[发明专利]基于光传播技术的室内自然光照明系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能应用技术领域，具体为一种通过聚集太阳光来为室内提供合适光线的照明设备，是一种光-光传播转换的真正的绿色照明系统。

背景技术

随着人类环保意识的不断加强，各国科研机构已把太阳能的利用作为重点发展项目，而利用自然光照明的研究则是其中的一个主要课题，在欧美及日本等发达国家，已开发出一系列自然光照明系统，并在公共设施及工业与民用建筑中广泛应用。目前自然光照明系统的技术及产品正在快速发展中。  

自然光导光管（光纤）照明系统的结构主要分三部分，一是采光部分，采光器多由透明塑料注塑而成，表面有三角形全反射聚光棱；二是导光部分，一般是由三段导光管（光纤）组合而成，导光管（光纤）内壁为高反射材料，反射率可达92%--95%，导光管（光纤）可以旋转弯曲重叠来改变导光角度和长度；三是散光部分，可避免眩光现象的发生。由于这种自然光导光管（光纤）照明系统结构简单方便安装，成本较低，实际照明效果很好，因此在国外发展十分迅速，应用也十分广泛。

典型的管式天然光导入系统由三部分技术组成，包括外部集光器、光导传输装置、内部照明器，其中的关键技术组成部分是连接内外的光导传输装置，即所谓的光导管。根据现有的技术研究和实践积累，可将光导传输方法和技术分为四类，即光线透镜式(beam/lens systems)、空腔镜面反射式(hollow mirrored guides)、空腔棱镜式(hollow prismatic light guides)、实体核心式(solid core systems)[1]。在实际应用中，主动式集光结合实体核心式、空腔棱镜式和空腔镜面式传输方式形成了几种较为成熟的综合系统，包括以光纤方式传输的日本“采光向日葵”(Himawari)系统、美国HSL(Hybrid Solar Lighting)系统、德国Solux系统，以空腔棱镜式传输的欧洲Arthelio系统，以空腔镜面式传输的瑞士Heliobus系统，柏林和马来西亚的定日镜(Heliostats)系统。

在国内，从八、九十年代开始，有一些科研院所和企业从事类似的自然光导光管（光纤）照明系统的研究。目前应用领域主要在住宅等小型室内照明，技术水平较国外还比较落后，应用还处在试验阶段，中国2008奥运会的中心区地下车库安装了19套导光管（光纤）系统，是我国利用此原理的系统在大型地下空间的首次尝试。

发明内容

本发明的目的是提供一种与以往相比具有极高光通量、更低光衰的大型建筑室内空间自然光照明系统，从而达到节能减排的效果，并为室内提供近乎完美的白光以及舒适的照明效果。

本发明提出的大型室内自然光照明系统，包括太阳光采光器、导光管（光纤）式光导装置、采光器与导光管（光纤）的光束耦合器，室内自然光灯具、辅助光灯具（如LED照明灯）和光伏电系统；自然光经过太阳光采集器会聚后，经过与导光装置的导光管（光纤）耦合，进入导光装置，然后进入室内自然光灯具，提供室内照明；其中：

所述太阳光会聚装置由一次反射镜、二次反射镜以及跟踪器件组成，两个反射镜均为旋转抛物面；一次反射镜镀有宽光谱反射膜，二次反射镜镀有可见光谱反射膜，紫外、红外和部分可见光透射，使太阳光按波长分为可见光、红外和紫外光；一次反射镜与二次反射镜之间由支架固定，并由导线连接；跟踪器件为控制部分，设置在一可旋转的机件底座上，由两台小型电机分别从平面方向与垂直方向控制反射镜光轴始终与太阳光光线平行。阴天等情况自动停止跟踪，使用散射光进行会聚。

所述导光管（光纤）式光导装置由导光管（光纤）、滤光片以及透镜组成，导光管采用梯度折射率材料，对于空心导光管可以采取在内壁镀反射膜，导光管的直径在100mm-200mm，光线直径在>10mm为宜，管外有保护套。滤光片安置在导光管（光纤）的入口处，采用光学玻璃或光学晶体材料并镀膜，可以过滤红外线和紫外线，避免温度过高而造成导光管（光纤）的损坏，同时反射出的少量可见光仍可以在二次反射面与滤光片之间多次入射反射，达到效率最大化。透镜组安装在滤光片后，用于辅助光耦合进入导光管，提高光传导的效率。

所述室内发散出光灯具，采用分光反射镜，使得光线可以大面积均匀地分布到室内。每一套系统可以有多个出光灯具。

所述辅助光灯具由LED器件和测光、控制电路等组成，LED器件与自然光灯具组装在一起。其作用是当自然条件不理想时，可以为室内提供合适的照度。