TWI695921B - 日光濾光元件及包含其之採光構造 - Google Patents

Abstract

本發明關於日光濾光元件及具有遮陽功能之採光構造，採光構造包括複數日光濾光元件及一盒體。每一日光濾光元件包括反射單元及導光單元。導光單元緊鄰反射單元之反射鏡面。導光單元具有本體、朝向日光側及背向日光側。導光單元容許直射日光從朝向日光側進入、使直射日光通過本體並匯聚於反射單元之反射鏡面、及容許被反射的直射日光通過本體並從朝向日光側離開。導光單元亦容許漫射日光從朝向日光側進入、通過本體、及從背向日光側離開。

Description

日光濾光元件及包含其之採光構造

本發明係關於日光濾光元件以及兼具遮陽功能之採光構造；具體而言，本發明係關於使用於建築物外牆之日光濾光元件以及採光構造。

一般而言，若建築物之開窗面容易受到日光直射，則通常會利用遮陽板來對於開窗面進行遮陽。如圖1所示，在建築物100中設置有窗戶110，並且設置遮陽板120以阻擋日光之直射。然而，使用這類的遮陽板時，不但遮蔽了直射日光，同時也遮蔽了漫射日光，使漫射日光無法進入室內，因而造成室內照度嚴重不足。此凸顯出習知的遮陽板無法兼具採光之問題。

在此背景下，本發明產生。

本發明藉由提供日光濾光元件及兼具遮陽及採光功能之構造，以解決習知遮陽板無法兼具採光之問題，同時亦可做為建築物外牆。

本發明提出一種日光濾光元件，包括反射單元及導光單元。反射單元具有用以反射光線之反射鏡面。導光單元配置為緊鄰反射單元之反射鏡面，且導光單元具有本體、朝向日光側及背向日光側。導光單元容許直射日光從朝向日光側進入、使直射日光通過本體並且匯聚於反射單元之反射鏡面、以及容許被反射的直射日光通過本體並且從朝向日光側離開。導光單元亦容許漫射日光從朝向日光側進入、通過本體、以及從背向日光側離開。

在一實施例中，導光單元之本體為一實心球體，反射單元之反射鏡面包括一圓弧面，反射鏡面之圓弧面與實心球體之球面互相匹配。實心球體之半徑在約1.5 cm與約5 cm之間。

在一實施例中，導光單元之本體是由玻璃或壓克力所製成。導光單元之本體對於日光是透明的或半透明的。

本發明亦提出一種具有遮陽功能之採光構造，可使用於建築物之外牆。採光構造包括複數日光濾光元件、以及盒體。盒體用以容納由該等日光濾光元件所構成之堆疊。日光濾光元件每一者包括反射單元及導光單元。反射單元具有用以反射光線之反射鏡面。導光單元配置為緊鄰反射單元之反射鏡面，且導光單元具有本體、朝向日光側及背向日光側。導光單元容許直射日光從朝向日光側進入、使直射日光通過本體並且匯聚於反射單元之反射鏡面、以及容許被反射的直射日光通過本體並且從朝向日光側離開。導光單元亦容許漫射日光從朝向日光側進入、通過本體、以及從背向日光側離開。

在一實施例中，導光單元之本體為一實心球體，反射單元之反射鏡面包括一圓弧面，反射鏡面之圓弧面與實心球體之球面互相匹配。實心球體之半徑在約1.5 cm與約5 cm之間。

在一實施例中，導光單元之本體是由玻璃或壓克力所製成。導光單元之本體對於日光是透明的或半透明的。

在一實施例中，盒體是由壓克力所製成。盒體對於日光是透明的或半透明的。

以下將參考圖式以進一步說明這些及其它態樣。

為了更清楚地了解本發明之實施方式，在以下的敘述中，將提出許多特定細節。然而，即使缺乏該等細節之一部分或全部，所揭示的實施例亦可實施。在某些情況下，則不詳細說明習知的結構，以避免不必要地模糊了所揭示的實施例。雖然為了說明之目的而提出許多特定細節，但應當了解，其並非用來限制所揭示的實施例。當以相對性的術語（例如，「上」與「下」、「頂」與「底」等）來描述特定實施例時，這些術語僅僅是為了方便理解，其並非做為限制。此外，應當了解，圖中所示之各種實施例是示意性的，且不一定按照比例繪製。

由以下數個實施例之詳細說明以及伴隨的圖式，當可更加明白本發明之目的、優點和特色。

圖2顯示根據本發明之一實施例之日光濾光元件200之示意圖，日光濾光元件200包括導光單元210及反射單元220。導光單元210具有本體212，可容許光線（包括日光）在其中行進。反射單元220具有反射鏡面222，用以反射光線。反射單元220之反射鏡面222緊鄰著導光單元210之一部分，當來自導光單元之光線碰到反射鏡面時，光線可反射而再回到導光單元中。

導光單元210之本體212是由透明或半透明的材質所製成，可容許部分或全部的光線（例如，日光、紫外光、紅外光等）通過。在一範例中，導光單元210之本體212是由玻璃或壓克力所製成。在另一範例中，導光單元210之本體212可由其它合適的材料所製成。

在如圖2所示之實施例中，導光單元210之本體212為一實心球體。為了達到良好的反射效果，反射鏡面222可緊鄰著導光單元210。因此，在此實施例中，反射鏡面222可包括一圓弧面，此圓弧面可與實心球體之球面互相匹配，俾使反射鏡面222可與導光單元210緊鄰。例如，使反射鏡面222之圓弧面與導光單元210之實心球體之球面之曲率半徑大致相同。在組合導光單元210及反射單元220時，可在導光單元210與反射單元220之間的間隙224處，施以少量的透明膠，以將兩者加以固定。

當導光單元210為實心球體時，可選擇合適的實心球體尺寸以及重量，以配合建築構造之設計所需。在一範例中，實心球體之半徑可在約1.5 cm與約5 cm之間。或者，可選擇其它合適的尺寸。

圖3A顯示直射日光在根據本發明之一實施例之日光濾光元件中之行進方式之示意圖。如圖3A所示，當直射日光302從大氣射入導光單元210時，因傳遞介質（空氣與導光單元210的材料）不同，所以光線在進入導光單元210時會產生偏折現象，如304所示。因為直射日光302為平行光，再加上球體的幾何因素，所以這些平行光會匯聚於區域306處。若將反射鏡面222設置在區域306附近，便可將偏折後的直射日光304反射回導光單元210，如308所示。接著，被反射的直射日光308離開導光單元210，而回到大氣中，如310所示。藉由這種方式，便可達成遮斷直射日光之效果。

圖3B顯示漫射日光在根據本發明之一實施例之日光濾光元件中之行進方式之示意圖。另一方面，無方向性且為室內採光所需要的漫射日光322在從大氣射入導光單元210後，會產生偏折現象，如324所示。而偏折後的漫射日光324不會被反射鏡面222所反射，因此在通過導光單元210之後便可進入室內，如326所示。如此一來，便可達成本發明之採光效果。

因此，本發明之導光單元210容許直射日光302從導光單元210之朝向日光側332進入、使直射日光通過本體212並且匯聚於反射鏡面222、容許被反射的直射日光再度通過本體212、然後從導光單元210之朝向日光側332離開，因而返回大氣中。然而，同樣的導光單元210則容許漫射日光322從朝向日光側332進入、通過本體212、然後從背向日光側334離開。

據此，本發明之日光濾光元件可將直射日光反射回大氣，但可容許漫射日光通過而進入室內，因而兼具遮陽與採光之功能。

在本發明之一實施例中，導光單元為實心球體。為了使反射鏡面與實心球體之球面可互相匹配，反射單元可大致具有截頭圓錐的形狀。圖4A顯示反射單元420之立體示意圖，反射單元420大致具有截頭圓錐的形狀，其中截頭圓錐之頂面為圓弧面，以做為反射鏡面422。在一範例中，反射鏡面422之圓弧面與搭配的導光單元之實心球體之球面之曲率半徑大致相同。此外，截頭圓錐亦包括側面424。在一範例中，側面424亦為鏡面，用以將照射於其上之光線加以反射。

若導光單元為實心球體時，針對各種不同半徑r之實心球體，可搭配合適尺寸的反射單元。在一範例中，反射單元可具有大致截頭圓錐的形狀，且截頭圓錐之頂面為圓弧面，如圖4B所示。反射單元420具有頂面，頂面為圓弧面，以做為反射鏡面422，頂面之寬度為A。反射單元420具有底面，底面可為平坦的，其寬度為B。頂面與底面之間之垂直高度為H。可利用一種廣泛使用的光學設計軟體ZEMAX，以設計反射單元之合適尺寸，結果如以下的表1所示。藉由巧妙地安排反射單元之位置與面積，便可在有限的小面積範圍內，將直射日光反射而出。 表1   反射單元尺寸之範例

	導光單元之實心球體之半徑r
	r = 1.5 cm或2.5 cm	r = 4 cm或5 cm
A (cm)	0.3	0.6
B (cm)	0.9	1.8
H (cm)	0.2	0.4

本發明亦提出一種兼具遮陽功能之採光構造，可使用於建築物之外牆。圖5顯示根據本發明之一實施例之採光構造500之側視示意圖。採光構造500包括複數日光濾光元件200、及盒體510。複數日光濾光元件200形成一堆疊，容納在盒體510中。複數日光濾光元件200之間可彼此接觸、或可保持一間隙，視需要而定。在日光濾光元件200與盒體510之間，可施以少量的透明膠，以將兩者加以固定。在一範例中，盒體510是由透明的材質所製成，可容許光線通過。或者，盒體510可由半透明的材質所製成。在一範例中，盒體510是由壓克力所製成。然而，盒體510亦可由其它合適的材料所製成。在圖5之採光構造500中，顯示五個在垂直方向上堆疊之日光濾光元件200。然而，本發明不限於此，而可根據需要，使用其它數量之日光濾光元件來形成堆疊。

因為本發明之採光構造可兼具遮陽功能，當使用在建築物中，可阻擋強烈的直射陽光，但又可以允許一部分的陽光（尤其是漫射光）進入室內，以做為室內照明之用。

在一實施方式中，本發明之採光構造可如同習知的遮陽板一般懸吊於建築物之開窗部分。在圖6A之建築物之部分側視示意圖中，採光構造600係顯示為具有一盒體，且在垂直方向上有四個日光濾光元件在盒體中。然而，本發明並不限於此。在另一範例中，在垂直方向上可能具有其它數量之日光濾光元件在盒體中，例如三個、五個、或其它合適的數目。甚至，在盒體中之水平方向上亦可配置有日光濾光元件，例如，可形成4 × 2（垂直方向四個、水平方向兩個）、3 × 3等之堆疊。採光構造亦可包括複數盒體，每一盒體中容納一或更多日光濾光元件。

在另一實施方式中，如圖6B所示，本發明之採光構造650可做為建築物外牆之一部分。在圖6B之建築物之部分側視示意圖中，採光構造650係顯示為具有二盒體，且每一盒體中具有四個日光濾光元件。然而，如上所述，本發明並不限於此。在其它範例中，在垂直方向或水平方向上可能具有其它數量之日光濾光元件在盒體中，且採光構造可能包括一或更多盒體。

在圖6A及6B中，雖然只繪示出球體來代表日光濾光元件，但應當了解，日光濾光元件包括導光單元及反射單元。

為了瞭解本發明之採光構造之遮陽效果，利用光學設計軟體ZEMAX來模擬：以半徑2.5 cm的實心球體做為導光單元，形成5 × 5堆疊之採光構造，安裝在30 cm × 30 cm之西向窗面，在夏季代表日（夏至）13:00、14:00、15:00時之遮陽效果。結果發現，直射日光對於本發明之採光構造在上述的三個時間之模擬穿透率分別為30.5 %、15.9 % 及 11.4 %。由此可知，本發明對於直射日光之遮蔽效果相當良好。

當使用在建築物中，本發明之日光濾光元件及採光構造可阻擋強烈的直射日光進入屋內，因此可減輕直射日光射入屋內所引起之溫度上升，進而降低冷氣設備之負荷。同時，本發明之日光濾光元件及採光構造亦可將一部分的日光導入屋內，以提升屋內的光線照度，故可節省照明用電，達到節能省電之目的。此外， 根據遮陽之方位要求，可將採光構造設計為水平型式、垂直型式、或格狀（水平加上垂直）型式。並且可配合建築外觀的整體造型，將本發明之深具功能性的採光構造融入建築外觀設計中，形成一則造型元素。因此，本發明具有良好的功效及實用性。

儘管上述實施例已為了清楚理解之目的而詳細地加以描述，但顯然地，在所附申請專利範圍之範疇中，可實行某些變更及修改。應當注意，有許多替代的方式可實施本發明之實施例之構造。因此，本發明之實施例應被視為是用於說明的而不是限制性的，且本發明之實施例不應被限制於本文中所提出之特定細節。

100:建築物

110:窗戶

120:遮陽板

200:日光濾光元件

210:導光單元

212:本體

220:反射單元

222:反射鏡面

224:間隙

302:直射日光

304:偏折後的直射日光

306:區域

308:被反射的直射日光

310:直射日光

322:漫射日光

324:偏折後的漫射日光

326:漫射日光

332:朝向日光側

334:背向日光側

420:反射單元

422:反射鏡面

424:側面

500:採光構造

510:盒體

600:採光構造

650:採光構造

A:頂面寬度

B:底面寬度

H:高度

圖1為安裝有習知遮陽板之建築物之部分側視示意圖。

圖2顯示根據本發明之一實施例之日光濾光元件之示意圖。

圖3A顯示直射日光在根據本發明之一實施例之日光濾光元件中之行進方式之示意圖。

圖3B顯示漫射日光在根據本發明之一實施例之日光濾光元件中之行進方式之示意圖。

圖4A顯示根據本發明之一實施例之反射單元之立體示意圖。

圖4B顯示圖4A之反射單元之側視示意圖。

圖5顯示根據本發明之一實施例之採光構造之側視示意圖。

圖6A及6B為建築物之部分側視示意圖，建築物安裝有根據本發明之一實施例之採光構造。

在本發明之圖式中，元件符號可能重複使用，以標示類似及∕或相同的元件。

200:日光濾光元件

210:導光單元

212:本體

220:反射單元

222:反射鏡面

224:間隙

Claims (8)

1. 一種日光濾光元件，包括：一反射單元，具有用以反射光線之一反射鏡面；及一導光單元，配置為緊鄰該反射單元之該反射鏡面，該導光單元具有一本體、一朝向日光側及一背向日光側，其中該導光單元容許直射日光從該朝向日光側進入、使該直射日光通過該本體並匯聚於該反射單元之該反射鏡面、及容許被反射的該直射日光通過該本體並從該朝向日光側離開，其中該導光單元容許漫射日光從該朝向日光側進入、通過該本體、及從該背向日光側離開，及其中該導光單元之該本體係一實心球體，該反射單元之該反射鏡面包括一圓弧面，該反射鏡面之該圓弧面與該實心球體之球面匹配。
2. 如申請專利範圍第1項之日光濾光元件，其中該實心球體之半徑在約1.5cm與約5cm之間。
3. 如申請專利範圍第1或2項之日光濾光元件，其中該導光單元之該本體係由玻璃或壓克力所製成。
4. 如申請專利範圍第1或2項之日光濾光元件，其中該導光單元之該本體對於日光係透明的或半透明的。
5. 一種具有遮陽功能之採光構造，使用於建築物之外牆，該採光構造包括：複數日光濾光元件；及一盒體，容納由該等日光濾光元件所構成之堆疊， 其中該等日光濾光元件每一者包括：一反射單元，具有用以反射光線之一反射鏡面；及一導光單元，配置為緊鄰該反射單元之該反射鏡面，該導光單元具有一本體、一朝向日光側及一背向日光側，其中該導光單元容許直射日光從該朝向日光側進入、使該直射日光通過該本體並匯聚於該反射單元之該反射鏡面、及容許被反射的該直射日光通過該本體並從該朝向日光側離開，其中該導光單元容許漫射日光從該朝向日光側進入、通過該本體、及從該背向日光側離開，及其中該導光單元之該本體係一實心球體，該反射單元之該反射鏡面包括一圓弧面，該反射鏡面之該圓弧面與該實心球體之球面匹配。
6. 如申請專利範圍第5項之具有遮陽功能之採光構造，其中該導光單元之該本體係由玻璃或壓克力所製成。
7. 如申請專利範圍第5項之具有遮陽功能之採光構造，其中該盒體對於日光係透明的或半透明的。
8. 如申請專利範圍第5項之具有遮陽功能之採光構造，其中該盒體係由壓克力所製成。

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