CN205480785U - 太阳光传输系统的采光罩 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳光传输系统的采光罩，其结构设计利用了光学自由曲面原理，能根据太阳光照射角度使采集太阳光的效率达到优化。所述采光罩具有一中央透光区以及由中央透光区周围向下并向外扩张延伸的外围集光区，且该外围集光区的厚度由上至下渐增。当太阳光照射角度与地平面垂直时，外围集光区厚度渐增的光学结构能将部分太阳光反射或折射以导出传输系统，以避免过多的太阳光进入传输系统；当太阳光照射角度与地平面呈倾斜甚至接近平行时，外围集光区能将倾斜的光线向下折射后导入传输系统，以降低太阳光从采光罩另一边穿透出去的几率，达到优化太阳光采集效率的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳光传输系统的采光罩，利用采光罩采集太阳光后，通过一类似光导管的传输系统将太阳光传输到室内，以供照明使用；采光罩本体结构设计利用了光学自由曲面原理，能根据太阳光照射角度使采集太阳光的效率达到优化。
背景技术
太阳光传输系统是一种利用自然光辅助照明来节省照明用电的装置；如图1所示，太阳光传输系统以一光导管100为例，其基本构造是将一光导管100埋设于建筑物或地面，该光导管100的顶部具有一暴露在太阳光下的光源入口101，底部则为光源出口102，当太阳光由光源入口101照射进入光导管100后，便能够将光线传导到光源出口102，从而为建筑物室内或者地下室提供辅助照明。
为了防止雨水、灰尘或其他异物落入光导管100内，光导管100的光源入口101上方皆设置有一采光罩200。由于太阳光也必须要穿透采光罩200才能进入光导管100，因此采光罩200在设计上除了需要考虑材质以外，传统的做法皆是以能够尽量提高采光效率为原则，例如：CN104235743A、CN203571619U、TWM471477等。
暂且不论上述各已知技术的采光效率如何，这些采光罩皆明显忽略了太阳光会随着每一天的时间流逝或者季节的变换而有不同的照射角度。如图2所示：正午的太阳光照射角度θ1与地平面大致垂直，容易导致过多的光线进入光导管，此时光导管的光源出口所投射出来的光线过强，可能造成人员不适。而黄昏时太阳光渐弱，如图3所示，太阳光照射角度θ2与地平面接近平行，则倾斜的太阳光大部分会穿透整个采光罩200，造成采光不足。同理，由于地轴的倾斜，太阳天顶角会随着季节变换而有不同的照射角度，造成采光太强或不足。
如图1所示，针对上述采光太强的情况，传统技术的解决方式是在光导管100内部设置一电动遮盖103，当接近正午时启动电动遮盖103，以遮挡部分太阳光，避免太阳光传导到光源出口102，直到太阳光偏斜到某种程度时，才关闭电动遮盖103，如此一来，就增加了整体太阳光传输系统的建置以及维修成本。而且，这种设计并没有解决太阳光低角度照射时采光不足的问题，并非较佳的解决方案。
为了解决上述问题，本案发明人曾经设想在采光罩内表面或外表面设置一些光学结构，例如：呈阶梯状的折射纹路，但这样的设计方式将造成采光罩制造上的困难，尤其是采光罩是以模具一体射出成型来制造，设置这些折射纹路还需要考虑塑料注塑流道、脱模等问题，不但制造困难、成本提高，而且成品合格率也不理想。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种太阳光传输系统的采光罩，其结构设计利用了光学自由曲面原理，能够以相对较低的制造成本解决采光太强及太弱的问题，使采集太阳光的效率达到优化。
为了达到上述目的，本实用新型提供的采光罩本体为透光材质且为一体制成的一拱型，该采光罩具有一中央透光区以及由中央透光区周围向下并向外扩张延伸的外围集光区，且该外围集光区的厚度由上至下渐增。当太阳光照射角度与地平面呈垂直时，能利用外围集光区厚度渐增的光学结构将部分太阳光反射或折射以导出传输系统，以避免过多的太阳光进入传输系统；当太阳光照射角度与地平面呈倾斜甚至接近平行时，外围集光区能将倾斜的光线向下折射后导入传输系统，降低太阳光从采光罩另一边穿透出去的几率，达到优化太阳光采集效率的目的。
实施时，所述中央透光区呈中央凸起的圆拱形。
实施时，所述外围集光区外表面向外弧凸，形成一光学自由曲面。
实施时，所述中央透光区的中央为平面，且中央透光区的周围向下并向外弯曲，形成一光学自由曲面。
相较于现有技术，本实用新型提供的采光罩的结构设计利用了光学自由曲面原理，能够以相对较低的制造成本，在太阳光太强时减少采光，克服现有技术需要在光导管内加装遮盖的问题，并能够在太阳光较弱时增加采光，使采集太阳光的效率达到优化，具有极高的产业价值。
以下列举出适于本实用新型的实施方式，并配合图式说明如后：
附图说明
图1为传统太阳光传输系统的系统架构示意图；
图2为传统球形采光罩在太阳光照射角度与地平面垂直时的光线示意图；
图3为传统球形采光罩在太阳光照射角度与地平面倾斜时的光线示意图；
图4为本实用新型提供的太阳光传输系统的系统架构示意图；
图5为本实用新型提供的采光罩的断面结构示意图；
图6为本实用新型提供的采光罩的另一实施例图；
图7为本实用新型提供的采光罩在太阳光照射角度与地平面垂直时的光线示意图；
图8为本实用新型提供的采光罩在太阳光照射角度与地平面倾斜时的光线示意图；
图9为本实用新型提供的采光罩与一般平面采光罩及球形采光罩的采光效率比较图。
附图标记说明：100-光导管；101-光源入口；102-光源出口；200-采光罩；10-中央透光区；11-中央透光区外表面；12-中央透光区内表面；20-外围集光区；21-外围集光区外表面；22-外围集光区内表面；300-平面采光罩；400-球形采光罩。
具体实施方式
如图4所示，本实用新型提供的采光罩200可透光地罩设在太阳光传输系统的光源入口101上方；该传输系统以一埋设于建筑物或地面的光导管100为例，该光导管100顶部的光源入口101暴露在太阳光下，底部则为光源出口102，当太阳光通过采光罩200由光源入口101照射进入光导管100后，便能够将光线传导到光源出口102，从而为建筑物室内或者地下室提供辅助照明；实施时，光导管100不限于图示中的垂直管状，任何一种光导管皆在本实用新型的实施范围内。
如图5所示，采光罩200本体为透光材质一体制成拱型，具有一中央透光区10以及由中央透光区10周围向下并向外扩张延伸的外围集光区20，其中，该外围集光区20的厚度由上至下渐增。
所述中央透光区10是为了让太阳光能够穿透并且进入光导管100；图示中，该中央透光区10呈中央凸起的圆拱形，具有一中央透光区外表面11以及一相反于外表面的中央透光区内表面12。。
所述外围集光区20亦具有一衔接中央透光区内表面12的外围集光区内表面22以及一衔接中央透光区外表面11的外围集光区外表面21，由于外围集光区20的厚度由上至下渐增，因此将外围集光区外表面21设置为呈向外弧凸的形状，形成一光学自由曲面。
如图6所示，由于中央透光区10的作用是让太阳光能穿透进入传输系统，即光导管的光源入口，因此其形状不限于前述的圆拱形，例如：中央透光区10的中央部位为平面，周围向下并向外弯曲以形成一光学自由曲面，同样可以有效地让太阳光穿透。
如图7所示，当太阳光照射角度与地平面呈垂直时，太阳光照射到中央透光区10的部分，能穿透中央透光区10进入光导管的光源入口进行采光；太阳光照射到外围集光区20的部分，由于外围集光区20为厚度渐增的光学结构，能将太阳光反射或折射导出传输系统(光导管)，因此能够避免过多的太阳光进入光导管。
如图8所示，当太阳光照射角度与地平面呈倾斜甚至接近平行时，此时通过外围集光区20厚度渐增的光学结构，将倾斜的光线向下折射后导入光导管的光源入口，因此能够降低太阳光从采光罩200的另一边穿透出去的几率，进而加强采光。通过上述太阳光太强时减少采光、太阳光较弱时增加采光的功能，即可达到优化太阳光采集效率的目的。
如图9所示，本实用新型提供的采光罩200与一般平面采光罩300及球形采光罩400的采光效率比较图，图示中纵轴代表归一化采光率，横轴代表太阳天顶角(Solar zenith angle，由在地平面上的观查者天顶至太阳中心点之间所形成的夹角)。图中可见，当太阳照射角度与地平面垂直时(天顶角为0度)，一般平面采光罩300与球形采光罩400的归一化采光效率分别达到大约90％与75％；如前所述，此时过多的太阳光进入光导管，将会造成人员不适。反观本实用新型提供的采光罩200，通过前述外围集光区20减少采光，因此让归一化采光效率降低到大约55％，因此可以避免过多的太阳光进入光导管。
而当太阳天顶角随着时间流逝而到达75度(与地平面夹角为15度)时，平面采光罩300与球形采光罩400的归一化采光效率分别降低到大约20％与50％。此时，本实用新型提供的采光罩200通过前述外围集光区20增加采光，因此能够让归一化采光效率大幅提高到接近90％。由此比较图表亦能够明显看出，本实用新型确实能够使采集太阳光的效率达到优化。
以上说明及图式所示仅为举例说明本实用新型的较佳实施例，并非以此局限本实用新型的范围；举凡与本实用新型的目的及特征近似或相雷同者，均应属本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种太阳光传输系统的采光罩，该采光罩为透光材质且为一体制成的一拱型，其特征在于：该采光罩具有一中央透光区以及由中央透光区周围向下并向外扩张延伸的外围集光区，且该外围集光区的厚度由上至下渐增；当太阳光照射角度与地平面呈垂直时，外围集光区能将部分太阳光反射或折射以导出传输系统；当太阳光照射角度与地平面呈倾斜时，外围集光区能将倾斜的光线向下折射以导入传输系统。
2.根据权利要求1所述的太阳光传输系统的采光罩，其特征在于：所述中央透光区呈中央凸起的圆拱形。
3.根据权利要求2所述的太阳光传输系统的采光罩，其特征在于：所述外围集光区外表面向外弧凸，形成一光学自由曲面。
4.根据权利要求1所述的太阳光传输系统的采光罩，其特征在于：所述中央透光区的中央为平面，且中央透光区的周围向下并向外弯曲，形成一光学自由曲面。
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- 2016-03-18 CN CN201620214044.9U patent/CN205480785U/zh not_active Expired - Fee Related
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