CN101570994A - 采光板及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采光板及其应用，可有效解决建筑物内的采光问题，其解决的技术方案是，由采光体按蜂窝状均布成的平板体，采光体横截面呈正六边形，依次由采光正六面锥体、固定密封正六面柱体、收缩状正六面锥体相连为一体构成，采光正六面锥体长度为固定密封正六面柱体正六边边长a的1.642倍±10％，收缩状正六面锥体的长度大于或等于固定密封正六面柱体正六边边长a的4.5倍，除采光正六面锥体外采光体空隙中填充有粘结保温材料，本发明有效用于建筑物室内、外空间采光，具有自然采光，节约能源，无环境污染，利于人们身体健康，应用面广，经济和社会效益巨大。

Description

采光板及其应用

一、技术领域

本发明涉及建筑材料，特别是一种采光板及其应用。

二、背景技术

搞建筑设计的人都知道，自然采光是非常伤脑筋的问题，特别是住宅，假如见不到自然的太阳光可能非常不好卖，对于大跨度房间要么留天窗要么使用人工照明，这都是太阳光自然直射造成的，假如使用现代科技把太阳光适量引入建筑物内空间，今后的建筑形式将会带来质的革命：真正节能(自然光)、室内永久植物、加大南北楼宽(实现东西多排房间，高层更稳定)、室内温度受外界影响更小。

建筑物对太阳光的浪费：一是屋顶，假如能使屋顶的阳光适量引入，是不用采用人工照明的；二是阳面外墙，考虑到房间的保温性能，窗只占墙面面积的1/6至1/2，在有些日照厉害的地方还要设置窗台遮阳板。以上部分除了围护作用外是不会自然采光的。

适量晒太阳是有益健康的，所以才有自然采光的需求，有些地方还发生因后盖建筑挡住了北面先建建筑阳光的官司。也正是这原因，办公、住宅一般设计为东西长向、南北双排或单排，也就有了楼间距的要求。这都是太阳光不会拐弯惹的祸。

太阳光会不会拐弯？在现代科学技术的支持下实际可以做到：像光纤传输，光本身是直射的，但光在光纤内通过全反射就能使光从一端达到另一端，光纤本身只要在它的转弯半径之内，光就实现了拐弯。其一，实际遇到的问题是怎样把一个采光系统外的光集合在光线内实现传输；其二，太阳光是多种射线组成的，通过凸透镜或凹面镜采火种就知道，太阳光遇到吸收体是会产生热量的，要实现太阳光的传输其材料必须要要求全反射，因为传输材料对太阳光那怕是1％的吸收就可能酿成火灾；其三，人本身适量的晒太阳有益健康，但过量日照是有害的，这就需要在太阳光引入量要根据房间的使用功能、地球纬度(地理位置)经计算确定。

怎样把一个采光系统外的自然光集合在光纤内实现传输？首先是要确定采光面：即固定的阳面外墙或屋顶，这就增加了采光难度。因太阳光线入射角受两方面影响：1、日时，白天入射角度在东西约180°范围内转换(地球自转)；2、季时，一年内入射角度在南北约46°范围内转换(地球公转)。由于采光面的透光材料与大气不属于同一种光的传播介质，又要保证大部分光折射进入采光面，而不致光在采光面表面发生全反射。只有把采光面做成有形规则的曲面，才能使无论入射角如何变换都有太阳光折射进入受光面。太阳光进入受光面后进行全内反射收缩至多根光纤，就完成了对太阳光的捕捉和进行传输的可能。

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种采光板及其应用，可有效解决建筑物内的采光问题，其解决的技术方案是，由采光体按蜂窝状均布成的平板体，采光体横截面呈正六边形，依次由采光正六面锥体、固定密封正六面柱体、收缩状正六面锥体相连为一体构成，采光正六面锥体长度为固定密封正六面柱体正六边边长a的1.642倍±10％，收缩状正六面锥体的长度大于或等于固定密封正六面柱体正六边边长a的4.5倍，除采光正六面锥体外采光体空隙中填充有粘结保温材料，本发明有效用于建筑物室内、外空间采光，具有自然采光，节约能源，无环境污染，利于人们身体健康，应用面广，经济和社会效益巨大。

四、附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的采光体立体结构主视图(光的输出圆柱体为弯曲形)。

图3为本发明的采光体的另一实施例主视图(光的输出圆柱体为直形)。

图4为本发明的单个保护帽结构立体图。

图5、图6为本发明的采光正六面锥体的太阳光线状态图。

图7为本发明的采光体所采光输送时的光合并示意图。

图8为本发明的所采光在光输送后的光输出示意图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1-7所示，本发明采光板由采光体1按蜂窝状均布成的平板体，采光体1横截面呈正六边形，依次由采光正六面锥体3、固定密封正六面柱体4、收缩状正六面锥体5相连为一体构成，采光正六面锥体3长度为固定密封正六面柱体4正六边边长a的1.642倍±10％，收缩状正六面锥体5的长度大于或等于固定密封正六面柱体4正六边边长a的4.5倍，除采光正六面锥体3外采光体1空隙中填充有粘结保温材料2。

为了保证使用效果，所说的采光正六面锥体3锥表面可嵌入滤光材料层；所说的采光正六面锥体3的采光面上装有保护帽7，保护帽内表面与采光正六面锥体的外表面相平行，密合在采光正六面锥体的采光面上，保护帽7为增强防水功能应整体制作，保护帽内可嵌入滤光材料层；所说的收缩状正六面锥体5尾、光的输出圆柱体6尾可以接入光输送线体，为使采光板的厚度尺寸不致太大，圆柱体6可以按一定的转弯半径偏90°。

由图2、图3、图4所示，设采光正六面锥体3的长度为L1、固定密封正六面锥体4的长度为L2、收缩状正六面锥体5的长度为L3、光的输出圆锥体6的长度为L4(直线段)，固定密封正六面锥体4的正六边每边边长为a，上述L1＝1.642a±10％，L3≥4.5a；所说的采光体由透光材料石英玻璃、多成分玻璃、塑料、气体、液体、复合材料、红外材料等中的任何一种制成或形成，所说的复合材料有塑料包层、液体芯或气体芯等；所说的粘结保温材料2适于建筑使用的保温材料，如塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、石棉、聚氨基甲酸脂、玻璃棉等；所说的保护帽7为防水冲的透光材料制成，该透光材料为石英玻璃、多成分玻璃、塑料、红外材料中的任何一种；

采光正六面锥体3为采光面段，表、里均为透光材料，当正六边形每边长＝a时，其长度L1＝1.642a采光最佳，当多个采光体按蜂窝排布组成采光板的受光面时，通过光路分析，只要光线不平行采光面，任何方向的光射向采光面时，都有足够的光线进入采光体。

固定密封正六面柱体4为固定密封段或过渡支撑段(为正六角柱体)，固定密封正六面柱体4长L2由采光板的实际大小、使用位置结合采光体的材料、尺寸情况确定。做为墙体、屋顶、广场等的外表面，使用时必须保证实现所布置位置结构本身的围护、密闭、防水、稳定、安全的基本功能。

收缩状正六面锥体5为光的收缩段(为正六锥体)，收缩状正六面锥体5长L3≥4.5a，不然，射入的阳光要原路返回了。

光的输出圆锥体6为光的输出段(为小圆柱体)，光的输出圆锥体6与收缩状正六面锥体5的交接部位必须自然对接，不得出现光的输出圆锥体6交接外面部位凸入收缩状正六面锥体5内的情况，光的输出圆锥体6的圆柱体的直径与光的输出位置有关，当不需要光输送时即直接采光(如大跨度单层房间的屋顶)，采光体光的输出圆柱体做成直形(如图3所示)，光的输出圆锥体6的圆柱体的直径可大一点，当采光体材料为气体(实际是形成图3、图4的形状空间，液体同)或液体时，为使采光板达到密闭和保温功能可在光的输出圆锥体6内嵌入与光的输出圆锥体6直径相同的两端带半球体的固体圆柱，当然在比较简单的使用时，光的输出圆锥体6可以没有，而直接从收缩状正六面锥体5的尾部端输出光，当需要光输送时即跨空间采光(如多层建筑从外墙面向内部房间的引光)，采光体的光的输出圆柱体做成弯曲状(如图2所示)，光的输出圆锥体6的圆柱体的直径非常微小，为使采光板的厚度尺寸不致太大，圆柱体可以按一定的转弯半径偏90°，再在后端部接入输光线(输光纤维、输光线或输光管)，接入输光线的直径必须≥光的输出圆锥体6的直径。

实际制作中，在采光板厚度以内的收缩状正六面锥体5、光的输出圆锥体6外的其它空间可填充粘结保温材料2，一般透光材料同时是热的不良导体，做为建筑物围护的一部分，采光板可做为保温层同时使用。

当组成采光体的透光材料为固体时，在固定密封正六面锥体4至光的输出圆锥体6外表面要覆、涂光反射材料(无机材料(碳等)、金属材料(铜、镍等)和塑料等的任何一种反射材料)，同样当组成采光体的透光材料为液体或气体时，在固定密封正六面锥体4至光的输出圆锥体6内表面要覆、涂光反射材料(无机材料(碳等)、金属材料(铜、镍等)和塑料等的任何一种反射材料)，以利于光输送。

因正六面锥体3做为采光板的采光面，常年裸露在大气中，为了防止表面被腐蚀、风化或破坏可以加做保护帽7(如图4所示)，因保护帽表面与采光体的表面完全平行，保护帽制作材料可相同或不同与采光体的制作材料，只是因厚度原因增加了保护帽的一部分长度L5，L5长可并入固定密封正六面锥体4考虑。保护帽制作材料最好选择可以用防水冲的透光材料，因常年在多变的天气下，以利于表面灰尘影响采光时及时清洗，保护帽还可以依据采光板的规格、尺寸和图4的排布形式整块制作，以利于板面密封防水及在采光表面被腐蚀、风化或破坏时及时更换。

当采光体的透光材料为液体或气体时，正六面锥体3以采光板的采光面大小可以以一定厚度整体制作，且为固体的透光材料，固定密封正六面锥体4至收缩状正六面锥体5也可整体制作，但保护帽与固定密封正六面锥体4的结合部位必须紧密。

太阳光是多种射线的组合，有些射线是对人体有害的，因此可以在采光体表面或采光面的保护帽制作材料内嵌入对应的滤光材料，过滤掉对人体有害的射线，同时，太阳光是有热量的，这就要求采光体的制作材料对光的损耗不能太大，即采光体的制作材料中光吸收材料和杂质含量要有好的控制。

多个采光体以固定密封正六面锥体4以蜂窝排布组成各种规格的采光板，图1仅为示意图，实际上每块采光板上的采光体要多的多，假如当采光板尺寸为300mm×300mm×100mm时，a＝10mm，每块采光板就包含有315个采光体。

本采光板工作原理为：由多个采光体的采光面上的面面组合形成透光面，使可折射光线进入采光体，使反射光线通过面间角度调整变成可折射光线进入采光体。折射进入采光体的光线通过内反射实现光的输送。通过光路分析采光时可能出现如下情况：

一、当光线正垂直采光板时效果最佳，100％的输入光，但受光面固定在与大地平行或垂直状态，此种情况存在的回归线间或极地。

二、图5所示，此时光线与受光正六锥体的一个面的中分线平行，50％左右的输入光，一日内当两边(六边任对边，下同)南北或竖直布置时出现四次，当两边东西布置时出现三次。

三、图6所示，此时光线与受光正六锥体的一个棱角线平行，有可能出现0％的输入光。为避免光0％的输入，在布置采光板时东西与南北(或东西与竖直)各半。

四、当光线平行采光板时效果最差，可能0％的输入光，此种情况存在回归线间或极地，因存在三棱镜的特点，会使光线发散而采光面产生五彩斑斓的现象。

采光板所采光的输送：

可以利用现有的光传输技术，当需要光引入(输送)时(即跨空间采光)，采光体要做成图2、图3的形状，光的输出圆锥体6的圆柱体的直径非常微小，后端部接入输光线(输光纤维、输光芯或输光管)就可以实现采光板所收集光的光输送，必须注意接入输光线线径绝对不得小于光的输出圆锥体6的圆柱体的直径，不然可能发生光堵。

为了节约输光线，就得考虑采光板内采光体的出光合并(须在采光板内完成)，实际是对所采太阳光的再次缩合，材料和形式同输光线，输光线过渡缩节的长度L≥多束输光线进入平面的直径D的9倍，如图7所示。

特别要指出的是：1、多束输入光线进入平面必须是绝对平面；2、任何时候输光线输入前端累加面必须小于后端大面；3、当输光线过渡缩节为光管时，输入后端只能是输光管，前端为多束输光纤维、输光芯时端部要做成半球面；4、最多缩节为两级。

这样，光通过输光板的采集、缩合至输光线路内，就可以像电的输、配一样，哪里需要就可以引到哪里了。

采光板所采光通过光输送的光输出：

可借用人工照明成熟的技术，图8是最简单的输出方式：

光输出需注意一个问题，就是千万在光路的出口处不能有阻挡物或有光吸收体。

采光板的使用：

因为由透光材料形成的采光系统没有其它设备，可靠性自然也就高，无故障工作时间达50万～75万小时，已超过建筑物的使用寿命，整体系统终身不用更换，并且在采光板采光时已改变了光的照射方向，能使采光空间受光均匀，光线柔和，使用采光板采光时，采光板做为建筑物围护(墙体、楼层板、屋面板、地下建筑顶板)面出现，只是要在安装前考虑此种采光板的规格(长×宽×厚度(尺寸越大采光效果越好))、固定方式、方法。需要光输送时要考虑输光线的穿置位置(墙体、楼层板、屋面板、吊顶内、地下建筑的地表等)与采光地点的实际情况。这样太阳光的采集与随意使用就达到了。

采光板的用途：

现有工业与民用建筑的自然采光扩展。

采光板：应用于建筑物内、外采光及建筑物凡能见光的围护面(六个面)；隧道外的山体外表；地下建筑的地表；水下建筑的水面。

做为光输送系统：应用于建筑物内、外引光；引入建筑本体的任何需光空间；也可以从建筑物向阳面引光到背阴面；特别适合四合院式超高层建筑三面引光至中天井和背阴面房间，使建筑底座加大，结构更趋合理稳定；引入深层地下建筑的自然采光；引入沙漠中、水域下的封闭城市的自然采光。

本发明还可同时应用为建筑物的保温层，同时应用为建筑物的外装饰层，同时应用为建筑物的防水层。对采光板除采光正六面锥体3以外采光体1空隙中进行保温材料填充处理，同时作为建筑物的保温层进行合并使用；对采光板外框多质、多彩、及采光板本体多种规格设计，同时作为建筑物的外装饰合并使用；对采光板间及采光体组合间进行密闭处理，同时作为建筑物的防水层进行合并使用。

Claims (9)

1、一种采光板，其特征在于，由采光体(1)按蜂窝状均布成的平板体，采光体(1)横截面呈正六边形，依次由采光正六面锥体(3)、固定密封正六面柱体(4)、收缩状正六面锥体(5)相连为一体构成，采光正六面锥体(3)长度为固定密封正六面柱体(4)正六边边长a的1.642倍±10％，收缩状正六面锥体(5)的长度大于或等于固定密封正六面柱体(4)正六边边长a的4.5倍，除采光正六面锥体(3)外采光体(1)空隙中填充有粘结保温材料(2)。

2、根据权利要求1所述的采光板，其特征在于，所说的采光正六面锥体(3)锥表面嵌入滤光材料层。

3、根据权利要求1所述的采光板，其特征在于，所说的采光正六面锥体(3)的采光面上装有保护帽(7)，保护帽内表面与采光正六面锥体的外表面相平行，密合在采光正六面锥体的采光面上，保护帽内嵌入滤光材料层。

4、根据权利要求1所述的采光板，其特征在于，所说的收缩正六面锥体(5)尾、光的输出圆柱体(6)尾接入光输送线体。

5、根据权利要求1所述的采光板，其特征在于，所说的采光体由石英玻璃、多成分玻璃、塑料、气体、液体、复合材料、红外材料中的任何一种透光材料制成或形成。

6、根据权利要求1所述的采光板，其特征在于，所说的采光体为固体透光材料时，在固定密封正六面锥体(4)至光的输出圆锥体(6)外表面覆、涂有碳、铜、镍和塑料任何一种光反射材料；采光体为液体或气体时，在固定密封正六面锥体(4)至光的输出圆锥体(6)内表面要覆、涂有碳、铜、镍和塑料任何一种光反射材料。

7、一种采光板应用于建筑物内、外采光及建筑物凡能见光的围护面；隧道外的山体外表；地下建筑的地表；水下建筑的水面。

8、一种采光板应用于建筑物内、外引光；引入建筑本体的任何需光空间；从建筑物向阳面引光到背阴面；四合院式超高层建筑三面引光至中天井和背阴面房间；引入深层地下建筑；引入沙漠中、水域下的封闭城市。

9、一种采光板为建筑物的保温层、外装饰层，以及防水层的应用。

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