光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告引言

在人類上萬(wàn)年的進(jìn)化之中，太陽(yáng)光為人類的生存與活動(dòng)提供了功不可沒的幫助。早期，全世界對(duì)于光纖式太陽(yáng)光照明產(chǎn)品的投入開發(fā)還沒有得到普及，只有日本的LaForet公司在早期推出了應(yīng)用在地下交通設(shè)施等區(qū)域的基于光導(dǎo)纖維的太陽(yáng)光照明產(chǎn)品，一時(shí)間引起了熱議，同時(shí)也促進(jìn)了世界對(duì)光纖式太陽(yáng)光照明產(chǎn)品的研究。后來美國(guó)也嘗試開展相關(guān)研究，以期降低室內(nèi)照明的供電壓力，這一研究成果預(yù)計(jì)能夠每年節(jié)約2.3億度電。隨著這些項(xiàng)目的開發(fā)與推廣，我國(guó)也開始投入了資金和成本，不過目前對(duì)于光纖式太陽(yáng)光照明系統(tǒng)的研發(fā)整體處于初級(jí)階段，仍需加緊研發(fā)。

一、光纖天然采光日間照明系統(tǒng)的原理介紹

光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)，主要是把光纖技術(shù)與太陽(yáng)光利用技術(shù)兩者合二為一，通過相關(guān)的聚光組件聚集陽(yáng)光，再利用光纖把陽(yáng)光引入到室內(nèi)或者其他需要照明的地方進(jìn)行照明，這其中減少了對(duì)于電力、熱能等轉(zhuǎn)化的過程，使得太陽(yáng)光有了更大程度上的利用率。其主要方式就是先聚焦太陽(yáng)光，再通過光纖傳送到燈頭，然后輸出為照明光源。一般整個(gè)光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)是由三個(gè)部分組成的，包括了聚光裝置———太陽(yáng)光集光機(jī)、導(dǎo)光裝置———光導(dǎo)纖維光纜、散射裝置———光線投射器。

本文以最常見的光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)為例，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

其一，集光機(jī)。主要作用就是將太陽(yáng)光收集起來。它是由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是聚光組件和太陽(yáng)光跟蹤傳感器，主要是利用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)使，然后用丙烯樹脂材料做成覆蓋材料;另一個(gè)是控制器。首先集光機(jī)上面裝置的太陽(yáng)光跟蹤傳感器對(duì)太陽(yáng)位置進(jìn)行探測(cè)，接著它把信號(hào)傳遞到控制電路上，然后控制驅(qū)動(dòng)相關(guān)的電機(jī)設(shè)備，最后帶動(dòng)集光機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的追蹤以及對(duì)正，保證對(duì)太陽(yáng)光的百分百收集。

其二，光導(dǎo)纖維光纜。它的作用比較簡(jiǎn)單，就是把集光機(jī)收集到的太陽(yáng)光傳送到下一個(gè)部分上。較為常見的光纖是由纖芯、內(nèi)外兩個(gè)保護(hù)層組成的。收集到的陽(yáng)光通過纖芯往內(nèi)部傳送，同時(shí)，包裹材料和纖芯的材料是不同的，能夠有效地保證陽(yáng)光在纖芯中的傳遞中是“零損耗”的。所以這就要求纖芯材料必須有足夠的質(zhì)量。其中石英光纖對(duì)于光線的利用率高達(dá)一半以上，是國(guó)際上公認(rèn)的最好的材料。但是由于成本高昂，在現(xiàn)代技術(shù)中采用較多的還是塑料和玻璃。

其三，光線照射器。一般經(jīng)過集光機(jī)收集到的光線，經(jīng)過光纖往出射端傳送時(shí)，普遍以58度角向外照射。但是這個(gè)有一個(gè)缺點(diǎn)，就是出光端的亮度極高，而光線散發(fā)出來后就變得比較灰暗了。為了改善這一缺點(diǎn)，人們一般會(huì)在終端位置安裝不同的照射器，不僅能夠保持終端穩(wěn)定，保護(hù)終端少受磨損，還可以有效地將光線散開。

二、光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）為建筑物無(wú)法接受陽(yáng)光的地方提供光源

近年來，人們不再滿足于平行空間的生存，因此建筑物開始逐步向下延伸，并且為了降低成本，無(wú)窗化格局也逐步增多，所以在技術(shù)上追求高效率，同時(shí)也逐步關(guān)注了人性化空間的改造。

光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)就可以滿足下沉式、無(wú)窗式的空間的照明需求。這種系統(tǒng)所傳送的光與太陽(yáng)光是一樣的，可以幫助人們?cè)诎滋旄惺艿皆缰型淼淖兓?，能夠讓人們的生活更加?guī)律化，滿足大家對(duì)于陽(yáng)光的需求。同時(shí)也能夠有效降低能耗。清華大學(xué)超低能耗示范樓就能夠帶給人們這樣的體驗(yàn)。

（二）改善室內(nèi)活動(dòng)空間的光環(huán)境

目前各大城市勞動(dòng)人群每天超過百分之八十的時(shí)間是在室內(nèi)工作、生活的，大量的室內(nèi)活動(dòng)辦公空間時(shí)刻刻都需要人工電燈泡的照明，而這些人工照射光源無(wú)論是照射光色還是照射頻率都很難完全達(dá)到其對(duì)人眼的舒適接受程度。這樣下去很容易使得眼睛產(chǎn)生疲倦感，長(zhǎng)期以往下去很容易產(chǎn)生眼疾。所以利用光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)可以有效解決這一問題，讓人們獲得更好地工作及生活體驗(yàn)。這樣不僅能夠有效改善室內(nèi)活動(dòng)空間的光環(huán)境，還可以明顯提高工作效率，生活水平。并且人們還不需要擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)太陽(yáng)光長(zhǎng)久照射下的硬裝、軟裝等物品出現(xiàn)褪色問題。在夏天，系統(tǒng)產(chǎn)生的光源也不會(huì)讓空調(diào)有額外的負(fù)擔(dān)。更有數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備開啟之后，室內(nèi)的光環(huán)境質(zhì)量有了明顯提升。

（三）享受室內(nèi)日光浴

上一節(jié)談到的系統(tǒng)能夠改善室內(nèi)光環(huán)境，是因?yàn)橄到y(tǒng)在光線導(dǎo)入時(shí)已經(jīng)很好地過濾了紫外線、紅外線等有害光線，散播出來的都是安全健康的太陽(yáng)光。這種形式下的光源能夠讓人們足不出戶地享受日光浴，并且不必?fù)?dān)心傳統(tǒng)日光浴帶來的傷害，對(duì)于皮膚、眼睛等有很好的保護(hù)作用。所以光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)現(xiàn)在也被廣泛運(yùn)用到了老年公寓、醫(yī)院病房、美容院等地方。

（四）室內(nèi)種植物改善綠色環(huán)境

室內(nèi)大量種植綠色植物，可以呈現(xiàn)出自然綠色的室內(nèi)環(huán)境，能夠有效地改善身心健康。目前通過光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)把室外太陽(yáng)光直接導(dǎo)入室內(nèi)，使在整個(gè)建筑內(nèi)部大量種植綠色植物已經(jīng)成為一種可能。例如，某酒店中庭種植的室內(nèi)植物在光導(dǎo)纖維式天然采光日間照明系統(tǒng)的照射下茁壯成長(zhǎng)，成為了一個(gè)“網(wǎng)紅”打卡地。

總結(jié)