論光導管在現(xiàn)代建筑的應用

張永亮

中國建筑第八工程局上海分公司

論光導管在現(xiàn)代建筑的應用

張永亮

中國建筑第八工程局上海分公司

現(xiàn)代生活無時無刻都離不開照明，常規(guī)燈具都必須用電，我們一直在尋找新的節(jié)能照明方式，當前常用節(jié)能照明方式有太陽能光伏板照明、風能照明；這兩種照明方式都是把熱能、機械能轉(zhuǎn)換成電能，儲存在蓄電池內(nèi)給燈具供電，有沒有一種照明方式利用太陽直射光進行供電，答案是有，這就是由美國在八十年代提出光導系統(tǒng)。從能源應用角度，陽光取之不盡用之不竭，現(xiàn)在人們已經(jīng)利用陽光供熱，利用陽光發(fā)電等，直接利用光照明系統(tǒng)把陽光引入我們需要照明的場所，直接利用陽光減少碳排放，提升凈化生活環(huán)境；健康人居角度，溫暖舒適，回歸自然。

光導管；建筑工程；地下室照明

引言

光導照明系統(tǒng)對于建筑節(jié)能方面有很大的幫助，更好地為我們實現(xiàn)了建筑的節(jié)能減排，是一項現(xiàn)代的新興應用技術(shù)，值得關(guān)注充分利用自然光可節(jié)省大量照明用電，節(jié)約照明用電又可間接減少自然資源的消耗及有害氣體的排放。

1 光導管簡介

1.1 光導照明的工作原理

光導照明其基本原理是，通過采光罩高效采集室外自然光線并導入系統(tǒng)內(nèi)重新分配，再經(jīng)過特殊制作的導光管傳輸后由底部的漫射裝置把自然光均勻高效的照射到任何需要光線的地方，從黎明到黃昏，甚至陰天，導光管日光照明系統(tǒng)導入室內(nèi)的光線仍然很充足。該裝置主要由三部分組成：采光裝置、導光裝置、漫射裝置。光導系統(tǒng)是一套純天然采光系統(tǒng)，主要有采光設備、光傳輸設備、漫射設備，主要工作原理為通過采光設備高效采集室外自然光線，經(jīng)過特殊光傳輸設備，把可靠的自然光線投送到漫射設備，經(jīng)漫射設備把自然光均勻高效的照射到任何需要光線的地方?，F(xiàn)有光導管采光設備多采用PMMA(亞力克)材料或PC注塑，形式多為半球形。光傳輸設備是一種獨有的光反射管道，主要考慮在光傳輸?shù)耐局泄馔康膿p耗，材質(zhì)及構(gòu)成各個廠家均有不同。

1.2 光導管的優(yōu)點

光導管在運用上有很多的優(yōu)點：利用自然光進行照明，無需電力，不存在電力布置的線管、電線、配電箱，也就杜絕了因電力故障造成斷電及漏電危險；室內(nèi)為漫射自然光，無頻閃，不會對人眼造成傷害(普通日光燈的供電頻率為50赫茲，表示發(fā)光時每秒亮暗100次，屬于低頻率的頻閃光，會導致人眼視覺疲勞，從而加速眼睛近視)，同時表面帶有UV涂層的采光裝置會隔絕絕大部分的紫外線，使少量的紫外線進入室內(nèi)，可以清除室內(nèi)霉氣，抑制微生物生長，促進體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的合成和吸收，改善居住環(huán)境；光導照明系統(tǒng)所傳輸?shù)墓鉃樽匀还?，其波長范圍為380nm～780nm，顯色性Ra為100(白熾燈所發(fā)出的光接近自然光，其顯色性Ra為95～97)，且經(jīng)過漫射裝置，進入室內(nèi)的光為漫射光，光線柔和，照度分布均勻。光導照明走的正是這樣一條太陽光直接利用的節(jié)能之路，目前，市面上已經(jīng)有很多公司致力于研制、開發(fā)和量產(chǎn)光導照明設備，據(jù)實際應用反饋得到的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，光能利用率在97%以上，效率之高，讓“光轉(zhuǎn)變?yōu)殡?，電再轉(zhuǎn)變?yōu)楣狻钡恼彰鞣绞酵麎m莫及。此外，由于室內(nèi)為漫射自然光，無頻閃，故不會對人眼造成傷害，且光線柔和，照度分布均勻。

2 光導管在現(xiàn)代建筑的應用

當前光導系統(tǒng)在設計階段均不會設計，后期當業(yè)主了解這部分內(nèi)容時，大大增加了施工難度，影響美觀。屋面增加采光設備，造成屋面存在半球形采光罩，第一影響整個屋面的美觀效果，第二過多的采光罩占用很大的面積而且影響整個屋面設備的布局。后期光傳輸設備施工必須要與裝修單位配合，甚至可能造成裝修大面積的返工。首先國家現(xiàn)在對節(jié)能環(huán)保重視度越來越強，頒布了很多節(jié)能規(guī)范如建筑節(jié)能施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB 50411-2007；住宅建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)程DGJ08-113-2005；公共建筑節(jié)能設計標準GB50189-2005等，這些都說明了未來建筑更多會使用節(jié)能環(huán)保的材料，光導管系統(tǒng)正在貼合國家對節(jié)能的要求。這里我想提出一份設想，光導管應在設計階段充分考慮，可以利用現(xiàn)有建筑物的采光井或獨立設計的結(jié)構(gòu)把采光設備作為裝飾設計在屋面，就像在排水透氣帽的設計，也需分上人屋面和不上人屋面，光傳輸通道可以考慮管道井的方式，作為一個獨立的系統(tǒng)，像排煙管道那樣，可以利用管道井或者在管道井內(nèi)增加光傳輸設備，把光線傳輸?shù)饺魏挝恢谩，F(xiàn)代人類對色彩的利用非常廣泛，能否在漫射設備進行光片的選擇，滿足設計師對色彩的需求。

3 光導管照明系統(tǒng)設計

3.1 硬件設計

硬件部分可分為以下四個部分：(1)單片機的控制部分 ；(2)光照信號的輸入部分 ；(3)人工光源控制量輸出部分 ；(4)顯示部分。先用光照傳感器采集光照數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)輸入單片機進行采樣對比，將實際光照值與單片機中的設定值進行比較，計算出補償光照量。通過單片機控制數(shù)碼管內(nèi)部程序的操作，然后通過電路實現(xiàn)來驅(qū)動 LED 光源，使控制區(qū)域的照度達到設定值。

3.2 軟件設計

自動穩(wěn)光系統(tǒng)軟件主要包括光強數(shù)據(jù)讀取部分、數(shù)據(jù)處理及控制部分、顯示部分、延時和初始化部分。程序開始執(zhí)行時，先對 LCD 和GY-30 模塊內(nèi)的處理芯片 BH1750 進行初始化，然后給 GY-30 模塊上電并進行模式設置，延時一段時間后讀取 GY-30 模塊的數(shù)據(jù)，對讀出的數(shù)據(jù)處理并合成光照數(shù)據(jù)，與設定的閾值進行比較，輸出控制信號控制 LED 光照系統(tǒng)，同時把光照數(shù)據(jù)送至 LCD 屏顯示。

結(jié)語

綠色、節(jié)能、環(huán)保勢必是建筑發(fā)展的一種趨勢，我也相信光導系統(tǒng)在城市建筑能有更廣闊的發(fā)展。用光導管進行自然采光是現(xiàn)代綠色建筑的一種比較普遍的理念，具有光線傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性，使用范圍十分廣泛。我國政府十分重視建筑節(jié)能，并且把建筑節(jié)能作為我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容，當作一件緊迫、艱巨、長期的任務。我公司在保障性住房建設中，應當采用比較全面的節(jié)能措施，并選取技術(shù)成熟，具有較好的經(jīng)濟效益或社會效益新節(jié)能技術(shù)，為本地區(qū)類似工程建設提供了寶貴經(jīng)驗，也為節(jié)能技術(shù)的推廣應用作了良好的鋪墊與示范作用。

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