CN112648581B - 一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其包括设置于倾斜屋面的光接收器、漫射器和导光管，光接收器包括支撑外壳、设置于支撑外壳内的聚光内壳、设置于聚光内壳顶部的透光板、以及设置于支撑外壳和聚光内壳之间的结冰检测推动机构，透光板内设置有光热转化件和传热丝，传热丝连于光热转化件并安装于透光板内部，聚光内壳包括立方框架和若干上下排列设置于立方框架内的反光转页反光转页的两端分别与立方框架转动连接，反光转页包括反光面和连接面，结冰检测推动机构连于连接面的底部，结冰检测推动机构在屋顶结冰时推动反光转页以将反光面朝向光热转化件偏转。本申请具有自动融化清除冰块以提高采光效率的效果。

Description

一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统

技术领域

本申请涉及光导照明的领域，尤其是涉及一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统。

背景技术

光导照明系统即太阳光导入照明系统，是一种新兴的环保照明系统。该系统主要由光接收器、导光管和漫射器三部分组成，其系统原理是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的导光管传输和强化后由系统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，得到由自然光带来的特殊照明效果。

红外线具有温热效应，能显著提高室内环境及物体表面的温度。对人体而言，红外线温热效果所获致的好处，主要有皮肤表面的温度上升，皮下血液循环动态的改善，肌肉紧张的缓和，疼痛的减轻，以及调节自主神经正常化的作用等。在夏季以外的季节，通过光导照明系统导入红外线不但能节约室内的制暖费用，还能提高人体的舒适度。

但是在冬季时，各地常发生冻雨，冻雨在落到建筑上的光接收器上时将会凝结成冰，这种冰块由于常常混杂有一定的空气，透明度相对较差，自然光的透过率较低，从而会影响光导照明系统的采光。

发明内容

本申请提供一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统，具有在光接收器被冰层冻结的情况下自动融化清除冰块以提高采光效率的效果。

本申请提供的一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统，采用如下的技术方案：

一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统，包括设置于倾斜屋面的光接收器、设置于建筑内部的漫射器、以及用于连接光接收器和漫射器的导光管，所述光接收器包括支撑外壳、设置于支撑外壳内的聚光内壳、设置于聚光内壳顶部的透光板、以及设置于支撑外壳和聚光内壳之间的结冰检测推动机构，所述透光板内设置有光热转化件和传热丝，所述传热丝连于光热转化件并安装于透光板内部，所述聚光内壳包括若干反光转页和各侧面带有容置开口的立方框架，所述反光转页上下排列设置于容置开口内且各反光转页的两端分别与立方框架转动连接，所述反光转页包括朝向立方框架内部的反光面和背离立方框架内部的连接面，所述结冰检测推动机构连于连接面的底部且输出端的推动方向朝向立方框架内部，所述结冰检测推动机构在检测到屋顶结冰时推动反光转页以将反光面朝向光热转化件偏转。

由于光导照明系统通常不需要进行电控，因此如果外接电线和加热器溶解冰块并不符合绿色建筑的理念，通过采用上述技术方案，当透光板被冰层覆盖时，意味着结冰的发生，此时结冰检测推动机构检测到结冰并对反光转页输出推动动作，由于反光转页安装于容置开口内并与立方框架相铰接，因此反光转页的下端在受到推动时，反光面将会向上转动。当光线穿过冰层时，在透光板上相当于一个面光源朝向光接收器内部散射，且照射在反光面上的光线将会被反射。由于此时反光面朝上倾斜，且各个反光面的设置角度可以各有不同，因此通过合理的角度设置，能够尽可能地反射的光线会聚在光热转化件上。光热转化件能够吸收光线并转化为热能，传热丝将热能传递到透光板各处，从而使得冰层与透光板的交界面处发生融化，由于屋面倾斜，因此冰层将会发生滑落，在冰层被清除后光接收器的采光效率将会提高。

优选的，所述结冰检测推动机构包括检测驱动组件和推拉从动组件，所述推拉从动组件包括安装于容置开口内的推板、两端分别铰接于推板和连接面底部的推杆、以及设置于推板上的横向延伸件，所述推板的形状与容置开口相适配并与立方框架滑动连接，所述检测驱动组件推动或拉动横向延伸件以使反光转页向上翻转或向下复位。

通过采用上述技术方案，当推板被检测驱动组件推动时，推板将在容置开口内发生转动，从而使得各个反光转页的底部受到推动而发生转动，当反光面向上转动时，照射在聚光内壳内壁上的光线将逐渐被会聚到光热转化件上。

优选的，各个反光转页的宽度自上而下依次变小。

通过采用上述技术方案，由于反光转页是与立方框架转动连接的，反光转页远离转动中心的一端的转动距离不变时，当反光转页的宽度越大，也就是转动半径越大，则反光转页的转动角度越小。因此，由于推板的水平推动距离相等，在发生转动时，位置在下方的反光转页的转动角度将大于位于上方的反光转页，因此来自于透光板的漫射光将会相对聚集在光热转化件上。

优选的，所述检测驱动组件包括安装于立方框架和支撑外壳之间的盛水托槽、连于盛水托槽底部的竖向延伸件、套接于竖向延伸件上的弹簧、以及两端分别铰接于竖向延伸件和水平延伸件的连杆，所述盛水托槽的相对两侧抵接于立方框架和支撑外壳上并与立方框架和支撑外壳滑动连接，所述支撑外壳的内侧面设置有支撑托块，所述弹簧的两端分别固定连接于盛水托槽的底部和支撑托块上，所述立方框架和支撑外壳外延有凸檐并相向设置，所述凸檐位于盛水托槽的上方并形成进水狭缝。

通过采用上述技术方案，当外界发生降雨时，雨水将通过进水狭缝进入盛水托槽中，由结冰特点可知，盛水托槽中的顶层雨水将会先行结冰并封闭盛水托槽，顶层的冰块将会冻结或抵接于凸檐上。随着结冰的进行，水冰转化过程中冰块的体积将会大于原积水的体积，从而推动盛水托槽沿立方框架和支撑外壳之间的缝隙向下滑动，在这过程中盛水托槽压动弹簧不断收缩。竖向延伸件将推动连杆，连杆推动推板沿容置开口朝向立方框架内滑动。

优选的，所述立方框架上的凸檐和支撑外壳上的凸檐通过防尘网相连，所述防尘网封闭进水狭缝。

通过采用上述技术方案，防尘网能够防止灰尘沙石落入进水狭缝内，同时在冰块凝结时，防尘网将会为盛水托槽顶部的冰面提供支撑力，相比于仅靠凸檐抵接于免冰面的两端，冰面的受力更加均匀，不易发生碎裂。

优选的，所述盛水托槽的外侧壁上设置有防水密封圈，所述防水密封圈抵接于立方框架和支撑外壳。

通过采用上述技术方案，防水密封圈能够防止雨水渗入盛水托槽与立方框架的接缝和盛水托槽与支撑外壳的接缝，从而避免了雨水将盛水托槽冻住而无法发生滑动。

优选的，所述光热转化件分为在透光板上交叉垂直设置的两组，各组均包括若干个平行的光热转化件，两组所述光热转化件各平行于聚光内壳的一对相对侧面。

通过采用上述技术方案，由于反光转页反射的光线呈条纹状，因此聚光内壳两对相对侧面的反射光将会交叉，因此交叉设置的两组光热转化件将能够更大限度地吸收光能进行发热。

优选的，所述光热转化件包括反光折条和吸光发热体，所述反光折条由两块倾斜连接的反光板组成，两块所述反光板配合形成开口朝向聚光内壳内部的容置凹槽，所述吸光发热体安装于容置凹槽内。

通过采用上述技术方案，外界的光线照射到反光折条上时，由于反光折条朝向聚光内壳内倾斜且倾斜角度较大，所以外界照射到反光折条上的光线将会被反光折条反射入聚光内壳。而被反光转页反射的光是自下而上照射的，将会照射入容置凹槽内而被吸光发热体所吸收。

优选的，所述传热丝在透光板内呈网状设置。

通过采用上述技术方案，传热丝将热量均匀的传递到透光板各处，从而使得冰块与透光板的连接面融化为液体。

优选的，所述透光板为亚克力板。

通过采用上述技术方案，透光板具有更高的透光性和更高的强度。

附图说明

图1是本申请实施例中光接收器、导光管和漫射器的连接示意图；

图2是本申请实施例中一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图。

附图标记说明：

1、光接收器；2、漫射器；3、导光管；

4、支撑外壳；41、支撑托块；42、凸檐；43、进水狭缝；44、防尘网；45、防水密封圈；

5、聚光内壳；51、反光转页；511、反光面；512、连接面；52、立方框架；521、容置开口；

6、透光板；61、光热转化件；611、反光折条；612、吸光发热体；613、容置凹槽；62、传热丝；

7、结冰检测推动机构；

71、检测驱动组件；711、盛水托槽；712、竖向延伸件；713、弹簧；714、连杆；

72、推拉从动组件；721、推板；722、推杆；723、横向延伸件。

具体实施方式

以下结合附图1-3，对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统。参照图1，该光导照明系统包括设置于倾斜屋面的光接收器1、设置于建筑内部的漫射器2、以及用于连接光接收器1和漫射器2的导光管3。在正常使用时，外界自然光照射入光接收器1中，导光管3再将进入的光线传导至漫射器2内，漫射器2向建筑内部输出光线。在冻雨天气时，当光接收器1结冰时，自然光进入光接收器1的效率将会大幅降低，影响建筑内部的照明效率，因此需要进行除冰处理。

参照图2，光接收器1包括支撑外壳4、设置于支撑外壳4内的聚光内壳5、设置于支撑外壳4和聚光内壳5顶部的透光板6、以及设置于支撑外壳4和聚光内壳5之间的结冰检测推动机构7，聚光内壳5用于将射到聚光内壳5内壁上的光反射回透光板6上。透光板6内设置有光热转化件61和传热丝62，传热丝62连于光热转化件61并安装于透光板6内部，光热转化件61吸收聚光内壳5反射回的光能并转化为热能，传热丝62将光热转化件61的热量传递到透光板6各处，从而融化冰层与透光板6交界处的冰，由于屋面倾斜，冰层将会在重力的作用下发生滑落。在本实施例中，透光板6为亚克力板，传热丝62为铜丝，传热丝62在透光板6内呈网状设置。

支撑外壳4整体呈方块状，其固定在倾斜的屋面上，特别的，支撑外壳4的顶面与屋面相平齐。聚光内壳5安装于支撑外壳4内，其中，聚光内壳5包括若干反光转页51和立方框架52，立方框架52的四个侧面均带有容置开口521，底部与导光管3相连通并与导光管3固定连接。在本实施例中，立方框架52由铝合金制成，立方框架52的外侧面与支撑外壳4的内侧面间隔设置，且立方框架52的底部与支撑外壳4固定连接，该固定连接方式可以为但不限于为焊接、螺栓连接或卡接。容置开口521为方形通槽，反光转页51在各个容置开口521内自上而下排列设置，且反光转页51的两端分别与立方框架52转动连接，反光转页51朝向立方框架52的端面的顶部与立方框架52转动连接。转动连接的方式可以为铰接，可以通过转轴等转动件连接，但凡能实现两者相对转动的方式均可。在冻雨未发生时，反光转页51未发生翻转，因此各个容置开口521内的反光转页51位于同一平面上，也就是垂直于屋面，透过透光板6的光线的反射光路均偏向于导光管3。为了调整透光板6的反射光路，因此需要反光转页51具有转动能力。反光转页51包括朝向立方框架52内部的反光面511和背离立方框架52内部的连接面512，随着反光面511朝向透光板6转动，透过透光板6的光线的反射光路将会逐渐朝向透光板6发生偏转，从而使得落在透光板6底面的光强逐渐增大。

为了使得反光转页51在外界发生冻雨时发生转动，因此需要结冰检测推动机构7的配合。结冰检测推动机构7包括用于检测冰雨并相应地产生推动动作的检测驱动组件71、以及用于将检测驱动组件71的推动动作转化为转动动作的推拉从动组件72，最终推拉从动组件72推动或者拉动反光转页51。

检测驱动组件71包括安装于立方框架52和支撑外壳4之间的间隔内的盛水托槽711、连于盛水托槽711底部的竖向延伸件712、套接于竖向延伸件712上的弹簧713、以及两端分别铰接于竖向延伸件712和水平延伸件的连杆714。盛水托槽711为方形槽体，其开口方向朝向屋面设置。盛水托槽711的相对两侧抵接于立方框架52和支撑外壳4上，其中一侧与立方框架52滑动连接，另一侧与支撑外壳4滑动连接。盛水托槽711的材料不作限制，但凡结构坚固不易冻裂且耐腐蚀的材料均可，且盛水托槽711与立方框架52的接触面、以及盛水托槽711与支撑外壳4的接触面均为光滑设置，在本实施例中，盛水托槽711由铝合金材料制成。竖向延伸件712同样位于立方框架52和支撑外壳4之间的间隔内，但由于盛水托槽711的阻隔，竖向延伸件712并不暴露在外界，因此没有接触到冻雨之虞。竖向延伸件712可以为方杆、方块、圆杆等形状设置，但凡其横截面的尺寸小于盛水托槽711横截面的尺寸即可，以便于套设在竖向延伸件712上的套环与盛水托槽711的底部相固定，在本实施例中，竖向延伸件712为圆杆且与盛水托槽711一体连接。支撑外壳4的内侧面设置有支撑托块41，如图2所示，支撑托块41固定于支撑外壳4上且位于盛水托槽711的下方，竖向延伸件712从支撑托块41穿过，弹簧713的两端分别固定连接于盛水托槽711的底部和支撑托块41上。

由于盛水托槽711受到弹簧713的作用有向外移动的趋势，为了对盛水托槽711进行限位，立方框架52和支撑外壳4外延有凸檐42并相向设置，凸檐42位于盛水托槽711的上方并形成进水狭缝43，进水狭缝43的宽度小于盛水托槽711的宽度。进一步的，为了防止砂石等杂物进入盛水托槽711，立方框架52上的凸檐42和支撑外壳4上的凸檐42通过防尘网44相连，防尘网44封闭进水狭缝43。为了防止冻雨流入盛水托槽711与支撑外壳4的连接间隙，或者流入盛水托槽711与立方框架52的连接间隙，盛水托槽711的外侧壁环绕设置有防水密封圈45，防水密封圈45抵接于立方框架52和支撑外壳4。

当外界发生降雨时，雨水将通过进水狭缝43进入盛水托槽711中，由结冰特点可知，盛水托槽711中的顶层雨水将会先行结冰并封闭盛水托槽711，顶层的冰块将会冻结于或抵接于凸檐42上。随着结冰的进行，冰块的体积将会大于原来积水的体积，从而推动盛水托槽711沿立方框架52和支撑外壳4之间的间隔向下滑动，在这过程中盛水托槽711压动弹簧713不断收缩。竖向延伸件712将推动连杆714，连杆714向外输出推动动作。当冰块融化时，弹簧713释放内部势能从而使得盛水托槽711复位，连杆714向外输出拉动动作。

推拉从动组件72包括安装于容置开口521内的推板721、两端分别铰接于推板721和连接面512底部的推杆722、以及设置于推板721上的横向延伸件723，横向延伸件723与连杆714相铰接，盛水托槽711抵接于凸檐42上时，连杆714相对于横向延伸件723倾斜设置，也相对于竖向延伸件712倾斜设置。推板721的形状与容置开口521相适配并与立方框架52滑动连接，当连杆714推动或拉动横向延伸件723时，反光转页51将会在推杆722的推动下向上翻转或向下复位。进一步的，为了提高反光转页51的聚光效果，各个反光转页51的宽度自上而下依次变小。由于反光转页51是与立方框架52转动连接的，反光转页51远离转动中心的一端的转动距离不变时，当反光转页51的宽度越大，也就是转动半径越大，则反光转页51的转动角度越小。因此，由于推板721的水平推动距离相等，在发生转动时，位置在下方的反光转页51的转动角度将大于位于上方的反光转页51，来自于透光板6的漫射光将会相对聚集在光热转化件61上。

参照图3，光热转化件61分为在透光板6上交叉垂直设置的两组，各组均包括若干个平行的光热转化件61，两组光热转化件61各平行于聚光内壳5的一对相对侧面。光热转化件61包括反光折条611和吸光发热体612，反光折条611由两块倾斜连接的反光板组成，两块反光板配合形成开口朝向聚光内壳5内部的容置凹槽613，在本实施例中，两块反光板呈V形配合，且吸光发热体612安装于容置凹槽613内。外界的光线照射到反光折条611上时，由于反光折条611朝向聚光内壳5内倾斜且倾斜角度较大，所以外界照射到反光折条611上的光线将会被反光折条611反射入聚光内壳5。而被反光转页51反射的光是自下而上照射的，将会照射入容置凹槽613内而被吸光发热体612所吸收。吸光发热体612为吸光系数在广谱上均较高的物质，在本实施例中，选用黑色的石墨条。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于建筑的高效自然光光导照明系统，包括设置于倾斜屋面的光接收器(1)、设置于建筑内部的漫射器(2)、以及用于连接光接收器(1)和漫射器(2)的导光管(3)，其特征在于，所述光接收器(1)包括支撑外壳(4)、设置于支撑外壳(4)内的聚光内壳(5)、设置于聚光内壳(5)顶部的透光板(6)、以及设置于支撑外壳(4)和聚光内壳(5)之间的结冰检测推动机构(7)，所述透光板(6)内设置有光热转化件(61)和传热丝(62)，所述传热丝(62)连于光热转化件(61)并安装于透光板(6)内部，所述聚光内壳(5)包括若干反光转页(51)和各侧面带有容置开口(521)的立方框架(52)，所述反光转页(51)上下排列设置于容置开口(521)内且各反光转页(51)的两端分别与立方框架(52)转动连接，所述反光转页(51)包括朝向立方框架(52)内部的反光面(511)和背离立方框架(52)内部的连接面(512)，所述结冰检测推动机构(7)连于连接面(512)的底部且输出端的推动方向朝向立方框架(52)内部，所述结冰检测推动机构(7)在检测到屋顶结冰时推动反光转页(51)以将反光面(511)朝向光热转化件(61)偏转。

2.根据权利要求1所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述结冰检测推动机构(7)包括检测驱动组件(71)和推拉从动组件(72)，所述推拉从动组件(72)包括安装于容置开口(521)内的推板(721)、两端分别铰接于推板(721)和连接面(512)底部的推杆(722)、以及设置于推板(721)上的横向延伸件(723)，所述推板(721)的形状与容置开口(521)相适配并与立方框架(52)滑动连接，所述检测驱动组件(71)推动或拉动横向延伸件(723)以使反光转页(51)向上翻转或向下复位。

3.根据权利要求2所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，各个反光转页(51)的宽度自上而下依次变小。

4.根据权利要求2所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述检测驱动组件(71)包括安装于立方框架(52)和支撑外壳(4)之间的盛水托槽(711)、连于盛水托槽(711)底部的竖向延伸件(712)、套接于竖向延伸件(712)上的弹簧(713)、以及两端分别铰接于竖向延伸件(712)和横向延伸件(723)的连杆(714)，所述盛水托槽(711)的相对两侧抵接于立方框架(52)和支撑外壳(4)上并与立方框架(52)和支撑外壳(4)滑动连接，所述支撑外壳(4)的内侧面设置有支撑托块(41)，所述弹簧(713)的两端分别固定连接于盛水托槽(711)的底部和支撑托块(41)上，所述立方框架(52)和支撑外壳(4)外延有凸檐(42)并相向设置，所述凸檐(42)位于盛水托槽(711)的上方并形成进水狭缝(43)。

5.根据权利要求4所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述立方框架(52)上的凸檐(42)和支撑外壳(4)上的凸檐(42)通过防尘网(44)相连，所述防尘网(44)封闭进水狭缝(43)。

6.根据权利要求4所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述盛水托槽(711)的外侧壁上设置有防水密封圈(45)，所述防水密封圈(45)抵接于立方框架(52)和支撑外壳(4)。

7.根据权利要求1所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述光热转化件(61)分为在透光板(6)上交叉垂直设置的两组，各组均包括若干个平行的光热转化件(61)，两组所述光热转化件(61)各平行于聚光内壳(5)的一对相对侧面。

8.根据权利要求7所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述光热转化件(61)包括反光折条(611)和吸光发热体(612)，所述反光折条(611)由两块倾斜连接的反光板组成，两块所述反光板配合形成开口朝向聚光内壳(5)内部的容置凹槽(613)，所述吸光发热体(612)安装于容置凹槽(613)内。

9.根据权利要求1所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述传热丝(62)在透光板(6)内呈网状设置。

10.根据权利要求1所述的应用于建筑的高效自然光光导照明系统，其特征在于，所述透光板(6)为亚克力板。

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