安全人機(jī)工程課程設(shè)計(jì)

1、 河南城建學(xué)院安全人機(jī)工程學(xué)課程設(shè)計(jì)班 級(jí) 專(zhuān) 業(yè) 課程名稱(chēng) 安全人機(jī)工程 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 楊 市政與環(huán)境工程學(xué)院2015年6月前 言河南城建學(xué)院圖書(shū)館是一個(gè)專(zhuān)業(yè)性的高校圖書(shū)館。始建于1985年，1992年建成4178平方米的圖書(shū)館樓，1999年建成計(jì)算機(jī)局域網(wǎng), 實(shí)現(xiàn)了采訪、編目、流通的自動(dòng)化管理，2000年建成電子閱覽室，開(kāi)始為讀者提供了更為豐富的信息服務(wù)。2006年2月投入使用的新校區(qū)圖書(shū)館建筑面積23000平方米，是一個(gè)大開(kāi)放大流通、館藏資源多樣化、特色化，融傳統(tǒng)圖書(shū)與數(shù)字資源于一體的現(xiàn)代化復(fù)合圖書(shū)館。一個(gè)合理舒適的照明環(huán)境，會(huì)把人留在圖書(shū)館的時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)人的視覺(jué)健康也能起到

2、積極的作用。1975年，國(guó)際圖書(shū)館協(xié)會(huì)和機(jī)構(gòu)聯(lián)合會(huì)在法國(guó)里昂召開(kāi)的圖書(shū)館職能科學(xué)討論會(huì)確認(rèn)了現(xiàn)代圖書(shū)館具有保存人類(lèi)文化遺產(chǎn)、進(jìn)行社會(huì)教育、傳遞科學(xué)情報(bào)、開(kāi)發(fā)智力資源等主要的社會(huì)職能。書(shū)店在法國(guó)里昂召開(kāi)的圖書(shū)館職能科學(xué)討論會(huì)確認(rèn)了現(xiàn)代圖書(shū)館具有保存人類(lèi)文化遺產(chǎn)、進(jìn)行社會(huì)教育、傳遞科學(xué)情報(bào)、開(kāi)發(fā)智力資源等主要的社會(huì)職。也就可以這么說(shuō):圖書(shū)館的照明要與保存人類(lèi)文化遺產(chǎn)、進(jìn)行社會(huì)教育、傳遞科學(xué)情報(bào)、開(kāi)發(fā)智力資源等功能相適應(yīng)。大學(xué)圖書(shū)館是大學(xué)生讀書(shū)學(xué)習(xí)的重要場(chǎng)所，圖書(shū)館的照明質(zhì)量對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和視覺(jué)健康有著重要的影響，探討我國(guó)的建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖書(shū)館照明的要求和實(shí)際中存在的不足，提出解決方式，保護(hù)大學(xué)生

3、的視覺(jué)健康具有現(xiàn)實(shí)意義。 目 錄1圖書(shū)館建筑對(duì)照明環(huán)境的要求11.1館藏區(qū)1 1.2閱覽區(qū)11.3工作區(qū)12圖書(shū)館建筑現(xiàn)有照明標(biāo)準(zhǔn)12.1照度22.2眩光22.3一般顯色指數(shù)23 調(diào)整圖書(shū)館建筑照明設(shè)計(jì)的方法33.1在源頭上考慮解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)方與使用方充分溝通。34 改進(jìn)LED照明系統(tǒng)需求44.1智能照明控制原理54.2節(jié)能量計(jì)算75結(jié)語(yǔ)86參考文獻(xiàn)91圖書(shū)館建筑對(duì)照明環(huán)境的要求 圖書(shū)館建筑是一種具有特殊功能的建筑，其基本職能是保存文獻(xiàn)資料和提供這些文獻(xiàn)資料的使用。圖書(shū)館的社會(huì)職能也是隨著時(shí)代的進(jìn)步而發(fā)展的。照明的合理性是依據(jù)建筑空間的功能性不同而不同的，不同的空間對(duì)光環(huán)境有著獨(dú)特的要求。 1

4、.1館藏區(qū)主要從保護(hù)書(shū)籍與適合查找的角度考慮。與書(shū)店的書(shū)架擺放圖書(shū)不同，書(shū)店的圖書(shū)是流動(dòng)的，圖書(shū)在書(shū)架上的時(shí)間相對(duì)較短，圖書(shū)館的圖書(shū)位置相對(duì)固定，在固定位置上的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，部分圖書(shū)資料更長(zhǎng)。一般要求避免陽(yáng)光直射，光線長(zhǎng)期照射會(huì)影響?zhàn)^藏書(shū)籍文獻(xiàn)資料，對(duì)光源光譜分布要求較高;選用的光源的光譜應(yīng)盡可能都在人眼可接受范圍內(nèi)，避免使用紫外線與紅外線輻射較多的光源;無(wú)陰影暗區(qū)、對(duì)顯色性要求不是很高;溫度、濕度、光照度適宜。 1.2閱覽區(qū) 主要從適合閱讀，保護(hù)視力的角度考慮。在此區(qū)域讀者的用眼時(shí)間很長(zhǎng)，用眼方式、姿態(tài)相對(duì)固定，容易產(chǎn)生視疲勞。一般要求光環(huán)境寬敞明亮、光源無(wú)頻閃、無(wú)眩光、無(wú)陰影暗區(qū)以及光源顯

5、色性好。 1.3工作區(qū) 主要適合各種工作操作的角度考慮。使用電腦設(shè)備較多，要注意避免燈具反射眩光干擾。較高和較均勻的照度，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的工作有積極健康的影響。 現(xiàn)代圖書(shū)館的“大空間、流閱一體、電子化”對(duì)光環(huán)境又提出了新的要求:圖書(shū)館的光環(huán)境還要適合電子資源的收藏和讀者使用電腦等設(shè)備，這方而主要體現(xiàn)在對(duì)眩光的控制要求較高。人們希望在一個(gè)舒適、明亮、健康的光環(huán)境里工作、學(xué)習(xí)和生活，因此，圖書(shū)館建筑的光環(huán)境對(duì)圖書(shū)館功能的實(shí)現(xiàn)和服務(wù)的效果有著重要影響。2圖書(shū)館建筑現(xiàn)有照明標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)現(xiàn)有圖書(shū)館，普遍存在照度不足的缺陷。按照中華人民共和國(guó)建設(shè)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2004年6月18聯(lián)合發(fā)布、2004

6、年12月1日實(shí)施的建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)( GB 20034-2004)，圖書(shū)館建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表1 根據(jù)表1列出的項(xiàng)目與數(shù)據(jù)可知，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖書(shū)館的照明設(shè)計(jì)要求主要有三個(gè)考量指標(biāo):照度、眩光和顯色指數(shù)。這里簡(jiǎn)單介紹一下這幾個(gè)概念。 2.1照度(illuminanc:符號(hào)為E，單位為勒克斯lx)，即俗稱(chēng)的夠不夠亮，是決定人眼看不看得清楚的指標(biāo)，但不是指亮度。照度與被照物的材質(zhì)、色彩無(wú)關(guān)，不依賴(lài)于人眼的視覺(jué)感受。亮度則是單位投影而積上的發(fā)光強(qiáng)度，依賴(lài)于被照物的材質(zhì)特性和固有色彩。是人眼的視覺(jué)感受的量。同一照度下，不同的物體給人的亮度感受是不同的，對(duì)于視覺(jué)識(shí)別對(duì)象、識(shí)別的物體和細(xì)節(jié)(如需識(shí)別的點(diǎn)、線、傷痕、

7、污點(diǎn)等)、復(fù)雜多樣的場(chǎng)所，無(wú)法作為設(shè)計(jì)的參考量，而是以照度作為設(shè)計(jì)的參考量川。 2.2眩光(glare )，即俗稱(chēng)的刺眼不刺眼，影響人的視覺(jué)舒適性的指標(biāo)。眩光是指由于視野中的亮度分布或亮度范圍的不適宜，或存在極端的對(duì)比，以致引起不舒適的感覺(jué)或降低觀察細(xì)部或目標(biāo)的能力的視覺(jué)現(xiàn)象川。 度量圖書(shū)館的眩光，一般采用統(tǒng)一眩光值(UGR)度量，UGR是度量處于視覺(jué)環(huán)境中的照明裝置發(fā)出的光對(duì)人眼引起的不舒適感主觀反應(yīng)的心理參量，是一個(gè)抽象的概念值，其值可按CIE統(tǒng)一眩光值公式計(jì)算得到。根據(jù)眩光的度量特性，在圖書(shū)館的照明設(shè)計(jì)中，燈具的配光曲線、燈具的樣式以及燈具的排布方式都是很重要的。 2.3一般顯色指數(shù)(g

8、eneral color rendering in-dex)，即一般人所說(shuō)的能不能分得清顏色的指標(biāo)。是指八個(gè)一組色試樣的CIE 1974特殊顯色指數(shù)的平均值，通稱(chēng)顯色指數(shù)。符號(hào)為Ra Ra標(biāo)準(zhǔn)值(最高值)為100，按標(biāo)準(zhǔn)4.4.2項(xiàng)規(guī)定:長(zhǎng)期工作或停留的房間或場(chǎng)所，照明光源的顯色指數(shù)(Ra)不宜小于80。這就說(shuō)明圖書(shū)館的燈具選用或更換光源，其一般顯色指數(shù)Ra必須達(dá)到80這一指標(biāo)，才能有益于讀者的長(zhǎng)期視覺(jué)識(shí)別行為。3 調(diào)整圖書(shū)館建筑照明設(shè)計(jì)的方法 3.1在源頭上考慮解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)方與使用方充分溝通。嚴(yán)格按照建筑設(shè)計(jì)方的圖紙，選用與之大小尺寸、位置完全一致的書(shū)架書(shū)桌擺放，這對(duì)設(shè)計(jì)師的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)有很高

9、的要求，室內(nèi)效果有保障，不足的是使用過(guò)程中不能靈活調(diào)整。一般采用以下兩種布燈方式: 照明方式A:燈具安裝在通道上方，燈具間距與桌子距離一致。這種裝燈方式對(duì)燈具的配光要求較高，燈具主要的光通要偏向兩側(cè)桌而的位置。目前大多數(shù)的這樣安裝的燈具并沒(méi)有采用圖中所示的配光，需要設(shè)計(jì)師選擇合理配光的燈具(見(jiàn)圖3). 照明方式B:燈具安裝在桌而上方，燈具間距與桌子距離一致。這種裝燈方式對(duì)燈具的配光要求較低，大多數(shù)燈具都能適用。關(guān)鍵是燈具總是在桌而中心上方，桌子而必須較寬，這樣書(shū)寫(xiě)時(shí)不會(huì)被自身的陰影遮擋(見(jiàn)圖4)。4 改進(jìn)LED照明系統(tǒng)需求 由于高校圖書(shū)館是人員密集的場(chǎng)所，室內(nèi)各區(qū)域?qū)φ彰鞯男枨蟛槐M相同。根據(jù)各

10、區(qū)域的環(huán)境及工作特點(diǎn)，筆者對(duì)照明系統(tǒng)的控制方式提出如下需求: (1)自動(dòng)調(diào)光控制:針對(duì)一般閱覽室、電子閱覽室、多功能室等區(qū)域日間照明時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，根據(jù)室內(nèi)照度自動(dòng)控制燈具的開(kāi)啟數(shù)量，最大限度利用自然光;同時(shí)采用時(shí)間控制，避免人為因素導(dǎo)致的電能浪費(fèi); (2)紅外移動(dòng)控制:走道和書(shū)庫(kù)門(mén)口宜采用此方式，人來(lái)燈亮，人離開(kāi)后延時(shí)關(guān)閉，以節(jié)約能源; (3)區(qū)域場(chǎng)景控制:合理的區(qū)域劃分能有效地節(jié)約能源，通過(guò)編程可改變各區(qū)域的光照度，以適應(yīng)各種場(chǎng)合的不同場(chǎng)景需求。如多媒體教室設(shè)置為會(huì)議狀態(tài)、多媒體上課狀態(tài)、打掃衛(wèi)生狀態(tài)等多種場(chǎng)景模式。 然而，目前的控制方式完全需要依靠人工管理才能實(shí)現(xiàn)，無(wú)法根據(jù)需求自動(dòng)開(kāi)、關(guān)照

11、明設(shè)備，因而要想實(shí)現(xiàn)上述需求，需要借助于智能照明控制系統(tǒng)。 智能照明系統(tǒng)一般由傳感器(如光纖感應(yīng)器、面板開(kāi)關(guān))、執(zhí)行器(如調(diào)光電子鎮(zhèn)流器)、網(wǎng)絡(luò)通信單元(路由器、中繼器等)、輔助單元(如電源、導(dǎo)軌)等組成(見(jiàn)圖2)，遵循統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對(duì)不同時(shí)間、不同環(huán)境的光亮進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理。4.1智能照明控制原理 之前所提及的自然調(diào)光控制需求，就是利用傳感器將采集到的照度信息轉(zhuǎn)變成某種信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層再傳遞給執(zhí)行器，執(zhí)行器根據(jù)當(dāng)前照度來(lái)判斷是否控制室內(nèi)燈具的開(kāi)閉，同時(shí)通過(guò)邏輯判斷，控制開(kāi)啟燈具的數(shù)量;同理，其余3種需求也是通過(guò)傳感器將時(shí)鐘信號(hào)、位移信號(hào)或場(chǎng)景

12、信號(hào)傳遞給執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的控制(見(jiàn)圖3)，在此不再贅述。 以普通閱覽室為例，在圖4中所示的位置安裝照度傳感器，分別檢測(cè)室外和室內(nèi)不同位置的光線強(qiáng)弱，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)光源的強(qiáng)度。例如:傳感器a檢測(cè)的結(jié)果會(huì)影響a區(qū)域，傳感器b的采樣結(jié)果同理會(huì)影響b區(qū)域。依此類(lèi)推，靠近窗戶的區(qū)域與遠(yuǎn)離窗戶的區(qū)域的照度都可以通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)不同程度的調(diào)節(jié)。這樣的控制方式充分利用了室內(nèi)的自然光，節(jié)約了電能，也延長(zhǎng)了燈具的使用壽命。此外，還可以在不同位置安裝一定數(shù)量的時(shí)間控制器。如果在下班時(shí)間有部分燈具由于人為因素沒(méi)有關(guān)閉，超過(guò)一定的時(shí)限，系統(tǒng)則默認(rèn)關(guān)閉所有燈具。這一控制方式尤其適用于工作區(qū)。采用智能照明系統(tǒng)，全天的照明消耗可作

13、如下估算(普通閱覽室): (1)上午:由于早晨8: 00-9: 00室內(nèi)光線較弱，可以點(diǎn)亮室內(nèi)近30%的燈;9: 30-12: 00期間，通常光線較強(qiáng)，無(wú)需點(diǎn)亮光源。(2)中午:根據(jù)該圖書(shū)館日常作息習(xí)慣，12:00-13:30為體息時(shí)間，工作人員大多外出就餐或體息，系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間控制，將閱覽室內(nèi)光源全部關(guān)閉，能耗為0 (3)下午:13: 30-16: 30期間，外界自然光充足，可以不用點(diǎn)亮光源。16: 30-17: 30，室內(nèi)距離窗戶較遠(yuǎn)的位置需要開(kāi)啟燈具增加照度，至多點(diǎn)亮50%的光源。(4)晚上:通常19: 30-22: 30期間光線越來(lái)越弱，因此，需要開(kāi)啟的燈具數(shù)量也逐漸增加，照度也將達(dá)到最

14、大。 根據(jù)相關(guān)人員對(duì)普通閱覽室的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，采用智能照明系統(tǒng)后，閱覽室內(nèi)的燈具日平均照明時(shí)間由原先的8h縮短為6.5 h;4.2節(jié)能量計(jì)算4.2.1當(dāng)前控制方式下照明負(fù)荷計(jì)算 目前普通閱覽室采用均勻的燈具布置方法，每盞燈橫向間距1 200 mm，縱向間距1 500 mm。該閱覽室總面積約300 mZ，有100盞熒光燈，單套燈具總功率為36 W，鎮(zhèn)流器能耗占2W。根據(jù)公式(1)計(jì)算此區(qū)域照明功率密度值LPD得: 如果每天該閱覽室開(kāi)放時(shí)間為lOh，正常情況下燈具大約有7 -9 h的開(kāi)啟時(shí)間，這里以平均每天8h計(jì)算，則每天消耗的電量約為:4.2.2采用節(jié)能方案運(yùn)行后照明負(fù)荷計(jì)算 節(jié)能方案采用高效燈具和

15、智能控制系統(tǒng)相結(jié)合的方式，以此為前提，基于3.1的方案，更換燈具后該閱覽室照明功率密度值LPD為(燈管功率28 W電子鎮(zhèn)流器功率1w): 另外，根據(jù)3.2.1所提出需求，采用智能照明系統(tǒng)后，安裝在特殊位置的傳感器會(huì)根據(jù)自然光線的強(qiáng)弱和上下班狀態(tài)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈具的開(kāi)啟數(shù)量，將閱覽室內(nèi)的照度控制在合理的范圍內(nèi)，從而單套燈具的平均日開(kāi)啟時(shí)間由8h縮短為6.5 h，從而每天消耗的電量約為:4.2.3計(jì)算結(jié)果比較 綜上所述，在采用節(jié)能方案后，理論上閱覽室內(nèi)的照明功率密度將由原來(lái)的12.7 W/mZ減少到9.7 mZ,每平方米照明能耗節(jié)約量考慮到充分利用自然光后減少的照明時(shí)間，預(yù)計(jì)全天可節(jié)省電量，節(jié)約率高達(dá)

16、38%。5結(jié)語(yǔ) 要獲得理想的照明方式，以目前的熒光燈光源為主的照明，需要更高的造價(jià)和耗費(fèi)更多的電能，這違背了低碳經(jīng)濟(jì)的宗旨。如果LED光源燈具能夠進(jìn)一步提高光效，降低成本，就能以較低的能耗獲得理想的照明，例如由于光源與燈具的緊湊，我們可以在天花上安裝燈具導(dǎo)軌，再將燈具安裝于導(dǎo)軌之上，按不同場(chǎng)所的現(xiàn)場(chǎng)尺度調(diào)節(jié)燈具的位置、距離，以期獲得最佳的照明效果。隨著我國(guó)LE D照明行業(yè)的高速發(fā)展，燈具的形式與安裝方式都可能顛覆現(xiàn)有的方式。只有避免和解決圖書(shū)館照明中的不足之處，才能提高圖書(shū)館的照明質(zhì)量，有利于大學(xué)生在圖書(shū)館長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)，也有利于大學(xué)生的視覺(jué)健康。節(jié)約能源為目的，保證良好的照明效果為前提，提出更

17、換高效節(jié)能燈具和建立智能照明控制系統(tǒng)兩種節(jié)能措施，通過(guò)對(duì)普通閱覽室改造前后的照明負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了節(jié)能措施的良好效果。展望未來(lái)，今后的節(jié)能工作，建議作如下思考: (1)消防聯(lián)動(dòng)。智能照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)備上均設(shè)計(jì)有消防聯(lián)動(dòng)接口，火災(zāi)時(shí)可強(qiáng)行點(diǎn)亮應(yīng)急照明以達(dá)到消防要求，實(shí)現(xiàn)集中、自動(dòng)控制; (2)加快新能源、新技術(shù)的使用。利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電和白光LED照明技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池與市電互補(bǔ)供電，有效降低圖書(shū)館室外夜間照明能耗。6參考文獻(xiàn)1GBJ 133-1990，民用建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范S.2住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，教育部.高等學(xué)校節(jié)約性校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則(試行)L建科200889號(hào)2008-OS-13.3王興強(qiáng).南京圖書(shū)館智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.低壓電器，2008,8(4):62-674王希文.智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討J.低壓電器，2009,6(3):12-14.5莊青.圖書(shū)館照明節(jié)能的技術(shù)與手段.圖書(shū)館理淪與實(shí)踐,2010,6(5):32-336l菲利普PHILIPS照明技術(shù)手