CN103486541B - 一种聚焦反射式采光罩 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳光导入照明系统的采光罩，包括球冠面、圆台筒、凸透镜圆环和凸面反射镜环。所述的凸透镜圆环数目为一个或数个，均匀分布在圆台筒和凸面反射镜环之间，所述的凸面反射镜环反射面朝向采光罩内部。本发明利用环状凸透镜聚焦的方式，将小角度太阳光聚焦后，通过一个环状凸面反射镜，将太阳光导入光导管，能最大限度地捕捉小角度太阳光，使室内照明从早上到傍晚亮度保持稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳光导入照明系统的采光罩，具体涉及一种聚焦反射式采光罩。
背景技术
现有的太阳光导入照明系统主要由采光罩、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。由于采用太阳光直接照明，不消耗电源，这就减少了石化燃料发电带来的环保问题。也避免了如日光灯、节能灯在制造和放弃后带来的汞污染，也避免了光伏电池在制造单晶或多晶硅中带来的环保污染。
照明系统中的采光罩尤为重要，它关系到整个系统对太阳光的采集效率和照明系统的稳定性。但是现有采光罩在早上和傍晚时段收集太阳光的效果较差，因为此时太阳处在小角度，从而严重影响了该时段的室内照明效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够最大限度地捕捉早上和傍晚小角度太阳光的聚焦反射式采光罩，从而使室内照明从早上到傍晚亮度达到稳定；此外采用本发明的采光罩采集中午等时段的太阳光时，由于太阳光不经过聚焦，因此直接射向漫射器的光，从而基本上等于半球面或球冠面所捕集到的太阳光。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种聚焦反射式采光罩，包括球冠面或半球面、圆台筒和防雨裙，球冠面或半球面位于采光罩的顶部，圆台筒安装在球冠面或半球面的底部，防雨裙安装在圆台筒的底部周侧，所述圆台筒的内壁上设有凸透镜圆环，在圆台筒内壁底部设有凸面反射镜且凸面反射镜的反射面朝向采光罩的内部。
所述圆台筒的母线与竖直线的夹角为5～10°，圆台筒内壁上有一个以上凸透镜圆环上下均匀分布。
所述防雨裙与水平面之间构成的夹角为2～10°，防雨裙起到防雨水渗漏作用。
所述采光罩的罩体材料为聚丙烯、聚碳酸脂或有机玻璃。
所述凸面反射镜是在采光罩的内壁表面镀铝膜或银膜，或在光洁铝表面涂覆厚度为1～10μm氟化镁膜或PE膜，其中，凸面反射镜可以与圆台筒连接成一体，或分开制作后安装，或与光导管连在一起。此外，凸面反射镜是半径R的圆弧，圆心A在防雨裙上方，凸面反射镜向集光罩内凸，半径R可根据采光罩大小不同设计。
所述凸透镜圆环，其截面为凸透镜，整体为圆环状；焦点B落在圆台筒外，焦距为圆台筒下部直径的1.1～1.4倍。
早上、傍晚收集小角度太阳光，太阳光与地平线呈小角度时，太阳光平行地照在圆台筒的凸透镜圆环的凸透镜上，太阳光被聚焦后，射向凸面反射镜，在此太阳光被反射进入导光管，最后射到漫射器照明室内。
中午等时段太阳与地平线夹角大时，由于太阳光不经过聚焦，因此射向漫射器的光，基本上等于半球面或球冠面所捕集到的太阳光。
本发明的有益效果是：新型的采光罩在任何时段下都能高效地采集太阳光，保证了整个光导照明系统在各个时段的照明效果。
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为采光罩的外型特征示意图。
图2为采光罩凸面反射环的示意图。
图3为两个凸透镜圆环截面图。
图4为两个凸透镜圆环分布示意图。
图5为傍晚太阳光入射光路示意图。
图6为正午太阳光入射光路示意图。
以上图中的各部件的标号：1-球冠面或半球面，2-圆台筒，3-防雨裙，4-凸面反射镜，5-凸透镜圆环，6-导光管。
具体实施方案
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。
本发明聚焦反射式采光罩采用耐冲击有机玻璃为采光罩的罩体，包括球冠面或半球面1、圆台筒2和防雨裙3，球冠面或半球面1位于采光罩的顶部，圆台筒2安装在球冠面或半球面1的底部，防雨裙3安装在圆台筒2的底端周侧。圆台筒2的内壁上设有2个凸透镜圆环5，圆台筒2的母线与竖直线的夹角为5～10°。在圆台筒2的内壁底端设有光洁铝表面涂覆厚度为1～10μm氟化镁膜的凸面反射镜4且凸面反射镜4的反射面朝向采光罩的内部，凸面反射镜的圆心在防雨裙的上方。防雨裙3与水平面之间构成的夹角为2～10°。凸透镜圆环5的焦点落在圆台筒2外，焦距为圆台筒2下部直径的1.1～1.4倍。
本发明的采光原理：
当采用本发明的聚焦反射式采光罩收集傍晚的太阳光时，光线示意图如图5所示，此时傍晚的太阳光与地平线呈小角度，当小角度太阳光平行地照在本发明的圆台筒2的凸透镜圆环5的右半部上，太阳光被聚焦后折射向凸面反射镜4的左半部上，太阳光经左半部的凸面反射镜4反射进入导光管6，最后经漫射器漫射对室内进行照明。另外当早上时，小角度太阳光平行地照在本发明的圆台筒2的凸透镜圆环5的左半部上，太阳光被聚焦后折射向凸面反射镜4的右半部上，太阳光经右半部的凸面反射镜4反射进入导光管6，最后经漫射器漫射对室内进行照明。当采用本发明的聚焦反射式采光罩收集中午的太阳光时，光线示意图如图6所示，此时太阳光与地平线夹角大，太阳光照射到半球面或球冠面1上后，全部进入导光管6，最后经漫射器漫射对室内进行照明。可是，此时采光罩所采集到的太阳光基本上等于半球面或球冠面所捕集到的太阳光而不需要聚焦采光。
对比测试：
根据图1至图6，制作了两套聚焦反射式采光罩，导光管的开口直径分别为450mm和250mm，外壳材质为改性后的耐冲击有机玻璃，凸面反射镜采用在光洁铝表面涂覆厚度1～10μm氟化镁膜。
下面把这两套采光罩与常规的光亮圆顶采光罩做对比测试，测量时间为2013年7月2日下午一点至六点，天气为晴天。
测试1：导光管的开口直径均为450mm，光导管筒长均10m，光导效率均为99%，将本发明的聚焦反射式采光罩和常规的光亮圆顶采光罩分别收集不同太阳高度时的太阳光，太阳光的量以流明为单位。测试结果如下表1所示：
表1聚焦反射式采光罩和常规的光亮圆顶采光罩采光对比
| 太阳高度 | 光亮圆顶集光罩 | 聚焦——反射式集光罩 |
| 20° | 6521 | 13901 |
| 35° | 10130 | 14800 |
| 45° | 14831 | 18251 |
由表1可知，采用本发明的聚焦反射式采光罩较常规的光亮圆顶采光罩有较好的采光效果。
测试2：导光管的开口直径均为250mm，光导管筒长均8m，光导效率均为99%，将本发明的聚焦反射式采光罩和常规的光亮圆顶采光罩分别收集不同太阳高度时的太阳光，太阳光的量以流明为单位。测试结果如下表2所示：
表2聚焦反射式采光罩和常规的光亮圆顶采光罩采光对比
| 太阳高度 | 光亮圆顶集光罩 | 聚焦——反射式集光罩 |
| 20° | 2010 | 4301 |
| 35° | 3131 | 4568 |
| 45° | 4642 | 5630 |
由表2可知，采用本发明的聚焦反射式采光罩较常规的光亮圆顶采光罩有较好的采光效果。
Claims (6)
1.一种聚焦反射式采光罩，包括球冠面或半球面（1）、圆台筒（2）和防雨裙（3），球冠面或半球面（1）位于采光罩的顶部，圆台筒（2）安装在球冠面或半球面（1）的底部，防雨裙（3）安装在圆台筒（2）的底端周侧，其特征在于：所述圆台筒（2）的内壁上设有凸透镜圆环（5），在圆台筒（2）的内壁底端设有凸面反射镜（4）且凸面反射镜（4）的反射面朝向采光罩的内部；其中，所述圆台筒（2）的母线与竖直线的夹角为5～10°；所述凸面反射镜（4）的凸面圆心在防雨裙的上方；所述凸透镜圆环（5）的焦点落在圆台筒（2）外，焦距为圆台筒（2）下部直径的1.1~1.4倍。
2.根据权利要求1所述的聚焦反射式采光罩，其特征在于：所述圆台筒（2）内壁上有一个以上凸透镜圆环（5）上下均匀分布。
3.根据权利要求1所述的聚焦反射式采光罩，其特征在于：所述的防雨裙（3）与水平面之间构成的夹角为2～10°。
4.根据权利要求1所述的聚焦反射式采光罩，其特征在于：所述采光罩的罩体材料为聚丙烯、聚碳酸脂或有机玻璃。
5.根据权利要求1所述的聚焦反射式采光罩，其特征在于：所述凸面反射镜（4）是在采光罩的内壁表面镀铝膜或银膜。
6.根据权利要求1所述的聚焦反射式采光罩，其特征在于：所述凸面反射镜（4）是在光洁铝表面涂覆厚度为1～10μm氟化镁膜或PE薄膜。
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