光导纤维照明系统在清华低能耗示范楼中的应用

硕士研究生

非笔试课程考核报告

（以论文或调研报告等形式考核用）2011 至2012 学年第一学期

考核课程：新型建筑材料

提交日期：2011 年11 月29 日报告题目：光导纤维照明系统在清华

低能耗示范楼中得应用

考核成绩

考核人

姓名隋倩

学号2011050205

年级研一

专业建筑技术科学

所在学院建筑成规学院

山东建筑大学研究生处制

光导纤维照明系统在清华

低能耗示范楼中得应用

隋倩

（山东建筑大学建筑成规学院建筑技术科学专业研究生，山东省济南市邮编250101）

摘要: 光导纤维采光照明系统是一种利用太阳能的新型绿色照明装置, 它采用光导纤维将太阳光直接导入室内进行照明,营造出了有益健康的照明环境。本文主要介绍了该系统的原理、构成以及目前在建筑中的应用。最后以清华大学低能耗示范楼为实例，对该系统采光照明效果作出相应分析。

关键词: 太阳光光导纤维自然光照明

Day light system in tsinghua university

Low energy consumption of building model application

SuiQian

(ShanDong Jianzhu university , ShanDong Jinan 250101)

Abstract: The day light system is a kind of using solar energy ,it uses optical fiber to transfer sunlight directly into indoor , it creating healthy lighting environment .This paper mainly introduces the composition and principle of the system ,and the application in building at present .The last part shows the effect of the day light system in Tsinghua university low energy consumption model building .

Key words: The sunlight, optical fiber , natural light lighting

引言

20 世纪70 年代的能源危机后，节约能源成为全球共同关注的焦点，照明用电随着社会的发展已占能源消耗的相当比例。据国际照明委员会统计，全世界照明用电约占总发电量的9％~20％，而照明用电中，由于灯具的发光效率低于百分之百，其中用于发光的电量仅不过25％，其余则以热能方式散发，不但造成大量的能源浪费，而且加大了对环境的污染。而太阳光恰恰是大自然赐予人类的宝贵资源，取之不尽、用之不竭，并且太阳能与其它能源相比具有清洁、安全的特点, 是真正的健康、绿色能源。充分利用自然光照明既节约大量人工照明用电, 又保护环境, 已经成为现在绿色照明的一项重要措施。

然而建设用地的日益紧张和建筑功能的趋于复杂，城市建筑渐渐向高层化和密集化发展，仅依靠传统的采光方式已经不能满足建筑物内部的采光要求。尤其是低层建筑和进深较大的建筑，即便是晴朗天气，室内光线也不满足人们工作生活需求，一定程度上增加了人工照明的电能损耗，而且长期在这种环境中，人体健康也会受到影响。甚至一些黑房间和地下室，太阳光根本无法到达，只能依靠人工照明。

一、太阳光的利用

为了节能和改善室内光照环境，充分利用太阳光资源，国内外许多照明工作者进行了大量的研究，提出不少利用太阳光的采光方法和设想。其中光导纤维是20 世纪70 年代开始应用的高新技术，最初应用于通讯，80 年代开始应用于照明领域。光导纤维导光是利用全反射原理将太阳光经传送至室内，它与其它的用镜子反射、管道传送阳光等产品的形式相比，在设计和安装施工上更为自由，由于光导纤维较为柔软，且在光线的传输中无损耗，可以把阳光送达室内的任何地方。

二、国内外研究现状

近年来，光导纤维导光技术一直是许多发达国家研究的热点，日本、美国、欧洲等一些国家纷纷开发研制相应的产品，尤其是土地资源极为匮乏的日本。1979 年8 月La Foret 工程公司推出了第一台用于采集太阳光的照明系统——“Himawari”（中文意译为“向日葵”）。目前Himawari 是业内最具市场性的产品，在国内外已有大量的应用实例。

我国于20 世纪90 年代初开始进行光纤采光系统的研究，虽然起步较晚，但发展较快。2001年自行研制开发出全自动跟踪太阳光的采光装置。

三、光纤采光照明系统的原理、优点及构成

光导照明系统( Day lighting system ), 是继光热、光电系统后诞生的利用太阳能的新方式。它由太阳跟踪系统控制, 令阳光经聚光元件汇聚后耦合到光纤,光纤滤波后传输到日间采光效果不好的房间进行照明。

由于光纤本身较为柔软，光导纤维采光照明系统便于铺设，易于安装且光照分布均匀。光导照明系统还可以通过光学滤波来消除太阳光中的紫外、红外、宇宙高能辐射粒子等有害射线,减少长期采用该照明系统对人体健康的损害。由于滤除了红外线，在采光之余没有光热，可以大幅度降低室内空调制冷的功耗,。另外光导纤维照明系统具有光电隔离的特性, 可运用于水下、油库、弹药库、博物馆、浴室等对照明安全性要求较高的场所。

图1 系统的光线传输示意图

图1为光导纤维照明系统光线传输的示意图，其中太阳光1 发出的光线，经过聚光组件2 的汇聚，通过光纤3 传至弥散灯头4 后输出。系统主要分为以下几部分：聚光装置———太阳光集光机、导光装置———光导纤维光缆、散射装置———光线投射器。

图2 聚光组件“向日葵”图3 光导纤维采光照明系统中的光缆光导纤维采光照明系统由以下主要设备构成：

1、太阳光集光机，其作用为跟踪收集光线；

2、光导纤维光缆，用于传送阳光；

3、光线照射器，作为照明设备，散射收集的光线，为室内照明。