CN111473289A - 新型主动式阳光导入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型主动式阳光导入装置，涉及建筑家装行业室内自然采光领域。本发明包括导光筒,所述导光筒的前端固定安装有骨架，且所述骨架的底面固定有底面导光板，所述骨架的两侧分别固定有西面导光格栅片和东面导光格栅片，所述骨架的顶面固定安装有南面导光格栅片，所述东面导光格栅片、西面导光格栅片和南面导光格栅片的内部固定有转轴，转轴两端活动套装在骨架主梁上的孔洞里。本发明主动式适应了一年四季不同时段太阳光，获得优秀的阳光采集效果，在满足同样采光照度设计要求的前提，实现了小型化，同时也让许多多层民用建筑室内纵深采光得以实现，由于采光效率大幅提高，可以缩小导光管尺寸扩大导光管采光的应用领域。

Description

新型主动式阳光导入装置

技术领域

本发明涉及建筑家装行业室内自然采光领域，更具体地说，涉及新型主动式阳光导入装置。

背景技术

现阶段解决建筑室内自然采光除门窗以外，类似的产品有：导光管采光系统（简称导光管、光导管）、光纤导入照明，简称光纤照明。导光管是一种被动式接受自然光反射进入导光筒，利用导光筒本身高反射率传输太阳光供室内照明的装置，它有光线采集区、光线传输区、光释放区以及一些建筑安装固定装置组成。阳光从采集区进入到光线传输区（导光管），导光管内壁为镜面工艺以确保光线高效反射传递到最末端输出区，由漫射器把阳光扩散开来提供室内照明；光纤导入照明是应用透镜聚焦太阳光原理、依靠逐日系统实时让透镜始终保持与太阳光的最佳聚焦位置，通过透镜聚集的太阳光线通过光纤线缆传输到应用的室内位置。光纤需要精准的逐日系统、微电脑控制系统、私服驱动系统；

导光管构造简单，但采光造成效率低下，尺寸偏大，由于太阳运行角度方位变化太大，为获取足够的光线以满足建筑室内自然光照明要求，导光管需要较大的尺寸，根据光线折射原理，导光管空间尺寸越小，光线有效传输距离越短获取的光通量越小；再是常规应用方式为竖向安装以便更好接收阳光，侧向应用方式采光效率平均只有竖向应用的50%，加大导光管尺寸或是竖向安装90°拐弯体积太大，主要是由于被动式导光管采光效率低导致导光管尺寸大、一般多层住宅建筑层高达不到应用安装要求，光纤照明造价太高采光效率低，性价不高，且使用控制电子电气系统比较复杂元器件多造成故障率高、运行不稳定等因素，一直没有得到广泛应用推广。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供新型主动式阳光导入装置，以解决背景技术中所提到的技术问题：导光管构造简单，但采光造成效率低下，尺寸偏大。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

新型主动式阳光导入装置，包括导光筒,所述导光筒的前端固定安装有骨架，且所述骨架的底面固定有底面导光板，所述骨架的两侧分别固定有西面导光格栅片和东面导光格栅片，所述骨架的顶面固定安装有南面导光格栅片，所述东面导光格栅片、西面导光格栅片和南面导光格栅片的内部固定有转轴，转轴两端活动套装在骨架主梁上的孔洞里，且所述东面导光格栅片与西面导光格栅片对称安装在南面导光格栅片的两侧，并均与导光筒成一夹角，所述南面导光格栅片与底面导光板成一夹角，所述导光筒的两侧和上端一角均安装有电磁驱动器，所述电磁驱动器通过角度调整传动机构带动东面导光格栅片、西面导光格栅片、南面导光格栅片转动以调节角度；

所述导光筒的上端中心处还安装有光传感装置，所述导光筒上端的一侧安装有光伏发电装置。

优选的，所述角度调整传动机构包括联动短杆和联动长杆，所述联动短杆的一端与电磁驱动器的输出端滑动连接，所述联动短杆与联动长杆之间通过活动关节转动连接，所述联动长杆有多个且分别与东面导光格栅片、西面导光格栅片或南面导光格栅片的转轴固定连接。

优选的，所述光传感装置包括有第一光感器、第二光感器、第三光感器、第四光感器和第五光感器，且所述第一光感器与第二光感器与位于东面导光格栅片处的电磁驱动器信号连接，所述第三光感器和第四光感器与位于西面导光格栅片处的电磁驱动器信号连接，所述第五光感器与位于南面导光格栅片处的电磁驱动器信号连接。

优选的，所述东面导光格栅片、西面导光格栅片、南面导光格栅片均采用金属高反射率镜面。

优选的，位于最低端的南面导光格栅片的两侧均固定有限位板，在自然重力状态下，所述南面导光格栅片的底端与限位板完全贴合且所述南面导光格栅片与水平面成30°夹角。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明与被动式导光管采光照明相比较，主动式适应了一年四季不同时段太阳光，获得优秀的阳光采集效果；在满足同样采光照度设计要求的前提，实现了小型化，同时也让许多多层民用建筑室内纵深采光得以实现；

（2）本发明与光纤导入照明相比，控制系统非常简单、耐用，成本低，利于市场推广；

（3）本发明由于采光效率大幅提高，可以缩小导光管尺寸扩大导光管采光的应用领域，且本发明解决了多层民用建筑纵深无法采光的问题，尺寸小便于安装、美观、接受度高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明整体一侧的结构示意图；

图3为本发明光传感装置的结构示意图；

图4为本发明光传感装置背面的结构示意图；

图5为本发明角度调整传动机构的结构示意图；

图6为本发明局部结构放大图。

1、骨架；2、光传感装置；21、第一光感器；22、第二光感器；23、第三光感器；24、第四光感器；25、第五光感器；3、东面导光格栅片；4、西面导光格栅片；5、南面导光格栅片；6、角度调整传动机构；61、联动短杆；62、联动长杆；7、电磁驱动器；8、导光筒；9、底面导光板；10、光伏发电装置；11、限位板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例：

如图1至图6所示，本发明产品具体由以下部件构成：骨架1作为其他部件安装固定依附体；所示东面导光格栅片3、西面导光格栅片4、南面导光格栅片5、底面导光板9互成夹角固定在骨架1上；东面导光格栅片3、西面导光格栅片4、南面导光格栅片5和角度调整传动机构6、电磁驱动器7组成一个受光传感装置2信号控制的主动式导光采光控制系统；阳光经导光格栅片折射和格栅片之间空隙进入导光筒8传输到应用末端。

所述角度调整传动机构6示意图见附图5，角度调整传动机构6包括联动短杆61和联动长杆62，东面导光格栅片3、西面导光格栅片4和南面导光格栅片5为金属高反射率镜面工艺，内部有转轴，转轴两端套在骨架1主梁上的孔洞里，保持旋转灵活；联动长杆62与转轴是固定连接；联动短杆61与联动长杆62是活动关节连接；多个联动长杆62均匀连接在联动短杆61上面，推、拉联动短杆61即可调整整面导光格栅片的导光角度；且联动长杆62与电磁驱动装置滑动连接。

所述光传感装置2由第一光感器21、第二光感器22、第三光感器23、第四光感器24和第五光感器25共计5个光感应器组成，每个光感应器均设计了特定的光线接收角度窗口，确保每个光感应器只能接受到设计指定方位角和高度角的太阳光；第一光感器21、第二光感器22控制东面导光格栅片3的电磁驱动装置；第三光感器23、第四光感器24控制西面导光格栅片4的电磁驱动装置；第五光感器25控制南面导光格栅片5的电磁驱动装置。

本发明产品可以采用本身自带光伏发电系统供电、也可以直接采用市电供电。

本发明产品采用的导光格栅设计倾斜角度，分析一年四季太阳的运行轨迹，依据春分、秋分、夏至、冬至不同季节不同时间段太阳所处不同的高度角和方位角，计算最佳的阳光导入入射角，以最简单有效的控制系统设计各个导光格栅片角度，提供了在低矮的多层民用建筑纵深处采光的有效解决方案。

太阳一年四季的高度角和方位角参考上海市数据，如下表：

6月21日或22日 夏至

时 间	方位角	高度角
			7:00	77	25
8:00	83	38
			9:00	90	50
10:00	100	63
			11:00	119	75
12:00	187	82
			13:00	245	74
14:00	262	61
			15:00	271	49
16:00	278	36
			17:00	284	23

12月21日或23日 冬至

时 间	方位角	高度角
			7:00	119	2
8:00	127	12
			9:00	138	22
10:00	150	29
			11:00	166	34
12:00	182	35
			13:00	199	33
14:00	213	27
			15:00	225	19
16:00	235	9
			17:00	243	-2

3月20日或22日 春分

时 间	方位角	高度角
			7:00	98	13
8:00	106	25
			9:00	117	37
10:00	132	48
			11:00	152	56
12:00	179	59
			13:00	207	56
14:00	228	48
			15:00	242	38
16:00	253	26
			17:00	262	13

9月22日或24日 秋分

时 间	方位角	高度角
			7:00	100	16
8:00	109	28
			9:00	120	40
10:00	136	50
			11:00	159	57
12:00	186	59
			13:00	213	54
14:00	232	46
			15:00	245	35
16:00	256	23
			17:00	264	10

本发明产品工作原理及过程演示：

东、西、南三个方向的导光格栅组件角度调整是以光传感器2接收到的太阳所处的空间位置（方位角和高度角）为动作依据。光传感器2在没有接收到足够太阳光照强度（如阴雨天）的情况下不会发出电子指令，东、西、南三面格栅组件保持敞开状态，让漫射光直接进入到采光系统。

东面导光格栅片3竖向设计，启动时间为太阳方位角为90°-160°之间的时间段，三种固定角度模式（关-开-开-关）。当90°＜太阳方位角＜135°时，光传感器2里面的第一光感器21接受到太阳光照射输出电子指令到电磁驱动装置，电磁驱动装置推/拉动连杆装置——东面导光格栅组件转动开启135°（方位角）；当太阳运动到方位角≥135°时，第二光感器22接收到太阳光照射输出电子指令到电磁驱动器，格栅片组件开启到160°（方位角）；当太阳运动到方位角≥165°时，第二光感器22接收不到到太阳光照射，不输出电子指令，东面导光格栅闭合。

东面导光格栅片3开启时西面导光格栅片4会一直关闭，同理西面导光格栅片4开启时东面导光格栅片3也会一直闭合。当太阳运动到方位角在165°-195°区间时，第一光感器21、第二光感器22、第三光感器23和第四光感器24都接收不到阳光而不会发出电磁驱动电子指令，东面导光格栅片3和西面导光格栅片4组件都处于闭合状态。

西面导光格栅片4竖向设计，启动时间为太阳方位角200°-270°之间的时间段，三种固定角度模式（关-开-开-关）。当200°≤太阳方位角＜225°时，第三光感器23接收到阳光照射，第三光感器23输出电子指令到电磁驱动装置，电磁驱动装置推/拉动连杆装置——西面导光格栅片4转动，导光格栅组件打开为200°（方位角）；当太阳方位角≥225°时，第四光感器24接收到阳光照射，输出电子指令到电磁驱动器，西面导光格栅片4打开到225°（方位角）；太阳方位角＞270°时，第四光感器24接收不到阳光照射，西面导光格栅片4自动闭合；西面导光格栅片4启动时机为太阳方位角200°——270°之间。

南面导光格栅片5为横向设计，与水平面成30°-45°夹角两种固定角度模式。在太阳高度角≤60°时，光传感装置2里面的第五光感器25接收不到阳光照射，不会给到电磁驱动器动作指令，南面导光格栅片5由于是倾斜式设计、依靠自身重力由限位块限位板11限定在与水平面成30°夹角；当太阳运动高度≥60°（高度角）时，第五光感器25接收到阳光照射，输出电子指令到电磁驱动装置，电磁驱动器驱动连杆将南面导光格栅片5调整到与水平面成45°夹角。

以多层建筑侧向应用为例，参考 春分/秋分 日太阳运行轨迹、比较说明本发明产品的技术优势，本气象信息采集地为上海。

上午8：00，太阳（方位角106°，高度角25°），阳光位于东偏南16°以25°高度角照在东面导光格栅片3及经过格栅片之间空隙，经45°镜面折射后以16°入射角（即与导光筒轴线成16°夹角）进入导光筒8里面；从导光格栅片之间的空隙照射到西面闭合的导光格栅片上的阳光，（西面导光格栅片4闭合后方位角为165°）折射后以59°入射角进入导光筒8。以多层建筑能接受的导光管最大尺寸φ250mm为例，16°入射角筒内一次反射行进距离（指轴线距离，下同）是871mm，59°入射角行进距离为150mm。没有折射导光的情况，阳光与导光筒入射角是90-16=74°，同样在φ250mm导光筒内一次反射行进距离是122mm。

上午9：00，太阳（方位角120°，高度角40°），阳光位于东偏南30°以40°高度角照到东面导光格栅片3上及经过格栅之间空隙，经45°镜面折射后进入以30°入射角进入导光筒8里面；从导光格栅片之间的空隙照射到西面闭合的导光格栅片上的阳光，（西面导光格栅片4闭合后方位角为165°）折射后以45°入射角进入导光筒8；以导光筒φ250mm为例，30°入射角筒内一次反射行进距离是433mm，45°入射角筒内行进距离是250mm。没有折射导光的情况，阳光与导光筒入射角是90-30=60°，同样在φ250mm导光筒内一次反射行进距离是144mm。

上午11:00，太阳（方位角152°，高度角56°），阳光位于东偏南62°以56°高度角照到东面导光格栅片3和南面导光格栅片5上面。此时，东面导光格栅片3方位角度已经调整为160°，经东面导光格栅片折射后的阳光以12°入射角到导光筒8；照在南面导光格栅片5上的阳光（高度角56°）经由南面导光格栅片（水平夹角30°）折射后以4°入射角进入导光筒8内；以导光筒φ250mm为例，12°入射角筒内一次反射行进距离是1176mm，4°入射角筒内行进距离是3575mm。没有折射导光的情况，阳光与导光筒入射角是90-62=28°，同样在φ250mm导光筒内一次反射行进距离是470mm。

中午12:00太阳（方位角179°，高度角59°），阳光位于正南面以59°高度角照到南面导光格栅片5上及通过导光格栅片之间空隙直接照射到底面导光板9上面。经过南面导光格栅片（水平夹角30°）折射后（90-30-59=1°）以1°入射角进入到导光筒8里面（东西面导光格栅都处于闭合状态，因此不会遮挡光线进入导光筒，下同），基本无二次反射无衰减进入到使用末端。

冬至日12：00是一年当中中午太阳高度角最低的一天：方位角182°/高度角35°。阳光位于正南面以35°高度角照到南面导光格栅片5上，经南面导光格栅片30°镜面折射后以25°入射角进入导光筒8里面，在直径250mm的导光筒里面一次反射行进530mm。没有经过折射导光的情况下，35°入射角阳光一次行进距离为357mm。

夏至日12:00是一年之中中午太阳高度角最大的一天：方位角187°/高度角82，第五光感器25接收到阳光指令电磁驱动器7推/拉调整南面导光格栅片5角度为45°。阳光位于正南面以82°高度角照射在南面导光格栅片5组件上，经45°角导光格栅片折反射后以90-82=8°入射角进入到导光筒8内，在直径250mm的导光筒里面一次反射行进1779mm。没有折射导光的情况下，82°阳光入射角一次行进距离仅35mm。

下午太阳运行规律基本等同于上午，只是工作面换成西面,本发明不再赘述。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.新型主动式阳光导入装置，包括导光筒（8）,其特征在于，所述导光筒（8）的前端固定安装有骨架（1），且所述骨架（1）的底面固定有底面导光板（9），所述骨架（1）的两侧分别固定有西面导光格栅片（4）和东面导光格栅片（3），所述骨架（1）的顶面固定安装有南面导光格栅片（5），所述东面导光格栅片（3）、西面导光格栅片（4）和南面导光格栅片（5）的内部固定有转轴，转轴两端活动套装在骨架（1）主梁上的孔洞里，且所述东面导光格栅片（3）与西面导光格栅片（4）对称安装在南面导光格栅片（5）的两侧，并均与导光筒（8）成一夹角，所述南面导光格栅片（5）与底面导光板（9）成一夹角，所述导光筒（8）的两侧和上端一角均安装有电磁驱动器（7），所述电磁驱动器（7）通过角度调整传动机构（6）带动东面导光格栅片（3）、西面导光格栅片（4）、南面导光格栅片（5）转动以调节角度；

所述导光筒（8）的上端中心处还安装有光传感装置（2），所述导光筒（8）上端的一侧安装有光伏发电装置（10）。

2.根据权利要求1所述的新型主动式阳光导入装置，其特征在于：所述角度调整传动机构（6）包括联动短杆（61）和联动长杆（62），所述联动短杆（61）的一端与电磁驱动器（7）的输出端滑动连接，所述联动短杆（61）与联动长杆（62）之间通过活动关节转动连接，所述联动长杆（62）有多个且分别与东面导光格栅片（3）、西面导光格栅片（4）或南面导光格栅片（5）的转轴固定连接。

3.根据权利要求1所述的新型主动式阳光导入装置，其特征在于：所述光传感装置（2）包括有第一光感器（21）、第二光感器（22）、第三光感器（23）、第四光感器（24）和第五光感器（25），且所述第一光感器（21）与第二光感器（22）与位于东面导光格栅片（3）处的电磁驱动器（7）信号连接，所述第三光感器（23）和第四光感器（24）与位于西面导光格栅片（4）处的电磁驱动器（7）信号连接，所述第五光感器（25）与位于南面导光格栅片（5）处的电磁驱动器（7）信号连接。

4.根据权利要求1所述的新型主动式阳光导入装置，其特征在于：所述东面导光格栅片（3）、西面导光格栅片（4）、南面导光格栅片（5）均采用金属高反射率镜面。

5.根据权利要求1所述的新型主动式阳光导入装置，其特征在于：位于最低端的南面导光格栅片（5）的两侧均固定有限位板（11），在自然重力状态下，所述南面导光格栅片（5）的底端与限位板（11）完全贴合且所述南面导光格栅片（5）与水平面成30°夹角。

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