導光管照明系統節能特點及發展形勢研究

黃康民　趙永東　王進

摘 要： 進入21世紀以來，一次化石能源的大量燃燒使用引發了大量討論，其導致的溫室氣體排放、大氣污染都是全球性挑戰。隨著世界范圍內的節能減排浪潮席卷而來，我國傳統耗能行業尤其照明行業迎來了轉型的絕佳機遇。導光管照明是一種利用太陽光的室內照明，既能減少電能消耗，又不污染環境，屬于綠色照明范疇，是理想的開發項目。本文主要介紹導光管照明的結構原理及未來展望。

關鍵詞： 導光管照明系統 太陽光 節能特點 發展形勢一、引言

目前，我國照明用電大約占總發電量的15%左右，年照明耗電達3280.5億度。照明用電量隨社會發展進步不斷擴大，所以電力投資會持續增加。不僅會牽制國民經濟平穩發展，傳統火電還可能對環境造成污染。

導光管照明系統能兼顧這些問題并給出一個相對完善的解決方案。導光管照明技術在國外已經是比較成熟的技術，廣泛用于解決工廠、學校、醫院、商場超市、體育場館等建筑的白天陰暗房間、地下室或地下車庫的輔助照明問題，而且其屬于自然光轉換照明，極大地減少了電力消耗，非常符合綠色節能建筑的設計建造要求。

二、導光管照明系統的基本結構及原理

導光管采光可分為主動式采光和被動式采光兩種，這里重點介紹被動式采光方式。導光管照明系統主要由采光裝置、導光裝置和漫射裝置三部分組成。采光裝置由經特殊工藝加工的PC材料制成，可以隔絕大部分紫外線，避免對使用者的傷害，通常安裝于建筑圍護結構外部，如室外樓頂或室外墻體的側面，能高效采集室外太陽光。采光罩所用弧線和折邊形設計還能幫助低射角光線折射進入系統，使實際采光面積大于采光罩表面積，賦予其可觀的耐久性和抗沖擊能力。

導光裝置即導光管，是將采光裝置收集的自太陽光引入室內的管道，即導光管照明系統的核心部分。可以旋轉彎曲管道改變其射光角度和長度，彎曲角度的變化范圍為0～90°，內壁材料為高反射材料，且附著在內壁的五層膜材料提高了光經過多次反射的穩定性，降低了損耗，其對光的全反射率達98%。導光管的特點是重量輕、穩定性好、光損耗率低。光在導光管內經過多次反射，再由系統底部的漫射裝置把太陽光均勻地照射到室內。

漫射裝置同樣由PC材料或聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，同樣具有極好的透光性、漫射均勻性、不易著火且離火自熄，能避免眩光現象。漫射器外形種類豐富，可制成不同形式，如鉆石型、圓型、方型等。最重要的是其透光率可以自由調節，不僅可以避免傳統照明燈光強度不能自由調節的尷尬，更貼合人性化設計要求。除基本結構外，還有防雨裝置、密封裝飾套圈、密封圈、連接器等輔助配件。

導光管照明系統原理是利用采光罩高效引入太陽光并導入系統內進行重新分配，經過由特殊工藝制作而成的導光管反射后通過系統底部的漫射裝置把太陽光均勻地分配到任何需要光線又不便直接對外采光的室內空間。

三、導光管照明的優點

實驗證明提供相同照度的情況下，太陽光帶來的熱量遠少于人工光源的發熱量。所以，如果以太陽光取代部分人工光源照明，可以顯著減少空調負荷達到節能減排的目的。建筑用傳統門窗采光主要通過門、窗等透光媒介，但門窗無法完全解決大進深房間的采光問題，而且對光線的強度和角度難以控制，其本身受到窗地比的限制，導光管照明則具有獨特的優勢，例如：在部分或條件允許的情況下取代白天傳統高耗電照明，充分提供十小時自然光照，低能耗，節約電力且極少需要保養。系統照明光來自太陽光，采光柔和、均勻，光強可以根據需要實時調節，無眩光、無污染，并且采光罩表面的特殊涂層濾除有害輻射如紫外線等，盡可能保護使用者健康。且導光管照明系統所用材質均為綠色產品，無毒無害。其最實用的優點是無需配帶附屬電子設備和纏繞的導線，因而消除了線路老化可能帶來的安全隱患，且全系統具有防水、防火及防紫外線等性能。導光管照明系統外形靈活優美，既可以單獨進行外形設計又可以結合室內外裝飾得以豐富建筑表皮，成為一種建筑語匯，加上陽光豐富的色彩，凸顯建筑的材質感，將該系統融入建筑而不僅將其作為單獨的照明措施，這是傳統高耗能照明無法做到的。

經濟方面以采用導光管照明的某地鐵站臺為例。站廳層的需照明面積為1400m2，單位耗電量為12W/m2，依非民用電價0.9元/kWh，那一年日間照明總用電費約為6.1萬，相關配電設備清潔費為1萬元/年，保養費為1.8萬元/年。所以傳統高耗電照明系統一年的運行費用約為6.1+1+1.8=8.9萬。導光管照明系統在白天平均每天采光照明10h左右，該車站24套導光管照明系統投入資金為35萬，導光管照明比傳統高耗能照明年度總節約費用為4.5萬，照明工程投資回收期為8年。導光管照明系統的使用壽命至少為25年，所以阻礙導光管照明系統推廣使用的只有起步投資問題，不過它應用范圍越大，經濟回收期越短，綜合價值越高。

由此可見導光管照明在節能減排方面顯然更具備市場經濟追求的綜合效益，擁有廣闊的發展前景。未來導光管照明的發展方向將更傾向于結合各種建筑環境技術，為建筑節能減排和改善室內環境品質發揮群體聯動作用。開發結合氣流過濾裝置的導光管照明系統甚至可以進一步拓寬導光管照明的應用范圍，對提升建筑的生態價值有著重要作用。

四、導光管照明的使用現狀及應用前景

在導光管照明出現前，大型廠房多用天窗采光，但天窗采光會產生局部聚光，而導光管照明效果不會因光線射入角的變化而改變，且輻射面積大，出射光線均勻，不會產生局部聚光。采光天窗受室內吊頂結構及光線傳輸距離的限制，采光面積不會太大，并且安裝繁瑣、防水工序復雜，而導光管照明針對不同屋面有不同安裝方法及相應防水處理工藝，不受室內吊頂結構等的影響。在光線傳輸方面，小孔徑導光管照明光線傳輸距離可達10m左右，大孔徑導光管照明光線傳輸距離可達20m以上，還可以使用彎管，使系統的安裝更便捷，適應性更強，一些短距離導光管甚至可以采用全金屬涂層。近年來，導光管照明系統受到越來越多的關注，并且在國外得到大力推廣。目前，國外有很多公司生產此類產品，如蒙諾加特公司，其產品廣泛出現在各種場合，如大型體育場館和公共建筑及辦公樓、商店、白天陰暗的地下室、地下車庫等建筑中。

近幾年，國務院出臺了一系列關于建筑節能的標準和法規，提出政府將強化新建建筑執行能耗限額標準全過程監督管理，對達不到標準的建筑不予辦理開工和竣工驗收備案手續，不準銷售使用。在節能大棒的指揮下，具有巨大節能減排作用的導光管照明系統將大大發揮作用。

五、光導照明的未來發展

導光管照明自出現以來，人們始終致力于對它的改進和完善，最初人們研究導光管是為了傳輸燈光，到了上世紀80年代以后才開始研究采集太陽光的導光管系統。由于采集太陽光的導光管照明系統安裝便捷、成本較低、性價比極高、實際應用效果很好，因此在國外推廣十分迅速。

我國導光管照明技術是劉志東先生于2004年引進自英國的，該項技術首次登陸中國大陸市場，引發了國內市場的轟動。目前我國在導光管研制和應用領域仍處于落后地位，但相比傳統高耗能照明，導光管照明存在得天獨厚的優勢，因此擁有廣闊的發展舞臺和后發優勢。

導光管照明近年來在國內推廣速度加快，國內很多大型公共設施均有采用，如北京奧運會場館、上海世博會場館等。甚至有業內人士稱，導光管照明會像光伏產業一樣獲得國家政策扶持，導光管照明將成為節能照明行業新的領軍產品。

太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色能源。與傳統方式相比，導光管采光系統在改善光環境方面有著自身優勢，在國家節能減排舞臺上一定能大放光彩，同時給建筑師更大選擇余地以自由發揮，對節能減排、降低碳排放將發揮積極作用。

參考文獻：

[1]Hollow light guide technology and application.CIE164：2005

[2]韋課常.電氣照明技術基礎與設計.電力工業出版社，1980.

[3]劉志東.光導照明系統的基本結構及工作原理.第十屆中國科協年會光伏技術與照明節能技術論壇論文集.

[4]徐登輝，劉志東.光導照明系統的基本原理.智能建筑與城市信息，2010，VOL6（163），及使用概況.

基金項目：鹽城工學院大學生實踐創新項目（項目編號：129）；住房和城鄉建設部科技計劃項目（2014-K1-050）。