光導(dǎo)照明技術(shù)的原理及應(yīng)用

馬江川 王洪娜

光導(dǎo)照明，是通過光導(dǎo)技術(shù)利用室外自然光為室內(nèi)提供照明的手段，它可以將自然光線引入到傳統(tǒng)自然光照明方式難以到達(dá)的區(qū)域，從而節(jié)約照明的能源，也為人類的生產(chǎn)、生活提供方便。光導(dǎo)照明系統(tǒng)主要由采光罩、光導(dǎo)管、漫射器三大部分組成，它的工作原理是，室外采光裝置收集室外的自然光線并將其導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部，再經(jīng)由特殊制作的光導(dǎo)管傳輸后，由安裝于系統(tǒng)另一端的漫射裝置把自然光線均勻發(fā)散到室內(nèi)任何需要照明的地方。利用該系統(tǒng)得到的室內(nèi)照明亮度從黎明到黃昏，甚至是在陰天都十分充足。

那么光導(dǎo)照明技術(shù)在生產(chǎn)實踐中都有哪些應(yīng)用呢？

首先，光導(dǎo)照明技術(shù)可以在地下空間發(fā)揮巨大的價值。地下車庫利用光導(dǎo)照明技術(shù)解決采光問題，這在國內(nèi)外已有許多成功案例。由于光源來自于室外的自然光線，地下車庫可通過光導(dǎo)照明裝置獲得柔和、均勻的光照，而其強(qiáng)度還可以根據(jù)需要和室外陽光的變化進(jìn)行智能化的調(diào)節(jié)。在陰雨天或室外光線不足的時候，電力照明系統(tǒng)會自動啟動，使節(jié)能和照明達(dá)到最佳組合。光導(dǎo)照明系統(tǒng)的采光罩可以和車庫上部的構(gòu)筑物、景觀結(jié)合設(shè)置，安裝光導(dǎo)管的采光井也可結(jié)合設(shè)備管道井布置，以節(jié)約成本和空間。

在我國，地下隧道中也越來越多地應(yīng)用了光導(dǎo)照明技術(shù)。為保證隧道中車輛行駛的安全，需要在隧道中設(shè)置24小時的照明，而光導(dǎo)照明技術(shù)將室外光線折射到隧道之中，可大幅度地節(jié)約照明電力。在隧道的出入口部分，常常需要增加光導(dǎo)照明燈具的數(shù)量，以提供較高的照度，以減輕司機(jī)駛?cè)牒婉偝鏊淼罆r由于光線強(qiáng)弱迅速變化引起的視覺不適。

圖1 SunCurve的產(chǎn)品外觀

圖2 SunCurve產(chǎn)品的應(yīng)用

除了地下空間，光導(dǎo)照明系統(tǒng)在學(xué)校和生產(chǎn)、辦公建筑中也大顯身手。研究表明，相對于人工照明，人們在自然光條件的工作、學(xué)習(xí)的效率會明顯提高，疲勞感明顯降低。在學(xué)?；蚬S里，光導(dǎo)照明技術(shù)可將光線引入到自然光難以直接射入的區(qū)域，使得在這些區(qū)域工作的人們也可以享受到自然光的恩惠。值得一提的是，全球最大屋頂窗戶生產(chǎn)企業(yè)丹麥威盧克斯公司生產(chǎn)了一種名為SunCurve的日光高效采集系統(tǒng)，它能高效地收集日光，并捕獲更多的低角度入射光，再將光線進(jìn)行柔化處理，將自然光轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的光源，送入室內(nèi)。（圖1，圖2）

研究人員還開始將建筑通風(fēng)系統(tǒng)和光導(dǎo)照明系統(tǒng)進(jìn)行整合，在提升室內(nèi)照明舒適度的同時引入新鮮空氣，提高室內(nèi)通風(fēng)效率，這更加有利于人們的身心健康。

傳統(tǒng)的光導(dǎo)照明系統(tǒng)只能作用于白天，而如果它與太陽能光伏發(fā)電裝置相結(jié)合，白天利用自然光線、夜間使用存儲電力進(jìn)行照明，就能大大降低照明的能耗，節(jié)約建筑使用成本。在當(dāng)今環(huán)保節(jié)能的大趨勢下，兩者的結(jié)合應(yīng)用，必將有巨大的發(fā)展空間。

光導(dǎo)照明系統(tǒng)也可以成為室外景觀的一部分，營造特殊的藝術(shù)效果。在夜晚，室內(nèi)的燈光通過光導(dǎo)照明裝置逆向反射，可形成美妙的景觀。英國的燈光藝術(shù)家布魯斯·蒙羅（Bruce Munro）于2011在英國赫爾本（Holburne）博物館廣場上設(shè)計的景觀藝術(shù)作品，就是利用了這個原理，利用上千個球狀采光罩和光導(dǎo)纖維創(chuàng)造出童話般的夢幻效果。夜幕來臨之際，參觀的人們恍若置身銀河之中（圖3）。

圖3英國的燈光藝術(shù)家布魯斯·蒙羅的光導(dǎo)景觀藝術(shù)

在當(dāng)今世界能源消耗巨大，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的情況下，建筑的可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。如何在降低建筑運(yùn)行的成本、提高能源使用的效益，是我們面臨的重要課題。光導(dǎo)照明技術(shù)將清潔環(huán)保的自然光引入室內(nèi)，可以節(jié)約能源并改善建筑空間的采光質(zhì)量；它與太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、樓宇通風(fēng)設(shè)備的結(jié)合，更有利于提高人們的生活、工作環(huán)境的品質(zhì)，發(fā)揮巨大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]徐登輝,劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本原理及使用概況[J].綠色照明,2010,163(6):81-84.

[2] 王凡,龍惟定.太陽能光導(dǎo)管采光技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].建筑科學(xué),2008,24(8):109-113.

[3] 周綱. 淺談在建筑節(jié)能中光導(dǎo)照明的應(yīng)用[J]. 中華民居，2011(12):38-39.

[4] 丁力行，歐旭峰，盧海峰,等.光導(dǎo)管技術(shù)及其在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)[J].2011,1(39):64-69.

[5]馬新慧.自然光光導(dǎo)照明在建筑采光中的應(yīng)該用[J].2011,1(39):64-69

[6]段旺，劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本原理及使用概況[J].智能建筑與城市信息，2010 (6)

[7]光導(dǎo)照明地下車庫應(yīng)用的可行性分析 [R]

[8]孫宇.北方高效教學(xué)樓適應(yīng)性改造研究-節(jié)能優(yōu)化與整合策略[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008