光導(dǎo)照明系統(tǒng)概述

劉立遠(yuǎn)

摘 要：本文介紹了光導(dǎo)管照明技術(shù)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，闡述了光導(dǎo)管照明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和影響照明效率的因素，分析了光導(dǎo)照明系統(tǒng)的優(yōu)越性和存在的問(wèn)題，并指出了該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：光導(dǎo)管 自然采光 綠色照明 節(jié)能減排

中圖分類號(hào)：TU88 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0096-01

大自然賜予的自然光是人類最寶貴的財(cái)富，它跟其他的能源相比較，其特點(diǎn)是取之不盡，用之不竭，同時(shí)它還存在清潔與安全的特點(diǎn)，人類充分的利用自然光能源，不僅可以節(jié)約很大的用電量，也可以減少有害氣體的排放以及自然資源的消耗問(wèn)題，當(dāng)前，在更多的現(xiàn)代建筑上都有利用自然光資源，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。光導(dǎo)管技術(shù)則是運(yùn)用了太陽(yáng)光資源，使得光導(dǎo)管照明系統(tǒng)可以通過(guò)太陽(yáng)光傳遞到室內(nèi)的房間當(dāng)中，并且還可以傳遞到不適合采用電光源的易燃易爆的場(chǎng)所，而光導(dǎo)管照明技術(shù)是利用太陽(yáng)光的一種有效方式[1]。

自光導(dǎo)管應(yīng)用以來(lái)，研究學(xué)者們就沒(méi)有對(duì)它停止過(guò)研究與改進(jìn)，它最初是源于自來(lái)水的聯(lián)想，最初的研究只是想通過(guò)光導(dǎo)管輸送人工光，直到20世紀(jì)80年代才開(kāi)始對(duì)自然光進(jìn)行采集。對(duì)于現(xiàn)在比較緊張的能源局勢(shì)來(lái)說(shuō)，使得自然光成為現(xiàn)在光導(dǎo)管技術(shù)的主要支持，讓它成為現(xiàn)在照明領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。

國(guó)外光導(dǎo)管技術(shù)的研究和使用相對(duì)比較成熟。由于采集太陽(yáng)光的光導(dǎo)管照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本較低、照明效果好，因此在國(guó)外發(fā)展十分迅速，應(yīng)用也比較廣泛，目前國(guó)外已經(jīng)有不少公司具備了生產(chǎn)光導(dǎo)管的能力。目前，我國(guó)在光導(dǎo)管的研制和應(yīng)用領(lǐng)域仍然十分落后，尚不具備大規(guī)模生產(chǎn)的能力。主要原因是我國(guó)還沒(méi)有掌握高反射率薄膜的生產(chǎn)工藝，光導(dǎo)管的傳輸效率有待于進(jìn)一步提高，在基礎(chǔ)理論研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作等方面的工作還很不夠，因此在我國(guó)光導(dǎo)管技術(shù)還沒(méi)有大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)[3]。

1 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

光導(dǎo)照明系統(tǒng)又稱自然光照明系統(tǒng)，是通過(guò)采光裝置聚集室外的自然光并導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部，再經(jīng)過(guò)導(dǎo)光裝置傳輸后，由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻?qū)氲绞覂?nèi)需要照明的地方。用光導(dǎo)管采集自然光是現(xiàn)代綠色建筑的一種比較普遍的理念[2]。

光導(dǎo)照明系統(tǒng)主要由三部分組成：采光裝置、導(dǎo)光裝置和漫射裝置[1～2]。

（1）采光裝置通常是一個(gè)透明的玻璃罩，按照采光方式的不同，可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式是通過(guò)一個(gè)能夠跟蹤太陽(yáng)的聚光器采集太陽(yáng)光，由于聚光器上裝置了傳感器和反饋裝置，可以使聚光器的采光方向總是向著太陽(yáng)。這種光導(dǎo)管采集太陽(yáng)光的效果非常好，但是由于聚光器的工藝要求高、造價(jià)昂貴，目前很少在建筑中采用[3]。

目前應(yīng)用得最多的是被動(dòng)式采光，聚光罩和光導(dǎo)管本身連接在一起。這種類型的光導(dǎo)管主要由聚光罩、防雨板、可調(diào)光導(dǎo)管、延伸光導(dǎo)管、密封環(huán)、支撐環(huán)和散光板等組成。

（2）導(dǎo)光裝置也就是光導(dǎo)管，即把采光裝置收集的自然光導(dǎo)入到室內(nèi)的管道，一般為鋁制結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較輕。管壁為高反射材料，反射率一般在95%以上，確保了光線傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性。光導(dǎo)管可以旋轉(zhuǎn)彎曲來(lái)改變導(dǎo)光角度和長(zhǎng)度。光導(dǎo)管是光導(dǎo)管可以按形狀分為直光導(dǎo)管和彎管兩種，彎管可以有不同的彎曲角度，彎曲角度變化范圍為0～90°。

（3）漫射裝置位于系統(tǒng)底部，是將光導(dǎo)管傳輸?shù)墓饩€散射到室內(nèi)，使光線均勻照明的裝置，同時(shí)可避免眩光現(xiàn)象的發(fā)生。

2 影響因素

（1）光導(dǎo)照明系統(tǒng)的照度與光導(dǎo)管內(nèi)壁材料的反射率高低密切相關(guān)，反射率越高，光導(dǎo)管產(chǎn)生的亮度越大。選用高反射率材料制成的光導(dǎo)管，其傳輸效率也較高，一般情況下光導(dǎo)管的反射率在97%以上，光導(dǎo)管的反射率不宜低于95%，否則利用價(jià)值不大。直徑有250 mm、330 mm、450 mm、530 mm和750 mm等幾種規(guī)格。

（2）光導(dǎo)照明系統(tǒng)的效率還與光導(dǎo)管直徑的大小和管道的長(zhǎng)短有關(guān)。光導(dǎo)管直徑越大，管道長(zhǎng)度越短，系統(tǒng)發(fā)光效率越高。

（3）光導(dǎo)管的安裝方式和彎轉(zhuǎn)次數(shù)對(duì)系統(tǒng)的發(fā)光效率也有影響，光線在水平光導(dǎo)管內(nèi)反射次數(shù)增加，光損加大，系統(tǒng)發(fā)光效率降低，所以水平管道傳輸不宜超過(guò)3.0 m。另外，系統(tǒng)每增加一個(gè)彎頭，其光效降低10%～15%，所以光導(dǎo)管彎頭不宜超過(guò)2個(gè)。

3 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)能環(huán)保：光導(dǎo)管照明最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能。完全采用自然光照明，可以節(jié)約20%～30%的建筑用電，并且減少自然資源的消耗和有害氣體的排放[1，3]。

（2）有益健康：光導(dǎo)管利用太陽(yáng)光，室內(nèi)為漫射自然光，自然光的光譜范圍廣，無(wú)頻閃，光線柔和，照度分布均勻，無(wú)眩光現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)人眼造成傷害，能夠營(yíng)造舒適的光環(huán)境。另外，在聚光罩上敷設(shè)防輻射涂層，還可去除有害輻射，起到殺菌和防治多種皮膚病的功效，對(duì)人們的身體健康有利[2]。

（3）光導(dǎo)管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、耐腐蝕、反射率高，材料可回收利用，安裝拆卸簡(jiǎn)便靈活，無(wú)需后期維護(hù)，降低了人工維護(hù)和設(shè)備更新成本。使用壽命長(zhǎng)，一般在25年以上。

4 存在問(wèn)題

（1）光導(dǎo)照明系統(tǒng)只能應(yīng)用于日間照明，不能儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化能量，所以在使用光導(dǎo)照明系統(tǒng)的同時(shí)必須采用電力照明措施。電力照明系統(tǒng)宜采用自動(dòng)控制，在陰雨天照度不足時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電力照明系統(tǒng)。只有這樣，各個(gè)系統(tǒng)才能組合構(gòu)成最佳的節(jié)能方案。（2）光導(dǎo)照明系統(tǒng)的照度直接受室外天氣的影響，同時(shí)也存在地區(qū)性的差異。有的地區(qū)日照時(shí)間比較長(zhǎng)，適宜采用光導(dǎo)管照明；有的地區(qū)常年光照比較少，應(yīng)用光導(dǎo)管照明的效果就不是很好。（3）對(duì)采光的時(shí)段性也有要求：目前應(yīng)用的光導(dǎo)照明系統(tǒng)幾乎全部采用頂部采光，正午時(shí)太陽(yáng)接近直射，其采光率最高，采光效果最好，而在早晚太陽(yáng)升降時(shí)，采光量則不能保證。因此，光導(dǎo)照明系統(tǒng)只能用于一般照明，不能用于對(duì)于照度要求恒定的場(chǎng)所及應(yīng)急照明。（4）光導(dǎo)管的適用問(wèn)題：在建筑設(shè)計(jì)的同時(shí)需要給光導(dǎo)管預(yù)留安裝位置，如果建筑已經(jīng)建好再考慮安裝光導(dǎo)管，就會(huì)對(duì)原有的建筑結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞。另一方面，光導(dǎo)管在傳導(dǎo)光線時(shí)，照度會(huì)隨著管路的延長(zhǎng)而快速衰減，因此，低層用戶的采光率就會(huì)大打折扣，這也限制了光導(dǎo)管的使用范圍。

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

光導(dǎo)管照明技術(shù)是利用太陽(yáng)能的一種方式，屬于綠色照明技術(shù)，隨著人們生活水平的提高和節(jié)約建筑能耗的緊迫，該技術(shù)在現(xiàn)代建筑中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，有著良好的市場(chǎng)前景。目前，光導(dǎo)管照明技術(shù)的研究和應(yīng)用在國(guó)外相對(duì)比較成熟，借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，形成我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光導(dǎo)管技術(shù)和產(chǎn)品具有重要意義。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是將光導(dǎo)管和其他建筑技術(shù)相結(jié)合，將進(jìn)一步拓寬光導(dǎo)管的應(yīng)用范圍，必將得到更大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁力行，歐旭峰，盧海峰，等.光導(dǎo)管技術(shù)及其在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電氣與智能建筑，2010，39（1）：64-67.

[2] 徐登輝，劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本原理及使用概況[J].綠色照明，2010，163 （6）：81-84.

[3] 王凡，龍惟定.太陽(yáng)能光導(dǎo)管采光技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].建筑科學(xué)，2008，24（8）：109-113.endprint