CN106287559A - 基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统，用于隧道照明，该太阳光直接照明系统包括反射镜面、镜面阵列支架、旋转轴、系统支架和基底；所述系统支架固定于基底上，基底内设置有太阳光跟踪系统，所述太阳光跟踪系统计算太阳高度角及太阳光的入射角和反射角方向，该太阳高度角、太阳光的入射角与反射角方向使得反射镜面反射的太阳光均可投射进入目标区域，实现目标区域的照明。本发明直接用一次反射技术将太阳光投射进入隧道，既可避免由于多次反射造成的太阳光衰减过大，亦可避免采用目前采用石英光纤进行长距离传输太阳光导致的高成本问题，并且该照明方式可以将太阳光照明整个隧道空间，实现一种洞内照明与洞外照明的自然过渡。

Description

基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统
技术领域
本发明涉及隧道照明领域，具体地讲，涉及一种基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统。
背景技术
在国家节能减排方针的推动下，为减少日益增长的公路隧道照明能耗，太阳光直接照明技术已逐渐引入隧道照明。目前，在太阳光直接照明技术上主要存在两类技术：即光导管技术和太阳光光纤照明技术。其中光导管技术是通过太阳光在导光管内以多次反射的方式将太阳光传输至需照明的区域，系统具有结构简单、成本较低的优点，同时，为提高太阳光的利用率，亦出现了采光端带有跟踪系统的光导管系统。但由于太阳光在导光管中衰减较快，调研目前最新技术，每15英尺(4.57米)导光管中太阳光损失系数为78.5％，因此该系统只适用于传输距离不大的地下空间，如地下车库等。
尽管太阳光光纤照明技术可以采用低损耗的石英光纤进行太阳光的传输，可以实现将太阳光以低衰减率传至数百米的距离，但目前国内外所采用的太阳光光纤照明系统普遍存在太阳光耦合效率较低而导致的太阳光利用率低的技术瓶颈问题，并且要将太阳光传至较远的距离必须采用大孔径的石英光纤，而目前大孔径的石英光纤的价格居高不下，导致了太阳光光纤照明技术难以进行大范围的推广。这就意味着要将太阳光光导管技术和太阳光光纤照明技术用于隧道照明均存在一定的局限性。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统，
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于一次反射原理的太阳光直接照明系统，用于隧道照明，该太阳光直接照明系统包括反射镜面、镜面阵列支架、旋转轴、系统支架和基底；反射镜面以面阵形式固定于镜面阵列支架，镜面阵列支架通过旋转轴可旋转的与系统支架连接，所述系统支架固定于基底上，基底内设置有太阳光跟踪系统，所述太阳光跟踪系统计算太阳高度角及太阳光的入射角和反射角方向，该太阳高度角、太阳光的入射角与反射角方向使得反射镜面反射的太阳光均可投射进入目标区域，实现目标区域的照明。
进一步，所述反射镜为凹面镜。
进一步，所述反射镜面的面积S为：式中，W和L分别表示隧道路面宽度和照射区域长度，Eave表示照射区域所需路面平均照度，η表示太阳光反射系统的光能利用率，Es⊥表示当地的太阳光垂直照度。
进一步，反射镜面的半径r、镜面厚度d、镜面的曲率ρ以及镜面距隧道洞口之间的距离L之间的关系为：并且满足
由于采用了以下技术方案，本发明具以下优点：
1、该发明提出的太阳光反射照明系统实现了一次反射即可照明的技术，避免了目前太阳光直接照明技术中存在的由于多次反射而造成的太阳光能衰减严重，传输距离不大的弊端，实现了太阳光能的最大利用率。
2、凹面结构的反射镜面可以保证反射镜以会聚形式射向隧道口，以避开隧道洞口大货车对光线的遮挡后再以发散的形式照射隧道空间，从原理上解决太阳光反射进入隧道洞口大货车对光线的遮挡问题。
3、该发明提出的凹面镜阵列可根据隧道洞口朝向及照明需求进行面阵的排列结构，保证由每个反射镜面反射的太阳光均以会聚形式射向隧道口的不同位置，在隧道洞内形成一种基于无影照明原理的太阳光直接照明方式。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的结构简图；
图2为本发明另一视角的结构简图；
图3为太阳光直接照明系统反射镜面尺寸原理图；
图4为基于一次反射的太阳光直接照明隧道原理图；
图5为太阳光直接照明隧道效果图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1、2所示，一种基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统，用于隧道照明，该太阳光直接照明系统包括反射镜面1、镜面阵列支架2、旋转轴3、系统支架4和基底5；反射镜面1以面阵形式固定于镜面阵列支架2，镜面阵列支架2通过旋转轴3可旋转的与系统支架4连接，所述系统支架固定于基底上，基底内设置有太阳光跟踪系统，所述太阳光跟踪系统计算太阳高度角及太阳光的入射角和反射角方向，该太阳高度角、太阳光的入射角与反射角方向使得反射镜面反射的太阳光均可投射进入目标区域，实现目标区域的照明。
在采用该系统进行隧道照明中，所需的系统规模可用反射镜面的总面积S来表示，即式中，W和L分别表示隧道路面宽度和照射区域长度，Eave表示照射区域所需路面平均照度，η表示太阳光反射系统的光能利用率，Es⊥表示当地的太阳光垂直照度。在反射镜面的尺寸确定的前提下，该反射系统的规模即反射镜面的数量即可确定，该规模的反射镜阵列投射的太阳光可以实现需照射隧道区域的照明要求。
反射镜面的几何尺寸与其距隧道口的安装距离有关。为保证最大的太阳光利用率，并保证反射光要避开隧道洞口大货车对反射光的遮挡，反射镜面的半径r、镜面厚度d、镜面的曲率ρ以及镜面距隧道洞口之间的距离L之间的关系为：
并且满足在满足上述关系的情况下，由该系统反射在太阳光均可以按指定方向投射进入隧道，并在隧道内按预先设计位置以一定的出射角度照射隧道空间，从而实现太阳光在隧道内的照明。
本发明的一种能提高太阳光利用率的太阳光直接照明系统，将太阳光通过一次反射技术投射进入隧道内需照明区域，实现太阳光的最大利用率。
而且本发明的这种太阳光直接照明系统可以通过不同位置的反光镜将太阳光以先会聚后发散的光线走向将太阳光会聚于隧道洞口特定位置，可实现避免隧道洞口大货车对太阳光的遮挡，实现无照明盲区的太阳光直接照明。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统，其特征在于：用于隧道照明，该太阳光直接照明系统包括反射镜面(1)、镜面阵列支架(2)、旋转轴(3)、系统支架(4)和基底(5)；反射镜面(1)以面阵形式固定于镜面阵列支架(2)，镜面阵列支架(2)通过旋转轴(3)可旋转的与系统支架(4)连接，所述系统支架固定于基底上，基底内设置有太阳光跟踪系统，所述太阳光跟踪系统计算太阳高度角及太阳光的入射角和反射角方向，该太阳高度角、太阳光的入射角与反射角方向使得反射镜面反射的太阳光均可投射进入目标区域，实现目标区域的照明。
2.根据权利要求1所述的基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统，其特征在于：所述反射镜为凹面镜。
3.根据权利要求2所述的基于一次反射原理的隧道用太阳光直接照明系统，其特征在于：所述反射镜面的面积S为：
式中，W和L分别表示隧道路面宽度和照射区域长度，Eave表示照射区域所需路面平均照度，η表示太阳光反射系统的光能利用率，Es⊥表示当地的太阳光垂直照度。
4.根据权利要求3所述的基于一次反射原理的太阳光直接照明系统，其特征在于：反射镜面的半径r、镜面厚度d、镜面的曲率ρ以及镜面距隧道洞口之间的距离L之间的关系为：并且满足
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