CN100368832C - 光线分布控制装置,光通量密度控制装置以及分隔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过光线分布控制或光线密度控制，使光线产生漫射、折射、分光等，将充足光线引入被结构或其它物体所遮挡或采光不足的区域或部位的主题。设置在两座建筑物上方的透明体对日光产生漫射，并使漫射光照射到原先被遮挡的区域或部位。
Description
技术领域
本发明涉及将日光引入建筑物内或建筑物之间阴影区域中的技术，以及在温室、农场、人工种养池塘或类似场所及室内对日光或人造光的采光技术。
背景技术
将日光引入建筑物内或建筑物之间阴影区域的常规做法是较昂贵的，它是利用反射体追随太阳并引入日光。在温室中，每个人工种养搁架的采光是利用低透射率的、沿所有方向漫射光线的漫射材料来分布光线的；在农场池塘中，是直接利用自然光；在人工种养池塘中，是通过搅动使培养产品获得均匀的光照机会。室内各部分的采光，则取决于于入射日光和照明光线的分布。
利用反射体追随太阳并反射日光、从而将日光引入建筑物或建筑物之间阴影区域的方法是很昂贵的，并且以此方法来获得充足的光线是不现实的。此外，由于在温室中是通过将光线向各方向漫射来分布光线的，因此浪费了大量可用光，并造成光量不够充足，在温室中通常不采用这种方式提高空间利用率，因此许多温室的空间利用率仍然较低。尽管在人工种养池塘中通过搅动可以提高光能的利用率，但仍存在下述问题：当光线与水面成较大入射角入射时，大量光线被反射掉，对培养产品的光照仅限于靠近水面处。利用大量照明设备例如台灯为室内各部分采光的做法，使得对室内其它可用光的利用仍处于较低水平。
发明内容
为解决上述问题特提出本发明，本发明的一个目的是提供通过光线的漫射、折射、分光等进行光线分布控制或光通量控制，使那些被建筑结构或其它物体遮挡住或难以采集到足够光线的区域或部位获得充足的光照的装置和方法。
为实现上述目的，本发明的光线分布控制装置包括：一个光源；一个建筑物，所述建筑物具有一个区域，该区域具有一个被一个障碍物遮挡了上述光源的部分；一个透明体，该透明体在所述建筑物上方悬挂，具有一个第一表面和一个第二表面，所述第一表面还具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：弧形，角形，和波浪形；所述光线射在所述第一表面上；所述光线从所述第二表面射出，射在所述部分上；所述透明体执行选自下述操作集合中的一种操作：漫射，折射，分光，和漫射和折射的组合。
按本发明，光通量密度控制装置包括：光线；一个第一区域；一个所述光线的第一部分，射在所述第一区域上；一个第二区域；一个所述光线的第二部分，射在所述第二区域上；一个透明体，放置在所述光线与所述第一区域之间，所述透明体的一个表面具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：弧形，角形，和波浪形；其中，所述透明体通过对所述第一部分执行选自下述操作集合中的一种操作，增大所述光线的射在所述第二区域上的第二部分，减小所述光线的射在所述第一区域上的第一部分：漫射，折射，分光，和漫射和折射的复合。
此外，将这种光线分布控制装置和光通量控制装置相结合可以使光线分布得非常均匀并使浪费更少。
按常规，通过利用透明体把将要照射到特定区域或部位之相邻区域或部位的光线引向该特定区域或部位、提高该特定区域或部位的光通量密度、并利用透明体对光线进行漫射、折射或分光、或漫折射复合作用，可以使包括光线不易照到区域在内的整个目标区域获得高度均匀的光线分布，可以使细小部分或大进深部分得到光线分布，并使最终未利用光线所占比例达到最小。
此外，在某些情况下，重复进行这种光线分布控制，可以提高光线分布的均匀性，同时，进一步减小最终未利用光线所占比例。
根据本发明的分隔方法包括下述步骤：
将一个空间用一个隔板分隔为一个第一部分和一个第二部分，其中，一个位于所述第二部分的物体的从所述第一部分看的视线被所述隔板挡住；
将日光导引至所述空间的所述第一部分；
采用一个透明体漫射所述日光，其中，所述透明体的一个表面具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形；
将所述日光传递至所述第二部分。
或者，根据本发明的分隔方法包括下述步骤：
将一个空间分隔为一个第一部分和一个第二部分；
将日光导引至所述第一部分；
采用一个透明体折射所述日光，其中，所述透明体的一个表面具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形；以及
将所述日光传递至所述第二部分。
附图说明
图1所示为日光入射到两座建筑物及阴影中的状况，图(A)和(B)所示为通常状况，图(C)至(E)所示为应用本发明实施例1时的状况；
图2所示为用于本发明的各种透明体，图(A)和(C)分别为透视图和横截面图，图(B)和(D)为透视图；
图3为横截面图，图解了用于本发明的各种透明体；
图4为平面图，图解了用于本发明的一种透明体示例；
图5所示为透明体的漫射特性；
图6所示为在应用本发明的实施例2时，日光入射到两座建筑物及阴影中的状况；
图7所示为用于本发明的透明体，图(A)图解了其漫射特性，图(B)和(C)为其横截面图；
图8所示为在应用本发明第3实施例时，日光入射两座建筑物的状况；
图9所示为在应用本发明第4实施例时，日光入射太阳能电池板的状况；
图10所示为在应用本发明第5实施例时，光线射入房间的状况；以及
图11为透视图，图示出用于本发明一种实施例的建筑模型。
具体实施方式
下面将根据附图对本发明的实施例加以描述。
实施例1
图1所示为根据本发明第1实施例的光线分布控制装置。如图所示，三层的建筑物2并排而立。在此情况下，如图1(A)所示，当日光1从左上方入射时，由于建筑物结构形成了建筑物阴影部分3和室内阴影部分4。同样地，如图1(B)所示，当光线1从正上方直射时，形成室内阴影部分4。
于是，如图1(C)所示，在两座建筑物2上方设置透明体5。在此情形下，如图2(A)至(D)和图3(A)至(I)所示，透明体5可由表面具有多条凸起、凸起的横截面为弧形、角形或波浪形的平板状或薄膜状透明体来构成。此外，如图4所示，也可使用其中编织有多条单丝或棒状体的织物来构成透明体。这些透明体5具有漫射特性，例如图5(A)和(B)所示。
透明体5被设置成：其表面凸起的排列方向与两座建筑2的对立面基本平行。如图1(C)和(D)所示，日光1经透明体5漫射，漫射光能够到达原先被遮挡的区域或部位。由图可见，与未使用透明体5时图1(A)和(B)的阴影区域相比，图1(C)和(D)中用剖面线所表示的阴影区域明显减少。如图1(E)所示，可将透明体5放置在两座建筑物2的最高侧的高度。
实施例2
如图6(A)所示，当不仅在两座建筑物6的上方设置透明体5，而且在两座建筑物6之间也设置透明体7时，照进建筑物6内部的光线数量增加，可使最终未利用光线所占比例更小，与此同时，可以提高光线分布的均匀性。
当透明体7具有如图7(B)或(C)所示的三棱形凸起、且具有如图7(A)所示的漫射特性的情况下，即使将透明体7水平被置在两座建筑物6之间，如图6(B)所示，射入透明体7的多束光线也能够照进两座建筑物6内部。
实施例3
如图8(A)所示，通过使照耀两座建筑物2屋顶的日光1射入设置在建筑物2上方的透明体8，可将多束光线引到建筑物2之间的部分，通过将另一透明体9放置在这两座建筑物2之间且与建筑物2的屋顶处于相同高度，可向下引导光线，同时借助透明体9使光线产生漫射、折射或分光、或漫折射复合作用。与如图1(C)、(D)和(E)中所示只使用唯一透明体5的方法相比，按照这种方法，有可能将更多的光线引入两座建筑物2之间的部分。
此外，如图8(B)和(C)所示，如果在两座建筑物2之间在透明体9下方放置透明体10，则可以将更多光线引入建筑物2中。
对于温室中的植物培养来说，上述各实施例中所述的建筑物2可以被理解为人工种养搁架或高大植物，可以大大提高温室中的日光利用率和空间利用率。
对于在农场应用或在种养海藻或光合作用细菌的池塘应用来讲，通过在水面覆盖一层透明体，可以减少与水面成较大入射角照射到水面的光线所产生的反射，从而有可能将更多光线引入水中。在此情况下，可根据透明体所应用的地点，优选地将透明体表面凸起的方向调整到可以将最大量光线引入水中的位置。
此外，通过在水面上方设置一层透明体，可将光线集中到一个特定区域，可以向人工种养产品或水面下的人工种养产品提供更大量的光线。在这种情况下，如果该特定区域的水面覆盖有透明体，则可以提高水中的采光率。除此以外，在水面下增设透明体或装设反射体可以提高日光的利用率。
实施例4
如图9(A)和(B)所示，若在太阳能电池板11附近放置透明体12，照射到太阳能电池板11周围的光线1经过透明体12的漫射、折射或分光、或漫折射复合作用而被收集到太阳能电池板11上，于是可以提高太阳能电池产生的能量。
以图9(A)和(B)所示的相同方式，通过收集环境中的日光和人造光，可将更大量光线引入特定的室内区域。
实施例5
通常，由于室内所用隔断是由非透明体构成的，室外光被隔断挡住，因此，为了向被隔断所分隔的空间提供光照，通常需要照明设备，但是如图10所示，利用如图2(A)至(D)、图3(A)至(I)、以及图4所示的透明体做为分隔材料，即使不专门使用照明设备，也可能将光线引入分隔开的空间内部。
具体示例
用直径为0.25毫米的聚合物光纤排列成如图2(D)所示、且使用三种类型透明体完成一个实验，即：固定在带有双面胶膜的2毫米厚丙烯酸树脂制透明保持板上的第一透明体；由大日本印刷株式会社制造、大约0.16毫米厚、一侧表面具有多条角形截面凸起的透明片构成的第二透明体；由三菱人造纤维株式会社制造、大约0.5毫米厚、一侧表面具有多条三角形截面凸起的第三透明体。
形状如图11所示的两个建筑模型是由3毫米厚的轻质木材做成，模型中放置有透明体，通过用日光照射在建筑物上，可用肉眼确认透明体的效果。实验结果是：在第一透明体和第二透明体中可清楚观察到图1(C)、(D)和(E)以及图6(A)中所示特性。此外，在第三透明体中可清楚观察到图6(B)所示特性。
至于每种透明体本身，利用市场有售的激光指示笔所发红光进行照射，可以得出肯定结论：第一和第二透明体具有图9(A)所示特性，第三透明体具有图7(A)所示特性。
如上所述，根据本发明，有可能实现将充足光线引入被结构或其它物体所遮挡或采光不足的区域或部位。
Claims (16)
1.一种光线分布控制装置，包括：
一个光源；
一个建筑物，所述建筑物具有一个区域，该区域具有一个被一个障碍物遮挡了上述光源的部分；
一个透明体，该透明体在所述建筑物上方悬挂，具有一个第一表面和一个第二表面，所述第一表面还具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形；
所述光线射在所述第一表面上；
所述光线从所述第二表面射出，射在所述部分上；
所述透明体执行选自下述操作集合中的一种操作：
漫射，
折射，
分光，和
漫射和折射的组合。
2.如权利要求1所述的光线分布控制装置，其特征在于：所述透明体的第一表面包括选自下述集合中的一种形式：
平板形式，和
薄膜形式。
3.如权利要求1所述的光线分布控制装置，其特征在于：所述透明体的第一表面包括选自下述集合中的一种形式：
一束多条单丝，
棒状体，
多条单丝或棒状体的阵列，和
编织有多条单丝或棒状体的织物。
4.如权利要求1所述的光线分布控制装置，其特征在于：所述透明体的第二表面具有选自下述集合中的一种形式：
平板形式，和
薄膜形式。
5.如权利要求1所述的光线分布控制装置，其特征在于：所述第二表面还具有一些彼此相互平行的凸起。
6.如权利要求5所述的光线分布控制装置，其特征在于：所述第二表面的凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形。
7.如权利要求1所述的光线分布控制装置，其特征在于：在所述障碍物与所述建筑物之间布置一个第二透明体。
8.如权利要求1所述的光线分布控制装置，其特征在于：所述障碍物为一个第二建筑物。
9.一种光通量密度控制装置，包括：
光线；
一个第一区域；
一个所述光线的第一部分，射在所述第一区域上；
一个第二区域；
一个所述光线的第二部分，射在所述第二区域上；
一个透明体，放置在所述光线与所述第一区域之间，所述透明体的一个表面具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形；
其中，所述透明体通过对所述第一部分执行选自下述操作集合中的一种操作，增大所述光线的射在所述第二区域上的第二部分，减小所述光线的射在所述第一区域上的第一部分：
漫射，
折射，
分光，和
漫射和折射的复合。
10.如权利要求9所述的光通量密度控制装置，其特征在于：所述透明体还包括另一个表面；所述另一个表面具有选自下述集合中的一个形式：
平板形式，和
薄膜形式。
11.如权利要求9所述的光通量密度控制装置，其特征在于：所述透明体包括选自下述集合中的一种形式：
一束多条单丝，
棒状体，
多条单丝或棒状体的阵列，
编织有多条单丝或棒状体的织物。
12.一种分隔方法，包括下述步骤：
将一个空间用一个隔板分隔为一个第一部分和一个第二部分，其中，一个位于所述第二部分的物体的从所述第一部分看的视线被所述隔板挡住；
将日光导引至所述空间的所述第一部分；
采用一个透明体漫射所述日光，其中，所述透明体的一个表面具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形；
将所述日光传递至所述第二部分。
13.如权利要求12所述的分隔方法，其特征在于：所述透明体包括选自下述集合中的一种形式：
平板形式，和
薄膜形式。
14.如权利要求12所述的分隔方法，其特征在于：所述透明体包括选自下述集合中的一种形式：
一束多条单丝，
棒状体，
多条单丝或棒状体的阵列，和
编织有多条单丝或棒状体的织物。
15.一个分隔方法，包括下述步骤：
将一个空间分隔为一个第一部分和一个第二部分；
将日光导引至所述第一部分；
采用一个透明体折射所述日光，其中，所述透明体的一个表面具有一些彼此相互平行的凸起，所述凸起具有选自下述集合中的一种横截面：
弧形，
角形，和
波浪形；以及
将所述日光传递至所述第二部分。
16.如权利要求15所述的分隔方法，其特征在于：所述透明体包括选自下述集合中的一种形式：
平板形式，和
薄膜形式。
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