CN111794649A - 基于光导纤维导光的室内采光落地窗 - Google Patents

基于光导纤维导光的室内采光落地窗 Download PDF

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CN111794649A CN201910276722.2A CN201910276722A CN111794649A CN 111794649 A CN111794649 A CN 111794649A CN 201910276722 A CN201910276722 A CN 201910276722A CN 111794649 A CN111794649 A CN 111794649A
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甘念重
卢富明
饶昆鹏
林舒鑫
李君宇
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Wuhan University of Technology WUT
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    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
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    • E06B5/00—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E06B7/28—Other arrangements on doors or windows, e.g. door-plates, windows adapted to carry plants, hooks for window cleaners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S19/00—Lighting devices or systems employing combinations of electric and non-electric light sources; Replacing or exchanging electric light sources with non-electric light sources or vice versa
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Abstract

本发明公开了一种基于光导纤维导光的室内采光落地窗，主要由整合隔热膜的落地窗、采光单元阵列、太阳光追踪装置、导光照明单元组成，在落地窗上部的位置，安装采光单元阵列及其太阳光追踪装置，在落地窗的窗外固定红外感光设备对太阳光入射角进行监测，采光单元阵列呈弧状布置，太阳光追踪装置通过连杆实现联动，光纤的一端与采光单元阵列连接，另一端与室内散射器连接，自然光导入室内后，由散射器将其还原为照明光并通过LED光源进行补偿，使室内照度保持预设值。既能保证其基本的采光功能，又能实现以自然光源实现室内照明的功能，从而达到减少能耗的作用，实现节能减排的目的。

Description

基于光导纤维导光的室内采光落地窗
技术领域
本发明属于大进深公共场所落地窗设计技术领域，尤其涉及一种基于光导纤维导光的室内采光落地窗。
背景技术
近年来，随着城市建筑趋向高层化和密集化，仅依靠传统的釆光方式已经不能满足建筑物内部的釆光要求。尤其是那些建筑较低、暗室及地下仓库，即使是晴天，室内光线也很昏暗，这在无形之中增加了人工照明的电能损耗，而且给长期在此环境中生活与工作的人身心健康带来不良影响。故如何做到高效地开发和运用新能源，使之成为人类主要的能源供给方式，现在看来，无疑是一个相当有价值的科研课题。
随着人们的环保意识逐渐增强，国内外均将太阳能的利用当作研究的重点，而重中之重则是对太阳光照明的研究。欧美和日本等一些发达国家，已经研究出多种太阳光照明系统，并将其成功应用于公用设施和工业与民用建筑中。现在太阳光照明技术与产品正处于快速发展的状态。受传输效率影响，过去主要采用导光管，然而光线在导光管中传输时会产生较大的损耗，因此现在改用光纤束及光缆进行导光，以便减小光线的损耗，进而适应较长距离的传输。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于光导纤维导光的室内采光落地窗，既能保证其基本的采光功能，又能实现以自然光源实现室内照明的功能，从而达到减少能耗的作用，实现节能减排的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于光导纤维导光的室内采光落地窗，包括整合隔热膜的落地窗、采光单元阵列、太阳光追踪装置、导光照明单元，在落地窗上部的位置，安装采光单元阵列及其太阳光追踪装置，在落地窗的窗外固定红外感光设备对太阳光入射角进行监测，采光单元阵列呈弧状布置，太阳光追踪装置通过连杆实现联动，光纤的一端与采光单元阵列连接，另一端与室内散射器连接，自然光导入室内后，由散射器将其还原为照明光并通过LED光源进行补偿，使室内照度保持预设值。实现室内照度恒定。
按上述技术方案，采光单元采用凸面镜设计。
按上述技术方案，在光纤与采光单元连接处设置散热片。可保证光纤正常持久工作，实现散热；光伏百叶窗产生的电能主要供给采光隔热光补窗自身使用。
按上述技术方案，采光单元外设置玻璃密封。防止灰尘、水气等进入。
采光单元阵列采集的自然光通过光纤导入室内；在室内进深较大处设置自然光散射器将光纤导入的自然光还原为照明用光；室内安装照度传感器监测室内照度；照度传感器检测到照度变化后输出反馈信号，通过设置LED补偿光源实现在自然光照度发生变化时保持室内照度恒定。
本发明产生的有益效果是：本发明基于光导纤维导光的室内采光落地窗既能保证其基本的采光功能，又能实现以自然光源实现室内照明的功能，从而达到减少能耗的作用，实现节能减排的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例基于光导纤维导光的室内采光落地窗结构示意图；
图2为LED恒光源系统构成图；
图3为本发明实施例中聚光器的工作示意图。
1为窗体，2为采光单元阵列，3为凹面镜，4为入射光线，5为光纤，6为遮光片，7为散射器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1所示，该室内落地窗，上方为采用太阳光追踪装置的采光设备，包括棱镜，太阳采光装置(凸面镜、光纤等)，下部为普通落地窗。上方采光设备可实现采集入射自然光，并通过光导纤维将太阳光传入室内，有效增强室内光照强度；下方为普通落地窗以保持落地窗原有功能。其中照明装置主要由四部分组成：太阳追踪采光装置、光导纤维、用于光还原的散射器、用于维持室内光照强度恒定的led灯以及照度监测设备。
采用透镜光纤导光结构—玻璃窗户集成一体设计方案，包括窗体、采光单元阵列2，玻璃窗户1的上部为光纤聚光装置，其突出结构既能起到遮阳的效果，又收集太阳光通过光纤将自然光导入室内；光纤聚光装置的底部放置为散热片，以防止装置温度过高的情况；而当天气不好的时候则由蓄电池为LED恒光补偿系统提供电力，以保证室内光照强度。其设计的方案效果如图1所示。
聚光器包括两个很重要的参数：几何聚光比和能量密度聚光比。聚焦原理如下：太阳辖射出的平行光线经过聚光器聚焦后，在焦点处形成一个高密度的能量斑，这样就可以更方便、高效地把阳光耦合进光纤。几何聚光比，是指聚光器的采光面和吸收器的出射面的几何表面积之比。计算公式如下：
Figure BDA0002020274310000031
聚光器聚光的理论最大值由几何聚光比得到。聚光器的工作示意图如图3所示，所入射面入射光线出射面图聚光器的工作示意图能量密度聚光，经过凹面镜3的入射光线4进入光纤5，经过遮光片6，进入散射器7。
本发明实施例中确定以凹面镜为聚光单元的设计，具体结构如图2所示。
透镜为凸面镜，本设计采用2cm*2cm的凸面镜作为聚光器，其焦距为300mm，主要焦面直径为4cm，由PMMA材料制作，折射率为1.49，一个窗装有32个聚光器组成。
光导纤维，设置于凹面镜焦距中心，用于将太阳光导入光纤内。
光导纤维利用光的全反射原理使光在玻璃或塑料制成的纤维中传输，本发明将一定数量的聚光元件呈一定角度排列，接收太阳光的照射，当太阳照射角度发生改变，太阳光追踪器带动透镜组发生角度变化，以求更高效的收集太阳光，收集到的太阳光通过光纤传导到室内房间照度不够的区域所布置的散射器中进行散射，维持室内的正常照度，减少照明能耗。
太阳光经过菲涅尔透镜聚焦，光纤导光进入室内后，在光缆的出光端的光强很亮且出射角小，无法达到照射的效果，为了增大光缆出光端的光照范围和舒适度，必须通过散光器对其散射，使光线变的柔和、舒适。因此，本发明采用散射器散光法。通过把散光器做成各式各样的室内灯罩，即可扩散出光端的散射范围，同时还美化了环境，给人舒适的视觉效果。
自然光照度随气候、时间等变化显著，因此本发明通过LED结合自然光源：设计照度自动控制系统，将光导系统引进的自然光与LED调光照明系统相结合，在黎明与黄昏等自然光不足的情况下，采用调光系统动态控制LED光源亮度，使室内照度恒定。将数值PID控制应用于光照调节中，综合考虑精度、灵敏度与功耗要求，实现了照度的连续可调。具体系统结构如图2所示。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于光导纤维导光的室内采光落地窗，其特征在于，包括整合隔热膜的落地窗、采光单元阵列、太阳光追踪装置、导光照明单元，在落地窗上部的位置，安装采光单元阵列及其太阳光追踪装置，在落地窗的窗外固定红外感光设备对太阳光入射角进行监测，采光单元阵列呈弧状布置，太阳光追踪装置通过连杆实现联动，光纤的一端与采光单元阵列连接，另一端与室内散射器连接，自然光导入室内后，由散射器将其还原为照明光并通过LED光源进行补偿，使室内照度保持预设值。
2.根据权利要求1所述的基于光导纤维导光的室内采光落地窗，其特征在于，采光单元采用凸面镜设计。
3.根据权利要求1或2所述的基于光导纤维导光的室内采光落地窗，其特征在于，在光纤与采光单元连接处设置散热片。
4.根据权利要求1或2所述的基于光导纤维导光的室内采光落地窗，其特征在于，采光单元外设置玻璃密封。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114046607A (zh) * 2020-12-31 2022-02-15 林兆棋 充分利用太阳资源的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2189641Y (zh) * 1992-11-23 1995-02-15 山东大学 一种隔热窗
CN102374477A (zh) * 2010-08-09 2012-03-14 李建敏 一种阳光智能入户系统

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