RU2027099C1

RU2027099C1 - Solar lighting unit

Info

Publication number: RU2027099C1
Authority: RU
Inventors: З.И.о. Ашурлы; Ю.Е. Кулагин; В.Н. Кулешов; А.И. Моксяков; С.А. Филин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Астросолар"
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: lighting engineering. SUBSTANCE: solar lighting unit has rotatable screen 1 which has any section 3 to be provided with sun-light collector, and rotation mechanism with drive 7. Each sun-light collector is made of two reflecting members 4 at least mounted for azimuthal-zenithal rotation about axis of the corresponding section and provided with single withdrawal mechanism 6 at least. Screen is made of single section at least. The sections are disposed symmetrically in relation to axis of symmetry of the screen mounted on to support. EFFECT: improved comfort; controlled light flux. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, осветительной и гелиотехнике, в частности к системам регулирования светового потока, и может быть использовано в устройствах, способствующих созданию комфортной световой среды в помещениях и использующих солнечное излучение. The invention relates to construction, lighting and solar engineering, in particular to systems for regulating the light flux, and can be used in devices that contribute to the creation of a comfortable light environment in rooms and using solar radiation.

В настоящее время проблема использования экологически чистых, доступных и дешевых источников энергии стоит достаточно остро. Особое место среди таких источников энергии по неисчерпаемости и доступности занимает солнечная энергия. Устройства, используемые в настоящее время для регулирования светового потока в помещениях, требующих дополнительного освещения, являются недостаточно эффективными и удобными вследствие ряда причин. Так, дополнительное естественное освещение таких помещений требует наличия дополнительных приспособлений типа штор, защитных экранов и т.п., обеспечивающих защиту помещения от попадания избыточного потока солнечного излучения, а известные устройства не могут освещать помещения, расположенные с северной стороны здания, и использовать для этой цели солнечное излучение. Currently, the problem of using environmentally friendly, affordable and cheap energy sources is quite acute. A special place among such energy sources in terms of inexhaustibility and accessibility is solar energy. Devices currently used to control the light flux in rooms requiring additional lighting are not efficient enough and convenient for several reasons. So, additional natural lighting of such rooms requires the presence of additional devices such as curtains, protective shields, etc., which protect the room from the ingress of excessive solar radiation, and known devices cannot illuminate rooms located on the north side of the building, and cannot be used for this targets solar radiation.

Известно осветительное устройство, содержащее источники света, расположенные на равном расстоянии друг от друга и установленные в ряды по отношению друг к другу под углом 90^о, и плоские зеркала, размещенные напротив этих рядов под углом 45^о к оптическим осям источников света и установленные так, что проекция длины каждого зеркала на один из рядов источников света равна половине расстояния между этими источниками света ( авт.св. СССР N 626309, кл. F 21 V 9/02, 1978).It is known a lighting device comprising light sources arranged at an equal distance from each other and mounted in series in relation to each other at an angle of ⁹⁰ °, and the flat mirror arranged in front of the rows at an angle of ^{45 °} to the optical axes of the light sources, and mounted so that the projection of the length of each mirror onto one of the rows of light sources is equal to half the distance between these light sources (ed. St. USSR N 626309, class F 21 V 9/02, 1978).

Однако известное устройство использует несколько искусственных источников света, что усложняет его конструкцию и повышает стоимость, не обеспечивает равномерное регулирование освещенности по всему помещению и снижение яркости посылаемого излучения до необходимого уровня при освещении помещения при превышении яркости излучения необходимого уровня и поэтому требует либо регулирования мощности источников света, либо наличия защитных, например шторных, регуляторов. However, the known device uses several artificial light sources, which complicates its design and increases cost, does not provide uniform lighting control throughout the room and reduces the brightness of the radiation to the required level when lighting the room when the brightness of the radiation exceeds the required level and therefore requires either regulation of the power of the light sources , or the presence of protective, such as curtain, regulators.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности (прототипом) является солнечное осветительное устройство, включающее поворотный экран, закрепленный на нижней горизонтальной стороне обрамления проема и выполненный из двух шарнирно соединенных и последовательно установленных от проема секций, каждая из которых снабжена гелиоприемником с отводящими энергию элементами, с защитным покрытием, размещенным на дальней от проема секции экрана и выполненным в виде оболочки, имеющей форму усеченного сегмента круглого тора из материала с высокоотражающей в инфракрасной области спектра способностью, и механизм поворота экрана с приводом, выполненный в виде телескопических консолей, закрепленных на обрамлении ниже узла крепления экрана, при этом отводящие энергию элементы пропущены через телескопические консоли (авт.св. СССР N 1560723, кл. Е 06 В 9/24, 1990). Closest to the invention in technical essence (prototype) is a solar lighting device comprising a rotary screen mounted on the lower horizontal side of the frame of the opening and made of two sections pivotally connected and connected in series from the opening, each of which is equipped with a solar receiver with energy-removing elements, with a protective coating placed on the section of the screen farthest from the opening and made in the form of a shell having the shape of a truncated segment of a round torus of material with a highly reflective ability in the infrared region of the spectrum, and a screen rotation mechanism with a drive made in the form of telescopic consoles mounted on a frame below the screen mount, while the energy-removing elements are passed through telescopic consoles (ed. St. USSR N 1560723, class E 06 B 9/24, 1990).

Однако известное устройство не регулирует дополнительно подаваемое в помещение солнечное излучение с гелиоприемника, которое может превышать в значительной мере требуемое освещение, например нормальное рабочее освещение (300 лк), особенно в летнее время, может приводить к ослепляющему действию, что требует наличия защитных устройств (присутствия выше расположенного экрана аналогичного устройства и шторного регулятора в светопроеме), и функционирует только при наличии оптического защитного покрытия специальной формы. However, the known device does not regulate the additional solar radiation supplied to the room from the solar collector, which can significantly exceed the required lighting, for example, normal working lighting (300 lux), especially in the summer, can lead to a blinding effect, which requires the presence of protective devices (presence above the screen of a similar device and the curtain regulator in the light beam), and functions only if there is an optical protective coating of a special form.

Достигаемым техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем регулирования освещенности помещения оптическими элементами. Achievable technical result of the invention is to expand the functionality of the device by regulating the illumination of the room with optical elements.

Технический результат достигается тем, что в солнечном осветительном устройстве, включающем поворотный экран, каждая секция которого снабжена гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом, каждый гелиоприемник выполнен по крайней мере из двух отражающих элементов, установленных с возможностью зенитально-азимутального поворота относительно оси симметрии соответствующей секции и снабженных по крайней мере одним механизмом выдвижения, а экран выполнен по крайней мере из одной секции, при этом секции размещены симметрично относительно оси симметрии экрана, установленного на опоре. The technical result is achieved in that in a solar lighting device including a rotary screen, each section of which is equipped with a solar receiver, and a screen rotation mechanism with a drive, each solar receiver is made of at least two reflective elements mounted with the possibility of zenith-azimuthal rotation relative to the axis of symmetry of the corresponding sections and provided with at least one extension mechanism, and the screen is made of at least one section, while the sections are placed symmetrically relative to relative to the axis of symmetry of the screen mounted on the support.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема солнечного осветительного устройства в различных режимах эксплуатации (А - освещение осуществляют всеми оптическими элементами; Б - одним отведенным оптически элементом; В - двумя отведенными оптическими элементами; Г - тремя отведенными оптическими элементами); на фиг.2 - принципиальная схема механизма выдвижения. In FIG. 1 is a schematic diagram of a solar lighting device in various operating modes (A — illumination is provided by all optical elements; B — one retracted optical element; C — two retracted optical elements; D — three retracted optical elements); figure 2 is a schematic diagram of an extension mechanism.

Солнечное осветительное устройство состоит из поворотного экрана 1, установленного на опоре 2, каждая секция 3 которого размещена симметрично относительно оси его симметрии и снабжена гелиоприемником, выполненным из отражающих элементов 4, установленных с возможностью зенитально-азимутального поворота относительно оптической оси соответствующей секции 3 и освещаемого помещения 5 и снабженных механизмом 6 выдвижения, и механизма поворота экрана с приводом 7. The solar lighting device consists of a rotary screen 1 mounted on a support 2, each section 3 of which is placed symmetrically with respect to its axis of symmetry and is equipped with a solar receiver made of reflective elements 4 mounted with the possibility of zenith-azimuthal rotation relative to the optical axis of the corresponding section 3 and the illuminated room 5 and equipped with an extension mechanism 6, and a screen rotation mechanism with a drive 7.

В качестве отражающего элемента 4 применяют плоский элемент, выполненный, например, из алюминиевого сплава АМГ-6 и обработанный оптически по стандартной технологии, например, методом алмазного точения с коэффициентом отражения в видимой области спектра 82-88%. В качестве механизма поворота экрана с приводом применяют широко известные в гелиотехнике механизмы слежения за солнцем (например, авт.св. СССР N 1196621, кл. F 24 J 2/38, 1984), причем редуктор, используемый в механизме поворота экрана с приводом, имеет понижающую передачу и представляет собой, например, реверсивный двигатель с редуктором РД-09-478 (V=127 В, I=0,1 А, i=478, n^об _мин=2,5). Это обусловлено тем, что оптическое сопряжение солнца через плоские отражающие элементы с соответствующими освещаемыми помещениями (фиг.1) возможно только в случае, если экран движется с отставанием в скорости по сравнению со скоростью перемещения солнца, т.е. если в равнодействие солнце с востока на запад перемещается на 180^о, то экран при слежении за солнцем для обеспечения оптического сопряжения с освещаемыми помещениями перемещается только на 90^о. В качестве механизма 6 выдвижения используют механизм, представленный на фиг. 2, где 8 - редуктор РД-09-478, 9 - оптические элементы, 10 - каретка, 11 - юстировочное устройство, 12 - основание, 13 - кулачок редуктора 8.As the reflecting element 4, a flat element is used, made, for example, of an aluminum alloy AMG-6 and processed optically by standard technology, for example, by diamond turning with a reflection coefficient in the visible spectrum of 82-88%. As a mechanism for turning the screen with the drive, sun tracking mechanisms widely used in solar engineering are used (for example, ed. St. USSR N 1196621, class F 24 J 2/38, 1984), the gearbox used in the mechanism for turning the screen with the drive, a reduction gear and is, for example, a reversible motor with a reducer RD-09-478 (V = 127 V, i = 0,1 a, i = 478, n = ^about 2.5 _m). This is due to the fact that the optical conjugation of the sun through flat reflecting elements with the corresponding illuminated rooms (Fig. 1) is possible only if the screen moves with a speed lag compared to the speed of the sun, if equinox the sun from east to west moved to ^180, then the screen when tracking the sun to provide optical coupling with illuminates the room moves only ^90. As the extension mechanism 6, the mechanism shown in FIG. 2, where 8 is the RD-09-478 gearbox, 9 are the optical elements, 10 is the carriage, 11 is the alignment device, 12 is the base, 13 is the cam of the gearbox 8.

Принцип работы солнечного осветительного устройства следующий. The principle of operation of a solar lighting device is as follows.

Устанавливают экран 1 на опоре 2 в месте, обеспечивающем беспрепятственное освещение оптических элементов 4 солнечным излучением в течение всего светового дня, например на крыше соседнего с северной стороны от освещаемого помещения 5 дома или на открытой площадке. Install the screen 1 on the support 2 in a place that provides unhindered illumination of the optical elements 4 with solar radiation throughout the daylight hours, for example, on the roof of the house adjacent to the north side of the illuminated room 5 or in an open area.

При уменьшении уровня естественной освещенности помещения 5 ниже определенного уровня, определяемого по датчику освещенности (на фигурах не показан), установленному в освещаемом помещении 5, или визуально, ориентируют секции 3 экрана 1 на солнце так, чтобы оптически сопряженные с освещаемым помещением оптические элементы 4 соответствующей секции 3 излучали в соответствующее помещение 5 дополнительное солнечное излучение (фиг.1,А). При этом дополнительное освещение осуществляют всеми оптическими элементами 4. Тем самым освещенность помещения 5 повышается до более высокого уровня. Для такой ориентации по солнцу датчик слежения (на фигурах не показан) через электронную схему посылает электрический сигнал на механизм поворота экрана с приводом 7, перемещающий экран 1 таким образом в азимутальной и зенитальной плоскостях по направлению к солнцу, чтобы отраженное от оптических элементов 4 каждой секции 3 солнечное излучение попадало в соответствующий световой проем соответствующего освещаемого помещения 5. Как только датчик слежения займет оптимальное к солнцу положение, при котором оптические элементы 4 секций 3 осуществляют отражение солнечного излучения полностью на соответствующие световые проемы соответствующих освещаемых помещений 5, сигнал с датчика слежения перестает поступать на механизм поворота экрана с приводом 7 и экран прекращает перемещение. When the level of natural illumination of room 5 is reduced below a certain level determined by the light sensor (not shown in the figures) installed in the illuminated room 5, or visually, the sections 3 of screen 1 are oriented in the sun so that the optical elements 4 corresponding to the illuminated room are corresponding section 3 emitted in the corresponding room 5 additional solar radiation (figure 1, A). In this case, additional lighting is carried out by all optical elements 4. Thus, the illumination of the room 5 is increased to a higher level. For such orientation in the sun, a tracking sensor (not shown in the figures) sends an electrical signal through an electronic circuit to the screen rotation mechanism with drive 7, which moves the screen 1 in the azimuthal and zenithal planes towards the sun, so that reflected from the optical elements 4 of each section 3, solar radiation fell into the corresponding light opening of the corresponding illuminated room 5. As soon as the tracking sensor occupies the optimum position for the sun, in which the optical elements of 4 sections 3 are stvlyayut reflected solar radiation completely on respective corresponding light apertures illuminates the room 5, the signal from the tracking sensor ceases to act on the screen rotation drive mechanism 7 and the screen stops moving.

При очередном уменьшении уровня освещенности освещаемого помещения в результате изменения положения солнца (его перемещения на запад) и нарушения оптическими элементами 4 оптического сопряжения с освещаемым помещением датчик слежения вновь через электронную схему посылает электрический сигнал на механизм поворота экрана с приводом 7, перемещающий экран 1 таким образом в азимутальной и зенитальной плоскостях по направлению к солнцу, чтобы отраженное от оптических элементов 4 солнечное излучение вновь попадало на соответствующий световой проем освещаемого помещения. Такое перемещение экрана 1 за солнцем осуществляют в течение всего времени, необходимого для подачи дополнительного солнечного излучения к имеющемуся освещению помещения, пока оно является недостаточным или пока не скроется солнце. With the next decrease in the level of illumination of the illuminated room as a result of a change in the position of the sun (its westward movement) and optical elements 4 disrupting optical coupling with the illuminated room, the tracking sensor again sends an electrical signal through an electronic circuit to the screen rotation mechanism with drive 7, moving screen 1 in this way in the azimuthal and zenithal planes towards the sun, so that the solar radiation reflected from the optical elements 4 again falls on the corresponding light a howl of the lighted room. This movement of the screen 1 behind the sun is carried out for the entire time necessary to supply additional solar radiation to the existing lighting of the room, until it is insufficient or until the sun disappears.

Электронная схема, передающая электрический сигнал от светочувствительных элементов (фототранзисторов ФГТ-3-02-0582) датчика слежения на механизм поворота экрана с приводом 7 описан в книге Байера Т. 20 конструкций с солнечными элементами, М.: Мир, 1987, с.162-172. An electronic circuit transmitting an electric signal from photosensitive elements (FGT-3-02-0582 phototransistors) a tracking sensor to a screen rotation mechanism with a drive 7 is described in Bayer T. Book of 20 designs with solar cells, M .: Mir, 1987, p.162 -172.

В случае превышения уровня освещенности освещаемого участка 5 (например, над рабочим освещением 300 лк) осуществляют отклонение одного или нескольких оптических элементов 4 в азимутально-зенитальной плоскости в сторону от оптической оси, соединяющий соответствующй сектор 3 с соответствующим освещаемым помещением 5 с помощью механизма 6 выдвижения. При этом устанавливают с помощью редуктора 8 (фиг.2) кулачок 13 так, чтобы один из периферийных краев оптических элементов 4 приподнимался относительно других участков элемента 4 с помощью юстировочных устройств 11, установленных на каретке 10, перемещаемой в вертикальной относительно основания 12 плоскости с помощью кулачка 13 редуктора 8. Такое отклонение оптических элементов от оптической оси, соединяющей соответствующие сектор 3 и освещаемое помещение 5, может быть осуществлено как для двух оптических элементов 3, как показано на фиг.2 и фиг.1, В, так и для одного оптического элемента (фиг.1, Б) и сразу для трех оптических элементов (фиг.1, Г) и для более оптических элементов в зависимости от количества оптических элементов, соединенных через юстировочные устройства 11 через основание 12 с кулачком 13 редуктора 8. If the illumination level of the illuminated area 5 is exceeded (for example, over 300 lux of working illumination), one or several optical elements 4 are deflected in the azimuthal zenith plane away from the optical axis, connecting the corresponding sector 3 with the corresponding illuminated room 5 using the extension mechanism 6 . In this case, the cam 13 is installed using the gearbox 8 (FIG. 2) so that one of the peripheral edges of the optical elements 4 is raised relative to the other sections of the element 4 using the adjustment devices 11 mounted on the carriage 10, which is moved in a plane vertical relative to the base 12 using cam 13 of the reducer 8. Such a deviation of the optical elements from the optical axis connecting the corresponding sector 3 and the illuminated room 5, can be implemented for two optical elements 3, as shown in figure 2 and figure 1, C, and for one optical element (FIG. 1, B) and immediately for three optical elements (FIG. 1, D) and for more optical elements depending on the number of optical elements connected through the adjustment devices 11 through the base 12 with the cam 13 gearbox 8.

Такой результат достигают и в случае, если по каким-либо причинам (например, из-за габаритных размеров) нецелесообразно использовать один механизм 6 выдвижения и используют несколько механизмов выдвижения для каждого или нескольких оптических элементов 3. This result is also achieved if for some reason (for example, due to the overall dimensions) it is impractical to use one extension mechanism 6 and use several extension mechanisms for each or more optical elements 3.

При таком отклонении от оптической оси в зависимости от необходимого поддержания уровня освещенности в помещении 5 солнечное излучение от оптического элемента или нескольких оптических элементов частично (фиг.1,Б,В,Г или полностью фиг. 1, В) уходит из светопроема помещения 5 таким образом, чтобы обеспечивать в нем необходимый уровень освещенности. With this deviation from the optical axis, depending on the necessary maintenance of the level of illumination in the room 5, the solar radiation from the optical element or several optical elements partially (Fig. 1, B, C, D or completely Fig. 1, C) leaves the light transmission of the room 5 as way to provide the necessary level of illumination in it.

Такое отклонение оптического элемента от оптической оси соответствующих секции 3 и помещения 5 может составлять от нескольких минут до нескольких градусов в зависимости от расстояния от экрана до освещаемого помещения 5 и величины его светопроема. Так, при оптимальном расстоянии от экрана 1 до освещаемого помещения 50-230 м и величине светопроема 2х2 м отклонение излучения оптического элемента от оптической оси, соединяющей экран 1 и помещение 5, составляет от 1' до 3^о-5^о. При этом суммарная площадь оптических элементов при вышеперечисленных условиях и среднем размере освещаемого помещения 5х10х5 м³ в зависимости от уровня естественной освещенности помещения (зимний и летний периоды, облачность) составляет 0,1-0,8 м².Such a deviation of the optical element from the optical axis of the corresponding section 3 and room 5 can be from several minutes to several degrees depending on the distance from the screen to the lighted room 5 and the amount of light transmission. So, with an optimal distance from the screen 1 to the illuminated room 50-230 m and a light transmission of 2x2 m, the deviation of the radiation of the optical element from the optical axis connecting the screen 1 and room 5 is from 1 'to 3 ^about -5 ^about . In this case, the total area of the optical elements under the above conditions and the average size of the illuminated room is 5x10x5 m ³ , depending on the level of natural illumination of the room (winter and summer periods, cloud cover) is 0.1-0.8 m ² .

Симметричность расположения секций 3 относительно центра симметрии экрана 1 позволяет более управляемо осуществлять их оптическое сопряжение с соответствующими освещаемыми помещениями 5, расположенными, как правило, также симметрично. The symmetry of the arrangement of the sections 3 relative to the center of symmetry of the screen 1 allows more manageable optical conjugation with the corresponding illuminated rooms 5, located, as a rule, also symmetrically.

Изобретением достигаются расширение функциональных возможностей устройства путем регулирования освещенности помещения с помощью оптических элементов, регулировка освещенности за счет отклонения излучения или его части от отдельных оптических элементов с помощью механизма выдвижения за пределы светопроема, создаются комфортные и необходимые рабочие условия при освещении помещения за счет поддержания необходимого уровня освещенности регулируемой подачей освещения в них от соответствующих секторов, улучшаются интерьер и эстетичность убранства помещения за счет установки экрана на опоре на расстоянии в удобном месте, а не в обрамлении светопроема. The invention extends the functionality of the device by adjusting the illumination of the room using optical elements, adjusting the illumination by deviating the radiation or part of it from individual optical elements using a mechanism for extending beyond the light beam, creating comfortable and necessary working conditions when lighting the room by maintaining the required level illumination by adjustable supply of lighting in them from the corresponding sectors, the interior and aesthetics are improved nce decoration of the premises by installing a screen on the support at a distance in a convenient location, not in a frame of svetoproema.

Изготовлен опытный образец устройства. Made a prototype device.

Claims

1. SUNNY LIGHTING DEVICE, including a rotary screen, consisting of sections, each section of the screen is equipped with a solar receiver, and a screen rotation mechanism with a drive, characterized in that the rotary screen is mounted on a support, each solar receiver is made of at least two reflective elements, each reflective the element is mounted with the possibility of zenith-azimuthal rotation about the axis of symmetry of the corresponding section and is equipped with at least one extension mechanism, and the screen is made of at least hydrochloric section.

2. The device according to claim 1, characterized in that the sections are placed symmetrically relative to the axis of symmetry of the screen.