论光导管在现代建筑的应用

张永亮

中国建筑第八工程局上海分公司

论光导管在现代建筑的应用

张永亮

中国建筑第八工程局上海分公司

现代生活无时无刻都离不开照明，常规灯具都必须用电，我们一直在寻找新的节能照明方式，当前常用节能照明方式有太阳能光伏板照明、风能照明；这两种照明方式都是把热能、机械能转换成电能，储存在蓄电池内给灯具供电，有没有一种照明方式利用太阳直射光进行供电，答案是有，这就是由美国在八十年代提出光导系统。从能源应用角度，阳光取之不尽用之不竭，现在人们已经利用阳光供热，利用阳光发电等，直接利用光照明系统把阳光引入我们需要照明的场所，直接利用阳光减少碳排放，提升净化生活环境；健康人居角度，温暖舒适，回归自然。

光导管；建筑工程；地下室照明

引言

光导照明系统对于建筑节能方面有很大的帮助，更好地为我们实现了建筑的节能减排，是一项现代的新兴应用技术，值得关注充分利用自然光可节省大量照明用电，节约照明用电又可间接减少自然资源的消耗及有害气体的排放。

1 光导管简介

1.1 光导照明的工作原理

光导照明其基本原理是，通过采光罩高效采集室外自然光线并导入系统内重新分配，再经过特殊制作的导光管传输后由底部的漫射装置把自然光均匀高效的照射到任何需要光线的地方，从黎明到黄昏，甚至阴天，导光管日光照明系统导入室内的光线仍然很充足。该装置主要由三部分组成：采光装置、导光装置、漫射装置。光导系统是一套纯天然采光系统，主要有采光设备、光传输设备、漫射设备，主要工作原理为通过采光设备高效采集室外自然光线，经过特殊光传输设备，把可靠的自然光线投送到漫射设备，经漫射设备把自然光均匀高效的照射到任何需要光线的地方。现有光导管采光设备多采用PMMA(亚力克)材料或PC注塑，形式多为半球形。光传输设备是一种独有的光反射管道，主要考虑在光传输的途中光通量的损耗，材质及构成各个厂家均有不同。

1.2 光导管的优点

光导管在运用上有很多的优点：利用自然光进行照明，无需电力，不存在电力布置的线管、电线、配电箱，也就杜绝了因电力故障造成断电及漏电危险；室内为漫射自然光，无频闪，不会对人眼造成伤害(普通日光灯的供电频率为50赫兹，表示发光时每秒亮暗100次，属于低频率的频闪光，会导致人眼视觉疲劳，从而加速眼睛近视)，同时表面带有UV涂层的采光装置会隔绝绝大部分的紫外线，使少量的紫外线进入室内，可以清除室内霉气，抑制微生物生长，促进体内营养物质的合成和吸收，改善居住环境；光导照明系统所传输的光为自然光，其波长范围为380nm～780nm，显色性Ra为100(白炽灯所发出的光接近自然光，其显色性Ra为95～97)，且经过漫射装置，进入室内的光为漫射光，光线柔和，照度分布均匀。光导照明走的正是这样一条太阳光直接利用的节能之路，目前，市面上已经有很多公司致力于研制、开发和量产光导照明设备，据实际应用反馈得到的统计数据显示，光能利用率在97%以上，效率之高，让“光转变为电，电再转变为光”的照明方式望尘莫及。此外，由于室内为漫射自然光，无频闪，故不会对人眼造成伤害，且光线柔和，照度分布均匀。

2 光导管在现代建筑的应用

当前光导系统在设计阶段均不会设计，后期当业主了解这部分内容时，大大增加了施工难度，影响美观。屋面增加采光设备，造成屋面存在半球形采光罩，第一影响整个屋面的美观效果，第二过多的采光罩占用很大的面积而且影响整个屋面设备的布局。后期光传输设备施工必须要与装修单位配合，甚至可能造成装修大面积的返工。首先国家现在对节能环保重视度越来越强，颁布了很多节能规范如建筑节能施工质量验收规范GB 50411-2007；住宅建筑节能工程施工质量验收规程DGJ08-113-2005；公共建筑节能设计标准GB50189-2005等，这些都说明了未来建筑更多会使用节能环保的材料，光导管系统正在贴合国家对节能的要求。这里我想提出一份设想，光导管应在设计阶段充分考虑，可以利用现有建筑物的采光井或独立设计的结构把采光设备作为装饰设计在屋面，就像在排水透气帽的设计，也需分上人屋面和不上人屋面，光传输通道可以考虑管道井的方式，作为一个独立的系统，像排烟管道那样，可以利用管道井或者在管道井内增加光传输设备，把光线传输到任何位置。现代人类对色彩的利用非常广泛，能否在漫射设备进行光片的选择，满足设计师对色彩的需求。

3 光导管照明系统设计

3.1 硬件设计

硬件部分可分为以下四个部分：(1)单片机的控制部分 ；(2)光照信号的输入部分 ；(3)人工光源控制量输出部分 ；(4)显示部分。先用光照传感器采集光照数据，将得到的数据输入单片机进行采样对比，将实际光照值与单片机中的设定值进行比较，计算出补偿光照量。通过单片机控制数码管内部程序的操作，然后通过电路实现来驱动 LED 光源，使控制区域的照度达到设定值。

3.2 软件设计

自动稳光系统软件主要包括光强数据读取部分、数据处理及控制部分、显示部分、延时和初始化部分。程序开始执行时，先对 LCD 和GY-30 模块内的处理芯片 BH1750 进行初始化，然后给 GY-30 模块上电并进行模式设置，延时一段时间后读取 GY-30 模块的数据，对读出的数据处理并合成光照数据，与设定的阈值进行比较，输出控制信号控制 LED 光照系统，同时把光照数据送至 LCD 屏显示。

结语

绿色、节能、环保势必是建筑发展的一种趋势，我也相信光导系统在城市建筑能有更广阔的发展。用光导管进行自然采光是现代绿色建筑的一种比较普遍的理念，具有光线传输的高效性和稳定性，使用范围十分广泛。我国政府十分重视建筑节能，并且把建筑节能作为我国社会经济可持续发展的重要内容，当作一件紧迫、艰巨、长期的任务。我公司在保障性住房建设中，应当采用比较全面的节能措施，并选取技术成熟，具有较好的经济效益或社会效益新节能技术，为本地区类似工程建设提供了宝贵经验，也为节能技术的推广应用作了良好的铺垫与示范作用。

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