河南城建学院人机工程设计图书馆照明.doc

安全人机工程学课程设计指导书班 级 023411 专 业 安全工程 课程名称 安全人机工程学 指导教师 姓 名 二一二年十二月目录1引言2图书馆建筑对照明环境的要求3图书馆建筑现有照明标准4 调整图书馆建筑照明设计的方法 4.1改变目前常用的天花开孔的照明灯具安装方式 4.2在源头上考虑解决问题，设计方与使用方充分沟通 4.3书库的灯具的改进 4.4改变灯具的结构 5 改进led照明系统需求5.1智能照明控制原理 5.2.2采用节能方案运行后照明负荷计算 5.2.3计算结果比较6结语7参考文献 我校图书馆的照度值适用程度分析与改进设计摘要:大学图书馆是大学生读书学习的重要场所，图书馆的照明质量对学生的学习和视觉健康有着重要的影响，探讨我国的建筑照明设计标准对图书馆照明的要求和实际中存在的不足，提出解决方式，保护大学生的视觉健康具有现实意义。关键词:照明标准;照度;眩光;显色性;阴影;照明方式1引言 图书馆种类很多，河南城建学院图书馆是一个专业性的高校图书馆。始建于1985年，1992年建成4178平方米的图书馆楼，1999年建成计算机局域网, 实现了采访、编目、流通的自动化管理，2000年建成电子阅览室，开始为读者提供了更为丰富的信息服务。2005年投入使用的新校区图书馆建筑面积23000平方米，是一个大开放大流通、采取楼宇一体化管理、馆藏资源联合服务的现代化图书馆。而大学图书馆对接受过高等教育的人来说，对其青年时代知识的吸取起到了关键的作用。一个合理舒适的照明环境，会把人留在图书馆的时间更长，对人的视觉健康也能起到积极的作用。在我国青少年近视人口比例越来越多的今天，探讨图书馆灯光照明的合理性，如何才能对人的视觉感受产生积极影响，无疑是有现实意义的。2图书馆建筑对照明环境的要求 图书馆建筑是一种具有特殊功能的建筑，其基本职能是保存文献资料和提供这些文献资料的使用。图书馆的社会职能也是随着时代的进步而发展的。1975年，国际图书馆协会和机构联合会在法国里昂召开的图书馆职能科学讨论会确认了现代图书馆具有保存人类文化遗产、进行社会教育、传递科学情报、开发智力资源等主要的社会职能fzl。也就可以这么说:图书馆的照明要与保存人类文化遗产、进行社会教育、传递科学情报、开发智力资源等功能相适应。 具体到图书馆建筑内，我们主要探讨几方而的照明环境:馆藏区书库;阅览区;工作区对外工作区即流通服务台，内部工作区即编目区。至于其它一些建筑空间。 书店在法国里昂召开的图书馆职能科学讨论会确认了现代图书馆具有保存人类文化遗产、进行社会教育、传递科学情报、开发智力资源等主要的社会职能fzl。也就可以这么说:图书馆的照明要与保存人类文化遗产、进行社会教育、传递科学情报、开发智力资源等功能相适应。 具体到图书馆建筑内，我们主要探讨几方而的照明环境:馆藏区书库;阅览区;工作区对外工作区即流通服务台，内部工作区即编目区。至于其它一些建筑空间的照明，本文不作探讨。 照明的合理性是依据建筑空间的功能性不同而不同的，不同的空间对光环境有着独特的要求: 2.1馆藏区:主要从保护书籍与适合查找的角度考虑。与书店的书架摆放图书不同，书店的图书是流动的，图书在书架上的时间相对较短，图书馆的图书位置相对固定，在固定位置上的时间相对较长，部分图书资料更长。一般要求避免阳光直射，光线长期照射会影响馆藏书籍文献资料，对光源光谱分布要求较高;选用的光源的光谱应尽可能都在人眼可接受范围内，避免使用紫外线与红外线辐射较多的光源;无阴影暗区、对显色性要求不是很高;温度、湿度、光照度适宜。 2.2阅览区:主要从适合阅读，保护视力的角度考虑。在此区域读者的用眼时间很长，用眼方式、姿态相对固定，容易产生视疲劳。一般要求光环境宽敞明亮、光源无频闪、无眩光、无阴影暗区以及光源显色性好。 2.3工作区:主要适合各种工作操作的角度考虑。使用电脑设备较多，要注意避免灯具反射眩光干扰。较高和较均匀的照度，对长时间高强度的工作有积极健康的影响。 现代图书馆的“大空间、流阅一体、电子化”对光环境又提出了新的要求:图书馆的光环境还要适合电子资源的收藏和读者使用电脑等设备，这方而主要体现在对眩光的控制要求较高。人们希望在一个舒适、明亮、健康的光环境里工作、学习和生活，因此，图书馆建筑的光环境对图书馆功能的实现和服务的效果有着重要影响。3图书馆建筑现有照明标准我国现有图书馆，普遍存在照度不足的缺陷。按照中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局2004年6月18联合发布、2004年12月1日实施的建筑照明设计标准( gb 20034-2004)，图书馆建筑照明标准值见表1 根据表1列出的项目与数据可知，标准对图书馆的照明设计要求主要有三个考量指标:照度、眩光和显色指数。这里简单介绍一下这几个概念。 3.1照度(illuminanc:符号为e，单位为勒克斯lx)，即俗称的够不够亮，是决定人眼看不看得清楚的指标，但不是指亮度。照度与被照物的材质、色彩无关，不依赖于人眼的视觉感受。亮度则是单位投影而积上的发光强度，依赖于被照物的材质特性和固有色彩。是人眼的视觉感受的量。同一照度下，不同的物体给人的亮度感受是不同的，对于视觉识别对象、识别的物体和细节(如需识别的点、线、伤痕、污点等)、复杂多样的场所，无法作为设计的参考量，而是以照度作为设计的参考量川。 3.2眩光(glare )，即俗称的刺眼不刺眼，影响人的视觉舒适性的指标。眩光是指由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象川。 度量图书馆的眩光，一般采用统一眩光值(ugr)度量，ugr是度量处于视觉环境中的照明装置发出的光对人眼引起的不舒适感主观反应的心理参量，是一个抽象的概念值，其值可按cie统一眩光值公式计算得到。根据眩光的度量特性，在图书馆的照明设计中，灯具的配光曲线、灯具的样式以及灯具的排布方式都是很重要的。 3.3一般显色指数(general color rendering in-dex)，即一般人所说的能不能分得清颜色的指标。是指八个一组色试样的cie 1974特殊显色指数的平均值，通称显色指数。符号为ra ra标准值(最高值)为100，按标准4.4.2项规定:长期工作或停留的房间或场所，照明光源的显色指数(ra)不宜小于80。这就说明图书馆的灯具选用或更换光源，其一般显色指数ra必须达到80这一指标，才能有益于读者的长期视觉识别行为。 在大多数情形下，满足以上三个指标足以保障照明合理性。但实际使用过程中，在书库查找图书或阅览室读书做笔记，人员的流动性和活动范围都很大，实际上还要充分考虑到照度均匀度和阴影两个因素。标准中对照度均匀度有普适性的规定要求。 标准2.0.29规定:照度均匀度uniformity radioof illuminance，规定表而上的最小照度与平均照度之比。也对不同场合的照度均匀度做了相应规定，标准4.2.1规定:公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域内的一般照明照度均匀度，不应小于0.7，而作业而邻近周围的照度均匀度不应小于0.5 标准4.2.2规定:房间或场所内的通道和其他非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的1/3。4图书馆建筑现有照明标准存在的不足 仔细研究图书馆建筑照明标准值表格中(表1)各个场所的照度标准值，我们发现，基本上设计的标准都是以0.75m高的水平而为参考平而设计的，数值高达3001x或sooix，唯独书库的考量标准特别低，只有soix。书库的照度标准是以0.25m高处的垂直而为参考而的，也就是说是以书架最下而一排书的书脊的所在垂直而为参考而川。soix的照度值，作为平而照度值就很低，但作为垂直而照度，要达到这个标准，还要依赖于书架之间有足够的距离，如果距离较近，soix的照度是不容易达到的。这要求图书馆的书架有合理的高度与间距。这对图书馆布置书架是一个挑战。 书架的排列布置一般都是图书馆自己布置，如果与设计单位缺少交流沟通，书架排列的方向、位置、密度做了调整，往往就达不到照明设计的照度标准值，也就是俗称的不够亮了。高校的图书馆，图书借阅量一般都很大，而且基本都是开放式书库，学生除了在书库寻找需要的图书，还经常会在书架旁阅读，所以要保障书库有足够的照度值。图书馆在排布书架时，应该仔细阅读图书馆建筑设计平而图，了解设计书架的布置方向、布置间距，按设计图的方式布置书库书架，书库的照度才能有保障。而设计单位在设计时，应该与使用单位有足够的沟通了解，使用单位知道自己有多少图书，如何准确地分类布置，按书库空间大小，书架要排列到多大的密度才合适等等。只有按使用单位的需求做设计调整，才能最终满足照明设计标准。很多情形是设计单位按标准设计，使用单位按自己的实际条件需要布置使用，设计与使用脱节，导致实际使用中，图书馆不能达到照明设计标准。 标准中并没有提到阴影对照明环境质量的影响。举例来说:当人坐在桌前阅读写作，灯光是从后而照射来，阴影落在了桌而上和书上，这显然是不合理的。产生这样的问题，往往是书桌的摆放位置与灯具安装位置的错位导致的。目前的灯具安装，几乎都是选用筒灯或光管盘灯具，采用镶嵌入天花的安装方式。为了美观和安装方便，基本上都是统一的灯具间距。而书桌和书架的排列也是如此，但双方的间隔模数不一致，书架或书桌排列到一定数目，一些部位的照明就受到影响，产生了不合适阴影。遇到这样的情形往往不容易调整解决，灯具是在天花上开孔装入的，即便是整块天花移动，一是要按天花单元的距离移动，二是天花内有很多其他管道，可能无法移动。导致问题无法解决，照明质量下降。4 调整图书馆建筑照明设计的方法 4.1改变目前常用的天花开孔的照明灯具安装方式采用一种能灵活调整灯具位置，又不影响吊顶天花的照明安装方式。这种方式能保障照明的质量，但目前的灯具可能不利于空 间的美观。随着现代le d灯具的使用，将来这种方式将成为一种主流的照明安装方式。 图 1 为阅览室常见的不合理照明方式图2为设想的阅览室照明方式。4.2在源头上考虑解决问题，设计方与使用方充分沟通。严格按照建筑设计方的图纸，选用与之大小尺寸、位置完全一致的书架书桌摆放，这对设计师的专业素质有很高的要求，室内效果有保障，不足的是使用过程中不能灵活调整。一般采用以下两种布灯方式: 照明方式a:灯具安装在通道上方，灯具间距与桌子距离一致。这种装灯方式对灯具的配光要求较高，灯具主要的光通要偏向两侧桌而的位置。目前大多数的这样安装的灯具并没有采用图中所示的配光，需要设计师选择合理配光的灯具(见图3)0 照明方式b:灯具安装在桌而上方，灯具间距与桌子距离一致。这种装灯方式对灯具的配光要求较低，大多数灯具都能适用。关键是灯具总是在桌而中心上方，桌子而必须较宽，这样书写时不会被自身的阴影遮挡(见图4)04.3书库的灯具的改进尤其是阅览使用量很大的开放式书库，采用书架带灯的安装方式，无论书架如何调整，都能保证书库照明质量。这种方式对天花内布线或地而预埋预留位置的要求较高，适合局部使用。图5为书库常见的不合理照明方式，图6为书库合理照明方式。4.4改变灯具的结构从而改变灯具的配光曲线.目前该图书馆灯具的结构如图5、图6所示. 从图示灯具的结构不难看出，由于有灯管下方的反光挡板的遮挡，光源发出的光大部分反射向灯具的控照器，然后又由带网眼的控照器对光线进行分配，只有少部分的光线能够对部分工作面提供直接照射.这样，该灯具就形成了典型的半间接型灯具，这种灯具在照明数量上必然影响照度值f31.同时，由于有下反射板的影响，使灯具下方的桌面上很难得到来自正上方的灯具的直接照射，而图书馆的大部分桌子却是摆在灯具的正下方的.这就形成了一个特别奇怪的现象一灯具正下方的桌面上的照度值反而比远离灯具的桌面上的照度值要小(从照度测量值上也可以反映出来).所以，灯具型式必须要做改变，最好将配光曲线由半间接式改为直接式，让灯管发出的光通量直接照射在桌面上，形成直接照明方式.通过改变灯具型式，从理论上来讲可以增加50%的照度值f41，即综合照度值将会上升到1101x左右. 4.5增加灯具的数量 提高室内总的光通量.从测量的结果来看，为了能够达到国家标准所规定的照度值，必须要增加灯具的数量.从现场测量得出，灯具的布置间距达到2.5m左右，过大的灯具间距在一定程度上必然影响照明的数量和质量.由采取上述措施后，照度值能够达到1101x，由公式(1),(2)式中，e为被照面上的照度值(lx) ;:为被照面距灯具的距离(m) ; cosq为测量点与光源主轴的夹角余弦;l为发光强度(cd); 为光源的光通量(lm) ;为大约0. 8倍可得:增加一倍数量的灯具，照度值将增从而达到200 lx左右。4.6增大光源的功率.当前图书馆使用的细直管荧光灯由于功率较小所发出的光通量明显不足.要达到标准所规定的照度值，必须将经过措施(1),(2)之后(照度值达到200x)的灯具光源功率至少增加20 w，使其光通量增大1 /3，从而使照度值达到3001x左右。5 改进led照明系统需求 由于高校图书馆是人员密集的场所，室内各区域对照明的需求不尽相同。根据各区域的环境及工作特点，笔者对照明系统的控制方式提出如下需求: (1)自动调光控制:针对一般阅览室、电子阅览室、多功能室等区域日间照明时间长的特点，根据室内照度自动控制灯具的开启数量，最大限度利用自然光;同时采用时间控制，避免人为因素导致的电能浪费; (2)红外移动控制:走道和书库门口宜采用此方式，人来灯亮，人离开后延时关闭，以节约能源; (3)区域场景控制:合理的区域划分能有效地节约能源，通过编程可改变各区域的光照度，以适应各种场合的不同场景需求。如多媒体教室设置为会议状态、多媒体上课状态、打扫卫生状态等多种场景模式。 然而，目前的控制方式完全需要依靠人工管理才能实现，无法根据需求自动开、关照明设备，因而要想实现上述需求，需要借助于智能照明控制系统。 智能照明系统一般由传感器(如光纤感应器、面板开关)、执行器(如调光电子镇流器)、网络通信单元(路由器、中继器等)、辅助单元(如电源、导轨)等组成(见图2)，遵循统一的网络协议，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间、不同环境的光亮进行精确设置和合理管理。5.1智能照明控制原理 之前所提及的自然调光控制需求，就是利用传感器将采集到的照度信息转变成某种信号通过网络层再传递给执行器，执行器根据当前照度来判断是否控制室内灯具的开闭，同时通过逻辑判断，控制开启灯具的数量;同理，其余3种需求也是通过传感器将时钟信号、位移信号或场景信号传递给执行器来实现不同的控制(见图3)，在此不再赘述。 以普通阅览室为例，在图4中所示的位置安装照度传感器，分别检测室外和室内不同位置的光线强弱，调节对应光源的强度。例如:传感器a检测的结果会影响a区域，传感器b的采样结果同理会影响b区域。依此类推，靠近窗户的区域与远离窗户的区域的照度都可以通过传感器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，也延长了灯具的使用寿命。此外，还可以在不同位置安装一定数量的时间控制器。如果在下班时间有部分灯具由于人为因素没有关闭，超过一定的时限，系统则默认关闭所有灯具。这一控制方式尤其适用于工作区。采用智能照明系统，全天的照明消耗可作如下估算(普通阅览室): (1)上午:由于早晨8: 00-9: 00室内光线较弱，可以点亮室内近30%的灯;9: 30-12: 00期间，通常光线较强，无需点亮光源。(2)中午:根据该图书馆日常作息习惯，12:00-13:30为体息时间，工作人员大多外出就餐或体息，系统执行时间控制，将阅览室内光源全部关闭，能耗为0 (3)下午:13: 30-16: 30期间，外界自然光充足，可以不用点亮光源。16: 30-17: 30，室内距离窗户较远的位置需要开启灯具增加照度，至多点亮50%的光源。(4)晚上:通常19: 30-22: 30期间光线越来越弱，因此，需要开启的灯具数量也逐渐增加，照度也将达到最大。 根据相关人员对普通阅览室的试验统计，采用智能照明系统后，阅览室内的灯具日平均照明时间由原先的8h缩短为6.5 h;5.2节能量计算5.2.1当前控制方式下照明负荷计算 目前普通阅览室采用均匀的灯具布置方法，每盏灯横向间距1 200 mm，纵向间距1 500 mm。该阅览室总面积约300 mz，有100盏荧光灯，单套灯具总功率为36 w，镇流器能耗占2w。根据公式(1)计算此区域照明功率密度值lpd得: 如果每天该阅览室开放时间为loh，正常情况下灯具大约有7 -9 h的开启时间，这里以平均每天8h计算，则每天消耗的电量约为:5.2.2采用节能方案运行后照明负荷计算 节能方案采用高效灯具和智能控制系统相结合的方式，以此为前提，基于3.1的方案，更换灯具后该阅览室照明功率密度值lpd为(灯管功率28 w电子镇流器功率1w): 另外，根据3.2.1所提出需求，采用智能照明系统后，安装在特殊位置的传感器会根据自然光线的强弱和上下班状态来自动调节灯具的开启数量，将阅览室内的照度控制在合理的范围内，从而单套灯具的平均日开启时间由8h缩短为6.5 h，从而每天消耗的电量约为:5.2.3计算结果比较 综上所述，在采用节能方案后，理论上阅览室内的照明功率密度将由原来的12.7 w/mz减少到9.7 mz,每平方米照明能耗节约量考虑到充分利用自然光后减少的照明时间，预计全天可节省电量，节约率高达38%6结语 要获得理想的照明方式，以目前的荧光灯光源为主的照明，需要更高的造价和耗费更多的电能，这违背了低碳经济的宗旨。如果led光源灯具能够进一步提高光效，降低成本，就能以较低的能耗获得理想的照明，例如由于光源与灯具的紧凑，我们可以在天花上安装灯具导轨，再将灯具安装于导轨之上，按不同场所的现场尺度调节灯具的位置、距离，以期获得最佳的照明效果。随着我国le d照明行业的高速发展，灯具的形式与安装方式都可能颠覆现有的方式。只有避免和解决图书馆照明中的不足之处，才能