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建筑采光新技术――光纤导入照明光纤导入—绿色太阳光轻松引入室内事专业精阳光心情山东润阳伟业科技有限公司目录前言........................................................................................................................................................ - 3 - 太阳光光纤照明系统简介........................................................................................................................ - 4 - 第一节产品概述........................................................................................................................ - 4 - 一．研发过程........................................................................................................................ - 4 -二．目标定位........................................................................................................................ - 4 -三．使用效果........................................................................................................................ - 5 -四．受到普遍好评................................................................................................................ - 5 - 第二节结构与原理.................................................................................................................... - 5 - 一．主体结构介绍：............................................................................................................ - 5 -二．主要工作原理：............................................................................................................ - 8 -三．光照空间和亮度.......................................................................................................... - 10 - 第三节作用和效果...................................................................................................................- 11 - 第四节系列产品.......................................................................................................................- 11 - 第五节产品照射配件.............................................................................................................. - 13 - 第六节室外主机安装.............................................................................................................. - 14 - 第七节室内使用效果.............................................................................................................. - 15 -一、绿色环保...................................................................................................................... - 15 -二、健康品质...................................................................................................................... - 16 -三、节能效应...................................................................................................................... - 17 -第八节设计、安装与维护...................................................................................................... - 18 - 一．设计与安装.................................................................................................................. - 18 -二．使用与维护.................................................................................................................. - 19 - 第九节与光控系统的配合...................................................................................................... - 19 - 一．功能与特点.................................................................................................................. - 19 -二．应用范围...................................................................................................................... - 20 -三．工程实例...................................................................................................................... - 21 -四．产品配套优势.............................................................................................................. - 22 -前言太阳光光纤导入照明系统，由美、日、英、德四国合作研发于上世纪70年代，80年代产品定型投放市场，90年代得到快速推广。
自然光光导照明技术原理及在建筑上的应用建筑节能自然采光照明光导照明建筑节能自然采光照明光导照明身维护性差，需要定时清洁和维护;四是没有光量调节装置，无法在光线变化时提供稳定的照明输出效果;五是热传导系数高，增加额外的采暖和制冷能耗;此外在防水、防火、隔音等方面也存在明显的缺陷。
3.有关参数：从材料节约、加工方便、便于运输等方面考虑，标准光导管长度主要有610mm和1200mm，标准管每米的传输衰减是6%～8%，弯管的传输衰减约在10%左右。
4.系统的密封、防尘，屋面防水：光导管易于固定和连接，接口处完全密封，使整个系统拥有良好的密闭性，避免了因灰尘和飞虫的进入对采光效果的影响。
针对不同的安装屋面和防水等级，系统可以采用特制的防雨装置来满足建筑对防水的要求。
5.系统的照明面积及主要适合场合：一般来说，照明面积的大小取决于产品的型号，应用的场合，光导管的长度和吊顶的高度。
举例来说，一套加装标准管φ300mm的系统照明面积约为15㎡。
光导照明系统更适用于单层建筑，多层建筑的顶层或者是地下室，建筑的阴面等等。
其中包括大型的体育场馆和公共建筑，厂房，车库，油站，易燃易爆场所以及无电力供应场所。
光导管技术在奥运场馆中成功的应用奥林匹克森林公园选用光导采光森林公园位于北京城市中轴线的北端，是奥林匹克公园的重要组成部分。
它位于奥林匹克公园北部，北至清河、南至辛店村路、东至安立路，西至白庙村路，总规划用地约680公顷，以北五环为界，分为南北两个区域。
公园南区约380公顷，以“山形水系”为主，其“主山主湖”是森林公园的标志性工程;北区约300公顷，是以生态保护与恢复功能为主的生态种源地。
这个区域内分布着国家体育场等2022年奥运会的重要场馆。
森林公园是一个绿色生态地带，成为北京市区与外围边缘区域之间绿色屏障的一部分，以改善城市环境和气候，供广大市民娱乐和休闲。
奥林匹克中心区的景观设计主要着眼于中轴线两侧的城市公共空间，既满足奥运会要求，又适于奥运会后运营管理的环境优美的市民活动场所。
光纤导光室内采光方法
光纤导光室内采光方法是一种使用光纤技术将自然光线导入室
内的方法。
这种方法可以在不需要窗户或天窗的情况下实现室内采光，使室内环境更加舒适和节能。
光纤导光室内采光方法是将光纤的一端置于室外，并通过光纤的全反射原理将自然光线传输到室内。
在室内的光纤末端安装光敏元件，可以将光线转换为可见光，从而实现室内采光。
光纤导光室内采光方法具有以下优点：不需要窗户或天窗，可以在任何位置实现室内采光；可以减少室内的热量损失和能源消耗；可以提高室内空气质量，减少对人体健康的影响；可以改善室内光照条件，提高室内舒适度和办公效率。
光纤导光室内采光方法的应用范围非常广泛，可以用于住宅、商业建筑、工厂等各种场所。
未来，随着科技的发展和技术的成熟，光纤导光室内采光方法将会得到更广泛的应用。
- 1 -。
光导照明原理
光导照明是一种利用光导纤维传输光线进行照明的技术，它利用了光的全反射现象来实现光线的传输。
光导照明的原理可以简单地理解为，将光源发出的光线通过光纤传输到需要照明的地方。
光纤是一种具有高折射率的材料，它能够将光线束中的光线通过全反射的方式无损地传输到另一端。
在光导照明系统中，光源通常被放置在光纤的一端，通过发出大量光线来提供照明。
这些光线会在光纤的内部不断发生全反射，并沿着光纤传播到预定位置。
在光纤的另一端，光线会通过适当的发散器件进行散射，从而使得光线能够均匀地照亮整个区域。
光导照明的优点之一是能够将光源与照明区域分离开来，可以根据实际需要对光源的位置进行灵活调整，从而实现更加灵活和多样化的照明效果。
此外，由于光导照明采用了光纤传输光线，可以避免由于光的传输损耗而导致的能量损失，提高了照明效果和节能性能。
光导照明在实际应用中有着广泛的用途，例如商业建筑、户外景观照明、艺术装饰等。
通过光导照明，可以创造出独特的照明效果，提升空间的美感和艺术价值。
同时，光导照明还可以提高照明质量和效率，延长光源的寿命，降低对环境的污染。
总之，光导照明利用光纤传输光线的原理，实现了光源与照明
区域的分离，提供了更加灵活、高效和环保的照明解决方案。
它在室内外照明领域具有广阔的应用前景，并为人们创造了更加美好和舒适的照明环境。
光纤照明原理
光纤照明是一种利用光纤传输光线来照明的技术。
它采用了灯光源将光线发送到一端的光纤，然后通过光纤的全反射原理将光线传输到需要照明的地方。
光纤照明的原理基于光的全反射现象。
光线从光纤的一端进入，当光线碰到光纤的界面并以一定的角度入射时，如果这个角度超过了临界角，光线就会被完全反射回光纤内部。
这样，光线就能在光纤中持续地传输，直到达到光纤的另一端。
在光线的传输过程中，光线几乎不损失，因此光纤照明可以实现长距离的光线传输。
光纤照明通常使用的光源是高亮度的LED灯。
LED灯的发光
效果好，并且具有长寿命、低能耗等特点，非常适合用于光纤照明。
LED灯会将光线发送到光纤的一端，并通过光纤的全
反射原理将光线传输到需要照明的地方。
传输过程中，光线会严格按照光纤的路径进行传输，保持光线的聚焦性和方向性。
当光线从光纤的另一端传输到需要照明的地方时，可以通过不同的方式将光线散开，实现不同的照明效果。
例如，可以使用透镜或反射器将光线聚焦或散射，进一步调节照明效果。
光纤照明具有很广泛的应用。
它可以用于室内照明、景观照明、建筑照明等。
由于光纤照明的灵活性，可以根据需要进行任意的布局和设计，实现各种照明效果。
同时，光纤照明还能够实现远距离的光线传输，因此在一些特殊场合，如地下矿井、隧道、水下环境等，光纤照明也得到了广泛的应用。
总的来说，光纤照明通过利用光纤的全反射原理，将光线从光源传输到需要照明的地方。
它具有灵活性高、光线传输距离远等优势，在不同的应用领域中具有广泛的应用前景。
光导照明原理光导照明是一种通过光纤传输光线，实现照明的技术。
它利用光纤的高折射率和内部反射特性，将光线从光源传输到需要照明的地方。
光导照明具有节能、环保、柔和、均匀照明等优点，因此在建筑、航天、医疗等领域得到了广泛应用。
光导照明的原理主要包括光源、光纤和光终端。
光源发出的光线首先经过光纤的输入端，由于光纤的高折射率，光线会发生全反射，沿着光纤内部不断传播。
在光纤的传输过程中，由于光线的传播路径是弯曲的，因此光线会不断地发生全反射，从而实现光线的传输。
最后，光线到达光终端，通过光终端的散射和透射，实现了光线的均匀照明。
光导照明的原理中，光纤起着至关重要的作用。
光纤是一种以玻璃或塑料为基材，具有高折射率的导光材料。
光纤的直径通常在几个微米到几十个微米之间，可以非常柔软地弯曲，因此非常适合用于各种场合的照明。
光纤的材料和制作工艺对光导照明的效果有着重要影响，优质的光纤材料和精湛的制作工艺可以有效提高光导照明的效果。
在实际应用中，光导照明可以根据需要进行灵活的布局和设计。
通过合理的光纤布局和光终端设计，可以实现不同形状和大小的照明区域。
同时，通过控制光源的亮度和颜色，可以实现不同的照明效果，满足不同场合的需求。
光导照明技术的发展，也为照明行业带来了新的机遇和挑战。
随着光纤材料和制作工艺的不断改进，光导照明的效果和成本都得到了进一步提升，使其在更多领域得到了应用。
同时，光导照明也需要克服光线传输损耗、光源稳定性等方面的技术难题，以进一步提高其在实际应用中的可靠性和稳定性。
总的来说，光导照明技术以其节能、环保、柔和、均匀照明等优点，在建筑、航天、医疗等领域有着广阔的应用前景。
通过不断的技术创新和实践探索，相信光导照明技术将会在未来发展中发挥越来越重要的作用，为人们的生活和工作带来更加舒适和便利的照明体验。
全光谱、最自然、最健康的照明——太阳光光纤照明系统
将太阳光引入室内，这套太阳光光纤照明系统可以自动跟踪太阳，为室内尤其地下室提供全光谱、最自然、最健康的照明！
图1 国产太阳光光纤照明系统
本世纪初，清华大学建筑学院节能楼安装了一套类似系统，名曰“向日葵系统”，为日本进口产品。
当时技术让人惊叹，它采用GPS
定位、凸镜组聚焦、光纤导入、阳光自动跟踪等技术。
据了解，该系统将阳光压缩1.5万倍，通过光纤导入将阳光传输，获得稳定的太阳光采光，其原理见图1。
而价格更让人乍舌！大面积使用投资巨大，记忆中这样一套系统售价约30万元人民币（三盏灯）。
另一缺点是该系统利用光纤导光，光通量受限制，只能小范围照明。
因此，这套系统更多展示技术，实用价值不大。
图2 日本的向日葵系统
而今看到的这套太阳光光纤照明系统为国产专利技术，北京一家企业研发、制造，产品成功应用于北京怀柔APEC会议中心，至今运行良好！
图3 从另一角度看国产太阳光光纤照明系统。
光纤导光自然光照明系统的研究摘要：提出一种通过采光面积大、结构简单、制作容易、维修方便的凹面镜采集太阳光，将太阳光聚集于一点，在聚集点处采用光的耦合技术，将自然光耦合于自准直光纤中，通过自准直光纤传光，磨砂塑料盘散光的新型太阳光照明系统。
考虑到太阳的位置移动，我们采用GPS解算法定位跟踪太阳，以保证太阳光将始终聚集于一点，并有最优采光效率。
光纤的耦合效率及光纤的透光率随光线的入射角、光纤的长度、光纤的口径、光纤的材料都有关系。
我们通过建立相应的近似模型，得出了它们之间的大体关系，研究了透射光光强随光纤长度的变化规律。
由于光在传输过程中的损耗是因为发生全反射过程中的损耗，计算过程很复杂，我们通过采用光纤单位长度的损耗表示，通过实验，计算出平均单位长度的损耗，从而计算出总长度的损耗。
在室内的散光过程中，我们采用磨砂塑料盘，这可以产生均匀、柔和的漫射光，同时在前面加一个光照度调节器，可以调节室内光照亮度。
考虑到自然光中紫外线对人体的伤害，在漫射装置上加一个滤波片滤去紫外线。
采用本系统汇集阳光，经光纤传导能够产生亮度很高的滤去紫外线的自然光，便于安装和普及，适用于普通家庭、地下勘测照明及大型建筑照明等。
希望能够更好利用能源，以改善当今能源状况。
关键词：太阳光采集，凹面镜，GPS解算法，光的耦合技术，自准直光纤0前言在人类各种能源消耗中，电力照明是所有能耗中最多的一项能耗。
发达国家照明能耗约占总能耗的，我国占。
因此开发自然光照明技术有很大的意义，不只是体现在节能上面，还体现在提高环境质量上面。
光导技术现在较为成熟的是利用光导管传输自然光，最著名的是英国蒙那家特公司出产的一种光导系统如图所示：图1蒙那家特公司光导系统图示此系统利用PC塑料透镜作为采光装置，用光导管传输自然光，最后加漫射装置进行照明。
此类设计的产品在2008年北京奥运会上大显身手。
但是这种装置，体积大，对建筑物影响较大，只能应用于城市大型建筑上，难以适应于野外勘探、矿井等地下场合，也难以在普通居民家庭安装使用。
本作品从适应国内发展角度出发，拟设计出适应国内易于推广使用的自然光照明装置。
所以采用了不产生色差的反射镜；利用自准直光纤提高耦合效率，光纤相对于光导管体积要小得多适合普通居民家庭安装；利用我国逐渐成熟的导航系统提出GPS解算法定位跟踪太阳更适应发展趋势。
1 光纤导光自然光照明系统结构及原理系统的大体结构如下图所示：图2 光纤导光自然光照明系统结构采光装置由凹抛物面反射镜和自动跟踪装置组成。
1.1 凹面镜反射装置：我们可以证明，当光线平行入射时，光线通过抛物面后汇聚于一点，故在该点处将汇聚较高的能量。
证明如下：图3 凹面镜截面模型设抛物面上的抛物线的函数方程为：2y kx =。
设在其上有一点00(,)P x y ，则在该点处的切线斜率为'002k y kx ==。
则切线的法线的斜率为2012k kx =-，当太阳光线垂直于x 轴照射时，入射光线的斜率为无穷大，设为1k 。
设入射光线的斜率为3k ，由角平分线的知识可知：3221122311k k k k k k k k --=-- （1） 则223212k k k -=，于是可以设出射光线函数为22212k y x b k -=+ 将00(,)P x y 代入（1）式，则可以求出14b k=。
即b 为一个与0x ，0y 无关的常数。
则可知抛物面汇聚点与原点的距离为14k 。
所以凹面镜即凹抛物面，反射镜作为光的收集装置时不产生色差。
我们知道，自然光由很多波长成分组成，采用不产生像色差的凹面镜可以将将近似平行光的自然光汇集到一点。
这就为能够采用很细的光纤传输光提供了条件。
1.2 光的跟踪装置已有的太阳跟踪装置大多用硅光电池作为传感器，设计电桥，因硅光电池不同侧光强不同产生微小电流，通过测量微小电流的变化来进行自动控制。
这种跟踪系统误差较大，可达到0.36度，受环境影响较大。
所以我们采取了GPS 解算 我们知道，太阳相对于地球的位置由该观测点的地理纬度、季节（年、月、日）和时间三个因素决定。
通常用地平坐标系和赤道坐标系同时表示太阳相对于地球 的位置。
图4 赤道、地平面坐标系我国日益成熟的导航系统北斗导航卫星将使以GPS 解算为理论的太阳跟踪装置成为一种趋势。
应用GPS 获取地理位置和时间信息，可以推算太阳的高度角太阳的方位角：式中，为观测纬度，为赤纬角，t为时角，h为高度角，A为方位角。
已知，每天太阳的起始位置不同，所以考虑到跟踪器晚上还要复位，这就要求跟踪程序的精确程度。
GPS每隔设定的一段时间将观测点的经纬度和时间信息输入，通过串口信息将信息输入到单片机内并计算出太阳的高度角和方位角，然后与前一个数据进行比较，根据两次角度的差值确定脉冲的个数，从而控制电机转动对准太阳，实现实时跟踪。
太阳跟踪系统大体由单片机、电源、GPS模块、步进电动机、步进电机驱动器。
软件系统如图：图4 太阳跟踪系统软件流程图每次太阳初升时皆进行初始化，然后读取GPS的数据是否是白天。
不是白天的话继续延迟时间，系统休眠；是白天的话计算太阳高度角及方位角控制电机驱动器工作，驱动步进电机转动相应角度，完成一次后延迟时间t继续下一次循环。
对于电机的驱动，在误差允许范围内应该尽量延长每两次驱动的时间间隔，时间间隔的确立和太阳高度角和方位角变化的速率有关，此时间间隔的确立需要在软件完成前对GPS的数据进行大量的数学计算，来获得最优的。
光的传导装置由自准直透镜与传导光纤组成1.3光的耦合及传输光的耦合是现在光纤研究中很难的问题，耦合技术的发展直接推动者光纤导光技术。
本作品采用的是自准直光纤，光纤准直器在国内的发展已经具备了批量生产的能力。
耦合的基本理论：自然光经过会聚再经过准直光纤以平行光入射进光纤，如图：对经过光纤中心轴的光线称为子午光线，为满足全反射条件应有而对于入射角应满足：设单位面积上的光功率，光纤端面半径，纤芯半径，则有入射光功率对于梯度型光纤，其折射率随增大而减小。
如果对于某一确定的使得入射角则以光纤轴为中心，半径为a的圆内入射光线将成为束缚光线，因而束缚光线的光功率为其中a是方程的解，假设则有从中可知，耦合效率在时，耦合效率为。
以上分析可知，塑料光纤的耦合效率是和入射角有关的，又因为最大入射角由孔径决定，则耦合效率还与数值孔径有关。
光线以不同入射角度进入导光光纤,取0°～90°的入射角为横坐标,分别以经1m长导光光纤后的透光率和在1m长导光管内的反射次数为纵坐标, 得到图2和图3。
图5不同入射角光线经1m长导光管的透光率图6入射角和反射次数的关系从图中可以看出入射角大于60°时透光率已经很低,并且反射次数明显上升。
采用的凹面镜镜聚光系统,可以通过耦合装置控制进入导光管的光线的入射角,不管方位角如何变化,通过调节焦直线的高度,可控制凹面镜反射光相对于耦合装置的入射角小于某一角度,既可以控制进入导光光纤的角度,使光线在导光管内的反射次数大幅度减小,提高通过导光光纤光线的平均透光率。
1.4 光的漫射漫射装置是室内可见部分，用于将自然光均匀、柔和的漫射至室内，可以再漫射装置上加上滤波片对自然光进行除紫外线的处理。
我们采用磨砂塑料盘散光，将引进室内的光束漫反射，得到均匀的漫反射光。
2.装置评估2.1装置的功率近似计算取凹面镜有效面积为，太阳的辐射强度为；设反射损耗系数位0.72，耦合损耗系数0.7；用塑料光纤传输到10米远外，每米损耗0.25分贝。
则室内光纤出口功率约为符合设计要求。
2.2装置的优缺点分析：在我们设计这个装置的时候我们考虑到了下列优点：（1）在采光过程中我们采用的是凹面镜，在反射时不产生色差，可以不考虑消除色差的步骤。
（2）我们在采光过程中采用了GPS解算法定位跟踪太阳位置，可以明显的增加各个时段的采光效率。
（3）我们的原理相对比较简单，所涉及的过程也不是很复杂，简单易行，较容易制作并应用于实际。
（4）在散光装置上我们加了一个滤去紫外线的滤光片，可以消除自然光中紫外线对人体的伤害。
（5）我们采用导光光纤传导光束，相对来说导光效率会高一些。
由于准备的时间有限，我们设计的装置还有很多地方有待完成及完善：（1）、光在传输过程中的损耗是因为发生全反射过程中的损耗，计算过程很复杂，但可以用光纤单位长度的损耗表示，由于缺乏实验数据，只能进行估算。
（2）、由于自然光被会聚成光斑，所以能量高度集中，还要进行实验测量光纤的承受范围，即聚焦比的大小。
为解决这个问题，拟采用螺纹管对光纤到凹面镜焦距的距离进行调节，即能改变光斑大小，这也需要实验测试。
（3）、实现跟踪太阳装置的软件系统的程序编写还没有完成。
（4）、考虑到装置的成本问题，石英光纤虽然导光效率比较高，但由于成本较高，且不易弯折，我们采用塑料光纤，这样可能会导致导光光纤的导光效率较低。
（5）、由于考虑到光路稳定，我们必须使导光光纤固定，这样才能保证光线传播过程中全反射的次数稳定，损耗总是最小。
3.装置的发展前景及应用开发应用采集太阳光的光纤绿色照明技术的目的就是要把导光光纤变成一种节约能源、保护环境的绿色产品。
这就需从要从绿色照明的角度来研究整个采光照明系统，即从光导管的制造、使用前后和使用中这个全过程去考虑如何节约能源和保护环境，不但要考虑照明时不产生光污染，而且在系统寿命终结后便于分解和回收利用。
导光装置是整个照明系统的核心部分，光纤的性能和光路的设计是直接关系到装置本身是否属于绿色产品的关键问题。
因此系统的采光性能还需要进一步的提高。
采集太阳光的光纤绿色照明技术是绿色能源科技的一部分，属于可持续发展能源技术。
由于国外光纤导光技术相对比较成熟，借鉴国外的先进技术和经验，形成我国自主知识产权的光导管技术和产品是有可能的。
光纤导光技术为高效的光能传输提供了一种有效的途径，目前国内外的研究还大多集中于导光光纤本身的性能研究，未来的发展趋势将更偏重于导光光纤和其他建筑环境技术的结合，从而为建筑节能和改善室内环境品质发挥更大的作用。
随着人们对可再生能源的兴趣不断增加，自然采光技术越来越多地运用到现代建筑中，然而直到今天自然光照明还不够完善。
通过对自然光的研究，可以充分利用太阳光资源，对建筑节能，资源合理利用开辟新的方向。
