光导照明技术解析以及未来发展

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一、光导照明与电能照明的主要区别

　　首先是储存量的区别。光导照明利用的是自然光。自然光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭。而电能主要是由燃烧化石燃料生产，储存量受很多因素的影响，有着量的局限性。其次，对环境的影响区别。自然光照明利用太阳光，并没有进行化学的变化，也没有污染自然资源的的有害气体的排放;而电能照明在获得电能的同时向大气排放大量二氧化碳、二氧化硫、碳氧化物等有害气体，这些气体是造成全球各种环境问题的重要原因。再次，热量的区别。长期以来，人们一直对天然光存在一种误解，认为自然光进入室内的同时带来的热量要多于人工光源的发热量。事实上，如果提供同样的照度，自然光带来的热量比绝大多数人工光源的发热量都少。也就是说，自然光照明代替人工光源照明，可以大大减少空调负荷，有利于降低建筑物能耗。最后，采集太阳光的光导绿色照明系统能够把白天的太阳光有效地传递到室内阴暗的房间或者易燃易爆不适宜采用电光源的房间，改变目前很多建筑“室外阳光灿烂，室内灯火辉煌”的局面，可以有效地减少电能消耗。 二、光导管传输光的方式 　　有缝光导管和棱镜光导管。有缝光导管的外形是长圆柱形，内表面涂有反射涂层，并留有一条长的出光缝，使光线射到工作面上，这种光导管加工工艺复杂，光在传播过程中损失较大，造成整个光导管装置效率不高，因此这种类型的光导管在采集太阳光的光导管系统中很少采用。棱镜薄膜空心光导管是美国3M公司研制，这种光导管是根据光辐射在光密介质中的全反射原理制造的，棱镜薄膜厚0.5mm，3M公司的产品采用PMMD塑料制造，一次反射率可以达到99.99%，为目前世界时反射率最高、性能最好的光导管材料。薄膜的一个面是平的，另一个面具有均匀分布的纵向波纹。这些波纹的截面是顶角为90度的三角形棱镜，这种薄膜的特点是入射到其平的一面上的光线如果不被反射，就会射进材料内部，把棱镜薄膜卷成圆柱形管子，沿管长方向射来的一束光线就可以通过光导管端面进入，经过多次反射，到达管子的另一端。棱镜薄膜空心光导管薄膜材料的选择和制作工艺是个关键问题，不标准的光学表面和不纯的光学材料会导致光在传播过程中的损失增加，甚至部分光线从光导管中散射出去，而且传播路径越长损失越大。 四、光导照明与传统采光照明的对比 　　全球能源日益紧张，物价飞速上涨，企业如何控制成本已迫在眉睫，在控制各项成本的同时，如何减少不必要的浪费也是企业研究的一个重要课题。日间照明问题是其中最重要一项。 　　同时，在现在高节奏的生活中，人们越来越关注工作和生活的环境舒适度，人们逐渐从物质追求转移到了精神追求，舒适的光环境是人们重要追求之一。 　　1、人•建筑•自然光 　　阳光是万物之源，是构成宇宙的基本要素，人类生活时时刻刻离不开光，人从外界获得的信息约有80%都来自光和光辐射引起的人的视觉。自然光是界定空间的要素，通过对光与建筑空间关系的研究，可以对建筑的本质获得更为深刻的认识。光赋予建筑之色彩，给予人类之生命。 　　2、建筑采光 　　建筑采光的发展大概分为三个过程： 　　(1) 传统建筑采光，如门、窗; 　　(2) 近代建筑采光，如采光天窗、采光的带、采光罩等; 　　(3) 现代建筑采光，如光导照明、光纤照明等。 　　每个采光过程的衍变都是为了解决以前采光而不能解决的问题，使建筑更合理的运用自然光。 　　2.1传统建筑采光 　　(1) 不能解决大进深房间采光; 　　(2) 无法控制光强和光线角度; 　　(3) 采光面积大，热损大。 　　2.2近代建筑采光 　(1) 解决大进深建筑采光问题; 　　(2) 受建筑层数限制，仅能解决单层或顶层建筑采光; 　　(3) 受室内吊顶限制 　　(4) 仍无法控制光强和光线角度; 　　(5) 增加建筑热损。 　　2.3现代建筑采光 　　光导照明 　　光纤照明 　　(1) 解决大进深建筑和地下建筑采光问题。 　　(2) 打破建筑层数的限制; 　　(3) 打破吊顶的限制; 　　(4) 可控制光强和光线方向; 　　(5) 热损大幅度降低。 五、自然光照明的优势 　　自然光无处不在，是取之不尽、用之不竭、清洁无污染的能源。人们所使用的常规能源都存在不同程度的污染，例如造成酸雨，使地球变暖，危害了人类和动植物的生存。据统计，全世界为清除空气污染所需的费用，大约是所有燃料费的10%左右。但是，如果人们利用自然光就完全不存在这些问题。因此，充分利用自然光既节约了大量的人工照明用电，又保护了环境，同时采用自然光照明，无触电危险，安全可靠。 　　阳光是万物生长之源泉。人们喜欢自然光，习惯在自然光下工作、生活。科学研究表明，人工照明可以满足人们的采光需要，但并不能满足人们的心理需求。充分利用自然光照明，可以使工作更有效率，生活环境更加健康。因为太阳光是全光谱辐射，可在人的机体内产生维生素等多种营养物质。而且，人们在自然光下活动，心理和生理上都会感到舒适愉快，对人们的身心健康都十分有利。自然光还能消除居室内的霉气，抑制微生物的生长，改善室内的居住环境。 　　自然光比人工照明具有更高的视觉功效。据国外的研究报告指出，在自然光教室学习的学生成绩比人工光教室的要好，其中数学成绩平均高20%，阅读成绩高26%。 　　自然光与建筑相结合，创造了低能耗高舒适度的健康居住环境，有利于建筑装饰艺术的创作。多变的自然光，加上阳光的丰富多彩，材料质感更加明显，显示出自然光的艺术魅力。 六、光导管技术是什么? 　　光导照明系统是一种新型的照明系统，主要是由采光罩、光导管和漫射器三部分组成。其系统原理，是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的光导管传输和强化后，由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到任何需要光线的地方。从而得到由自然光带来的特殊照明效果，打破了照明完全依靠电力的观念，是一种绿色、健康、环保、无能耗的照明产品。 　　光导管系统主要分三部分，一是采光部分;二是导光部分，一般由三段光导管组合而成，光导管内壁为高反射材料，反射率一般在95%以上，光导管可以旋转弯曲重叠来改变导光角度和长度;三是散光部分，为了使室内光线分布均匀，系统底部装有散光部件，可避免眩光现象的发生。 　　从采光的方式上分，光导管有主动式和被动式两种。主动式是通过一个能够跟踪太阳的聚光器来采集太阳光，这种类型的光导管采集太阳光的效果很好，但是聚光器的造价昂贵，目前很少在建筑中使用。目前使用最多的是被动式采光光导管，聚光罩和光导管本身连接在一起固定不动，聚光罩多由PC或有机玻璃注塑而成，表面有三角形全反射聚光棱。这种类型的光导管，主要由聚光罩、防雨板、可调光导管、延伸光导管、密封环、支撑环和散光板等组成。 七、光导管技术的国内外研究现状 　　光导管自出现以来，人们一直没有停止对它的研究和改进，最初人们研究光导管主要是为了传输灯光，到了上个世纪80年代以后才开始研究采集太阳光的光导管系统。 　　国外光导管技术的研究相对比较成熟。俄罗斯和美国在这个领域里都取得了可喜的成绩。1880年，俄国的Chikoleve、Wheeler、Molera和美国的Cebrian分别公开了他们有关光导管的发明。1881年Wheeler 在美国申请了第一个光导管专利。由于材料和工艺水平的限制，早期的光导管效果并不理想，因而导致其发展在一段时间内处于停顿状态。随着光学纤维技术的发展，很多研究者开始意识到光纤可以输送光能并在医学方面得到了应用，但它的缺点是尺寸太小，用于输送大的光通量用于建筑照明是不经济的。1963年前苏联工程师Gennady Bukhman提出用空心圆柱形管道输送光，并沿着光导管连续输出光通量的新思想，并于1965年制成第一个大尺寸的光导管。1981年加拿大的Whitehead公司与美国3M公司合作，利用完全内反射原理开发出棱镜导光管。1999年，英国诺丁汉大学的G..Oakley等考察了已经商业化的光导管的采光性能。美国、瑞典也开展了相应的研究工作。由于采集太阳光的光导管绿色照明系统结构简单，安装方便，成本较低，实际照明效果很好，因此在国外发展十分迅速，应用也比较广泛，许多跨国公司生产这种产品，目前英国Monodraught公司、日本共荣株式会社、美国ODL公司等多家公司都具有一定的光导管生产能力。   我国目前在光导管的研制和应用领域仍然十分落后，还不具备大规模生产光导管的能力。主要原因在于光导管用的高反射率薄膜我国还没有掌握其生产工艺，光导管的传输效率有待于进一步提高，在基础理论研究和产品设计、实践操作等方面的工作还很不够，因此在我国光导管技术还没有大规模进入市场。 光导照明未来发展空间十分广阔 光导照明近年来在国内普及速度加快，国内很多著名大型公共设施比如鸟巢附近的中国科技馆，以及上海世博会等地方均有大量应用。甚至有业内人士称，随着太阳能应用的普及，光导照明将会取代LED照明，成为节能照明行业的新主导产品。  对此，专家廖海龙先生表示，光导照明技术目前尚在发展阶段，还不具备普遍使用的条件，更不要说取代LED照明了。光导照明的零能耗也是有条件的，使用的限制也很多。 首先，光导照明仅仅是日光的即时转换照明系统，所以必须在有充足日光的环境下使用，目前还没有储存太阳光能作为夜间使用的光导照明系统，所以只能满足日间照明需要。 其次，光导照明系统必须在平层楼房或者高楼的顶楼使用，对于采光有限的中间楼层或者内走廊房间，光导照明无法发挥作用； 第三，光导照明系统的日光转换效率并不理想，也受到采光面积等因素的限制，所以发挥的照明效果也不及LED节能灯具，常常需要两者并用才能达到最佳效果。 但廖先生也对光导照明的前景表示认可，作为一种新兴节能产品，虽然光导照明的技术现状有待突破，但其优势也十分明显，尤其是零能耗及突出的安全效果等。相信在将来太阳能应用技术出现重大突破之时，势必会带动光导照明市场的发展，也会引出节能照明市场的新格局。 光导照明2004年开始进入中国市场，当时引发了市场国内照明市场的轰动。相比传统的LED照明，光导照明直接应用光谱照明系统把太阳光引入照明区域，无需电能，属于自然光转换照明。光导照明所有材质均为绿色环保产品，也更加环保和节能，而且使用寿命更长，合格的光导照明系统能够达到25年以上的使用年限。