專利名稱：應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管照明系統(tǒng)，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)電量的份額越來越大，照明能耗已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，還可以改善視覺效果，提高舒適度。為此利用太陽光的綠色照明技術(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，太陽光光導(dǎo)管能夠把太陽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，采用太陽光光導(dǎo)管照明不會產(chǎn)生多余熱量，利用光導(dǎo)管傳輸?shù)奶枱崃恳脖却皯羯?，夏天可減少房間的冷負(fù)荷，冬天可防止熱量損失，對于建筑節(jié)能具有積極意義。另外，以太陽光為光源的光導(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)光污染即眩光問題，可以提高室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)，改善視覺效果，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采光或輔助照明，并能取得良好的采光照明效果，是太陽能光利用的一種有效方式。
然而目前在我國，太陽光光導(dǎo)管技術(shù)的市場推廣還存在諸多困難，其中技術(shù)上很關(guān)鍵的一個(gè)問題就是光導(dǎo)管的傳光效率較低。目前市場上的光導(dǎo)管產(chǎn)品沒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、被動的收集自然光，這使得太陽光光導(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，所以目前市場上并沒有適合光導(dǎo)管的聚光裝置。因此，太陽光光導(dǎo)管技術(shù)要想進(jìn)一步提高其市場推廣的潛力就必須提高裝置的光傳輸效率，而太陽光光導(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、沒有聚光后的熱效應(yīng)和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，目前還沒有能夠滿足這些要求的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種高照明效率的太陽光光導(dǎo)管照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)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，不會增加屋頂內(nèi)安裝孔的尺寸；根據(jù)應(yīng)用的場合不同，非成象聚光器的形式和光導(dǎo)管布置形式可靈活多樣；該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，而且提高了光導(dǎo)管裝置太陽能光能直接利用的效率。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案參見附圖1、2，圖1為系統(tǒng)示意圖，圖2為聚光器結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)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)系統(tǒng)密閉。
所述的非成象聚光器2為不跟蹤太陽的三維小型聚光器，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)壁為對可見光具有反射率大于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(rcosθmax+zsinθmax)2+2R(1+sinθmax)2r-2Rcosθmax(2+sinmax)z-R2(1+sinθmax)(3+sinθmax)＝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θmax，等于當(dāng)?shù)氐木暥戎怠?br> 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)為在0.7以上的無色的有機(jī)玻璃或玻璃鋼。
本發(fā)明將非成象聚光器應(yīng)用于太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)的采光，增大了系統(tǒng)的采光量，提高了系統(tǒng)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。本發(fā)明設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)，有效的提高了太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)的照明效率。


圖1，應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖2，應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)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θmax；圖3，應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)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光光導(dǎo)管系統(tǒng)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光光導(dǎo)管系統(tǒng)側(cè)采光剖面示意圖；其中，圖1～5中1-透光裝置；2-非成象聚光器；3-光導(dǎo)管；4-散光裝置；5-防雨板；6-水泥砌塊；7-屋頂；8-外墻；9-樓板；10-吊頂；11-自宮釘；12-密封圈；13-密封膠；14-拉鉚釘；15-膨脹螺栓；16-防紅外膜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明設(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所，公共場所等的照明，本發(fā)明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。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
實(shí)施方案1方案參見圖3，本實(shí)施例的系統(tǒng)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)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的非成象聚光器為對稱的復(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，該系統(tǒng)應(yīng)用于北京地區(qū)，故θmax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≤r≤0.36)透光裝置1為拱頂型，表面為防紅外膜16。室外日光通過透光裝置1的集光并通過非成象聚光器2進(jìn)行聚光，通過光導(dǎo)管3并通過散光裝置4將太陽光均勻的導(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11固定，采用密封圈12和密封膠13密封，以便整個(gè)系統(tǒng)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)場施工制作水泥砌塊6，使系統(tǒng)與屋頂緊密結(jié)合，以達(dá)到防水和防潮的作用。該系統(tǒng)為通用系統(tǒng)，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方案參見圖4，本實(shí)施例的系統(tǒng)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)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)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。室外日光通過透光裝置1的集光并通過非成象聚光器2進(jìn)行聚光，通過光導(dǎo)管3并通過散光裝置4將太陽光均勻的導(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)系統(tǒng)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)場施工制作水泥砌塊6，使系統(tǒng)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。該系統(tǒng)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方案參見圖5，本實(shí)施例的系統(tǒng)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)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)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。室外日光通過透光裝置1的集光并通過非成象聚光器2進(jìn)行聚光，通過光導(dǎo)管3并通過散光裝置4將太陽光均勻的導(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)系統(tǒng)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。該系統(tǒng)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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，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)系統(tǒng)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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，其特征在于所述的非成象聚光器(2)為不跟蹤太陽的三維小型聚光器，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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，其特征在于所述的聚光器內(nèi)壁為對可見光具有反射率大于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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，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(rcosθmax+zsinθmax)2+2R(1+sinθmax)2r-2Rcosθmax(2+sinmax)z-R2(1+sinθmax)(3+sinθmax)＝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θmax，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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，其特征在于所述的透光裝置(1)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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，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光光導(dǎo)管系統(tǒng)，其特征在于所述的透光裝置(1)的制作材料為透射系數(shù)系數(shù)為在0.7以上的無色的有機(jī)玻璃或玻璃鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用非成象聚光器的太陽光光導(dǎo)管系統(tǒng)，屬綠色照明和可再生能源利用領(lǐng)域。該系統(tǒng)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)系統(tǒng)密閉增大了光導(dǎo)管的采光量，大大提高了太陽光光導(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，不會增加屋頂內(nèi)安裝孔的尺寸；根據(jù)應(yīng)用的場合不同，非成象聚光器的形式和光導(dǎo)管布置形式可靈活多樣；該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，而且提高了光導(dǎo)管裝置太陽能光能直接利用的效率。
文檔編號G02B19/00GK101017219SQ20071006371
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者馬重芳, 王偉, 吳玉庭, 李雙菊 申請人:北京工業(yè)大學(xué)