自然光导入照明系统林国成【摘要】阐述了主动式及被动式自然光导入照明系统的基本结构和原理；并从照明系统的设计要点、设计照度标准及系统布置三方面介绍了自然光导入照明系统的设计方法.同时从光导系统的密封、保温及光导系统导光管预留孔的施工三个角度介绍了被动式自然光导入照明系统的施工安装. 【期刊名称】《现代建筑电气》【年(卷)，期】2013(004)002【总页数】8页(P30-36,41)【关键词】节能减排照明技术启然光导入照明系统;照明设计【作者】林国成【作者单位】悉地国际设计顾问有限公司(任。【),上海200433【正文语种】中文【中图分类】TU113.50引言自然光导入照明系统是节能减排的室内辅助照明系统。无论是阳光明媚的晴天或是阴雨天，自然光导入照明系统完全能利用自然光为室内提供充分的白昼照明，并且不需要配电装置及金属导线，能够有效地节能减排。同时，将自然光导入照明技术应用于建筑采光中可以取得良好的视觉照明效果和照明节电的经济效益，改变很多建筑〃室外阳光灿烂，室内灯火辉煌”的现状。若将自然光导入照明技术与通风技术相结合，可使光导管的功能更加完善，在采光的同时使室内保持良好的自然通风，对建筑节能具有多重的积极意义。 自然光导入照明系统通过采光器、光导管、漫射器对室外阳光进行最大程度的汇集采集，并在室内实现漫射照明，从而可实现日间零耗电，大大节省日常照明用电量。它可以提供生态、健康的全光谱照明环境，可广泛应用于商业、住宅、工厂、车库、仓库、体育馆等建筑，特别适用于水下建筑及井下易燃易爆等不适宜采用电光源的场所。目前，该系统已在奥运会北京科技大学主场馆、上海世博会国家电网馆、无锡太湖大道主线隧道、同济大学教学楼及图书馆改建项目、上海陆家嘴集团竹园绿地公园地下车库、上海太阳能研究中心、荷兰大使馆官邸及厦门太古可口可乐饮料公司厂房等工程中成功应用，取得了经济实用、焕然一新的良好效果。 1系统的基本原理和结构自然光导入照明系统是通过前端采集、中部传输及后端漫射，将外部自然光引入室内的一项技术。根据其原理，自然光导入照明系统可分成以下几个部分。 1.1日光采集部分日光采集部分通常有两种形式。一种形式是目前用得最多的被动式自然光导入照明系统的采光罩，如图1所示，该采光罩和光导管本身连接在一起固定不动。采光罩多由PC或有机玻璃注塑而成，表面布有多道三角形全反射聚光棱。由于采光罩的夕卜表面采用了四涂料（由低聚物、活性稀释剂、光引发剂、光敏剂及添加剂组成）进行上光工艺处理，所以能有效隔绝紫外线。采用PC材料制成的采光罩具有表面平滑光亮、硬度高、耐摩擦、耐老化、抗冲击性好、可防火、无异味、透光率高等优点。 图1被动式自然光导入照明系统美国索乐图公司将传统的具有光滑表面的普通伞形采光罩改制成表面呈梯形纹理的伞形采光罩，并在罩内设置了一系列菲涅尔透镜，根据日光入射角度的不同捕获适量的阳光。该技术的应用使采光罩的有效日光采集表面积比同等直径的透明罩高一倍多。由于采用了菲涅尔透镜，使早晨和下午的低角度阳光光线改变方向进入管道中，从而有效延长了一天的日照时间。同时，采光罩中的透镜会屏蔽那些超强的、炽热的光线及紫外线，仅留下舒适的照明光。太阳的辐射热大大减少，光照变得柔和，无论春夏秋冬都能采集到均衡的自然光源。 日光采集部分的另一种形式是主动式自然光导入照明系统的阳光采集器，如图2所示。它通过能够跟踪太阳的聚光器来采集太阳光，这种类型的光导管采集太阳光的效果很好，但是整个装置的造价比较高，目前较少在建筑中采用。该采光装置采用的是球形阳光采集器，其外罩是一个能过滤紫外线的球形采光罩，罩的内部设有尾部连接光纤的聚光器。聚光器的端部设有光学凸透镜，可根据光学原理分离出可控的紫外线及红外线，提供纯净的自然光并进行高度压缩聚集。一束光纤连接一个聚光器，一个球形阳光采集器可容纳1~6个聚光器。若采用向日葵盘形阳光采集器，则可容纳多达33个聚光器。球形或盘形阳光采集器安装在可转动的底座上，底座内装有可自动跟踪太阳的机械装置，通过设置在球形阳光采集器中的传感器（由GPS卫星定位）及底座内的机械装置，并通过微机全自动太阳与地球自公转程序控制，球形阳光采集器可自动跟踪太阳轨道，从而能最大程度上采集到尽可能多的自然光。悉地国际建筑设计公司（CCDI）在2010年上海世博会国家电网馆照明设计中曾采用向日葵盘形12镜（聚光器）太阳光采光导入系统，使展馆能在白天轻松地为地下室和VIP接待区提供照明，节省了不少照明用电。 图2主动式自然光导入照明系统1.2导光传输部分传输方式可分为光纤传输与管道传输。光纤传输是以光学纤维为材料的传输介质，管道传输就是通过在金属等介质上增加一些反射膜等增强反射的介质，而后制成圆形的空心导光管道，通过这种导光管道内壁的反复反射而来。通常由若干段导光管道组成传输环节，导光管道可通过旋转、弯曲、重叠来改变导光角及长度。导光管内壁反射材料的反射率一般在95%以上。 主动式采光一般采用光纤传输方式，被动式采光则采用管道进行传输，两者主要的区别体现在以下几个方面。 工程造价相差较大。光纤传输所采用的光纤成本几倍于管道，因此采用光纤传输时，工程造价相对管道明显增加。 光源效果不同。光纤传输为点光源，到达室内的点光源类似一个个灯泡，比较刺眼且覆盖面较窄。管道传输为面光源，光线均匀柔和，覆盖面较宽，光源效果比较理想。 ⑶占用空间方面二者相差悬殊。光纤体积小，普通单芯光纤的直径只有3mm，而管道直径则至少要几十甚至上百倍于光纤，因此在对建筑结构要求十分严格的情况下，光纤传输相对管道则有得天独厚的优势。同时，光纤直径小，易安装固定，管道则无法与之相比。另外，光纤光损耗相对管道传输也低一些。 综合比较，在多数情况下，管道传输因其成本等因素，成为目前主导的自然光传输方式。 管道传输从传输光的方式上也可分为两种主要类型，即有缝光导管和棱镜光导管。 有缝光导管的外形是长圆柱形，内表面涂有镜面反射涂层，并留有一条长的出光缝，使光线射到工作面上。这种光导管加工工艺复杂，光在传播的过程中损失较大，造成整个光导管装置效率不高，因此这种类型的光导管在采集太阳光的光导管系统中很少采用。棱镜薄膜空心光导管是美国3M公司研制的，这种光导管是根据光辐射在光密介质中的全反射原理制造的，棱镜薄膜厚0.5mm，采用PMMD塑料制造，一次反射率可以达到99.99%，为目前世界上反射率最高、性能最好的光导管材料。薄膜的一个面是平的，另一个面具有均匀分布的纵向波纹，其截面是顶角为90°的三角形棱镜，这种薄膜的特点是入射到其平的一面上的光线如果不被反射出去，就会反射进材料内部。把这种棱镜薄膜乐鱼卷成圆柱形管子，沿管长方向射来的一束光线就可以通过光导管端面进入，经过多次反射，到达管子的另一端。这种棱镜薄膜空心光导管薄膜材料的选择和制作工艺是个关键的问题，不标准的光学表面和不纯的光学材料会增加光在传播过程中的损耗，甚至部分光线从光导管中散射出去，而且传播路径越长损耗越大。 1.3照明漫射器部分为了使室内光线分布均匀，系统底部装有具有散光功能的照明漫射器，从而可避免眩光现象的发生。漫射器一般采用高透光率、高扩散性的纳米材料制成，并采用可防尘防虫的封闭结构，同时具有极好的隔热和隔音功能。 主动式光导照明系统的漫射器有吸顶式、吊顶式及移动式等多种安装形式。被动式光导照明系统的漫射器通常只采用固定安装。 漫射器面板可采用夕卜形美观的光滑透光材料，也可采用棱镜面板，还可采用带菲涅尔效果透镜的面板为用户提供自然光线、温暖光线、均匀柔和光线、温暖柔和光线等不同的漫射效果。漫射器外观形式可通过将各种传统灯具的外观式样整合到漫射器的夕卜观设计中，从而呈现出丰富多彩的、与普通灯具外形相差无几的日光照明灯具。 1.4控制部分自然光导入照明系统可通过所配置的日光调节器任意调节日光照度，甚至可以完全关闭。该调节器实际上就是一个管道电动阀门，通过调节阀门的开启度来调节管道中的光线发射率，从而达到调节照度的目的。多个调节器可由一个开关控制。当配置遥控器或定时器时，该调节器还可进行遥控或自动控制。 在自然光导入照明系统中融入电力辅助照明、照度自动调节和通风技术，可将系统升级到更高的使用技术水平。可在光导管内加装一电力高效节能灯，并设置一光传感器，当自然光照度值低于某个预定数值时，该装置可自动开启光导管内的电力照明进行补充照明或调光装置。当需要通风时，可通过遥控器同时开启通风功能。这种电力照明灯具和通风结构经过专门设计，不会影响系统本身的采光效果。 2系统设计2.1设计要点在进行自然光导入照明系统的设计时，应注意以下几个要点。 对日光有较高要求的场所可采用主动式自然光导入照明系统，一般场所可采用被动式自然光导入照明系统。 采用自然光导入照明时，必须同时采用人工照明措施，且自然光导入照明只能用于一般照明，不可用于应急照明。 在系统设计时，应避免将采光部分布置于阴影区内。 导光管内径宜按250、350、450、550、800、1100、1500mm分级，不宜采用矩形、梯形、多边形断面的导光管。 导光系统的反射材料反射率不宜低于95%。 对于高度较低房间，如办公室、教室、会议室及地下停车场宜采用中小管径的光导系统;对于高度较高的房间，如体育馆比赛厅、展览馆展厅等宜采用大中
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