一種地下車站的太陽光混合照明系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地下車站的太陽光混合照明系統(tǒng)，尤其涉及光導(dǎo)管照明與通風(fēng)技 術(shù)、光纖與光導(dǎo)管混合導(dǎo)入太陽光直接照明技術(shù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 地鐵是我國目前一線和二線城市的重要軌道交通，安全健康的照明系統(tǒng)是地下車 站建設(shè)的一個(gè)重要指標(biāo)。地下車站的站廳和站臺(tái)照明具有不同照度和均勻性要求，對(duì)地下 車站的設(shè)備區(qū)照明、公共區(qū)照明、電纜夾層照明、導(dǎo)向標(biāo)志照明、廣告照明和事故照明等區(qū) 域的照度不同，所以新型地下車站的照明設(shè)施建設(shè)需要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、高效 性、節(jié)能性、自然性、和諧性等特性。
[0003] 鑒于常年需要照明的地下車站耗電很大，在能源日益緊缺的今天，如何更加高效 廉價(jià)地利用太陽光照明顯得越發(fā)重要。太陽光是一個(gè)取之不盡、用之不竭的光源，太陽輻射 能量用太陽常數(shù)表示：一個(gè)太陽常數(shù)為1367W/H1 2,相當(dāng)于每平方米上13個(gè)100W燈泡的照 明效果，最大月與最小月相差約7%左右。人們?cè)诘孛嫔弦呀?jīng)習(xí)慣了清潔、舒適的太陽光源， 人們利用太陽光來進(jìn)行照明目前有兩種方式：將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后通過電力來照明； 另一種是直接利用太陽光進(jìn)行照明，后者比前者的效率高3-4倍。將太陽光引入地下車站 直接照明是一種返璞歸真的作法，可以改善城市居民的舒適乘車環(huán)境，提高城市品位。
[0004] 中國的地下車站大多采用LED(light-emitting diode發(fā)光二級(jí)管）照明，不論 是郭建明的"地鐵照明專用鋁合金電纜"，還是李明奎等的"用于地鐵照明的LED燈帶"以 及王洪的" 一種用于地鐵照明的大功率LED面板燈"，都是為了改進(jìn)和提高地鐵電力照明的 成本。對(duì)于照明需求量大的地下空間，電照明消耗能源多，有學(xué)者對(duì)太陽光地下照明進(jìn)行 相應(yīng)的設(shè)計(jì)和研究，例如Simone C. Molteni等人設(shè)計(jì)的適用于地下的利用太陽光照明的 方法，由多次鏡面反射將太陽光導(dǎo)入地下和通過光導(dǎo)管將光引入地下進(jìn)行照明；B. Bouchet 等人根據(jù)地下空間采光標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算了地下空間使用太陽光照明的設(shè)備間距，測試了各類太陽 光收集裝置的效率J · A ·霍夫曼等人的專利"用于光導(dǎo)管照明系統(tǒng)的安裝組件及光導(dǎo)管 照明系統(tǒng)"，改善光導(dǎo)管照明系統(tǒng)的防熱；梅屹峰等人的專利"基于物聯(lián)網(wǎng)的自然光、電力混 合照明系統(tǒng)"，利用菲尼爾透鏡和光纖將太陽光引進(jìn)室內(nèi)與電力進(jìn)行混合智能照明；劉克迅 的專利"太陽光照明導(dǎo)光系統(tǒng)"，直接利用太陽光進(jìn)行照明；王志成的專利"一種太陽光照明 系統(tǒng)":采用凸透鏡聚光，用光纖作為導(dǎo)光管照明，陰雨天并采用電燈補(bǔ)償照明；王志強(qiáng)的文 章"地鐵工程采用光導(dǎo)照明系統(tǒng)的可行性研究"論述了地鐵采用光導(dǎo)照明的優(yōu)越性，計(jì)算了 相關(guān)的節(jié)能減排功能；寧鐸等的文章 "CPV-LED隧道加強(qiáng)照明系統(tǒng)及智能調(diào)光方法研究"， 利用太陽光的跟蹤裝置，在菲涅兒透鏡的焦點(diǎn)處放置一個(gè)太陽光伏電池，直接驅(qū)動(dòng)LED對(duì) 黃山玉臺(tái)隧道進(jìn)行照明；國內(nèi)也有一些生產(chǎn)太陽光直接照明的公司，如北京東方風(fēng)光新能 源技術(shù)有限公司、蘇州中節(jié)能索樂圖日光科技有限公司、盛旦節(jié)能技術(shù)（北京）有限公司、 北京唯日康新能源有限公司、南京帥瑞科技有限公司等等專門研發(fā)生產(chǎn)光導(dǎo)照明系統(tǒng)的公 司。中國采用太陽光照明的一個(gè)典型實(shí)例就是北京第29屆奧運(yùn)會(huì)場館之一的北京科技大 學(xué)體育館，設(shè)計(jì)師在該館安裝了 148個(gè)直徑為530mm的光導(dǎo)管用自然采光，較好解決了采光 問題，增加了場館的特色。
[0005] 在設(shè)計(jì)安裝照明燈具的數(shù)量和布局時(shí)將根據(jù)《地下鐵道照明標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T16275-1996)的照度標(biāo)準(zhǔn)，以保證照明環(huán)境的照度符合國際照明委員會(huì)（International Commission on Illumination, CIE)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)規(guī)范要求，大多地下站廳的照度標(biāo) 準(zhǔn)為2001x，對(duì)應(yīng)的照明功率密度為12W/m2,照度均勻度不小于0. 7 ;站廳站臺(tái)設(shè)計(jì)照度為 150-2001X ;人們停留較長時(shí)間處的站廳售票區(qū)、站臺(tái)等候區(qū)可提高照度到200-2501X ;對(duì) 于通過性空間，降低照度為1501x使人感覺不適，從而加快步行；車控設(shè)備空間的照度設(shè)計(jì) 為3001x，如車站綜合控制室、站長室、AFC(Automatic Fare Collection)票務(wù)室、通信和 信號(hào)機(jī)械室、會(huì)議室、環(huán)控和電控室等，有辦公活動(dòng)及管理設(shè)備的文案臺(tái)面等部位照度應(yīng)適 當(dāng)提高，以滿足運(yùn)營管理需要；管理人員不常停留僅僅為了檢修的栗房區(qū)域照度可以設(shè)定 1501x ;出入口的照度設(shè)定為3501x，用以消減室內(nèi)室外的視覺差距。
[0006] 鑒于上述專利、文章和產(chǎn)品，目前還未見將太陽光引入地下車站進(jìn)行直接照明、兼 顧通風(fēng)與顯示功能的相關(guān)專利。本發(fā)明專利根據(jù)地下車站建筑結(jié)構(gòu)和形狀的照明特點(diǎn)，提 出將光導(dǎo)管和光纖兩種傳光器件緊密結(jié)合，酌情使用，兼顧地下車站的照明和通風(fēng)功能：光 導(dǎo)管的直徑較大，且光導(dǎo)管做成套筒形式，內(nèi)徑導(dǎo)入太陽光，外徑作為地鐵的通風(fēng)，建筑成 本相對(duì)較高，但效果明顯；光纖的直徑小、柔性大，可以埋到墻內(nèi)或延伸到需要照明的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種地下車站的太陽光混合照明系統(tǒng)，以解決地下車站常 年照明用電的能源問題，本發(fā)明通過太陽光利用光導(dǎo)管與光纖混合導(dǎo)入地下車站進(jìn)行直接 照明：利用口徑較大的光導(dǎo)管導(dǎo)入太陽光對(duì)多層地下車站的較上層位置直接照明、利用易 于變形的光纖將太陽光導(dǎo)入對(duì)多層地下車站的較下層位置直接照明，并合理利用光導(dǎo)管與 光纖的組合系統(tǒng)，滿足地下車站的照度要求，實(shí)現(xiàn)地下車站的照明效果；
[0008] 本發(fā)明的目的，也為了利用光電管的口徑比較大，同時(shí)解決地下車站的通風(fēng)問題 而設(shè)計(jì)了光導(dǎo)管同時(shí)兼顧地下車站的照明與通風(fēng)功能的套筒裝置；
[0009] 本發(fā)明的目的，也為了解決目前太陽跟蹤系統(tǒng)的精度低問題而設(shè)計(jì)了光纖導(dǎo)入太 陽光的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)太陽跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度的太陽跟蹤。
[0010] 本發(fā)明提出一種地下車站的太陽光混合照明系統(tǒng)，包括光導(dǎo)管、套筒、光纖、直接 照明裝置、繼電器和控制器、動(dòng)態(tài)太陽跟蹤裝置和靜態(tài)太陽跟蹤系統(tǒng)，其中：
[0011] 套筒自上而下伸入地下車站，光導(dǎo)管插入套筒內(nèi)，太陽光利用光導(dǎo)管與光纖混合 導(dǎo)入地下車站進(jìn)行直接照明，所述光導(dǎo)管采用口徑較大的管子，利用口徑較大的光導(dǎo)管導(dǎo) 入太陽光對(duì)多層地下車站的較上層位置進(jìn)行直接照明，利用易于變形的光纖將太陽光導(dǎo)入 對(duì)多層地下車站的較下層位置進(jìn)行直接照明，合理利用光導(dǎo)管與光纖的組合系統(tǒng)，滿足地 下車站的照度要求，實(shí)現(xiàn)地下車站的照明效果；套筒與光導(dǎo)管之間留有間隙，所述間隙為地 下車站的通風(fēng)通道；
[0012] 所述直接照明采用第一菲尼爾透鏡、濾光透鏡、散光裝置、照度傳感器、控制器實(shí) 現(xiàn)，太陽光垂直照射到菲尼爾透鏡上，在菲尼爾透鏡的焦點(diǎn)附近放置濾光透鏡，將太陽光中 的紅外光譜過濾掉，太陽光匯聚在菲尼爾透鏡的焦點(diǎn)，進(jìn)入第一光纖的一端，通過第一光纖 的傳光，在第一光纖的另一端鏈接散光裝置，進(jìn)行太陽光的直接照明；在地下車站的合適位 置安裝有LED燈具，并在適當(dāng)位置安裝照度傳感器，所述照度傳感器鏈接控制器；
[0013] 所述動(dòng)態(tài)太陽跟蹤裝置由第二菲尼爾透鏡、云臺(tái)和太陽跟蹤傳感器系統(tǒng)組成，所 述第二菲尼爾透鏡固定在錐形喇機(jī)口上，錐形喇機(jī)口固定于云臺(tái)上，云臺(tái)由電機(jī)控制，云臺(tái) 的側(cè)面裝有太陽跟蹤傳感器系統(tǒng)，所述太陽跟蹤傳感器系統(tǒng)采用光敏電阻，采用光敏電阻 傳感器實(shí)時(shí)感應(yīng)太陽的位置，讓第二菲尼爾退靜實(shí)時(shí)聚焦太陽，四只光敏電阻通過不透明 的十字交叉隔板分隔，組成光敏電阻傳感器模塊，光敏電阻傳感器模塊的頂部受光面安裝 一個(gè)濾光衰減片，確保所接收的太陽光的照度在光敏電阻量程范圍以內(nèi)，太陽光匯聚在第 二菲尼爾透鏡的焦點(diǎn)處；
[0014] 所述靜態(tài)太陽光收集系統(tǒng)為半球太陽光收集器，所述太陽光收集器包括第三菲尼 爾透鏡、半球狀外殼，所述半球狀外殼上分布著不同趨向的第三菲尼爾透鏡，用于收集不同 方向入射的太陽光，每一個(gè)第三菲尼爾透鏡的焦點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)固定有一根第二光纖，所述光 纖用于傳輸聚焦后的太陽光。根據(jù)地下車站的照明實(shí)際需要，第三菲尼爾透鏡的口徑可以 根據(jù)需要選擇。
[0015] 本發(fā)明中，當(dāng)?shù)叵萝囌緝?nèi)照度高于2001x時(shí)，采用太陽光照明，當(dāng)照度低于2001x 時(shí)，控制器控制燈具實(shí)現(xiàn)LED電力照明。
[0016] 本發(fā)明中，光導(dǎo)管導(dǎo)的數(shù)量和導(dǎo)入地下進(jìn)行照明的布管根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0017] 本發(fā)明中，所述第一光纖可采用石英玻璃光纖、樹脂光纖或階躍型聚合物光纖等 中的任一種。
[0018] 本發(fā)明中，安裝的光導(dǎo)管和光敏的個(gè)數(shù)通過下列計(jì)算得到：
[0019] (1)菲尼爾透鏡對(duì)太陽光的通量計(jì)算：
[0020] 假設(shè)射入菲尼爾透鏡前的光通量為Φ。，透出的光通量為：