CN103486469B - 一种可控导入红外线型光导照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有可控导入红外线功能的太阳光导入照明系统，包括采光罩、防雨帽、导光管、红外线阻隔膜和漫射器，其特征在于：所述的导光管基材为金属材质，内壁覆有宽谱反射膜，宽谱反射膜的成分包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯，所述的红外线阻隔膜位于漫射器内部，具有可控拉合的卷帘式结构。本发明具备高效传导红外线的能力，又通过卷帘式红外线阻隔膜，得到可控导入红外线的功能。在需要清凉的夏季通过卷帘结构的红外线阻隔膜直接反射红外线至室外；在其它季节导光系统以高效率导入太阳光中的红外线，提升室内温度，增加人体舒适度，同时也节约了大量的制暖费用。

Description

一种可控导入红外线型光导照明系统

技术领域

本发明涉及一种太阳光导入照明系统，具体涉及一种可控导入红外线型光导照明系统。

背景技术

光导照明系统即太阳光导入照明系统，是一种新兴的环保照明系统。该系统主要由采光罩、导光管和漫射器三部分组成。其系统原理是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的导光管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效的照射到任何需要光线的地方，得到由自然光带来的特殊照明效果。

红外线具有温热效应，能显著提高室内环境及物体表面的温度。对人体而言，红外线温热效果所获致的好处，主要有皮肤表面的温度上升，皮下血液循环动态的改善，肌肉紧张的缓和，疼痛的减轻，以及调节自主神经正常化的作用等。在夏季以外的季节，通过光导照明系统导入红外线不但能节约室内的制暖费用，还能提高人体的舒适度。

普通光导照明系统均设计为只传导可见光波段的太阳光，太阳光中的红外波段的光线很难进入室内。通过大气后的太阳光谱的能量主要分布在380nm~2300nm的范围内，其中可见光谱区有40％，红外光谱区有60％。目前市面上还没有出现能高效传导红外线的导光管，也没有出现具有可控传导红外线功能的光导照明系统。

发明内容

本发明的目在于针对上述问题通过改进导光管内壁的覆膜材质和结构，使导光管具备高效传导红外线的能力，此外，本发明还采用了一种卷帘式红外线阻隔膜，从而提出一种可控导入红外线型光导照明系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种可控导入红外线型光导照明系统，包括采光罩、防雨帽、导光管、漫射器和红外线阻隔膜，采光罩连在防雨帽上，防雨帽通过一个环和导光管相连，导光管的底部开口端和漫射器相连，导光管内壁覆有宽谱反射膜，漫射器内部活动连接红外线阻隔膜，优选漫射器内部活动连接1~3层红外线阻隔膜，此外，红外线阻隔膜具有可拉合的卷帘式结构，在拉开状态时平行于漫射器内部的漫射片上方。

导光管的基材是内壁抛光铝合金板；导光管内壁的宽谱反射膜是由重复交替叠加的聚萘二甲酸乙二醇酯膜和聚甲基丙烯酸甲酯膜组成，其中，宽谱反射膜的底层和顶层均为聚萘二甲酸乙二醇酯膜，重复交替叠加的总层数为501~3001。导光管内壁的反射层中聚萘二甲酸乙二醇酯膜的每层厚度为0.07~0.31微米，聚甲基丙烯酸甲酯膜的每层厚度为0.09~0.39微米，重复交替叠加的总层数优选为801~2001层，最优选为2001层。优选宽谱反射膜中厚度为0.07~0.09微米的聚萘二甲酸乙二醇酯膜和厚度为0.09~0.11微米的聚甲基丙烯酸甲酯膜占总膜数量的80~96%。

红外线阻隔膜是由聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚苯二甲酸乙二醇酯膜、氧化锌膜和金属银膜组成；优选红外线阻隔膜是依次由聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜，聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、对苯二甲酸乙二醇酯膜、氧化锌膜、金属银膜和聚甲基丙烯酸甲酯膜叠加组成；最优选红外线阻隔膜是依次由0.1微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、300~400微米聚苯二甲酸乙二醇酯膜、0.002~0.003微米氧化锌膜、0.004~0.007微米金属银膜和0.5微米聚甲基丙烯酸甲酯膜组成，其中0.1微米聚甲基丙烯酸甲酯膜位于最顶层，0.5微米聚甲基丙烯酸甲酯膜位于最底层。

本发明所述的宽谱反射膜是指对可见和近红外光波段的光具有大于98%的反射率。

本发明所述的聚萘二甲酸乙二醇酯膜和聚甲基丙烯酸甲酯膜重复交替叠加是指在聚萘二甲酸乙二醇酯膜的上层是聚甲基丙烯酸甲酯膜，而在聚甲基丙烯酸甲酯膜的上层是聚萘二甲酸乙二醇酯膜，按这个顺序有限次循环叠加。

本发明的有益效果是：实现了太阳光导入照明系统对太阳光中红外线的可控导入，在需要清凉的夏季通过卷帘结构的红外线阻隔膜直接反射红外线至采光罩外；在其它季节导光系统以高效率导入太阳光中的红外线，提升室内温度，增加人体舒适度，同时也节约了大量的制暖费用。此外本发明导光管内壁附有宽谱反射膜，使得导光管的内壁具有较好的具备高效传导红外线的能力。

附图说明

下面利用附图来对本发明作进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明导入红外线时的侧视图。

图2为本发明使用红外线阻隔膜反射红外线时的侧视图。

其中1-采光罩，2-防雨帽，3-导光管，4-漫射器，5-红外线阻隔膜。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明，在说明书中相同或相似的附图标记表示相同或相似的附件，下面参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解对本发明的一种限制。

主要仪器与试剂：

试剂：聚萘二甲酸乙二醇酯原料（牌号为PENTN8065S，厂家：美国杜邦）；聚甲基丙烯酸甲酯原料（牌号为PMMAPOQ66，厂家：日本旭化成）

实施例1：

图1展示了按本发明所制造的照明系统的构造，包括采光罩1、防雨帽2、导光管3、漫射器4和红外线阻隔膜5，采光罩1连在防雨帽2上，防雨帽2通过一个隔热环（高耐候性PVC材质）和导光管3相连，以消除导光管和外界之间的冷桥，并阻止冷凝水滴入导光管。导光管3的底部开口端和漫射器4相连，导光管3内壁覆有宽谱反射膜，红外线阻隔膜5位于漫射器4内部且当红外线阻隔膜5处于拉开状态时平行于漫射器4内部的漫射片上方。

采光罩1位于屋顶或其它能接收阳光的地点，材质为可见光透光率在90%以上、紫外线透过率小于0.6%的聚甲基丙烯酸甲酯，内壁上附有水平方向延伸的多种光学棱镜结构，以采集低角度入射的阳光。可以根据用户的实际需要在采光罩的外表面上覆盖可见光增透膜和防尘涂料。采光罩内壁的多棱镜结构可根据实际情况调整，本例中从顶部往下分别有三段不同的棱镜环状带，和水平面的夹角分别为161度、145度、125度，对不同角度入射的太阳光都能得到较好的聚光效果，较适用于中、高纬度地区。采光罩1的整体防水防尘性能为IP55，即具有5级防尘和5级防水性能。

防雨帽2主要起到支撑采光罩1和防雨帽2的作用，防雨帽2还具备防水功能，防雨帽2一般是固定在屋顶或者水泥墩座上，在特殊情况下为采光方便也可以固定在烟囱状结构的上方。为了固定采光罩，防雨帽2上部开口一般呈圆形，和采光罩1相匹配。

本实例所用的导光管3基材选择内壁抛光的铝合金板（产自上海安美特铝业有限公司），内表面通过覆膜机覆盖宽谱反射膜（粘合剂使用3M公司生产的SP-75333M），宽谱反射膜是由每层厚度为0.07~0.31微米的聚萘二甲酸乙二醇酯膜和每层厚度为0.09~0.39微米的聚甲基丙烯酸甲酯膜重复交替叠加组成，总层数为2001，其中宽谱反射膜的底层和顶层均为聚萘二甲酸乙二醇酯膜。同时允许每层膜的厚度有0.01微米左右的误差。宽谱反射膜中厚度为0.07~0.09微米的聚萘二甲酸乙二醇酯膜和厚度为0.09~0.11微米的聚甲基丙烯酸甲酯膜占宽谱反射膜总膜数量的92%。

宽谱反射膜制作时需使用挤压机（青岛顺德塑料机械有限公司生产的平行双螺杆挤出机）分别以40千克每小时的速度释放聚萘二甲酸乙二醇酯，以45千克每小时的速度释放聚甲基丙烯酸甲酯。这两者经过共挤块（采用CLOEREN公司的NanoLayer共挤块）后得到126层结构的多层挤出物。让126层的挤出物继续通过层倍增器（由ExtrusionDiesIndustries,LLC(EDI)公司生产制作的倍增器）得到2001层的挤出物。随后使用纵向拉幅机（由青岛顺德塑料机械有限公司生产的纵向拉幅机）在138℃下进行拉伸，得到总厚度平均为0.28毫米的膜。再使用实验室双向拉伸装置（由武汉现代精工机械有限公司生产的双向拉伸装置）在140℃下进行双向拉伸，直至膜的总厚度从0.28毫米减小180微米。实际使用时，一段12米长度的导光管3的整体导光效率在90%左右。导光管3在连接完成后用胶带封住所有的连接缝隙，以免灰尘进入，降低导光管的导光效率。

漫射器4位于整个照明系统的最下方，用于把光导管中传递下来的光线漫射到室内，使光线更柔和均匀。漫射器4中的漫射片由负焦菲涅尔透镜组成，材质为光学聚碳酸酯，厚度在0.6mm左右，能得到较好的光线透过率和散射效果。

漫射器4内部活动连接红外线阻隔膜5且红外线阻隔膜5具有可拉合的卷帘式结构。当红外线阻隔膜5处于拉开状态时，红外线阻隔膜5平行于漫射器4内部的漫射片上方。如图1和图2所示，卷帘式结构的中心轴的两端分别穿过位于漫射器4内侧的两个安装托架，中心轴上装有扭簧以平衡力量，可以实现手动拉动卷帘开合。红外线阻隔膜5一端固定在可转动的卷帘式结构的中心轴表面，另一端固定在一根粱上，粱中间固定一个拉扣。在拉合卷帘式结构时应先拆开漫射片铝框，再拉动卷帘拉扣。拉扣可以锁在漫射器4的内壁上以固定拉开状态下的红外线阻隔膜。图1所示的是红外线阻隔膜5处于闭合状态；图2所示的是红外线阻隔膜5处于拉开状态，处于拉开状态时红外线阻隔膜5覆盖在漫射片上方，这时拉扣固定在卷帘式结构的轴的对侧。

本实施例采用1层红外线阻隔膜5位于漫射器4内部，红外线阻隔膜5是依次由0.1微米聚甲基丙烯酸甲酯层，0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯层，0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯层，0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯层，0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯层，0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯层，0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯层，0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯层，0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯层，0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯层，300~400微米聚苯二甲酸乙二醇酯膜，0.002~0.003微米氧化锌层，0.004~0.007微米银金属层和0.5微米聚甲基丙烯酸甲酯层叠加组成，其中0.1微米聚甲基丙烯酸甲酯膜位于最顶层，0.5微米聚甲基丙烯酸甲酯膜位于最底层。

红外阻隔膜制作工艺为：首先需使用挤压机（青岛顺德塑料机械有限公司生产的平行双螺杆挤出机）分别以8千克每小时的速度释放聚萘二甲酸乙二醇酯，以9千克每小时的速度释放聚甲基丙烯酸甲酯。根据上述的膜层分布调整共挤块的参数设置，使这两者经过共挤块（采用CLOEREN公司的NanoLayer共挤块）后得到10层结构的多层挤出物。随后使用实验室双向拉伸装置（由武汉现代精工机械有限公司生产的双向拉伸装置）在140℃下对多层挤出物进行双向拉伸，直至膜的总厚度达到2.6微米，制得的薄膜在室温下冷却待用。同时用普通流延膜生产线（青岛顺德塑料机械有限公司的双向拉伸薄膜生产线）生产300微米厚度和0.5微米厚度的聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜待用。以300微米厚度的聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜为基底，使用真空镀膜设备（肇庆市振华真空机械有限公司的光学真空镀膜设备）在一面依次镀上0.0025微米厚度的氧化锌层和0.0055微米厚度银金属层。最后使用水性覆膜设备（瑞安市兴程机械厂生产的水性覆膜设备）把0.5微米厚度的聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜涂覆在0.0055微米厚度银金属层表面充当保护膜，把2.6微米的多层膜涂覆在300微米的聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜另一面。涂覆后的薄膜经干燥处理后即可使用。

本发明的可控导入红外线的原理：

如图1所示：当红外线照射到采光罩1表面时，红外线透过采光罩1进入导光管2，通过导光管2的反射壁反射到位于导光管2底部的漫射器，此时，红外线阻隔膜5处于卷合的状态，红外线直接通过漫射器4把红外线均匀高效的照射到任何需要光线的地方，得到由红外线带来的特殊照明效果。

如图2所示：当红外线照射到采光罩1表面时，红外线透过采光罩1进入导光管2，通过导光管2的反射壁反射到位于导光管底部的漫射器4，此时，红外线阻隔膜5处于拉开状态，红外线将被先照射到漫射器4内部的红外线阻隔膜5上，此时的红外线不能透过漫射器而是被反射到导光管的内壁上，再被导光管内壁反射到采光罩1上，最后通过采光罩1引出室外。

Claims (6)

1.一种可控导入红外线型光导照明系统，包括防雨帽（2）以及与该防雨帽（2）相连的采光罩（1）和导光管（3），导光管（3）底部开口端和漫射器（4）相连，红外线阻隔膜（5）位于漫射器（4）内部，其特征在于：所述的导光管（3）内壁覆有宽谱反射膜，漫射器（4）内部活动连接红外线阻隔膜（5）；所述的导光管（3）内壁的宽谱反射膜的制备方法如下：

使用挤压机，分别以40千克每小时的速度释放聚萘二甲酸乙二醇酯，以45千克每小时的速度释放聚甲基丙烯酸甲酯；这两者经过共挤块后得到126层结构的多层挤出物；让126层的挤出物继续通过层倍增器得到2001层的挤出物；随后使用纵向拉幅机在138℃下进行拉伸，得到总厚度平均为0.28毫米的膜；再使用双向拉伸装置在140℃下进行双向拉伸，直至膜的总厚度从0.28毫米减小到180微米。

2.根据权利要求1所述的可控导入红外线型光导照明系统，其特征在于：所述的导光管（3）的基材是内壁抛光的铝合金板。

3.根据权利要求1所述的可控导入红外线型光导照明系统，其特征在于：所述的红外线阻隔膜（5）是依次由聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜，聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚苯二甲酸乙二醇酯膜、氧化锌膜、金属银膜和聚甲基丙烯酸甲酯膜叠加组成。

4.根据权利要求1所述的可控导入红外线型光导照明系统，其特征在于：所述的红外线阻隔膜（5）是依次由0.1微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、0.24~0.38微米聚甲基丙烯酸甲酯膜、0.18~0.3微米聚萘二甲酸乙二醇酯膜、300~400微米聚苯二甲酸乙二醇酯膜、0.002~0.003微米氧化锌膜、0.004~0.007微米金属银膜和0.5微米聚甲基丙烯酸甲酯膜组成，其中0.1微米聚甲基丙烯酸甲酯膜位于最顶层，0.5微米聚甲基丙烯酸甲酯膜位于最底层。

5.根据权利要求1所述的可控导入红外线型光导照明系统，其特征在于：所述的漫射器（4）内部活动连接1~3层红外线阻隔膜（5）。

6.根据权利要求1所述的可控导入红外线型光导照明系统，其特征在于：所述的红外线阻隔膜（5）具有可拉合的卷帘式结构。