RU245U1 - Солнечное осветительное устройство - Google Patents

Abstract

Солнечное осветительное устройство, включающее поворотный экран, снабженный гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом, отличающееся тем, что экран выполнен с криволинейной формой гелиоприемника и установлен на опоре, в устройство введены последовательно установленные на оптической оси гелиоприемника между его фокусом и освещаемым участком выпуклая и регулирующая линзы, при этом выпуклая линза установлена неподвижно, а регулирующая - с возможностью перемещения вдоль оптической оси гелиоприемника.

Description

СОЛНЕЧНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Предполагаемое изобретение относится к области строительства, светотехники и оптического приборостроения, в частности, к системам регулирования светового потока и может быть использовано в устройствах, способствующих созданию комфортной световой среды в помещениях и использующих солнечное излучение.

В настоящее время проблема использования экологически чистых, доступных и дешевых источников энергии встала 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 осуществлять освещение помещений, расположенных с северной стороны здания и использовать для этой цели солнечное излучение,

Известно осветительное устройство, содержащее источники света, расположенные на равном расстоянии друг от углом 90° и плоские зеркала, размещенные напротив этих рядов под углом 45 к оп- тическим осям источников света и установленные так, что проекция длины зеркала на один из рядов источников света равна половине расстояния между этими источниками света (М{л,Р21 V9/02, СССР, авт..сввдДо 626309, 1978).

c/6 S

1 ffibr;PgtVWferE06B- 7

Однако известное устройство использует несколько искусственных источников света, что усложняет его конструкцию и увеличивает стоимость, а само устройство не обеспечивает равномерное регулирование освещенности по всему помещению и снижение яркости посылаемого излучения до необходимого уровня при освщении помещения при превышении яркости излучения необходимого уровня и поэтому, требует либо регулирования мощности источников света, либо наличия защитных, например, шторных регуляторов.

Наиболее близким 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, 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 высок оотражающей в инфракрасной области спектра способностью, и механизм поворота экрана с приводом, выполненный в виде телескопических консолей, закрепленных на обрата/тлении ниже узла крепления экрана, при этом отводящие энергию элементы пропущены через телескопические консоли (МКл.ЕОбВ 9/24, СССР, авт.свнд.№ 1560723, 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, и может приводить к ослепляющему действию, что требует наличия защитных устройсЕ (присутствия выше расположенного экрана аналогичного устройства и шторного регулятора в светопроеме), и функционирует только при наличии оптического защитного покрытия специальной формы.

Достигаемым новым техническим результатом предполагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем регулирования освещенности участка линзами.

Технический результат достигается тем, что в известном солнечном осветительном устройстве, включающем поворотный экран, снабженный гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом, в отличие от прототипа, экран выполнен с криволинейной формой гелиоприемника и установлен на опоре, а в устройство введены последовательно установленные на оптической оси гелиоприемника между его фокусом и освещаемым участком выпуклая и регулирующая линзы, причем выпуклая линза установлена неподвижно, а регулирующая - с возможностью перемещения вдоль оптической оси гелиоприемника.

Принципиальная схема солнечного осветительного устройства представлена на фиг.1,2 в различных режимах работы при использовании собирающей регулирующей линзы, и на фиг,3 - при использовании рассеивающей регулирующей линзы.

Солнечное осветительное устройство состоит из поворотного экрана I, установленного на опоре 2 и снабжено гелиоприемником 3, выполненным с криволинейной формой, механизма поворота экрана с приводом 4 и последовательно установленных на оптической оси гелиоприемника между его фокусом 5 и освещаемым участком б выпуклой 7 и регулирующей 8 линз, причем выпуклая линза 7 установлена неподвижно, а регулирующая 8 - с возможностью перемещения вдоль оптической оси гелиоприемника 3 с помощью оптической скамьи 9.

В качестве гелиоприемника 3 криволинейной формы используют, например оптический элемент из сплава алюминия АМГ-б, обработанный по стандартной технологии, например, методом свободного абразива со следующиш оптическими параметрами:

SV6

Форма (/И 2, ошибка по форме ( /In « 0,5, оптическая чистота (Р) У, радиус кривизны (R) 4-35м.

В качестве механизма поворота экрана с приводом 4 примен51ЮТ,. например, широко известные в гелиотехнике механизмы слежения за солнцем, описанные в книге Байера Т 20 конструкций с солнечными элементами, М.: Мир, 1987 или в авт,свцц.№ II9662I, Жл.Р24У2/38, СССР, 1984), редуктор которого выполнен с понижающей передачей в виде, например, реверсивного двигателя с ре дуктором РД-09 478 (У 127в, ,1А, L 478, /7 2,5).

Оптическое сопряжение солнца через гелиоприемник 3 с соответствующим освещаемым участком б возможно только в случае, если экран движется с отставанием в скорости по сравнению с перемещением солнца То есть, если в равноденствие солнце с востока на запад переместится на 180, то экран при слежении за солнцем для обеспечения оптического сопряжения с освещаемым участком б переместится только на 90°, Перемещение экрана с запаздыванием по отношению к скорости перемещения солнца и достигают наличием в механизме поворота экрана с приводом 4 редуктора, снабженного понижающей передачей.

В качестве выпуклой линзы 7 используют, например, собирающие линзы с толщиной у середины больше, чем у краев, представителями которых могут быть Двояковыпуклые, плоско-выпуклые и вогнуто-выпуклые линзы (Х.Кухлинг, Справочник по физике, М.; Мир, 1985, с.275).

В качестве регулирующей линзы 8 используют, например, также выпуклую собирающую линзу, описанную выше, или вогнутую рассеивающую линзу с толщиной линзы у середины меньше, чем у краев, представителями последних могут быть двояковогнутые, плоско-вогнутые и выпукловогнутые линзы (Х.Кухлинг, Справочник по физике, М.: Мир, 1985, с.с, 275, 276).

ПО рельсу которой происходит перемещение регулирующей линзы 8.

Солнечное осветительное устройство работает следующим образом.

Устанавливают экран I на опоре 2 в месте, обеспечивающем беспрепятственное освещение гелиоприемника 3 с криволинейной отражающей поверхностью, представляющего собой оптический элемент йз;..АМГ-б радиусом, например, 4м, солнечным излучением в течение всего светового дня, например, на крыше соседнего с северной стороны от освещаемого участка б (помещения) дома или на открытой площа,дке.

Устанавливают последовательно выпуклую 7 и регулрфующую 8 линзы с помощью оптической скамьи 9 на оптической оси, соединяющей гелиоприемник 3 и освещаемый участок б (помещение) между фокусом гелиоприемника 3 и освещаемым участком (помещением) таким образом, чтобы регулирующая линза 8 перемещалась по рельсу вдоль оптической скамьи относительно неподвижно установленной выпуклой линзы 7.

При уменьшении уровня естественной освещенности на участке б (в помещении) ниже определенного уровня, определяемого, например, по датчику .освещенности, установленному на освещаемом участке б (в помещении) или визуально, ориентируют экран I на солнце таким образом, чтобы предварительно оптически сопряженный с помощью оптичес|сой скамьи с освещаемым участком б (помещением) через выпуклую 7 и регулирующую 8 линзы гелиоприемник 3 излучал на освещаемый участок б (в помещение) дополнительное отраженное-j от него излучение, повышая, тем самим, освещенность участка б (помещения) до необходимого уровня,

Для этого датчик слежения (на фиг Л,2 не показан) через электронную схему посылает электрический сигнал на механизм поворота экрана с приводом 4, перемещающий экран I таким образом в азимутальной и зенитальной плоскостях по направлению к солнцу, чтобы отраженное от гелиоприемника 3 солнечное излучение попадало через выпуклую 7 и регулирующую 8 линзы на освещаемой участок б ( помещение). Как

ТОЛЬКО датчик слежения займет оптимальное по отношению к солнцу положение, при котором гелиоприемник 3 осуществляет отражение солнечного излучения на соответствующий освещаемыйучасток 6 (в помещение), сигнал с датчика слежения перестает поступать на механизм поворота экрана с приводом 4 и экран прекращает перемещение.

При этом отраженное от гелиоррнемника 3 солнечное излучение после прохождения его фокуса через выпуклую линзу 7 и образует параллельный узкий, превышающий диаметр линзы 7, пучок лучей, направленный вдоль оптической оси- на регулирующую линзу 8. В случае, если в качестве регулирующей линзы 8 установлена выпуклая собирающая линза, то параллельный пучок лучей после ее прохождения будет сфокусирован в ее фокусе, после чего расходящийся после фокуса вогнутой собирающей линзы пучок лучей освещает соответствующий участок б (помещение ) (фигЛ,2). В случае, если в качестве регулирующей линзы 8 установлена вогнутая рассеивающая линза, то параллельный пучок лучей после ее прохождения будет расходиться и освещать соответствующий участок б (помещение) (фиг.З). При этом размер пятна солнечного излучения, падающего на освещаемый участок (или светопроем помещения), после прохойщения регулирующей линзы 8 зависит от расстояния от фокуса линзы до освещаемого участка б (помещения), если линза выпуклая собирающая (фигЛ,2), или от самой линзы 8 до освещаемого участка б (помещения), если линза вогнутая рассеивающая (фиг.З).

Так, если в положении регулирующей линзы, представленной на фиг Л, когда световое пятно занимает полностью светопроем освещаемого помещения б, и в него попадает все отраженное от гелиоприемника 3 солнечное излучение, датчик уровня освещенности в помещении б показывает превышение уровня освещенности над необходимым рабочим уровнем, например, в 300 лк, и.вызывает ослепляющее действие, то размер

€L.

пятна увеличивают по сигналу с датчика уровня освещенности путем перемещения регулирующей линзы 8 вдоль оптической скамьи 9 на большее от освещаемого помещения б расстояние с тем, чтобы часть пятна выходила за пределы светопроема, а в сам светопроем попадало меньшее количество отраженного от гелиоприемника 3 излучения (фиг,2), и так отводят на такое расстояние, при котором уровень освещенности в помешении 6 снизится до необходимого рабочего (300 лк) уровня, исключая, тем самым, ослепляющее воздействие. Аналогично и для освещаемого участка 6, при падении на который пятна излучения большего размера на единицу площдци, будет попадать, естественно, меньшее количество отраженного от гелиоприемника 3 солнечного излучения.

При очередном уменьшении уровня освещенности освещаемого участка б (помещения) в результате изменения положения Солнца (ухода отраженного от гелиоприемника 3 солнечного излучения со светопроема освещаемого помещения (участка 6) или части его) датчик слежения вновь через электронную схему посылает электрический сигнал на механизм поворота экрана с приводом 4, перемещающий экран I таким образом в азимутальн.ой и зенита ьной плоскостях по направлению к Солнцу, чтобы отраженное от гелиоприемника 3 солнечное излучение вновь попадало на соответствующий светопроем освещаемого помещения (участка б). Такое перемещение экрана I за солнцем осуществляют в течение всего времени, необходимого для подачи дополнительного солнечного излучения к естественному освещению участка б (помещения), пока последнее является недостаточным для поддержания нормального освещения или пока не скроется Солнце.

Электронная схема, передающая электрический сигнал от светочувствительных элементов (фототранзисторов ФГТ-3-02-0582) датчика слежения на механизм поворота экрана с приводом 4 описана в книге Байера Т 20 конструкций с солнечными элементами, М.: Мир, 1987, с.162-172.

М.

Аналогично, описанному выше, регулируется в течение светового дня нормальный уровень освещенности на освещаемом участке б (помещении) путем регулирования размеров солнечного пятна, отраженного от гелиоприемника 3 и падающего на освещаемый участок б (светопроем помещения) перемещением регулирующей линзы 8 вдоль оптичесеой оси по оптической скамье,

Площа,а;ь гелиоприемника 3, используемого для освещения участка б (помещения), зависит от габаритов освещаемого помещения и расстояния до него. Так, при размерах освещаемого помещения 5x10x5 MVJ и расстоянии солнечного осветительного устройства доучастка б (помещения) от 50 до 230 м площа,дь гелиоприемника 3 должна. составлять от 0,1 до 0,8 м2 в зависимости от уровня естественной освещенности участка б (помещения) (зимний и летний периоды, облачность).

Габариты линз 7,8 зависят от расстояния выпуклой линзы 7 от фокуса гелиоприемника и, чем ближе к фокусу, тем размер выпуклой линзы 7 может быть меньше, чтобы обеспечить прохождение через себя пучка отраженного от гелиоприемника 3 солнечного излучения, так как чем ближе от фокуса, где пучок собирается в точку, тем меньше площадь расходящегося пучка. Таким образом, диаметр линз 7,8 может не превьшать 10 см, что особенно важно для уменьшения габаритов осветительного устройства в целом и для возможности осуществления регулирования освещенности,участка б (помещения) с помощью малогабаритной, легкой и легко перемещающейся, дешевой регулирующей линзы 8 и выпуклой линзы 7.

Фокусное расстояние линз зависит от материала линзы и кривизны поверхностей и определяется из формулы:

где 7 - фокусное расстояние линзы;

-v - радиус кривизны более искривленной поверхности; 2 радиус кривизны менее искривленной поверхности.

Таким образом, линзы подбирают с фокусным расстоянием, обеспечивающим, в случае использования в качестве регулирующей линзы 8 выпуклой линзы, создание пятна, рассеивающимся после фокуса линзы пучком перекрытие всего участка б (или светопроема помещения). Наиболее оптимальным является использование в качестве регулирующей линзы 8 вогнутой рассеивающей линзы. В этом случае нет необходимости увеличивать расстояние между освещаемым участком б и осветительным устройством на фокусное расстояние регулирующей линзы 8. Криволинейная форма гелиоприемника может быть сферической, параболической и т.п., т.е. поверхностью, собирающей отраженное солнечное излучение в фокусе

На основании вышеизложенного достигаемым новш техническим результатом предполагаемого изобретения является:

1.Расширение функциональных возможностей устройства путем регулирования освещенности участка (помещения) с помощью выпуклой и регулирующей линз.

2.Обеспечение комфортной световой среды на освещаемом участке (в помещении) за счет равномерного распределения светового потока через регулирующую линзу по всей площади участка и всему светопроему помещения необходимой яркости, исключающей ослепляющее действие солнечным излучением.

3.Улучшение интерьера и убранства освещаемого помещения за счет удаления с обрамления светопроема осветительного устройства. АВТОРЫ: (/Д;:-- А. И. Шксяков

В.Н. ЩглешоБ

Claims (1)

1. Солнечное осветительное устройство, включающее поворотный экран, снабженный гелиоприемником, и механизм поворота экрана с приводом, отличающееся тем, что экран выполнен с криволинейной формой гелиоприемника и установлен на опоре, в устройство введены последовательно установленные на оптической оси гелиоприемника между его фокусом и освещаемым участком выпуклая и регулирующая линзы, при этом выпуклая линза установлена неподвижно, а регулирующая - с возможностью перемещения вдоль оптической оси гелиоприемника.