專利名稱：應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管照明裝置，屬綠 色照明和可再生能源利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的不斷提高，照明用電占全球總發(fā)電量的份額越來(lái)越 大，照明能耗己成為人類所有能源消耗中重要的一項(xiàng)。照明用電的迅速增加， 增大了電網(wǎng)負(fù)荷，使電力投資也隨之增大，同時(shí)加速了能源的消耗和環(huán)境的 污染。太陽(yáng)光是最典型、能量最強(qiáng)的自然光源，取之不盡，用之不竭，且光色 好，是最佳的照明光源。有效利用自然光，不但可以減少室內(nèi)照明和空調(diào)用 電，還可以改善視覺(jué)效果，提高舒適度。為此利用太陽(yáng)光的綠色照明技術(shù)在室 內(nèi)照明領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
在自然光照明技術(shù)中，太陽(yáng)光光導(dǎo)管技術(shù)是最有效的一種。它具有諸多 令人們滿意的優(yōu)點(diǎn)。首先，太陽(yáng)光光導(dǎo)管能夠把太陽(yáng)光有效地傳遞到室內(nèi)陰 暗的房間或者易燃易爆等不適宜采用電光源的房間，并能使光均勻的分布于 空間內(nèi)，可以取得良好的采光照明效果，還能有效地減少電能消耗。再有， 采用太陽(yáng)光光導(dǎo)管照明不會(huì)產(chǎn)生多余熱量，利用光導(dǎo)管傳輸?shù)奶?yáng)熱量也比 窗戶少，夏天可減少房間的冷負(fù)荷，冬天可防止熱量損失，對(duì)于建筑節(jié)能具 有積極意義。另外，以太陽(yáng)光為光源的光導(dǎo)管可以避免由于使用單一色光的 電光源而造成的室內(nèi)光污染即眩光問(wèn)題，可以提高室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)，改善視覺(jué) 效果，提高舒適度。而且光導(dǎo)管整個(gè)系統(tǒng)的所有零部件全部采用可回收的材料 制成，能做到全生命周期的環(huán)保。對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有積極意義。光導(dǎo)管還可 以用于辦公樓、住宅、商店、旅館等建筑的地下室或走廊的自然釆光或輔助 照明，并能取得良好的采光照明效果，是太陽(yáng)能光利用的一種有效方式。 然而目前在我國(guó)，太陽(yáng)光光導(dǎo)管技術(shù)的市場(chǎng)推廣還存在諸多困難，其中 技術(shù)上很關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題就是光導(dǎo)管的傳光效率較低。目前市場(chǎng)上的光導(dǎo)管 產(chǎn)品沒(méi)有安裝專門的聚光裝置， 一般只是在室外采用半球形或鉆石型等形式 的采光罩，只能自然的、被動(dòng)的收集自然光，這使得太陽(yáng)光光導(dǎo)管系統(tǒng)的傳 光效率較低，為滿足照明的要求，不得不采用更大尺寸的光導(dǎo)管裝置，不僅 增加了成本，還使得光導(dǎo)管裝置的建筑一體化難度加大。而目前在太陽(yáng)能光 電利用、通信工程等領(lǐng)域所采用的二維或三維跟蹤太陽(yáng)的聚光系統(tǒng)，由于造 價(jià)昂貴，聚光比很高，聚光后的熱效應(yīng)非常明顯，也不適用于照明工程，所 以目前市場(chǎng)上并沒(méi)有適合光導(dǎo)管的聚光裝置。因此，太陽(yáng)光光導(dǎo)管技術(shù)要想 進(jìn)一步提高其市場(chǎng)推廣的潛力就必須提高裝置的光傳輸效率，而太陽(yáng)光光導(dǎo) 管系統(tǒng)各部分中最有提高潛力的就是采光部分，所以設(shè)計(jì)高效合理的聚光裝 置對(duì)光導(dǎo)管技術(shù)的實(shí)用化非常關(guān)鍵。而光導(dǎo)管所需要的聚光裝置應(yīng)具備有一 定的聚光比、沒(méi)有聚光后的熱效應(yīng)和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，目前還沒(méi)有能夠滿足 這些要求的裝置。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種高照明效率的太陽(yáng)光光導(dǎo)管照明裝置。該裝 置的特點(diǎn)在于聚光裝置采用非成象聚光器，增大了光導(dǎo)管的采光量，大大 提高了太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置的照明效率；非成象聚光器根據(jù)邊緣光線原理設(shè)計(jì) 而成，光損失小，聚光效果好；本非成象聚光器設(shè)計(jì)為三維小型聚光器，與 光導(dǎo)管本體緊密連接；非成象聚光器設(shè)置在屋頂外，不會(huì)增加屋頂內(nèi)安裝孔的尺寸；根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合不同，非成象聚光器的形式和光導(dǎo)管布置形式可靈 活多樣；該裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，而且提高了光導(dǎo)管裝置太陽(yáng)能光能 直接利用的效率。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置所采用的技術(shù) 方案參見(jiàn)附圖l、 2，圖l為裝置示意圖，圖2為聚光器結(jié)構(gòu)圖。裝置包括透
光裝置l、光導(dǎo)管3、設(shè)置在光導(dǎo)管上的散光裝置4，其特征在于在透光裝置 1和光導(dǎo)管3之間采用非成象聚光器2，設(shè)置在屋頂7外，并和透光裝置1和 光導(dǎo)管3緊密連接，整個(gè)裝置密閉。所述的非成象聚光器2為不跟蹤太陽(yáng)的三維小型聚光器，其橫截面為圓形。所述的非成象聚光器2的形式為復(fù)合拋物面聚光器或者錐形聚光器。 所述的非成象聚光器2的入口垂直于聚光器的中心線；或者與聚光器的 中心線成一銳角。所述的聚光器內(nèi)壁為對(duì)可見(jiàn)光具有反射率大于80%的反射膜。 所述的復(fù)合拋物面聚光器的復(fù)合拋物面方程為<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula>其中，縱坐標(biāo)z為聚光器高度方向，橫坐標(biāo)r為聚光器寬度方向，坐標(biāo)原點(diǎn)為 聚光器出口的中心，聚光器的出口半徑為R，等于光導(dǎo)管的半徑，最大集光 角為^皿，等于當(dāng)?shù)氐木暥戎?。所述的透光裝置1的形式包括拱頂型，平板型。所述的透光裝置1設(shè)置有防紅外膜16。所述的透光裝置1的制作材料為透射系數(shù)系數(shù)在0.7以上的無(wú)色的有機(jī)玻 璃或玻璃鋼。本實(shí)用新型將非成象聚光器應(yīng)用于太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置的采光，增大了裝 置的采光量，提高了裝置的傳光效率，減小了光損失；聚光器置于屋頂之上， 可以減小光導(dǎo)管的尺寸，更有利于與建筑物結(jié)合；室內(nèi)照度均勻，散熱很少， 可在白天完全替代人工照明。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的照明裝置，有效的提高了太 陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置的照明效率。

圖l，應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置的系統(tǒng)示意圖；圖2，應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置的復(fù)合拋物面聚光器示意圖，Z軸為聚光器軸，Z軸與拋物面軸的夾角為&"圖3,應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置頂采光平屋頂剖面示意圖； 圖4，應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置頂采光斜屋頂剖面示意圖； 圖5，應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置側(cè)采光剖面示意圖；其中，圖1 5中l(wèi)一透光裝置；2 —非成象聚光器；3 —光導(dǎo)管；4一散 光裝置；5 —防雨板；6 —水泥砌塊；7 —屋頂；8 —外墻；9一樓板；IO—吊頂； ll一自宮釘；12 —密封圈；13 —密封膠；14一拉鉚釘；15 —膨脹螺栓；16 — 防紅外膜。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)，適合用于白天暗廳，走廊，地下空間，易 暴空間以及辦公場(chǎng)所，公共場(chǎng)所等的照明，本實(shí)用新型也可用于各種普通的 室內(nèi)照明。在具體實(shí)施方案中，屋外采光裝置的位置和光導(dǎo)管的形式可根據(jù) 實(shí)際情況確定。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。 實(shí)施方案l方案參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例的裝置應(yīng)用在一間平屋頂?shù)姆块g。包括建筑物的 屋頂7和應(yīng)用非成象聚光器2的光導(dǎo)管裝置。該裝置采用的非成象聚光器為 對(duì)稱的復(fù)合拋物面聚光器，聚光器出口直徑即光導(dǎo)管直徑為0.36m，入口直徑 為0.72m，該裝置應(yīng)用于北京地區(qū)，故0_取40° ，所以拋物面的方程為(0.766r + 0.643z)2 + 0.972r - 0.729z - 0.194 = 0 (-0.36 S " 0.36) 透光裝置1為拱頂型，表面為防紅外膜16。室外日光通過(guò)透光裝置1的集光 并通過(guò)非成象聚光器2進(jìn)行聚光，通過(guò)光導(dǎo)管3并通過(guò)散光裝置4將太陽(yáng)光 均勻的導(dǎo)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自然光照明。透光裝置1與非成象聚光器2的固定采 用自宮釘ll固定，采用密封圈12和密封膠13密封，以便整個(gè)裝置密封。聚
光器2和光導(dǎo)管3的聯(lián)接采用承插的方式，并用拉鉚釘14固定。光導(dǎo)管的室 外部分套有防雨板5，并用水泥砂漿和砌塊現(xiàn)場(chǎng)施工制作水泥砌塊6，使裝置 與屋頂緊密結(jié)合，以達(dá)到防水和防潮的作用。該裝置為通用裝置，可為任何 緯度地區(qū)的建筑提供綠色照明的作用。 實(shí)施方案2方案參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例的裝置應(yīng)用在一間坡屋頂?shù)姆块g。包括建筑物的 坡屋頂7和應(yīng)用非成象聚光器2的光導(dǎo)管裝置。該裝置采用的非成象聚光器 為錐形聚光器，聚光器的入口與聚光器軸有一定夾角，這樣可提高聚光器的 入口面積和減少聚光器尺寸；考慮到安裝問(wèn)題，透光裝置1選用平板型，表 面為防紅外膜16。室外日光通過(guò)透光裝置1的集光并通過(guò)非成象聚光器2進(jìn) 行聚光，通過(guò)光導(dǎo)管3并通過(guò)散光裝置4將太陽(yáng)光均勻的導(dǎo)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自 然光照明。透光裝置1與聚光器2的固定采用自宮釘11固定，采用密封圈12 和密封膠13密封，以便整個(gè)裝置密封。聚光器2和光導(dǎo)管3的聯(lián)接采用承插 的方式，并用拉鉚釘14固定。光導(dǎo)管的室外部分套有防雨板5，并用水泥砂 漿和砌塊現(xiàn)場(chǎng)施工制作水泥砌塊6，使裝置與屋頂緊密結(jié)合，以達(dá)到防水和防 潮的作用。本實(shí)施方案將光導(dǎo)管引致吊頂10下，很好的與室內(nèi)裝修協(xié)調(diào)一致。 此外，該方案未采用彎頭，可有效的減少光損失，這與常規(guī)的光導(dǎo)管有很大 不同。該裝置適用于緯度較低的地區(qū)的房間提供綠色照明的作用。 實(shí)施方案3方案參見(jiàn)圖5，本實(shí)施例的裝置應(yīng)用在多層建筑中間層的一個(gè)房間。包括 建筑物的外墻8和應(yīng)用非成象聚光器的光導(dǎo)管裝置。該裝置采用的非成象聚 光器為復(fù)合拋物面聚光器，聚光器的入口與聚光器軸有一定夾角，這樣可提 高聚光器的入口面積和減少聚光器尺寸；考慮到安裝問(wèn)題，透光裝置1選用 平板型，表面為防紅外膜16。室外日光通過(guò)透光裝置1的集光并通過(guò)非成象 聚光器2進(jìn)行聚光，通過(guò)光導(dǎo)管3并通過(guò)散光裝置4將太陽(yáng)光均勻的導(dǎo)入室
內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自然光照明。透光裝置1與聚光器2的固定采用自宮釘11固定，采用密封圈12和密封膠13密封，以便整個(gè)裝置密封。聚光器2和光導(dǎo)管3的 聯(lián)接采用承插的方式，并用拉鉚釘14固定。光導(dǎo)管的室外部分套有防雨板5， 并用膨脹螺栓15固定在外墻8上。本實(shí)施方案將光導(dǎo)管引致吊頂10下，很 好的與室內(nèi)裝修協(xié)調(diào)一致。該裝置可為多層建筑的非頂層房間提供綠色照明 的作用。
權(quán)利要求1、應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，包括透光裝置(1)、光導(dǎo)管(3)、設(shè)置在光導(dǎo)管上的散光裝置(4)，其特征在于透光裝置(1)和光導(dǎo)管(3)之間采用非成象聚光器(2)，設(shè)置在屋頂(7)外，并和透光裝置(1)、光導(dǎo)管(3)緊密連接，整個(gè)裝置密閉。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在 于所述的非成象聚光器(2)為不跟蹤太陽(yáng)的三維小型聚光器，其橫截面為圓 形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在 于所述的非成象聚光器(2)的形式為復(fù)合拋物面聚光器或者錐形聚光器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在于所述的非成象聚光器(2)的入口垂直于聚光器的中心線；或者與聚光器的中心線成一銳角。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在于所述的聚光器內(nèi)壁為對(duì)可見(jiàn)光具有反射率大于80%的反射膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在 于所述的復(fù)合拋物面聚光器的復(fù)合拋物面方程為(rcos(9薩+ zsin<9max)2 + 2R(1 + sin/9max)2r -2Rcos 0臓(2 + sin腿)z - R2 (1 + sin ^薩)(3 + sin 6>醒)=0其中，縱坐標(biāo)z為聚光器高度方向，橫坐標(biāo)r為聚光器寬度方向，坐標(biāo)原點(diǎn)為 聚光器出口的中心，聚光器的出口半徑為R，等于光導(dǎo)管的半徑，最大集光 角為&ax，等于當(dāng)?shù)氐木暥戎怠?br> 7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在 于所述的透光裝置(l)的形式包括拱頂型，平板型。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在\ 于所述的透光裝置(1)設(shè)置有防紅外膜(16)。
9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，其特征在 于所述的透光裝置(l)為透射系數(shù)系數(shù)在0.7以上的無(wú)色的有機(jī)玻璃或玻璃鋼。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用非成象聚光器的太陽(yáng)光光導(dǎo)管裝置，屬綠色照明和可再生能源利用領(lǐng)域。該裝置包括依次連接的透光裝置(1)、非成象聚光器(2)、光導(dǎo)管(3)、散光裝置(4)，非成象聚光器設(shè)置在屋頂(7)外，整個(gè)裝置密閉增大了光導(dǎo)管的采光量，大大提高了太陽(yáng)光光導(dǎo)管系統(tǒng)的照明效率；非成象聚光器根據(jù)邊緣光線原理設(shè)計(jì)而成，光損失小，聚光效果好；本非成象聚光器設(shè)計(jì)為三維小型聚光器，與光導(dǎo)管本體緊密連接。非成象聚光器設(shè)置在屋頂外，不會(huì)增加屋頂內(nèi)安裝孔的尺寸；根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合不同，非成象聚光器的形式和光導(dǎo)管布置形式可靈活多樣；該裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，而且提高了光導(dǎo)管裝置太陽(yáng)能光能直接利用的效率。
文檔編號(hào)G02B6/00GK201035179SQ20072010352
公開日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者吳玉庭, 李雙菊, 偉 王, 馬重芳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)