作品名稱：智能導光管采光燈
學校名稱：云南農(nóng)業(yè)大學
參賽隊伍：H+C
參賽學生：魯豹 張艷春 陳建昆
指導老師：王瓊 張?zhí)祉?nbsp;
光導管的構(gòu)想最初源于人們對自來水的聯(lián)想 ,既然水可以通過水管輸送到任何需要的地方 , 那么光線是否也能象水流一樣人工輸送呢? 最初人們研究光導管只是想輸送人工光 ,直到 20 世紀 80 年代才開始擴展到自然采光。我國也已開展了光導管的研制工作, 有的公司已經(jīng)能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不很復雜的光導管, 但是因為起步晚,加之光導管的核心技術(shù)———管內(nèi)的高反射率膜的生產(chǎn)工藝沒有掌握, 我國制造的光導管在性能上和國外還有較大差距, 這需要國內(nèi)的企業(yè)和科研單位在理論研究和制造工藝方面做進一步的研究。
光導管最大的優(yōu)點是節(jié)能 。一方面, 由于完全采用自然采光不需要消耗人工能源 ,所以光導管可以節(jié)約 20 %～ 30 %的建筑用電, 如果換算成標煤將數(shù)量客觀(我國目前 75 %的電能來源于燃煤)。另一方面, 因為相比人工采光, 光導管系統(tǒng)引入室內(nèi)的熱負荷比較小 。長期以來, 人們一直對自然光存在一種誤解 ,認為自然光進入室內(nèi)所帶來的熱量要多于人工光源的發(fā)熱量,實際上如果提因為人工光源在利用電能發(fā)光的同時將大部分電能轉(zhuǎn)化為了熱量, 也就是說人工光源實際的發(fā)光效率是很低的, 如果用自然光代替人工照明可大大減少空調(diào)負荷 ,有利于減少建筑能耗。
該導光管采光燈系統(tǒng)是一種無電照明系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的建筑室內(nèi)白可以利用日光進行室內(nèi)照明。該系統(tǒng)是通過室外的采光裝置捕獲室外的自然光線，并將自然光導入到系統(tǒng)內(nèi)部，然后經(jīng)過特殊制作導光裝置強化并高效傳輸后重新分配，并由底部的漫射器將自然光均勻高效地照射到室內(nèi)任何需要照明的地方。從早晨到傍晚，哪怕是陰天或雨雪天，該系統(tǒng)導入室內(nèi)的光線仍然非常充足。
比較常見的光導管系統(tǒng)一般分為 3 部分 ：室外（或屋頂）的采光裝置、光傳導（導光管）部分和底部（或室內(nèi)頂部）的漫射器。具體的配件有：采光器（罩）、防雨裝置、標準管、彎管、延長管、固定環(huán)、裝飾環(huán)、漫射器（燈頭）
導光管采光系統(tǒng)還可以根據(jù)使用需求，對室內(nèi)光照度進行變換調(diào)整，甚至完全關(guān)閉的控制（通過有線或無線遙控，控制小型電機帶動遮光片進行開合）；也可以實現(xiàn)導光電照一體化（可將電力照明系統(tǒng)安裝在導光管導光系統(tǒng)內(nèi)部，節(jié)省天花板使用空間），同時夜間還可以兼作室外景觀燈使用
按照采光方式, 光導管可分為主動式和被動式 。主動式光導管通過一個聚光器采集太陽光, 再將太陽光傳輸?shù)绞覂?nèi) ,因為聚光器上裝置了傳感器和反饋裝置 ,可以使聚光器的采光方向總是向著太陽 。這種光導管采集太陽光的效果非常好 ,但是由于聚光器的較高工藝要求造成了其成本過高, 因此主動式光導管很少見。人們通常所說的光導管是指被動式光導管 ,這種光導管的采光罩和光導管本身連接固定在一起,采光罩一般是由有機玻璃等材料注塑而成 ,整個系統(tǒng)一經(jīng)安裝便不能移動。此外 ,光導管按傳輸光的方式還可以分為有縫光導管和棱光鏡光導管 。有縫光導管是在管壁上留一條很長的出光縫 ,以使光線能夠照射到工作面上,這種光導管看似簡單,其實工藝要求很高, 而且光在傳輸過程中容易造成泄露,因此效率不高, 實際中很少用到。比較常見的是棱光鏡光導管 ,這是著名的美國 3M 公司研制的一種高效光導管 , 其最主要的部分是一層覆蓋在管壁上的棱鏡薄膜 。
1)考慮到光導管在陰雨天和夜間的照明受限 ,有學者提出設(shè)計光導 —光伏系統(tǒng) ,即在光導管系統(tǒng)中加裝太陽能電池, 在光照充分的時候儲存多余的太陽能以便在晚間或需要的時候進行照明, 此技術(shù)對太陽能電池的蓄能量和蓄能時間有較高要求 ,會增加光導管系統(tǒng)的應(yīng)用成本 , 但是太陽能電池也是不消耗人工能源的, 其投資成本高但是使用成本相對較低。相比之下 ,電光源光導管系統(tǒng)在技術(shù)上則
比太陽能電池光導管系統(tǒng)簡單許多 ,它只是把電光源嵌入到光導管系統(tǒng)內(nèi), 在光導管無法滿足正常照明的情況下提供電光源照明, 此系統(tǒng)比太陽能電池的光導—光伏系統(tǒng)在照明性能上有了更好的保證,初投資也要便宜許多,但是它需要消耗人工能源 ,其節(jié)能性比前者差。
2)在建筑智能化和多元化的潮流下, 綠色建筑更加偏重于利用自然的能量來達到節(jié)能和環(huán)保的目的,現(xiàn)在的熱點問題之一就是自然采光和自然通風系統(tǒng)的結(jié)合。開發(fā)與自然通風相結(jié)合的光導系統(tǒng),將進一步拓寬光導管的應(yīng)用領(lǐng)域 , 在滿足采光需求的同時也保證了良好的自然通風 , 這樣可以使光導管系統(tǒng)的功能更加完善, 對于節(jié)能和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)有重要意義, 是將來光導技術(shù)的發(fā)展方向之一。
3)光導照明系統(tǒng)每天的有效工作時間會根據(jù)季節(jié)的不同而有所變化，參考某品牌日光照明系統(tǒng)應(yīng)用于杭州地區(qū)的年有效工作時間，估算本項目地下車庫光導照明系統(tǒng)的年節(jié)約電量為3.92×104 kW·h，折合標準煤當量11.87 t。地下車庫的照明功率密度按4 W/m2計算。按照目前居民用電單價0.568元/（kW·h）計算，全年可節(jié)省電費2.23萬元，光導管的一次性投入成本：0.6萬元/只×25 只=15萬元。因此，7年可以收回全部投資和維護保養(yǎng)成本，而實際使用壽命在
15年以上，經(jīng)濟效益可觀.
4）適合特殊場所：減少了因白天照明停電而引起的安
全隱患和用電引起的火災(zāi)隱患（更適合于禁止用電的特殊
場所）。
