因数，COS∅不小于0.9。
本工程所采用灯具均为Ⅰ类灯具。
所有应急照明及疏散指示灯具均应采用玻璃或非燃烧体灯罩。
本设计的最终目是为学校图书馆提供满足规范要求的舒适、实用的照明环境。
本次的设计主要思路是先进行平面图设计，再进行系统图设计。
在对平面图设计时，首先要阅读建筑底图，了解建筑中功能间的种类、数量、面积以及对照度的要求；然后根据各个房间对照度的要求进行灯具的选型与布置，再根据灯具的种类与数量及控制方式对开关进行选择与布置；最后确定每层的照明与应急配电箱的位置，完成平面走线。
在完成平面图的设计后，就要设计系统图了。
系统图设计中最核心的就是统计负荷量，选择导线空开。
在选择导线空开时，要用导线与空开配合原则进行校验。
最后完成系统图的绘制。
表1.1图书馆工程概况表
序号
层数
功能
1
一层
密集书库、接待休息室、自习区、学术报告厅、采编装钉室、读者服务部、配电室、书店等
2
二层
电子阅览室、网络系统部、馆长室、电子检索区、现刊开架阅览室、校史馆、文献资源建设部
3
三层
自然科学开架阅览室、社会科学开架阅览室、休闲区
4
四层
科技期刊开架阅览室、过刊阅览室、学术研究室、外文工具
第2章照明设计
2.1照明设计的目的与基本原则
2.1.1照明设计的目的
照明就是一种利用光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。
它有两个基本目的，一是照亮周围物体，使人视觉上确切的知道自己所处环境；二是增强环境气氛，创造一个安逸舒适的室内空间环境，使人感到满足。
照明目的主要分为明视照明和环境照明[5]。
1.明视照明
根据照度标准，满足人类正常生活和工作的照明技术，属于人类生理学的范畴。
例如教室、办公室及工厂车间等都是以明视照明为主进行设计的。
2.环境照明
以美化周围环境为目的，并达到人类视觉舒适感的照明技术成为环境照明，属于人类心理学范畴。
例如景观、庭院、商厦立面、酒店立面、古典建筑轮廓、门厅、宾馆客房、剧场休息厅照明都是以环境照明为主设计的[6]。
3.明视照明设计要求及考虑主要因素
（1）以工作面或人脸为视看对象。
（2）要满足在工作面上有充分的亮度，并且分布要均匀。
（3）要尽量避免眩光最好消除眩光，光照阴影部分要适当。
（4）选择显色性好的光源。
（5）照明灯具布置要美观，注重照明的心理效果。
（6）尽量选择经济实用的照明方案。
4.环境照明设计要求及考虑主要因素
（1）以室内空间及各表面为视看对象。
（2）根据设计需求选择亮度，要有明、暗的区分，以方便造成不同的感觉和氛围。
（3）可选用其他灯具材料将阴影部分夸大，从而起到强调和突出的作用。
（4）采用特殊色彩的光作为彩色照明或用其他方法进行色彩的调节。
（5）以舒适感为目的，采用特殊的灯具照明。
（6）从全局上看可能是经济实用的，但从局部上看也许是豪华的。
2.1.2明设计基本原则
良好的照明设计在于能以最适当的方式将照明设施的机能与目的显示出来，并创造出有气氛的照明环境。
对建筑照明设计的基本要求是舒适、经济、美观。
进行照明设计时，应遵循下列原则：
1.安全
在设计照明系统时至始至终要坚持安全第一的原则，严格遵循规范的规定和要求。
一般地，线路、开关、灯具的设置都须有可靠的安全措施，诸如分电盘和分线路一定要有专人管理，电路和配电方式要符合安全标准，不允许超载，在危险地方要设置明显标志，以防止漏电、短路等火灾和伤亡事故发生。
2.实用、优质
照明设计应保证规定的照明水平满足工作、学习和生活的需要，设计时应从整体环境出发，全面考虑光源、光质、投光方向和角度的选择，使室内活动的功能、使用性质、空间造型、色彩陈设等与其相协调，以取得满足工作、活动所需的视觉效果，并由此创造出令人舒适、愉悦、轻松的照明场景。
3.经济、合理
一方面要求尽量采用先进技术，充分发挥照明设施的实际效益，尽可能以较少的投入获得较大的照明效果。
另一方面在确定照明设计时要在符合我国当前的电力供应、设备和材料方面的生产水平，以及国家各项规程、各种规范标准的前提下，选择高效光源、利用系数高的灯具，配合天然采光，尽量节省投资。
4.艺术性
照明装置的主要功能就是装饰房间，美化环境。
室内照明有助于丰富空间，形成一定的环境氛围，照明可以增加空间的层次和深度，光与影的变化使静止的空间生动起来，能够创造出美的意境和氛围，所以照明设计时应正确选择照明方式、光源种类、灯具造型及体积，同时处理好颜色、光的投射角度，以取得改善空间感，增强环境艺术的效果[7]。
2.2照明方式种类和标准
2.2.1照明方式
1.一般照明
为使整个照明场地获得均匀明亮的水平照度，使用照明灯具在整个照明场所基本均匀布置的照明方式。
下列场所宜选用一般照明方式：
在受生产技术条件限制，不合适装设局部照明或不必采用混合照明的场所所；
无固定工作区且工作位置密度较大，对光照方向无特殊要求的场所。
实际工程设计中，车间、办公室、体育馆、教室、会议厅、迎业大厅等场所用一般照明方式。
2.分区的一般照明
根据需要提高特定区域照度的一般照明。
根据工作面布置的实际情况，将照明器集中或分区集中均匀的布置在共工作区上方，使室内不同被照面上产生不同的照度，可以有效地节约能源。
同一场所内的不同区域有不同照度要求时，应采用分区一般照明。
3.局部照明
为满足照明范围内某些部位的特殊要求而在一定范围内设置照明灯具的照明方式称为局部照明。
它仅限于照亮一个有限的工作区域，通常采用从最适合的方向装设台灯、射灯等。
这种照明方式灵活、方便、节电、能够有效地突出重点。
4.混合照明
由一般照明和局部照明共同组成的照明称为混合照明。
实际上就是在一般照明的基础上，在另外需要提供特殊照明的局部，采用局部照明。
对于部分作业面照度要求较高，只采用一般照明不合理的场所，宜采用混合照明。
2.2.2照明种类
1.正常照明
正常照明是在正常工作时使用的室内照明。
它可以单独使用，也可以与应急照明、值班照明同时使用，但是控制线路必须分开。
2.应急照明
应急照明是在正常照明因故障熄灭后，供事故情况下继续工作或人员疏散使用的照明。
应急照明灯宜布置在主要通道的出入口。
3.值班照明
供值班人员使用的照明。
可利用正常照明能单独控制的一部分，或者利用应急照明作为值班照明。
4.警卫照明
有警戒任务的场所，应根据警戒范围的要求设置警卫照明。
5.障碍照明
障碍照明是指装设在建筑物上作为障碍标志使用的照明。
有危及航行安全的建筑物、构筑物上，应根据航行要求设置障碍照明。
例如在飞机场周围较高的建筑物上或有船舶同行的航道两侧的建筑物上，应按民航和交通部门的有关规定装设障碍照明灯。
2.3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，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。
2.4照明质量
2.4.1照度
被照物体表面单位面积投射的光通量，称为照度。
照度是决定受照物体明亮程度的指标。
通常，照度水平是衡量照明质量最基本的技术指标之一。
当光通量均匀地照射到某平面上时，该平面上的照度为：
E=Φ*S（2.1）
式中，E—照度，单位lx；
Φ—投射到物体表面的光通量，单位lm；
S—被照物体表面积，。
根据我国的经济情况和电力供应水平，在现行的标准中规定的照度等级为：
0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000、3000、5000lx。
不同的照度给人产生不同的感受，照度太低容易造成疲劳，而照度太高又会因为刺激太强而受不了。
因此合理的照度对减少视觉疲劳、提高工作效率有很大作用。
除了合理的照度外，为了减轻人眼对因照度的极不相同的频繁适应所造成的视觉疲劳，室内照度的分布应该具有一定的均匀度。
为保证照度的均匀度可以使用不同类型灯具，如发光顶棚、光带、光槽、面灯、密集布置的筒灯等，也可以使用透光系数较低的灯罩，这样可产生均匀、柔和的效果。
2.4.2亮度
人眼对明暗的感觉不是直接决定于受照物体（间接发光体）的照度，而是决定于物体在人眼睛视网膜上形成的像的照度。
所以，亮度是指发光体在视线方向单位投影面积上的发光强度。
只有在亮度分布合适的环境中，人才会感觉到舒适。
如果亮度分布不合适，则会使人感觉到视觉的疲劳和不适。
因此视野内适宜的亮度分布是舒适视觉的重要条件。
在设计中，为使得室内环境能够获得适当的亮度分布，同时又避免繁琐的计算工作，通常用照度对比和墙面、顶棚、地板等的反射比作为设计应达到的要求[8]。
2.4.3频闪与眩光
1.频闪
光源光通量与电源电压频率同步变化的现象叫做频闪，这种现象只发生在气体放电光源类灯具。
频闪现象会影响人的视力健康，在实际生活中应加以克服。
克服频闪的方法：
（1）在同一被照场所用两相或三相电源供电；
（2）采用移相器；
（3）采用直流供电。
2.频闪
眩光是指视野范围内由于亮度分布不合理或亮度过高所造成的视觉不适或视力减弱的现象。
由此，眩光被分成不舒适眩光和失能眩光两种。
在实际照明中，舒适眩光出现的机会远多于失能眩光。
不舒适眩光虽然不像失能眩光那样会使人丧失视觉功能，但是长时间在有不舒适眩光的环境中工作，人们会感到疲劳，甚至烦躁，从而降低劳动生产率。
严重的还会引发事故，造成重度损失。
因此在照明实践中应尽可能地限制不舒适眩光，而限制不舒适眩光的一系列措施，也将有效
升级会员 