CN207796904U - 一种可长时高效采集自然光的静态采光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可长时高效采集自然光的静态采光器，包括采光部分、耦合部分，所述采光部分下端两侧为反光齿面，采光部分下端中部为出光底面，所述采光部分上端内侧为反光内端面，采光部分上端外侧为受光上表面，所述耦合部分两端外侧为反光外表面，耦合部分下端外侧为出光口端面。本实用新型，静态采光器具采光时间长、收集效率高、低廉的价格，具有非常广泛的应用和推广空间。

Description

一种可长时高效采集自然光的静态采光器

技术领域

本实用新型涉及采光设备技术领域，具体是一种可长时高效采集自然光的静态采光器。

背景技术

2010年-2013年期间，中国照明协会等所做的全社会各类用户照明用电情况显示，2013年社会照明用电占全社会用电总量比例高达14.15%，照明耗能十分巨大。随着我国经济社会的快速发展，居民、工业、商业照明用电需求将进一步增加，推广并使用绿色照明对社会节能减排、可持续发展有着重要意义。通过引入太阳光到目标区域的照明方法是最为节能和健康的绿色照明方法。有研究指出太阳光具有刺激钙质吸收、调节人体作息及情绪的功能。同时阳光也可以对被照明区域起到除湿和杀菌作用。

太阳光室内照明系统可分为主动式和被动式（静态），主动式系统的采光器会时刻跟踪太阳，静态系统无采光器或者采光器以一定倾角固定安装。主动式太阳光照明系统因采光器追踪太阳而必须具有较复杂的机械结构和电气控制系统。控制系统根据文算法及各种传感器反馈电路，时刻控制安装在室外的阳光采集器对准太阳，以最大限度的收集阳光。主动式照明系统具有阳光采集效率高、采光时间较长等优点。但这种系统相对结构复杂、需要耗电、寿命短、维护困难、成本高等缺点，这也阻碍了其应用推广。静态系统中，目前市场上主要应用的是导光管采光系统，是无采光器的静态阳光照明系统。导光管是中空，且内部具有较高反射率的反射膜层。导光管一端固定在室外有阳光照射区域，端口会安装高透光率的防护罩，起到密封作用。另一端延伸到需要照明的室内。光在导光管内传输，损失较大，不适合远距离照明。另外，由于导光管照明系统缺少采光器将阳光进行汇聚，也就不能提高光照密度再才传输，所以导光管必须有足够的孔径（内径一般大于300mm），才能传输足够的光照。正因为这个原因，所以导光管照明系统在排设时需要对建筑体有较大破坏，而且不美观，只适用车库、工厂等有限环境，很难适合一般居民建筑的室内照明。

还有一些特殊设计配有静态采光器的阳光照明系统。如台湾科技大学PSSDL实验研制的一款可堆叠的静态采光器，特点为其具有可堆叠结构而能大面积使用。而且由于该静态采光器已对入射阳光进行汇聚，可以匹配光纤或他们特种细径导光管使用，整个系统都可以与建筑很好的结合。但最大不足是，该采光器采光效率很低。《自然光照明系统与LED人造光源之结合应用分析》中模拟分析，在太阳光直射采光器时，采光器收集阳光的效率只有4.53%。可想而知，阳光从采光器输出后再耦合到光纤或导光管内，整体采光效率就更低了。

还有，复旦大学光源与照明系葛爱明团队研发的室内自然光混合照明系统中的阳光采集系统也是属于被动式太阳光照明系统。《Panel-integration of natural lightand the related system of light guiding and illumination》一文对该系统中的静态采光器效率进行了理论模拟了，得出采光器在阳光直射采光器时其出光口处效率可达到41.4%（斜射的话，效率会降低，但没有具体数据）。如果再将采集器收集的阳光耦合到光纤中去，这将会有很多光的损失。但文中并未给出具体模拟值。总体来说，该系统能够将自然光和LED融合进行照明，应用范围很广泛。系统将光耦合到光纤而将光汇聚后导到需要照明的区域，可以建筑自身完美地融合。但就系统采集太阳光来说，其效率受太阳方位角影响很大，方位角的接受范围不会超过±5°。这也就从根本上限制了该系统对阳光的采集时长，有待进一步解决。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可长时高效采集自然光的静态采光器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种可长时高效采集自然光的静态采光器，包括采光部分和耦合部分，所述采光部分下端两侧为反光齿面，采光部分下端中部为出光底面，所述采光部分上端内侧为反光内端面，采光部分上端外侧为受光上表面，所述耦合部分外侧为反光外表面，耦合部分下端为出光口端面。

作为本实用新型进一步的方案：所述反光齿面为A、B两个齿面构成。

作为本实用新型进一步的方案：所述采光部分的反光内端面为直线或二次曲线或曲线、直线组合线旋转而成。

作为本实用新型进一步的方案：所述耦合部分的反光外表面为直线或者二次曲线旋转而成。

作为本实用新型再进一步的方案：所述采光部分的外形可以为圆形，也可以为任意角度的扇形。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本发明产品是静态采光器，相比其他被动式、主动式阳光照明系统中的采光器：克服了现有被动式太阳光照明系统中静态采光器的采光效率不高、采光时间短等缺点，能够实长达6个小时采光照明，其效率在10%以上（该效率为采光器将光耦合到导光器件中的数据）。在阳光直射采光器时，耦合到光纤内的光效为47.5%。太阳光入射方向偏垂直方向6°角时，仍有23%的光效。同时，该采光器也克服了现有主动式阳光照明系统中采光器的成本高、寿命短、维护繁琐等弊端，该采光器采用PMMA材料机加工或注塑而成，加工方便、易于大规模生产，且材料及加工成本都很低廉。安装好之后，一年之中只需要对采光器进行一次调节，就可以保证全年的室内采集足够的阳光。且几乎不需要任何后期维护。导光器件可采用市面上常规的塑料光纤，无需特殊加工即可配合采光器使用。综合下来，本发明静态采光器具采光时间长、收集效率高、低廉的价格，具有非常广泛的应用和推广空间。

附图说明

图1为一种可长时高效采集自然光的静态采光器的结构示意图。

图2为图1中采光部分的反光内端面为二次曲线旋转而成的截面结构示意图。

图3为图1中采光部分的反光内端面为直线旋转而成的截面结构示意图。

图4为图1中采光部分的反光内端面为曲线和直线的组合线旋转而成的截面结构示意图。

图5为图1中耦合部分的反光外表面为二次曲线旋转而成的截面结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种可长时高效采集自然光的静态采光器，包括采光部分10、耦合部分9，采光器的采光部分接收太阳光并汇聚至采光部分的出光底面2,，再经耦合部分收集到其出光口端面4，并进入导光器件,最后导入到室内需要照明的区域，所述采光部分10下端两侧为反光齿面1，反光齿面1为A、B两个齿面构成，其A面为有效反射太阳光的面，齿面1递次朝中心排布，采光部分10下端中部为出光底面2，部该分为平面，并无齿面，所述采光部分10上端内侧为反光内端面5，反光内端面5为直线或二次曲线或曲线、直线组合线旋转而成，采光部分10上端外侧为受光上表面6，相对出光底面2具有一定的角度，所述耦合部分9两端外侧为反光外表面3，反光外表面3为直线或者二次曲线旋转而成，耦合部分9下端外侧为出光口端面4，该表面直接接上导光器件。

本发明产品是应用于被动式采光照明系统的静态采光器。采光器静止安装在室外，用以将照射到其上表面的阳光收集，汇聚后导入器件中。该静态采光器是依据光的折射、全反射原理、直射传播等物理原理进行设计，能够将入射光照汇聚到其出光口端面处，进而再耦合到导光器件中导入到室内用以照明、除湿、杀菌、植物光合作用、晒阳光浴等。以上海地区应用为例，将本静态采光器以一定倾角朝正南固定在阳光充足区域，采光器出光口端面连接好导光器件一端，并将导光器件的另一端延伸到需要照明的区域，就可以每天为室内照明区域提供长达6个小时的太阳光照明。且全年只需要对采光器进行一次倾角调节。采光器正南固定倾角在5月-10月期间为62度左右，11月-次年4月期间为38度左右。

Claims (5)

1.一种可长时高效采集自然光的静态采光器，包括采光部分（10）和耦合部分（9），其特征在于，所述采光部分（10）下端两侧为反光齿面（1），采光部分（10）下端中部为出光底面（2），所述采光部分（10）上端内侧为反光内端面（5），采光部分（10）上端外侧为受光上表面（6），所述耦合部分（9）外侧为反光外表面（3），耦合部分（9）下端外侧为出光口端面（4）。

2.根据权利要求1所述的一种可长时高效采集自然光的静态采光器，其特征在于，所述反光齿面（1）为A、B两个齿面构成，A、B为两个同心圆环面，并交替从采光器的采光部分（10）边缘向其中心依次相接连排列。

3.根据权利要求1所述的一种可长时高效采集自然光的静态采光器，其特征在于，所述采光部分（9）的反光内端面（5）为直线或二次曲线或曲线、直线组合线旋转而成。

4.根据权利要求1所述的一种可长时高效采集自然光的静态采光器，其特征在于，所述耦合部分（9）的反光外表面（3）为直线或者二次曲线旋转而成。

5.根据权利要求1所述的一种可长时高效采集自然光的静态采光器，其特征在于，所述采光部分（10）的外形可以为圆形，也可以为任意角度的扇形。