自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)在建筑采光中的應(yīng)用

自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)在建筑采光中的應(yīng)用

1自然光照明—引言自然光光引導(dǎo)光是20世紀(jì)80年代末在國(guó)外廣泛使用的一種新照明裝置。照明裝置可以提供白天照明，從而減少傳統(tǒng)能源造成的污染。從室外吸收的天然光線可以通過特殊的傳輸和分配，并將其引入需要照明的特定場(chǎng)所，以獲得必要的自然光照明的特殊效果。這是一種綠色、節(jié)能、環(huán)保的新型照明產(chǎn)品。2自然光束照明系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)2.1導(dǎo)光裝置的安裝自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)通過采光裝置聚集室外的自然光線并導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部,再經(jīng)過特殊制作的導(dǎo)光裝置強(qiáng)化與高效傳輸后,由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光線均勻?qū)氲绞覂?nèi)任何需要光線的地方。從黎明到黃昏,甚至是雨天或陰天,該照明系統(tǒng)導(dǎo)入室內(nèi)的光線都十分充足。2.2光導(dǎo)照明系統(tǒng)的組成自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)主要由三部分組成:采光裝置、導(dǎo)光裝置、漫射裝置,其結(jié)構(gòu)原理如圖1(圓形光導(dǎo)照明系統(tǒng))、圖2(方形光導(dǎo)照明系統(tǒng))所示。2.2.1紫外線上光技術(shù)采光裝置外形美觀,規(guī)格多樣,由PC工程塑料特殊加工制成,外表面用UV涂料紫外線上光工藝處理,裝置耐磨,有良好的隔熱、隔音性能,耐紫外線照射,透光性強(qiáng),采光效率高,不易破碎,重量輕,燃燒時(shí)不釋放有毒物質(zhì),離火自熄,是一種既安全又不污染環(huán)境的綠色產(chǎn)品。外觀樣式主要有:半球形,鉆石形和方形(見圖3)。2.2.2高反射率光導(dǎo)管傳輸?shù)奶攸c(diǎn)主要由光導(dǎo)管與彎管組成(見圖4)。光導(dǎo)管是由特殊材質(zhì)制作的,具有超強(qiáng)反射和匯聚日光的作用。隨著科技的進(jìn)步,光導(dǎo)管材料制作工藝不斷提高,材料的反射率也不斷增大,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外普遍使用的光導(dǎo)管材料反射率在0.92~0.99之間。但是光在不同反射率材料的光導(dǎo)管內(nèi)傳輸時(shí),其傳輸效果是不一樣的(如圖5),經(jīng)過n次反射后,反射率高的光強(qiáng)剩余量大。所以選擇高反射率的材料制作光導(dǎo)管與彎管,其傳輸效率相對(duì)比較高。另外,光導(dǎo)管對(duì)材料的全反射率穩(wěn)定性也有一定的要求。光在光導(dǎo)管中傳輸時(shí),光線主要分成兩部分:(1)反射光線;(2)透射光線。光導(dǎo)管的材料必須滿足全反射率比較高,且相對(duì)穩(wěn)定的要求,如圖6所示。自然光線的波長(zhǎng)范圍在400~800nm之間,MIRO-SILVER材料的光導(dǎo)管全反射率高且相對(duì)穩(wěn)定,所以適合作為傳輸自然光的光導(dǎo)管。光導(dǎo)管與彎管連接能自由彎曲和轉(zhuǎn)動(dòng),可以將室外自然光線導(dǎo)向室內(nèi)需要光線的地方,且重量輕,固定和安裝方便。2.2.3浚石砂的制備由PC工程塑料特殊加工制成,具有良好的透光性、漫射均勻性、不易自燃且離火自熄,并具有極好的隔熱和隔音功效;外形美觀,規(guī)格多樣,可分為:磨砂型、顆粒型、鉆石型、半圓型、方型等多種;漫射器透過率可以根據(jù)用戶不同的需求制定,可以在0.8~0.95范圍內(nèi)變動(dòng)。3國(guó)內(nèi)自然光導(dǎo)照明系統(tǒng)的研究與探索目前,自然光光導(dǎo)照明在國(guó)內(nèi)外很受歡迎,應(yīng)用于建筑采光中的白天照明產(chǎn)品更是倍受關(guān)注。在國(guó)外許多跨國(guó)公司生產(chǎn)這種產(chǎn)品,如英國(guó)的蒙諾加特(Monodraught)公司、加拿大的索樂圖(Solatube)公司、美國(guó)的歐德(ODL)公司等,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)館、學(xué)校、國(guó)防軍事、地下空間、醫(yī)院、療養(yǎng)中心、商場(chǎng)超市、工業(yè)廠房、展覽館、動(dòng)物園、海洋館、辦公場(chǎng)所、監(jiān)獄、物流中心、港口、機(jī)場(chǎng)、火車站、地鐵、輕軌、移動(dòng)房、酒店、住宅、別墅、高級(jí)會(huì)館等場(chǎng)所。在國(guó)內(nèi),從21世紀(jì)初,一些科研院所和企業(yè)就從事類似的自然光光導(dǎo)管照明的研究。其中,以北京東方風(fēng)光新能源技術(shù)有限公司發(fā)展較快,在國(guó)外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,經(jīng)過幾年的努力,開發(fā)研制出自主品牌——億特威系列自然光導(dǎo)照明系統(tǒng),開創(chuàng)了我國(guó)自然光導(dǎo)照明系統(tǒng)的新局面。自然光光導(dǎo)照明相對(duì)于側(cè)窗采光、天窗以及電力照明,都有很大優(yōu)勢(shì)。下面主要從與電力照明、側(cè)窗采光和采光天窗的照明效果對(duì)比上,來說明自然光光導(dǎo)照明在建筑采光中的應(yīng)用與前景。3.1自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)圖8表示的是直徑為330mm的自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)在夏季某一陰天下,輸出的照明效果與白熾燈照明的對(duì)比。從上面的曲線圖可知:從黎明到黃昏,甚至是雨天或陰天,自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)導(dǎo)入室內(nèi)的光線仍然十分充足,可以提供8小時(shí)以上的白天室內(nèi)照明,從而可以減少白天室內(nèi)電耗,有效緩解電力照明用電的緊張局面。而電力照明卻會(huì)給室內(nèi)帶來一定的熱負(fù)荷效應(yīng),提高能源消耗。另外,自然光光導(dǎo)照明出射光為全色光,光線柔和,照度分布均勻,顯色性好且屬于低頻率的頻閃光,光譜連續(xù)分布在人眼可見范圍內(nèi),所以不僅視覺效果好,而且長(zhǎng)時(shí)間觀察不易疲勞。大量的實(shí)驗(yàn)證明:自然光照明條件下的視覺對(duì)比靈敏度高于電力照明5%~20%以上。3.2側(cè)窗光照導(dǎo)照明系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)側(cè)窗采光隨著與窗距離的增加室內(nèi)照度顯著降低,如圖9所示,窗口處的照度值與房間最深處的照度值之比大于5:1,視野內(nèi)過大的照度對(duì)比容易引起不舒適感。側(cè)窗采光受周圍建筑的影響很大,且過大的采光面積會(huì)對(duì)室內(nèi)溫度造成一定的影響,還不易調(diào)光。而自然光光導(dǎo)照明就不會(huì)出現(xiàn)上述情況,采光裝置大量采集自然光線,導(dǎo)光裝置強(qiáng)化并高效傳輸光線,漫射裝置均勻漫射光線,使照明系統(tǒng)出射光線均勻無眩光且亮度大。另外光導(dǎo)照明系統(tǒng)配調(diào)光裝置,可根據(jù)用戶需求很方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3光光導(dǎo)照明的特點(diǎn)由圖10可知,采光天窗受光線入射角的影響很大,隨著光線入射角的變化,照射面大小及位置相應(yīng)改變,且易產(chǎn)生局部聚光現(xiàn)象;而自然光光導(dǎo)照明不會(huì)因光線入射角的變化而改變,且照射面積大,出射光線均勻,無眩光,不會(huì)產(chǎn)生局部聚光現(xiàn)象。采光天窗受室內(nèi)吊頂結(jié)構(gòu)及傳輸距離的限制,采光面積相對(duì)比較大,導(dǎo)致安裝和防水不易處理;而自然光光導(dǎo)照明根據(jù)不同的屋面有不同的安裝方法及防水措施,不受室內(nèi)吊頂結(jié)構(gòu)等的影響。在光線傳輸方面,小孔徑自然光光導(dǎo)照明傳輸距離可達(dá)10m左右,大孔徑的自然光光導(dǎo)照明傳輸距離可達(dá)20m以上。4太陽(yáng)能的高效利用自然光光導(dǎo)照明應(yīng)用于建筑采光中可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,可以有效地減少白天的照明電耗,充分利用太陽(yáng)能。自然