自然光光导照明系统在建筑采光中的应用

自然光光导照明系统在建筑采光中的应用

1自然光照明—引言自然光光引导光是20世纪80年代末在国外广泛使用的一种新照明装置。照明装置可以提供白天照明，从而减少传统能源造成的污染。从室外吸收的天然光线可以通过特殊的传输和分配，并将其引入需要照明的特定场所，以获得必要的自然光照明的特殊效果。这是一种绿色、节能、环保的新型照明产品。2自然光束照明系统的原理和结构2.1导光装置的安装自然光光导照明系统通过采光装置聚集室外的自然光线并导入系统内部,再经过特殊制作的导光装置强化与高效传输后,由系统底部的漫射装置把自然光线均匀导入到室内任何需要光线的地方。从黎明到黄昏,甚至是雨天或阴天,该照明系统导入室内的光线都十分充足。2.2光导照明系统的组成自然光光导照明系统主要由三部分组成:采光装置、导光装置、漫射装置,其结构原理如图1(圆形光导照明系统)、图2(方形光导照明系统)所示。2.2.1紫外线上光技术采光装置外形美观,规格多样,由PC工程塑料特殊加工制成,外表面用UV涂料紫外线上光工艺处理,装置耐磨,有良好的隔热、隔音性能,耐紫外线照射,透光性强,采光效率高,不易破碎,重量轻,燃烧时不释放有毒物质,离火自熄,是一种既安全又不污染环境的绿色产品。外观样式主要有:半球形,钻石形和方形(见图3)。2.2.2高反射率光导管传输的特点主要由光导管与弯管组成(见图4)。光导管是由特殊材质制作的,具有超强反射和汇聚日光的作用。随着科技的进步,光导管材料制作工艺不断提高,材料的反射率也不断增大,现在国内外普遍使用的光导管材料反射率在0.92~0.99之间。但是光在不同反射率材料的光导管内传输时,其传输效果是不一样的(如图5),经过n次反射后,反射率高的光强剩余量大。所以选择高反射率的材料制作光导管与弯管,其传输效率相对比较高。另外,光导管对材料的全反射率稳定性也有一定的要求。光在光导管中传输时,光线主要分成两部分:(1)反射光线;(2)透射光线。光导管的材料必须满足全反射率比较高,且相对稳定的要求,如图6所示。自然光线的波长范围在400~800nm之间,MIRO-SILVER材料的光导管全反射率高且相对稳定,所以适合作为传输自然光的光导管。光导管与弯管连接能自由弯曲和转动,可以将室外自然光线导向室内需要光线的地方,且重量轻,固定和安装方便。2.2.3浚石砂的制备由PC工程塑料特殊加工制成,具有良好的透光性、漫射均匀性、不易自燃且离火自熄,并具有极好的隔热和隔音功效;外形美观,规格多样,可分为:磨砂型、颗粒型、钻石型、半圆型、方型等多种;漫射器透过率可以根据用户不同的需求制定,可以在0.8~0.95范围内变动。3国内自然光导照明系统的研究与探索目前,自然光光导照明在国内外很受欢迎,应用于建筑采光中的白天照明产品更是倍受关注。在国外许多跨国公司生产这种产品,如英国的蒙诺加特(Monodraught)公司、加拿大的索乐图(Solatube)公司、美国的欧德(ODL)公司等,产品广泛应用于体育场馆、学校、国防军事、地下空间、医院、疗养中心、商场超市、工业厂房、展览馆、动物园、海洋馆、办公场所、监狱、物流中心、港口、机场、火车站、地铁、轻轨、移动房、酒店、住宅、别墅、高级会馆等场所。在国内,从21世纪初,一些科研院所和企业就从事类似的自然光光导管照明的研究。其中,以北京东方风光新能源技术有限公司发展较快,在国外的技术经验基础上,经过几年的努力,开发研制出自主品牌——亿特威系列自然光导照明系统,开创了我国自然光导照明系统的新局面。自然光光导照明相对于侧窗采光、天窗以及电力照明,都有很大优势。下面主要从与电力照明、侧窗采光和采光天窗的照明效果对比上,来说明自然光光导照明在建筑采光中的应用与前景。3.1自然光光导照明系统图8表示的是直径为330mm的自然光光导照明系统在夏季某一阴天下,输出的照明效果与白炽灯照明的对比。从上面的曲线图可知:从黎明到黄昏,甚至是雨天或阴天,自然光光导照明系统导入室内的光线仍然十分充足,可以提供8小时以上的白天室内照明,从而可以减少白天室内电耗,有效缓解电力照明用电的紧张局面。而电力照明却会给室内带来一定的热负荷效应,提高能源消耗。另外,自然光光导照明出射光为全色光,光线柔和,照度分布均匀,显色性好且属于低频率的频闪光,光谱连续分布在人眼可见范围内,所以不仅视觉效果好,而且长时间观察不易疲劳。大量的实验证明:自然光照明条件下的视觉对比灵敏度高于电力照明5%~20%以上。3.2侧窗光照导照明系统改进设计侧窗采光随着与窗距离的增加室内照度显著降低,如图9所示,窗口处的照度值与房间最深处的照度值之比大于5:1,视野内过大的照度对比容易引起不舒适感。侧窗采光受周围建筑的影响很大,且过大的采光面积会对室内温度造成一定的影响,还不易调光。而自然光光导照明就不会出现上述情况,采光装置大量采集自然光线,导光装置强化并高效传输光线,漫射装置均匀漫射光线,使照明系统出射光线均匀无眩光且亮度大。另外光导照明系统配调光装置,可根据用户需求很方便地进行调节。3.3光光导照明的特点由图10可知,采光天窗受光线入射角的影响很大,随着光线入射角的变化,照射面大小及位置相应改变,且易产生局部聚光现象;而自然光光导照明不会因光线入射角的变化而改变,且照射面积大,出射光线均匀,无眩光,不会产生局部聚光现象。采光天窗受室内吊顶结构及传输距离的限制,采光面积相对比较大,导致安装和防水不易处理;而自然光光导照明根据不同的屋面有不同的安装方法及防水措施,不受室内吊顶结构等的影响。在光线传输方面,小孔径自然光光导照明传输距离可达10m左右,大孔径的自然光光导照明传输距离可达20m以上。4太阳能的高效利用自然光光导照明应用于建筑采光中可以取得良好的经济效益和社会效益,可以有效地减少白天的照明电耗,充分利用太阳能。自然