太阳光光纤导入照明系统研发于上世纪70年代,随着阳光频谱、光成份分离、阳光压缩提升、材料合成、光导纤维、光电数控、太阳与地球公自转数模、GPS定位等400多项专利技术的突破,80年代产品定型投放市场,90年代得到快速推广。
太阳光光线导入照明系统是目前国际最先进的人工室内生态光源,是世界上生态、绿色、节能、环保替代光能照明的、制造成本最低的新能源装置。其光谱成份与人工光源有重大区别,导入的阳光给生物提供能量,能保证地球物种在地下空间一代代生长繁殖,属生态光源,这是其他人工光源所无法做到的。
进入本世纪,发达国家高度重视并推行一系列促进“生态、绿色、环保、节能、健康”的政策,太阳光光纤导入照明在大型建筑物内的应用呈高速发展态势,它是大型建筑物内“生态、绿色、环保、节能、健康”的重要标志,体现了时代性、先进性、科学性和完美性。
目前太阳光光纤导入照明系统被发达国家广泛应用于大跨度的公共建筑和地下建筑物内。在许多公共建筑中,如:火车站、地铁站、航空港、地下通道、运动场馆、高档宾馆、大型商场、大型停车场等场所得到应用。
在亚洲的日本、韩国、新加坡、香港、台湾等国家和地区早已应用,并且运用领域和范围非常广阔。此产品在中国的进口推广运用已有几年,如北京中南海就已安装使用,我国具有自主设计、安装、使用、维护等各项条件。
将阳光光纤照明产品集光机安装在室外房顶、阳台、地面、墙壁等一年四季能照得到太阳的地方,通过光缆接入室内,这样每天从太阳升起到落下,室内都有固定(可移动)阳光直射,10多个小时享受太阳光无微不至的呵护。
人们可在室内阳光下工作、学习、运动、休息、用餐等,在公共场所、地下通道、卧室、厨房、客厅、书房、办公室等,到处拥有可人的太阳光。
光纤导入照明系统过滤掉了大部分阳光中的有害成份——紫外线和红外线,同时对太阳中的X、Y、Φ、γ、β、α等等具有放射性的射线也进行排除,给人类提供了安全阳光新概念,不用担心在阳光下皮肤会变黑、缺钙、皮肤癌等问题,也不用惧怕夏天强烈的阳光。
在同温、同气、同湿、同水分条件下,选用同种巴西生长最脆弱的植物进行的种植试验表明:全黑地下室植物3个半月死亡;灯光下植物6个半月死亡;阳光导入下的植物则与室外植物一样地生长,与室外不同的只是冬天没有落叶。
光纤导入照明系统由室外主机、石英光缆和室内照射器具三大部分组成。主机安装在阳光充足的室外,用于跟踪、采集、分离太阳光。光缆用于高效传输主机采集的阳光进入室内,并进行释放。室内照具主要用于固定和保护光缆出光端,增强和控制室内出光效果。
1、集光机部分
集光机是太阳光光纤照明的主体部分,主要由聚光透镜组合、传感器、亚加力球罩、全方位机械转动装置、微电脑自动程序控制系统、底座等组成。它可以快速跟踪太阳、采集最强阳光,分离阳光,消除紫、红外线,将阳光能量压缩15000倍,高光高热精确进入光缆。
筒座内装有微电脑主板,将太阳公转、地球自转和公转轨迹集成编码,根据特定时间、地点设定,可全方位、时段自动跟踪太阳运行轨迹,如同向日葵般始终将透镜组对准太阳。透镜组中央装有传感器,设有方位感应元件,为电脑芯片控制透镜组跟踪太阳提供微调信号,精确聚焦阳光。几座上设有机械传动装置,在电脑控制下完成阳光跟踪动作。
前端的聚光透镜以6个为一组,每个透镜后面精确定位一根光纤,六个镜片导入的光汇成一股光缆,导入室内一束阳光。采用高通光率的聚焦镜片组,每片镜片使太阳光聚焦压缩15000倍,达到焦点高温、高光、不偏色,并使阳光中红外线、紫外线、可见光分离,为光纤与阳光焦点精确定位创造条件。采用光学仪器检测,精确光纤定位,大量排除紫外、红外线,最大量地通过可见光,同时是第二级拦截紫外线。
聚光透镜之外是亚加力球罩,其透光率好,并第一级大幅度过滤紫外线,外观弧形设计,使积雪和灰尘可以自动脱落。抗高温低温,对1.5cm以下冰雹有防御作用。
集光机的聚光镜以6为倍数,从6至198镜不等。每6个聚光镜用1根6芯光缆,形成1束阳光,12镜2束光机是目前最常用也是最经济实惠的机型。
2. 光缆部分
光缆直径0.8cm,由6根直径1mm左右石英玻璃光纤组成,通光效率为每百米光损耗率为0.5%,耐高低温,防火防潮,防老化(≥75年),抗拉伸挤压(1000牛顿)。光导纤维外层涂有耐老化、高反射的合成膜,光纤制造采用特种专利配方,保证石英光纤通光量大、透光性能好、柔软性强,将阳光在传送过程中的损耗降至最小。目前用户最远实际使用距离为167m,最远理论传输距离为3km。
6芯光缆可自由、大角度弯曲,在建筑施工上能方便地把阳光送达室内任何地方,在已建和新建建筑物中能像安装电线一样方便。
光缆长度规格为10m、15 m、20 m、25 m……,每5 m一档。实际施工在100 m以内几乎无损耗。为降低成本,应尽量考虑光缆最短路径走线。
光缆外层有防火保护材质,可抵抗日晒雨淋,也不惧虫鼠,国外安装都直接将光缆暴露在外也没有问题。为更好的保护电缆,在安装时可采用PVC塑料管或者钢管保护。
3. 照射器具
照射器具带有隔热、聚焦、散光、自射、移动、固定、远距离追射等多种功能,还可设置高性能增光反射膜,使阳光照射更强。
照射具外形与电气照明灯具相差不大,可做成多种样式,满足不同用户的各种要求。
4.效益分析
一束阳光的采光量相当310W传统日光灯的电能光照,考虑日光灯加12%的镇流器耗电量,相当于347W的功耗,即0.347kW。假设在不同的四季,平均每天7点至18点为日照时间,则日均有阳光时间为11h,全年共计4015h。这样,一束阳光约每年可以节约原本需要消耗的1393kwh(度电),在75年的寿命期内,共可节约104475度的照明用电。未来办公、商业用电价格将会越来越高,采用太阳光照明的社会和经济效益也将越来越好。
不过,在目前市场规模限制下,光纤照明系统的造价还难以快速下降,也无法取代夜间照明,因此还不适合用来解决常规照明问题,只适合营造局部生态效果,籍以提高建筑人文和艺术的品味。