CN106764924B - 一种新型光导照明系统采光罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型光导照明系统采光罩，其内表面具有菲涅尔透镜的周向折光齿状结构，其中，所述采光罩分为具有较大球面半径的上球面体部分和具有较小球面半径的下球面体部分，所述上球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构，且所述下球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构。本发明综合考虑了太阳高度角及方位角的变化，兼顾了散射光与直射光的采集效率，大大优化了采光罩的实际使用效果，并且刚度更高、外形美观、更易自洁。

Description

一种新型光导照明系统采光罩

技术领域

本发明涉及光导照明设备领域，具体地说，涉及一种新型光导照明系统采光罩。

背景技术

光导日光照明系统是近年来较为提倡的一种无电照明系统，采用这种系统的建筑在白天可以直接利用太阳光进行室内照明。其基本原理是，通过采光罩高效采集室外自然光线并导入系统内重新分配，再经过具有高反射率的导光管传输后由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，具有节能、健康、安全和环保等显著优点。

采光罩是光导照明系统的重要部件，起到采集光线，保护光导系统的重要作用，由于半球形采光罩优良的采光效率、不积水与具有一定的自洁能力的特性，使得半球形采光罩成为光导照明系统上最主流的集光器选用形式。但传统的半球形采光罩均为内外表面光滑的壁面，忽略了由于日间太阳高度角随时间变化而导致采光罩可采集到的光线强弱亦随时间变化的影响，例如正午时候阳光直射入采光罩，使得光导管输出光线过强，而到了傍晚，阳光几乎与地面水平穿透采光罩，使得光导管输出光线严重不足。

为了解决以上问题，现有的技术方案主要是在采光罩内表面增加菲涅尔透镜形式的齿状结构，使得任意方向的光线经过采光罩时，均能通过齿结构折射入光导管内，增加或减少输入光通量，达到日间较为均匀的出光效果；例如专利CN201520951816.2所描述的采光罩沿轴线方向分段布置了一圈全周向的均匀齿结构，具有较好的匀光效果，但由于齿数较密，影响了其采集散射光的能力，且现有的折光齿方案均为周向全排布，只考虑到太阳高度角变化，未考虑到太阳的方位角亦有所差异。

发明内容

本发明旨在提供一种新型光导照明系统采光罩，以解决现有采光罩没有同时考虑日间不同时段太阳高度角及方位角对采光效率影响并且无法兼顾散射光与直射光的采集效率的问题。为此，本发明采用的具体方案如下：

一种新型光导照明系统采光罩，其内表面具有菲涅尔透镜的周向折光齿状结构，其中，所述采光罩分为具有较大球面半径的上球面体部分和具有较小球面半径的下球面体部分，所述上球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构，且所述下球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构。

进一步地，所述上球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角大于所述下球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角。

进一步地，所述采光罩设置有“Y”型筋条结构，该“Y”型筋条结构将所述采光罩分成一个较小上端区域以及较大的左侧区域和右侧区域。

进一步地，所述较小上端区域的内表面没有设置所述折光齿状结构。

进一步地，所述采光罩在北半球的安装方向为所述“Y”型筋条结构左右两端为东西朝向，所述“Y”型筋条结构底端朝向南，而在南半球的安装方向为所述“Y”型筋条结构左右两端为东西朝向，所述“Y”型筋条结构底端朝向北。

进一步地，所述的采光罩外表面均匀涂抹有自清洁纳米涂料。

本发明采用上述方案，具有的有益效果是：

1、采光罩的内表面采用下疏上密的非均匀折光结构，在保证与平面均匀齿相同的直射阳光折光效果情况下，兼顾了对散射光的采集效率；

2、采光罩表面的“Y”型筋条结构增强了采光罩的整体刚度，大大提高了其抗变形能力，并且便于确定安装方向，外形美观；

3、非均匀齿结构沿“Y”型筋条结构左右两端排布，综合考虑了太阳高度角及方位角的变化，最大限度的利用采光罩内表面非均匀齿结构的折光效果，同时兼顾对散射光的采集效率，避免采光浪费；

4、采光罩外表面涂抹的自清洁纳米涂料使采光罩具有更佳的去污防尘能力，避免粉尘积灰，保持整体美观高透，延长采光罩的使用寿命。

附图说明

图1 示出了根据本发明一个实施例的新型光导照明系统采光罩整体结构图；

图2示出了根据本发明另一实施例的新型光导照明系统采光罩整体结构图；

图3示出了根据本发明又一实施例的新型光导照明系统采光罩整体结构图；

图4示出了图3所示的采光罩的剖视图；

图5示出了图4中的A处的放大示意图；

图6示出了图4中的B处的放大示意图；

图7示出了图3所示的采光罩安装后的太阳路径图；

图8示出了阳光直射时图3所示的采光罩北面的全反射示意图；

图9示出了阳光直射时图3所示的采光罩的光导照明系统的光路图；

图10示出了阳光平射时图3所示的采光罩的光导照明系统的光路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。图1 示出了根据本发明一个实施例的新型光导照明系统采光罩1。采光罩1包括具有较大球面半径的上球面体部分11和具有较小球面半径的下球面体部分12，由诸如聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）等的高透光材料一体成型。但其也可以是仅单一球面直径的球面体结构或由多个不同球面直径的球面体部分构成。上球面体部分11和下球面体部分12的内表面均设有菲涅尔透镜的折光齿状结构111、121，其中，上球面体部分11中的折光齿状结构111的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构111，且下球面体部分12中的折光齿状结构121的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构121。

图2 示出了根据本发明另一实施例的新型光导照明系统采光罩1。与图1所示实施例相比，采光罩1设置有“Y”型筋条结构13，该“Y”型筋条结构将采光罩分成三个区域，即，较小上端区域以及较大的左侧区域和右侧区域。具体地说，上球面体部分11和下球面体部分12分别由该“Y”型筋条结构13分成三个区域112、113、114和122、123、124，其中上端区域114、124较小，左侧区域和右侧区域112、113、122、123较大。三个区域的内表面都设置有所述折光齿状结构111、121。“Y”型筋条结构13可以增强采光罩1整体的抗变形能力，提高采光罩1的刚度，同时外观更美观。

图3 示出了根据本发明又一实施例的新型光导照明系统采光罩1。与图2所示实施例相比，较小上端区域114、124的内表面没有设置折光齿状结构，而较大的左侧区域和右侧区域112、113、122、123的内表面设有所述折光齿状结构111、121。这是由于在“Y”型筋条结构13上端的较小区域布置折光齿状结构效果并不明显，并且取消该位置折光齿状结构更有利于提升对散射光的采集效率。因此图3所示的实施例是最优选的，下面描述均参照该实施例进行。

参照图4、5和6，进一步说明折光齿状结构111和121。上球面体部分11中的折光齿状结构111的竖向倾角保持角度相同，即a1=a2=a3。同样，下球面体部分12中的折光齿状结构121的竖向倾角保持角度也相同，即b1=b2=b3。在这种情况下，上球面体部分11中的折光齿状结构111的竖向倾角大于下球面体部分12中的折光齿状结构121的竖向倾角，即a1大于b1。由于齿状结构111、121位于采光罩1的内球面上，因此在竖向倾角相同的情况下，形成下疏上密的非均匀齿状结构。其折光效果基本与平面均匀齿结构相同，但部分较疏的齿间距可以提高采光罩对散射光的采集效率。

参照图7和8，描述将采光罩1安装于北半球的情况。“Y”型筋条结构13除了可以增强采光罩1整体的抗变形能力，提高采光罩1的刚度外，还可以用于指示安装方向。采光罩1的安装方向为：“Y”型筋条结构左右两端为东西朝向，而“Y”型筋条结构底端朝向南。若安装在南半球，则“Y”型筋条结构底端朝向北。采光罩1的这种安装方向综合考虑到太阳高度角及方位角变化对采光罩采光效率的影响，以北半球为例，太阳一年大多数时间的日间路径走向为东西方向偏南方，当阳光直射在采光罩1在较小上端区域114、124时，其一般具有较大的入射角度，受到采光罩材料的影响，大多数光线经过较小上端区域114、124时会出现反射（如图8所示），因此在该较小上端区域114、124设置折光齿状结构无法达到有效的折光效果。并且取消该较小上端区域114、124的折光齿状结构更有利于采光罩对散射光的采集效率，因此，优选地较小上端区域114、124不设置折光齿状结构。

图9和10分别示出了太阳垂直照射采光罩1时（中午）和太阳水平照射采光罩1时（傍晚或早晨）的太阳光经过采光罩1和光导管2的光路图。从中看出，不管是太阳高度角和方位角如何变化，本发明的采光罩1都能够很好的采集阳光，具有较高的阳光采集效率。

此外，采光罩的外表面均匀涂抹有自清洁纳米涂料（未示出），使雨水落在采光罩上时，更容易将采光罩上面的灰尘等脏污带走，保持采光罩美观、高透。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新型光导照明系统采光罩，其内表面具有菲涅尔透镜的周向折光齿状结构，其特征在于：所述采光罩分为具有较大球面半径的上球面体部分和具有较小球面半径的下球面体部分，所述上球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构，且所述下球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角相同，并形成下疏上密的非均匀折光齿状结构，其中，所述采光罩设置有“Y”型筋条结构，该“Y”型筋条结构将所述采光罩分成一个较小上端区域以及较大的左侧区域和右侧区域，所述的采光罩在北半球的安装方向为所述“Y”型筋条结构左右两端为东西朝向，所述“Y”型筋条结构底端朝向南，而在南半球的安装方向为所述“Y”型筋条结构左右两端为东西朝向，所述“Y”型筋条结构底端朝向北。

2.根据权利要求1所述的新型光导照明系统采光罩，其特征在于：所述上球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角大于所述下球面体部分中的所述折光齿状结构的竖向倾角。

3.根据前述权利要求1或2所述的新型光导照明系统采光罩，其特征在于：所述较小上端区域的内表面没有设置所述折光齿状结构。

4.根据权利要求1所述的新型光导照明系统采光罩，其特征在于：所述的采光罩外表面均匀涂抹有自清洁纳米涂料。