CN102080800B

CN102080800B - 光导管

Info

Publication number: CN102080800B
Application number: CN2009102528622A
Authority: CN
Inventors: 张晓东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: CN102080800A

Abstract

本发明公开了一种光导管，包括：控制装置，其连接旋转台和采光组件的驱动机构，并驱动采光组件与入射阳光成一定的角度；透明的光罩和/或容器，其组成一空间以容纳采光组件；旋转台，其在控制装置的控制下横向跟踪入射阳光；固定部件，其位于容器的表面，用于与建筑物固定；采光组件，包括由控制装置控制的纵向追踪装置和可旋转的反光光学板，反光光学板在纵向驱动装置的驱动下与入射阳光成一定的角度，将入射阳光反射并聚合到光导管体内；光导管体，其连接采光组件，且内壁表面为反光结构。本发明可以采用主动方式跟踪和聚合太阳光。

Description

光导管

技术领域

本发明涉及一种建筑用设备，具体涉及一种光导管。

背景技术

根据建筑部2004年颁布的《建筑照明设计标准》(国标GB/T50033/34-2004)的规定，在我国的建筑设计中应该在可能的情况下：“利用各种导光和反光装置将自然光引入室内；“利用太阳能作为照明能源”。

光导管就是符合这种国家要求的节能绿色照明产品。光导管是空心管，并且内壁做过特殊处理，具有高反射度。因此，光导管能够利用反射原理把光从一端传输到另外一端。

对任何光导设备来说，获得集中度高的而且方向性很强的光束是至关重要的。有了这种光束，无论是使用光导管体还是光纤维都能让阳光在建筑内部低损耗传输。但是，因为太阳的高度和方位随季节和每天时间的变化而变化，所以被动式光导管，也就是传统光导管(见图1、图2)无法高效利用和传输太阳光，整体效率维持在25％以下，也就是说，将近80％的太阳能被浪费掉。此类系统在应用在中国高层和多层建筑时，会占用大量建筑内部空间，并且其光导管管道和建筑内部柱、梁、板、承重墙形成冲突(见图2)，因此使用成本高。

世界上目前具备阳光追踪的系统均使用光纤将聚合后的太阳光传递到建筑内部以达到照明的目的，但是这种结构存在如下限制：

1)此种追踪器一般都必须放到屋顶，体积比较大，占用太阳光照射面积大，所以总体效率低。

2)放到屋顶的聚光器形成的光束要经过长距离的光纤传递，增加了系统费用，而且大大降低传导效率。

3)光纤的直径小，而且分接转接需要专门的昂贵设备，不适于商业性应用。

4)屋顶的追踪系统与其他太阳能设备(比如太阳能热水器)产生冲突和竞争，抢夺有限的屋顶面积。

所以，目前世界上尚没有能够应用于多层建筑的每层楼层上、价格便宜而且效率高的阳光追踪和光导管系统。这种系统应该具备以下突破点：

1)空间利用率高，尽量减少占用屋顶、屋面和建筑内部的空间。

2)半透明系统，能够方面应用于各种风格的建筑上，美观大方。

3)能够水平传输光线、能够充分利用多层建筑中现有的设备层空间。

4)不依赖昂贵的传输媒介(比如光纤)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光导管，其阳光和空间利用率高、结构简单。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种光导管，包括：控制装置，其连接旋转台和采光组件的驱动机构，并驱动采光组件与入射阳光成一定的角度；透明的光罩和/或容器，其组成一空间以容纳采光组件；旋转台，其在控制装置的控制下横向跟踪入射阳光；固定部件，其位于容器的表面，用于与建筑物固定；采光组件，包括由控制装置控制的纵向追踪装置和可旋转的反光光学板，反光光学板在纵向驱动装置的驱动下与入射阳光成一定的角度，将入射阳光反射和聚合到光导管体内；光导管体，其连接采光组件，且内壁表面为反光结构。

本发明的有益效果在于：本发明一改以往传统光导管被动接收阳光的设计特点，采用主动方式跟踪和聚合太阳光。该设计的主动跟踪方式与世界上绝大多数同类产品不同，采用可重叠可扩展外挂型设计，从而可以利用建筑外立面进行太阳能采集和利用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有光导管结构示意图；

图2是现有光导管安装示意图；

图3是本发明实施例所述光导管采光结构的示意图；

图4是本发明实施例所述光导管工作原理示意图；

图5是本发明实施例所述光导管在建筑中的应用示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明所述的光导管采光结构可以分为以下几大部分：光传感器、光罩、容器、旋转台、固定部件、采光组件、太阳光板系统、光导管体和太阳能电池板PV组合件。其中，采光组件包括驱动机构和采光板。系统组合方式请见图3，具体来说其中包括：

光传感器。其跟踪阳光的入射位置。

控制装置，其驱动采光组件与入射阳光成一定的角度，使得入射阳光被反光板反射到光导管内。所述控制装置可以根据光传感器采集到的阳光信息控制反光板；也可以通过预设的角度信息控制反光板，总之，其只要可以控制反光板角度将阳光反射到光导管内即可。

光罩。光罩可以为透明的半球型或其他形状，具备自动清洗功能，利用雨水对整个系统外表面进行冲洗，并且避免过分积雪承重。材料采用抗紫外线的透明材料。

容器。容器用来保证其内部的各种器件不受外界自然环境的影响，包括风、雨、冰雹和雪，以及灰尘、飞鸟和昆虫的影响。材料采用抗紫外线的透明材料。本发明所述的容器结构优选采用横截面为矩形的方式，其横截面可以为正方形或长方形。

旋转台。该部件座于固定部件上，靠小电机动力来驱动，使系统能够在光传感器的控制下在水平面上跟踪太阳的移动。旋转角度可以最大为+/-90度。

固定部件保证系统能够外挂到任何建筑外表面。所述的固定部件位于采光容器的底部或侧壁，以能够方便的与建筑物屋顶或侧壁相连接为宜。

采光组件。上述的光罩、容器、旋转台、固定部件形成了一个安全密封的活动空间。在该空间中可以配置纵向追踪结构(a)和多组采光组件(b)。

a)纵向追踪结构包括驱动机构和小电机，负责在光传感器的控制下改变采光组件的倾斜度。

b)采光组件包括一组或者多组光学器件，保证把来自各个方向的太阳光转化为垂直传播的光线。如图4所示，所述的光学器件可以为反光板，所述的发光板可以为多个。其在光传感器的控制下与入射阳光成一定的角度，将入射阳光反射到光导管内。

光导管体。本发明所述光导管系统中，根据实际应用情况，可以在建筑内部(设备夹层内)使用水平的光导管体，将聚合起来的光进行发散式传输，尤其适用于建筑深处无窗区域的背景照明。光导管体为直径是10-30厘米左右的管道，内表面光滑如镜。如图5所示，在采光结构的后部安装有若干组发光板，之间形成一定的角度，使得阳光按照预定的路径在光导管中被传输，最终达到需要阳光的位置。

太阳能电池板PV组合件。作为本发明的进一步改进可以在阳光传送的路径中采用太阳能电池板PV系统。太阳能电池板PV系统将太阳能转化为电能，驱动追踪系统，不耗费多余能量。同时太阳能电池板PV系统更可以将阳光以电能的形式储存起来，用于照明等工作。太阳能电池板PV系统也可以安装在直径比较大的管道起到控制照明亮度和转化电能的作用。图5显示了太阳光是如何被聚集并转化为垂直传输的光线。本发明所述的太阳能电池板可以安装在反光板的背面，所述发光板/太阳能电池板可以旋转，当需要光导管传输光线的时候，反光板反射光线；当不需要光导管传输光线的时候，翻转反光板到太阳能电池板的一面，由太阳能电池板为电池系统充电。该电能可以被用来为本发明中所有耗电的组件提供动力，也可以与室内的照明电源相连接，为室内提供照明电能。

本发明所述高效高空间利用率产品一改以往传统光导管被动接收阳光的设计特点，采用主动方式跟踪和聚合太阳光。该设计的主动跟踪方式与世界上绝大多数同类产品不同，采用可重叠可扩展外挂型设计，从而可以利用建筑外立面进行太阳能采集和利用。再结合新型太阳能电池板(太阳能电池板PV)的应用可以让太阳能在光-电间进行转换，并把暂时不需要的电能存储下来供需要时段使用。该系统尤其适合多层建筑，特别适合我国国情。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims

1.一种光导管，其特征在于，包括：

控制装置，其连接旋转台和采光组件的驱动机构，并驱动采光组件与入射阳光成一定的角度；

透明的光罩和/或容器，其组成一空间以容纳采光组件，所述容器的横截面为矩形；

旋转台，其在控制装置的控制下横向跟踪入射阳光；

固定部件，其位于容器的表面，用于与建筑物固定；

采光组件，包括由控制装置控制的纵向追踪装置和可旋转的反光光学板，反光光学板在纵向驱动装置的驱动下与入射阳光成一定的角度，将入射阳光反射聚合到光导管体内；

光导管体，其连接采光组件，且内壁表面为反光结构。

2.如权利要求1所述的光导管，其特征在于，所述容器的横截面为正方形。

3.如权利要求1所述的光导管，其特征在于，所述容器的横截面为长方形。

4.如权利要求1所述的光导管，其特征在于，所述控制装置连接有光传感器，所述光传感器跟踪阳光的入射位置。

5.如权利要求1所述的光导管，其特征在于，所述光导管体内安装有反光板，用于控制光线在光导管体内的传播方向。

6.如权利要求5所述的光导管，其特征在于，所述反光板的一面为反光结构，另一面为太阳能电池板，太阳能天池板与蓄电池相连接；所述带有太阳能电池板的反光板可以翻转。

7.如权利要求6所述的光导管，其特征在于，所述蓄电池连接控制装置和/或旋转台和/或纵向追踪装置和/或光传感器，并为控制装置和/或旋转台和/或纵向追踪装置和/或光传感器提供电能。

8.如权利要求6所述的光导管，其特征在于，所述蓄电池连接室内光源，并为室内光源提供电能。

9.如权利要求1所述的光导管，其特征在于，所述固定部件位于容器的侧壁或底面；所述旋转台的旋转角度最大为+/-90度；所述采光组件上的反光光学板为多个。