光導纖維式天然采光日間照明系統

張澤同 高菁 丁鑫 王思天

引言

在人類上萬年的進化之中，太陽光為人類的生存與活動提供了功不可沒的幫助。早期，全世界對于光纖式太陽光照明產品的投入開發還沒有得到普及，只有日本的LaForet公司在早期推出了應用在地下交通設施等區域的基于光導纖維的太陽光照明產品，一時間引起了熱議，同時也促進了世界對光纖式太陽光照明產品的研究。后來美國也嘗試開展相關研究，以期降低室內照明的供電壓力，這一研究成果預計能夠每年節約2.3億度電。隨著這些項目的開發與推廣，我國也開始投入了資金和成本，不過目前對于光纖式太陽光照明系統的研發整體處于初級階段，仍需加緊研發。

一、光纖天然采光日間照明系統的原理介紹

光導纖維式天然采光日間照明系統，主要是把光纖技術與太陽光利用技術兩者合二為一，通過相關的聚光組件聚集陽光，再利用光纖把陽光引入到室內或者其他需要照明的地方進行照明，這其中減少了對于電力、熱能等轉化的過程，使得太陽光有了更大程度上的利用率。其主要方式就是先聚焦太陽光，再通過光纖傳送到燈頭，然后輸出為照明光源。一般整個光導纖維式天然采光日間照明系統是由三個部分組成的，包括了聚光裝置———太陽光集光機、導光裝置———光導纖維光纜、散射裝置———光線投射器。

本文以最常見的光導纖維式天然采光日間照明系統為例，對各個部分進行簡單介紹。

其一，集光機。主要作用就是將太陽光收集起來。它是由兩個部分組成，一個是聚光組件和太陽光跟蹤傳感器，主要是利用電動機進行動力驅使，然后用丙烯樹脂材料做成覆蓋材料;另一個是控制器。首先集光機上面裝置的太陽光跟蹤傳感器對太陽位置進行探測，接著它把信號傳遞到控制電路上，然后控制驅動相關的電機設備，最后帶動集光機轉動，實現對太陽的追蹤以及對正，保證對太陽光的百分百收集。

其二，光導纖維光纜。它的作用比較簡單，就是把集光機收集到的太陽光傳送到下一個部分上。較為常見的光纖是由纖芯、內外兩個保護層組成的。收集到的陽光通過纖芯往內部傳送，同時，包裹材料和纖芯的材料是不同的，能夠有效地保證陽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量。其中石英光纖對于光線的利用率高達一半以上，是國際上公認的最好的材料。但是由于成本高昂，在現代技術中采用較多的還是塑料和玻璃。

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

二、光導纖維式天然采光日間照明系統的應用

（一）為建筑物無法接受陽光的地方提供光源

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，無窗化格局也逐步增多，所以在技術上追求高效率，同時也逐步關注了人性化空間的改造。

光導纖維式天然采光日間照明系統就可以滿足下沉式、無窗式的空間的照明需求。這種系統所傳送的光與太陽光是一樣的，可以幫助人們在白天感受到早中晚的變化，能夠讓人們的生活更加規律化，滿足大家對于陽光的需求。同時也能夠有效降低能耗。清華大學超低能耗示范樓就能夠帶給人們這樣的體驗。

（二）改善室內活動空間的光環境

目前各大城市勞動人群每天超過百分之八十的時間是在室內工作、生活的，大量的室內活動辦公空間時刻刻都需要人工電燈泡的照明，而這些人工照射光源無論是照射光色還是照射頻率都很難完全達到其對人眼的舒適接受程度。這樣下去很容易使得眼睛產生疲倦感，長期以往下去很容易產生眼疾。所以利用光導纖維式天然采光日間照明系統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。這樣不僅能夠有效改善室內活動空間的光環境，還可以明顯提高工作效率，生活水平。并且人們還不需要擔心會出現太陽光長久照射下的硬裝、軟裝等物品出現褪色問題。在夏天，系統產生的光源也不會讓空調有額外的負擔。更有數據顯示，設備開啟之后，室內的光環境質量有了明顯提升。

（三）享受室內日光浴

上一節談到的系統能夠改善室內光環境，是因為系統在光線導入時已經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，并且不必擔心傳統日光浴帶來的傷害，對于皮膚、眼睛等有很好的保護作用。所以光導纖維式天然采光日間照明系統現在也被廣泛運用到了老年公寓、醫院病房、美容院等地方。

（四）室內種植物改善綠色環境

室內大量種植綠色植物，可以呈現出自然綠色的室內環境，能夠有效地改善身心健康。目前通過光導纖維式天然采光日間照明系統把室外太陽光直接導入室內，使在整個建筑內部大量種植綠色植物已經成為一種可能。例如，某酒店中庭種植的室內植物在光導纖維式天然采光日間照明系統的照射下茁壯成長，成為了一個“網紅”打卡地。

總結

光導纖維式天然采光日間照明系統它是一種新型的綠色照明控制裝置，符合相關國家技術要求，同時也能夠有效節約資源，保護環境。日前，隨著相關產業的逐步深入推廣以及相關領域產品的開發，光纖式照明系統也得到了運用。

作者簡介：

張澤同（2000—），男，漢族，河南省商丘市人，遼寧省沈陽化工大學2017級環境設計專業在讀本科生。

高菁（2000—），女，漢族，遼寧省鞍山市人，遼寧省沈陽化工大學2018級環境設計專業在讀本科生。

丁鑫（2000—），女，漢族，遼寧省盤錦市人，遼寧省沈陽化工大學2018級環境設計專業在讀本科生。

老師：王思天（1987—），女，漢族，遼寧省沈陽市人，職務：沈陽化工大學環境設計專業教師，職稱：沈陽化工大學環境設計專業教師，學歷：魯迅美術學院，碩士研究生，研究方向：室內外景觀規劃設計。

備注：2020年沈陽化工大學大學生創新創業項目，項目編號：x20201014913

（作者單位：沈陽化工大學）