CN106402792B - 一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，该装置包括复合多曲面光漏斗、二次偏光器、玻璃照明柱、光电池及产气泡幕装置，二次偏光器上端连接复合多曲面光漏斗，二次偏光器安装在玻璃照明柱上端，玻璃照明柱内充水，装置底部设有光电池和产气泡幕装置，空气通过产气泡幕装置进入水中，空气逸出水体后经复合多曲面光漏斗排出，太阳光经复合多曲面光漏斗和二次偏光器形成竖直向下传播的光束，与产气泡幕装置产生的气泡幕作用，部分光线经气泡散射后进入建筑内，其余部分光线与光电池作用生成电能。本发明能够解决密集建筑群或封闭建筑室内采光使用人工照明造成的能耗高、光谱范围窄、功能单一及无法与建筑通风相结合等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，具体涉及一种利用太阳能聚光器及二次偏光器顺向导光对建筑照明并通风的装置。
背景技术
建筑能耗占到社会总能耗的三分之一，通过太阳能利用技术与建筑相结合对降低建筑能耗具有积极的作用。建筑照明和通风是实现建筑功能的重要组成部分。目前，室内采光是在建筑上开设窗户或设置天井，通过窗户或天井将太阳光引入建筑内，而对于密集建筑或封闭建筑(地下车库、隧道、地下博物馆等)不能直接采光，一般采用人工光源照明。但人工光源消耗化石能源，所产生的光线谱带单一，无法与建筑通风相结合，尤其对于偏远建筑的照明还需要架设电线，造成浪费。而太阳能分布广泛，利用太阳光对建筑照明不仅可以节约能源，还对建筑内的人和植物的健康有益，创造良好的视觉环境，避免人工光源的眩光缺陷。现有的太阳能照明技术都是通过光纤移动或固定传导，但其具有传输过程光损失、建造成本高、照明功能单一，需要配置漫散射器等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，能够利用太阳光对建筑内进行照明，无需电力供应，且在照明过程中收集未利用的太阳光进行光伏发电，以及抽吸室内空气进行换新风，解决密集建筑群或封闭建筑室内采光使用人工照明造成的能耗高、光谱范围窄、功能单一及无法与建筑通风相结合等缺陷。
一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，该照明通风装置包括复合多曲面光漏斗、二次偏光器、玻璃照明柱、光电池及产气泡幕装置；
所述玻璃照明柱装在建筑顶面与建筑地面之间，二次偏光器上端连接复合多曲面光漏斗出光口，二次偏光器安装在玻璃照明柱上端与玻璃照明柱上部形成密闭空间，玻璃照明柱内充水，玻璃照明柱底部设有光电池和产气泡幕装置，建筑内空气通过产气泡幕装置进入水中，空气逸出水体后经复合多曲面光漏斗排出建筑物外，太阳光经复合多曲面光漏斗和二次偏光器形成竖直向下传播的光束，与产气泡幕装置产生的气泡幕作用，一部分光线经气泡幕散射后进入建筑内，其余部分光线与光电池作用生成电能。
进一步地，所述产气泡幕装置包括导气管、气泵及环形气泡石，环形气泡石设在玻璃照明柱底部内，导气管及气泵设在玻璃照明柱底部外，环形气泡石通过导气管和气泵吸取建筑内空气在水体中产生气泡幕。
进一步地，所述二次偏光器下端通过冷凝罩固定在玻璃照明柱上端，玻璃照明柱内水体水面低于冷凝罩下端面。
进一步地，所述复合多曲面光漏斗入光口安装玻璃盖板，复合多曲面光漏斗上端设有排风管，底部空气逸出水体后经复合多曲面光漏斗上的排风管排出建筑物外；复合多曲面光漏斗上端安装有光敏探头实现对日实时跟踪。
进一步地，所述玻璃照明柱上表面安装有两个以上新风进气管，玻璃照明柱上部形成密闭空间的侧壁上设有两个以上进风口，经新风进气管进入的新鲜空气经进风口进入建筑内。
进一步地，所述玻璃照明柱上部外表面安装有反光罩。
进一步地，所述光电池是板式太阳电池或是复合多曲面聚光太阳电池，所述复合多曲面聚光太阳电池包括复合多曲面聚光器和太阳电池，太阳电池安装在复合多曲面聚光器聚焦的焦斑位置处。
进一步地，所述光电池外连接有蓄电池。
进一步地，所述玻璃照明柱底部外安装有排水管。
进一步地，所述玻璃照明柱外设有同轴套管式玻璃保护罩。
有益效果：
1、本发明能够利用太阳光对建筑内进行照明，无需化石能源所产电力供应，解决了密集建筑群和封闭建筑只能采用人工光源照明的问题，本发明既可以节省电能，又改善了室内视觉环境。以及抽吸建筑内空气进行换新风，解决密集建筑群或封闭建筑室内采光使用人工照明造成的能耗高、光谱范围窄、功能单一及无法与建筑通风相结合等缺陷。
2、本发明收集在照明过程中未利用的太阳光进行光伏发电，能量传输距离短，光损失小，太阳能利用效率高，尤其适合于电力缺乏的地区。
3、本发明通过复合多曲面聚光器与太阳电池的配合，提高了太阳电池的输出功率，加之太阳电池浸没于水中，缓减了运行时电池温度高对输出功率和转换效率的影响，利于输出功率的进一步提升。
4、本发明用于对入射光散射的气泡幕的气体来自于建筑内，通过气泵抽吸及装置顶部的新风进气管形成的空气更新，实现了对建筑进行换新风的功能。
5、本发明玻璃照明柱内水体蒸发的水蒸气上升到冷凝罩处与经新风进气管进入的新鲜空气换热冷凝，生成淡水回流到玻璃照明柱内，所用水实现循环利用，节省资源。
附图说明
图1为本发明采用复合多曲面聚光太阳电池的整体结构示意图；
图2为复合多曲面光漏斗聚光及二次偏光器光路运行原理图；
图3为复合多曲面聚光太阳电池光路运行原理图；
图4为两层建筑实施例图；
图5为本发明采用板式太阳电池的整体结构示意图。
其中，1-太阳，2-入射光线，3-光敏探头，4-排风管，5-复合多曲面光漏斗，6-玻璃盖板，7-冷凝罩，8-二次偏光器，9-新风进气管，10-进风口，11-建筑顶面，12-反光罩，13-玻璃照明柱，14-水体，15-气泡幕，16-复合多曲面聚光器，17-太阳电池，18-环形气泡石，19-气泵，20-蓄电池，21-排水管，22-进气口，23-导气管，24-建筑地面，25-玻璃保护罩，26-板式太阳电池。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，如图1所示，该照明通风装置包括复合多曲面光漏斗5、二次偏光器8、玻璃照明柱13、复合多曲面聚光器16、太阳电池17、冷凝罩7、玻璃盖板6、排风管4、光敏探头3、新风进气管9、反光罩12、蓄电池20、排水管21、导气管23、气泵19及环形气泡石18。
玻璃照明柱13装在建筑顶面11与建筑地面24之间，二次偏光器8上端连接复合多曲面光漏斗5出光口，复合多曲面光漏斗5入光口安装玻璃盖板6，上端安装有光敏探头3实现对日实时跟踪，二次偏光器8下端通过过盈方式固定在冷凝罩7安装槽中，冷凝罩7与玻璃照明柱13上部形成密闭空间，在形成密闭空间的玻璃照明柱13侧壁上设有两个以上进风口10，玻璃照明柱13上表面安装有两个以上个新风进气管9。玻璃照明柱13内充水，水面低于冷凝罩7下端面，玻璃照明柱13底部设有复合多曲面聚光器16、太阳电池17和环形气泡石18，太阳电池17位于环形气泡石18内环中，安装在复合多曲面聚光器16聚焦的焦斑位置处，导气管23及气泵19设在玻璃照明柱13底部外，建筑内空气被气泵19吸入经进气口22和导气管23进入环形气泡石18生成气泡幕15，气泡内空气逸出水体14后经复合多曲面光漏斗5上的排风管4排出建筑物外，太阳光经复合多曲面光漏斗5和二次偏光器8形成竖直向下传播的光束，与气泡幕15作用，一部分光线经气泡散射后进入建筑内，其余部分光线与太阳电池17作用生成电能，储存在太阳电池17外连接的蓄电池20中，可驱动气泵19和光敏探头3。玻璃照明柱13上部外表面安装有反光罩12，底部外安装有排水管21。
运行原理如下：带有光敏探头3的复合多曲面光漏斗5实施跟踪太阳1，入射光线2经复合多曲面光漏斗5聚焦形成高密度光束，经二次偏光器8的反射，光束竖直向下传播进入玻璃照明柱13内的水体14中，与气泵19抽吸的经进气口22及导气管23进入环形气泡石18生成的气泡幕15作用，一部分光线经气泡幕15散射穿过玻璃照明柱13壁面进入建筑内，反光罩12将斜向上传播的光线反射回建筑，其余部分光线入射到位于玻璃照明柱13底部水中的复合多曲面聚光器16内，经过聚光汇聚到位于复合多曲面聚光器16焦斑位置的太阳电池17上，生成电能储存在装置外的蓄电池20中，可用于驱动气泵19和光敏探头3。
气泵19抽吸的建筑内空气进入玻璃照明柱13中的水体14中，逸出后通过复合多曲面光漏斗5上方的排风管4排出建筑，建筑外新鲜空气经新风进气管9进入到玻璃照明柱13上方的冷凝罩7上表面，与玻璃照明柱13内水体蒸发的水蒸气进行换热，水蒸气冷凝后回流到玻璃照明柱13内，换热后的新鲜空气经进风口10进入建筑内，补充被气泵19抽吸的建筑内空气，完成建筑换新风功能。
如图2所示，入射的太阳光线a、b、c，其中b和c是入射到复合多曲面光漏斗5下反射面的上、下两条边缘光线，经复合多曲面光漏斗5竖直反射面反射后进入二次偏光器8中，经反射后均生成竖直向下传播的光线，光线a同理，则位于这两条光线之间的其他光线也会由斜入射变为竖直向下传播的光线。
如图3所示，光线d、e为没有被气泡幕15散射的光线，分别入射到复合多曲面聚光器16上边缘点A和下边缘点B上，经反射后到达竖直反射面DE上，反射后分别到达太阳电池17的几何中心0和左边缘点G，则位于d和e之间的入射光线经复合多曲面聚光器16汇聚后均匀分布于0G之间。
本装置可应用于多层建筑中，如图4所示，太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置位于两层建筑中，玻璃照明柱13位于二楼建筑顶面与一楼建筑地面之间，玻璃照明柱13在一楼和二楼均装有反光罩12，入射光线2经复合多曲面光漏斗5反射后进入二次偏光器8中，生成竖直光束进入玻璃照明柱13中的水体14，玻璃照明柱13外装有同轴套管式玻璃保护罩25，光束与水体14中气泡幕15作用，一部分散射到一楼和二楼建筑内，其余光束入射到复合多曲面聚光器16中，经反射汇聚于位于复合多曲面聚光器16焦斑位置的太阳电池17上，生成电能储存与装置下方空间内的蓄电池20中，二楼底部空气被气泵19经进气口22抽吸到环形气泡石18中，生成气泡幕15，新鲜空气经新风进气管9和进风口10进入一楼，补充二楼的空气缺失，实现建筑通风的功能。
如图5所示，用板式太阳电池26代替复合多曲面聚光太阳电池中的太阳电池17，用与玻璃照明柱13底面积相同的板式太阳电池26以及夹在其中部的环形气泡石27代替复合多曲面聚光器16、太阳电池17和夹在两者之间的环形气泡石18，用以改善建筑底部的光照环境，板式太阳电池26适应性广。
为了满足建筑内照明的需求，可以根据所需照明照度的要求调节气泡幕丰度或增加本装置的数量。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，该照明通风装置包括复合多曲面光漏斗、二次偏光器、玻璃照明柱、光电池及产气泡幕装置；
所述玻璃照明柱装在建筑顶面与建筑地面之间，二次偏光器上端连接复合多曲面光漏斗出光口，二次偏光器安装在玻璃照明柱上端与玻璃照明柱上部形成密闭空间，玻璃照明柱内充水，玻璃照明柱底部设有光电池和产气泡幕装置，建筑内空气通过产气泡幕装置进入水中，空气逸出水体后经复合多曲面光漏斗排出建筑物外，太阳光经复合多曲面光漏斗和二次偏光器形成竖直向下传播的光束，与产气泡幕装置产生的气泡幕作用，一部分光线经气泡幕散射后进入建筑内，其余部分光线与光电池作用生成电能；
所述产气泡幕装置包括导气管、气泵及环形气泡石，环形气泡石设在玻璃照明柱底部内，导气管及气泵设在玻璃照明柱底部外，环形气泡石通过导气管和气泵吸取建筑内空气在水体中产生气泡幕；
所述复合多曲面光漏斗入光口安装玻璃盖板，复合多曲面光漏斗上端设有排风管，底部空气逸出水体后经复合多曲面光漏斗上的排风管排出建筑物外；复合多曲面光漏斗上端安装有光敏探头实现对日实时跟踪；
所述玻璃照明柱上表面安装有两个以上新风进气管，玻璃照明柱上部形成密闭空间的侧壁上设有两个以上进风口，经新风进气管进入的新鲜空气经进风口进入建筑内。
2.如权利要求1所述的太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，所述二次偏光器下端通过冷凝罩固定在玻璃照明柱上端，玻璃照明柱内水体水面低于冷凝罩下端面。
3.如权利要求1所述的太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，所述玻璃照明柱上部外表面安装有反光罩。
4.如权利要求1所述的太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，所述光电池是板式太阳电池或是复合多曲面聚光太阳电池，所述复合多曲面聚光太阳电池包括复合多曲面聚光器和太阳电池，太阳电池安装在复合多曲面聚光器聚焦的焦斑位置处。
5.如权利要求1或4所述的太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，所述光电池外连接有蓄电池。
6.如权利要求1所述的一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，所述玻璃照明柱底部外安装有排水管。
7.如权利要求1所述的一种太阳能聚光顺向导光建筑照明通风装置，其特征在于，所述玻璃照明柱外设有同轴套管式玻璃保护罩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Hou Jing Inventor after: Chang Zehui Inventor after: Li Wenlong Inventor after: Ren Zhihong Inventor after: Zhang Lei Inventor after: Zhang Fengchu Inventor before: Chang Zehui Inventor before: Li Wenlong Inventor before: Ren Zhihong Inventor before: Zhang Lei Inventor before: Zhang Fengchu Inventor before: Hou Jing |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |