光导照明技术解析以及未来发展
一、光导照明与电能照明的主要区别
首先是储存量的区别。光导照明利用的是自然光。自然光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭。而电能主要是由燃烧化石燃料生产，储存量受很多因素的影响，有着量的局限性。其次，对环境的影响区别。自然光照明利用太阳光，并没有进行化学的变化，也没有污染自然资源的的有害气体的排放;而电能照明在获得电能的同时向大气排放大量二氧化碳、二氧化硫、碳氧化物等有害气体，这些气体是造成全球各种环境问题的重要原因。再次，热量的区别。长期以来，人们一直对天然光存在一种误解，认为自然光进入室内的同时带来的热量要多于人工光源的发热量。事实上，如果提供同样的照度，自然光带来的热量比绝大多数人工光源的发热量都少。也就是说，自然光照明代替人工光源照明，可以大大减少空调负荷，有利于降低建筑物能耗。最后，采集太阳光的光导绿色照明系统能够把白天的太阳光有效地传递到室内阴暗的房间或者易燃易爆不适宜采用电光源的房间，改变目前很多建筑“室外阳光灿烂，室内灯火辉煌”的局面，可以有效地减少电能消耗。
二、光导管传输光的方式
有缝光导管和棱镜光导管。有缝光导管的外形是长圆柱形，内表面涂有镜面反射涂层，并留有一条长的出光缝，使光线射到工作面上，这种光导管加工工艺复杂，光在传播过程中损失较大，造成整个光导管装置效率不高，因此这种类型的光导管在采集太阳光的光导管系统中很少采用。棱镜薄膜空心光导管是美国3M公司研制，这种光导管是根据光辐射在光密介质中的全反射原理制造的，棱镜薄膜厚0.5mm，3M公司的产品采用PMMD塑料制造，一次反射率可以达到99.99%，为目前世界时反射率最高、性能最好的光导管材料。薄膜的一个面是平的，另一个面具有均匀分布的纵向波纹。这些波纹的截面是顶角为90度的三角形棱镜，这种薄膜的特点是入射到其平的一面上的光线如果不被反射，就会射进材料内部，把棱镜薄膜卷成圆柱形管子，沿管长方向射来的一束光线就可以通过光导管端面进入，经过多次反射，到达管子的另一端。棱镜薄膜空心光导管薄膜材料的选择和制作工艺是个关键问题，不标准的光学表面和不纯的光学材料会导致光在传播过程中的损失增加，甚至部分光线从光导管中散射出去，而且传播路径越长损失越大。
四、光导照明与传统采光照明的对比
全球能源日益紧张，物价飞速上涨，企业如何控制成本已迫在眉睫，在控制各项成本的同时
，如何减少不必要的浪费也是企业研究的一个重要课题。日间照明问题是其中最重要一项。
同时，在现在高节奏的生活中，人们越来越关注工作和生活的环境舒适度，人们逐渐从物质追求转移到了精神追求，舒适的光环境是人们重要追求之一。
1、人?建筑?自然光
阳光是万物之源，是构成宇宙的基本要素，人类生活时时刻刻离不开光，人从外界获得的信息约有80%都来自光和光辐射引起的人的视觉。自然光是界定空间的要素，通过对光与建筑空间关系的研究，可以对建筑的本质获得更为深刻的认识。光赋予建筑之色彩，给予人类之生命。
2、建筑采光
建筑采光的发展大概分为三个过程：
(1) 传统建筑采光，如门、窗;
(2) 近代建筑采光，如采光天窗、采光的带、采光罩等;
(3) 现代建筑采光，如光导照明、光纤照明等。
每个采光过程的衍变都是为了解决以前采光而不能解决的问题，使建筑更合理的运用自然光。
2.1传统建筑采光
(1) 不能解决大进深房间采光;
(2) 无法控制光强和光线角度;
(3) 采光面积大，热损大。
2.2近代建筑采光
(1) 解决大进深建筑采光问题;
(2) 受建筑层数限制，仅能解决单层或顶层建筑采光;
(3) 受室内吊顶限制;
(4) 仍无法控制光强和光线角度;
(5) 增加建筑热损。
2.3现代建筑采光
光导照明
光纤照明
(1) 解决大进深建筑和地下建筑采光问题。
(2) 打破建筑层数的限制;
(3) 打破吊顶的限制;
(4) 可控制光强和光线方向;
(5) 热损大幅度降低。
五、自然光照明的优势
自然光无处不在，是取之不尽、用之不竭、清洁无污染的能源。人们所使用的常规能源都存在不同程度的污染，例如造成酸雨，使地球变暖，危害了人类和动植物的生存。据统计，全世界为清除空气污染所需的费用，大约是所有燃料费的10%左右。但是，如果人们利用自然光就完全不存在这些问题。因此，充分利用自然光既节约了大量的人工照明用电，又保护了环境，同时采用自然光照明，无触电危险，安全可靠。
阳光是万物生长之源泉。人们喜欢自然光，习惯在自然光下工作、生活。科学研究表明，人工照明可以满足人们的采光需要，但并不能满足人们的心理需求。充分利用自然光照明，可以使工作更有效率，生活环境更加健康。因为太阳光是全光谱辐射，可在人的机体内产生维生素等多种营养物质。而且，人们在自然光下活动，心理和生理上都会感到舒适愉快，对人们的身心健
康都十分有利。自然光还能消除居室内的霉气，抑制微生物的生长，改善室内的居住环境。
自然光比人工照明具有更高的视觉功效。据国外的研究报告指出，在自然光教室学习的学生成绩比人工光教室的要好，其中数学成绩平均高20%，阅读成绩高26%。
自然光与建筑相结合，创造了低能耗高舒适度的健康居住环境，有利于建筑装饰艺术的创作。多变的自然光，加上阳光的丰富多彩，材料质感更加明显，显示出自然光的艺术魅力。
六、光导管技术是什么?
光导照明系统是一种新型的照明系统，主要是由采光罩、光导管和漫射器三部分组成。其系统原理，是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的光导管传输和强化后，由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到任何需要光线的地方。从而得到由自然光带来的特殊照明效果，打破了照明完全依靠电力的观念，是一种绿色、健康、环保、无能耗的照明产品。
光导管系统主要分三部分，一是采光部分;二是导光部分，一般由三段光导管组合而成，光导管内壁为高反射材料，反射率一般在95%以上，光导管可以旋转弯曲重叠来改变导光角度和长度;三是散光部分，为了使室内光线分布均匀，系统底部装有散光部件，可避免眩光现象的发生。
从采光的方式上分，光导管有主动式和被动式两种。主动式是通过一个能够跟踪太阳的聚光器来采集太阳光，这种类型的光导管采集太阳光的效果很好，但是聚光器的造价昂贵，目前很少在建筑中使用。目前使用最多的是被动式采光光导管，聚光罩和光导管本身连接在一起固定不动，聚光罩多由PC或有机玻璃注塑而成，表面有三角形全反射聚光棱。这种类型的光导管，主要由聚光罩、防雨板、可调光导管、延伸光导管、密封环、支撑环和散光板等组成。
七、光导管技术的国内外研究现状
光导管自出现以来，人们一直没有停止对它的研究和改进，最初人们研究光导管主要是为了传输灯光，到了上个世纪80年代以后才开始研究采集太阳光的光导管系统。
国外光导管技术的研究相对比较成熟。俄罗斯和美国在这个领域里都取得了可喜的成绩。1880年，俄国的Chikoleve、Wheeler、Molera和美国的Cebrian分别公开了他们有关光导管的发明。1881年Wheeler 在美国申请了第一个光导管专利。由于材料和工艺水平的限制，早期的光导管效果并不理想，因而导致其发展在一段时间内处于停顿状态。随着光学纤维技术的发展，很多研究者开始意识到光纤可以输送光能并在医学方面得到了应用，但它的缺点
是尺寸太小，用于输送大的光通量用于建筑照明是不经济的。1963年前苏联工程师Gennady Bukhman提出用空心圆柱形管道输送光，并沿着光导管连续输出光通量的新思想，并于1965年制成第一个大尺寸的光导管。1981年加拿大的Whitehead公司与美国3M公司合作，利用完全内反射原理开发出棱镜导光管。1999年，英国诺丁汉大学的G..Oakley等考察了已经商业化的光导管的采光性能。美国、瑞典也开展了相应的研究工作。由于采集太阳光的光导管绿色照明系统结构简单，安装方便，成本较低，实际照明效果很好，因此在国外发展十分迅速，应用也比较广泛，许多跨国公司生产这种产品，目前英国Monodraught公司、日本共荣株式会社、美国ODL公司等多家公司都具有一定的光导管生产能力。
我国目前在光导管的研制和应用领域仍然十分落后，还不具备大规模生产光导管的能力。主要原因在于光导管用的高反射率薄膜我国还没有掌握其生产工艺，光导管的传输效率有待于进一步提高，在基础理论研究和产品设计、实践操作等方面的工作还很不够，因此在我国光导管技术还没有大规模进入市场。
节能掀热潮 自然光照明系统首次登陆中国
6月14日，在2006北京国际节能环保展上，北京东方风光公司对外宣布，英国原装进口的桑帕普光导照明系统首次登陆中国。这是国内首次引进日光照明系统。
目前国家正在强制执行建筑节能规定。有资料统计，在全社会能源消耗中，建筑能源消耗占50%，而在使用过程中取暖、照明能源消耗占全社会能源消耗的30%。由此可见，节约照明用电，对节能具有重要的意义。
对此，北京正在推行绿色照明工程，目前已推广百万只绿色照明光源和部分节电器，据测算可年节约用电3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。
已经完成的一期工程在政府机构、宾馆、饭店、商厦、学校、医院、地铁站台等更换了24万只节能灯具，即将完成的二期工程主要在政府机构、二环路内公共厕所、城八区中小学校将更换节能灯具88万只。
奥运工程上也在大量运用节能技术。北京的奥运厂馆“水立方”，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50%。而相比之下，国外在照明节能上则更先行一步，充分利用日光源进行照明。
据北京东方风光公司总经理刘志东介绍，光导照明系统完全利用自然光，通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的光导管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到任何需要光线的地方，对于一些白天采光不好的大型建
筑如体育场馆、会议大厅、厂房仓库和地下室，可以达到超过电光照明的效果。
记者看到，在环保展1 号馆和 2 号馆之间的室外场地上，该公司搭建的样板房中安装了桑帕普光导照明系统，其利用自然光照明的效果日光灯还强。
据悉，响应中央节能的号召，北京市政府已经制订了政府节能的规定，要求18个区县机关今年节能8%。在去年北京市政府和54家政府机关超额完成“节能8％”目标的基础上，今年扩大到18个区（县）政府机关，达到市、区两级政府机关节能8％的目标。同时，大型宾馆、饭店、公共建筑等将实现节能10％的目标。今年北京市将选出30家大型宾馆饭店进行节能试点，从而研究制定大型公建能耗配额管理制度，形成对大型建筑用能的总量控制。而在此基础上，由国外第一次引进的自然光光导照明系统很可能成为国内的照明节能领域的新亮点。
建议研发推广自然光光导照明技术
今年5月5日，国务院召开全国节能减排工作电视电话会议，温家宝总理指出，坚持资源节约和环境保护的基本国策，事关人民群众切身利益和中华民族生存发展，实现“十一五”节能减排目标，是各级政府必须向人民兑现的庄严承诺，是落实科学发展观、转变经济发展方式的紧迫任务，是我国应对全球气候变化的实际行动。北京市作为首都理应成为全国各大城市落实节能减排任务的表率。
北京市高能耗的厂矿企业极少，完成节能减排任务方面具有得天独厚的有利条件，然而据2009年末统计北京市的年度耗电量竟达到7×106千瓦小时，而且近几年来随着郊区的城市化进程加快，年度耗电量增加速率不断攀升。
北京市与其他城市相比耗电特点有所不同，我国大多数城市照明耗电仅占总耗电量的10-12%,而北京市却占到18-25%,其原因是政府机关、办公场所、学校、宾馆、酒店、体育场馆、医院、疗养中心、商场超市、展览馆、动物园、海洋馆、物流中心、火车站、地铁、轻轨、移动房、高层住宅楼、路灯和装饰灯的数量较多，因而照明用电量超过其他城市。为落实本市的节能减排任务，建议在减少照明用电量方面应采取多项措施，推广采用节能灯是节约照明用电的措施之一。据对国内外节约照明用电信息的了解，采用自然光光导照明技术在节约电能方面更能取得良好实效。
自然光光导照明技术虽然称之为节约照明用电方面的新技术，其实早在上世纪80年代英国的蒙诺加特(Monodraught)公司开发研究成功，其后加拿大的索乐图(Solatube)公司和美国的欧德(ODL)公司相继开发研究，目前自然光光导照明技术在国外很受欢迎,应用于建筑采光中的白天照明倍
受关注,因此在国外发展十分迅速,应用也十分广泛,许多跨国公司生产这种产品,广泛推广应用。直至上世纪90年代国内有些科研院所和企业从事类似的自然光导光管照明的研究，其中北京东方风光新能源技术有限公司在借鉴国外先进经验及技术基础上,经过几年的努力,开发研制出亿特威系列自然光光导照明系统,并在奥体中心和动物园有一些应用。自然光光导照明技术的优点很多，无论是阳光明媚的晴天或者是阴雨天，光导照明技术完全利用自然光为室内提供充分的白昼照明，并且不需要配电装置和传导路线，能够有效地节约资源。自然光光导照明技术应用于建筑采光中可以取得良好的视觉照明效果和经济效益。应用此项照明技术可以有效地减少白昼的照明电耗,充分利用太阳能;采用自然光光导照明技术使其在照明节电中发挥作用,对建筑采光有积极意义。自然光光导照明技术与自然通风相结合,可以使光导管的功能更加完善,在采光的同时使室内保持良好的自然通风,对于建筑节能具有积极意义，且可作为一项可持续的能源技术,是一种新型绿色照明技术。但是这样一项优点很多的技术为什么在我国尚未得到广泛应用呢？据了解主要由于筹建投资费用较高。一间1000㎡的房屋建筑采用自然光光导照明技术的总体投资约为20余万元，产品的使用寿命为25年，且只能用于白昼照明。其实开发自然光光导照明技术的难度并不大，其系统主要由三部分组成:采光装置、导光装置、漫射装置。采光装置由PC工程塑料特殊加工制成,外表面用UV涂料紫外线上光工艺处理，UV涂料由低聚物、活性稀释剂、光引发剂、光敏剂及添加剂组成。导光装置主要由光导管与弯管组成,光导管是由具有超强反射和强化日光的作用的材料制成。漫射装置由PC工程塑料特殊加工制成,具有良好的透光性、漫射均匀性、不易自燃、具有极好的隔热和隔音功效。整个光导照明系统所用材料并无贵重金属或稀有金属，因此系统制造的材料费用并不高，高昂的筹建投资费用源于其应用范围有局限性，仅限于解决白昼照明。如在公共场所应用，要解决夜晚照明还应另有一套灯光照明系统，因而推广应用必有阻力。
为使自然光光导照明系统能顺利推广应用，建议政府有关部门提供大力支持，进一步深化研究，将太阳能电池板、太阳能蓄电池的研究与光导照明技术的研究有机结合起来，力求达到充分运用光-热-电转换方式，通过利用太阳辐射产生的热能发电，夜晚为光导照明系统提供高光照度的灯光的电能，从而使自然光光导照明系统在夜晚也能获得高光照度的光源，因而无论白昼或夜晚室内
照明均可应用自然光光导照明系统，使之能广泛使用，批量生产，降低成本。