光導(dǎo)照明技術(shù)解析以及未來發(fā)展

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一、光導(dǎo)照明與電能照明的主要區(qū)別

　　首先是儲(chǔ)存量的區(qū)別。光導(dǎo)照明利用的是自然光。自然光是大自然賜予人類的寶貴財(cái)富，可以說是取之不盡、用之不竭。而電能主要是由燃燒化石燃料生產(chǎn)，儲(chǔ)存量受很多因素的影響，有著量的局限性。其次，對環(huán)境的影響區(qū)別。自然光照明利用太陽光，并沒有進(jìn)行化學(xué)的變化，也沒有污染自然資源的的有害氣體的排放;而電能照明在獲得電能的同時(shí)向大氣排放大量二氧化碳、二氧化硫、碳氧化物等有害氣體，這些氣體是造成全球各種環(huán)境問題的重要原因。再次，熱量的區(qū)別。長期以來，人們一直對天然光存在一種誤解，認(rèn)為自然光進(jìn)入室內(nèi)的同時(shí)帶來的熱量要多于人工光源的發(fā)熱量。事實(shí)上，如果提供同樣的照度，自然光帶來的熱量比絕大多數(shù)人工光源的發(fā)熱量都少。也就是說，自然光照明代替人工光源照明，可以大大減少空調(diào)負(fù)荷，有利于降低建筑物能耗。最后，采集太陽光的光導(dǎo)綠色照明系統(tǒng)能夠把白天的太陽光有效地傳遞到室內(nèi)陰暗的房間或者易燃易爆不適宜采用電光源的房間，改變目前很多建筑“室外陽光燦爛，室內(nèi)燈火輝煌”的局面，可以有效地減少電能消耗。 二、光導(dǎo)管傳輸光的方式 　　有縫光導(dǎo)管和棱鏡光導(dǎo)管。有縫光導(dǎo)管的外形是長圓柱形，內(nèi)表面涂有反射涂層，并留有一條長的出光縫，使光線射到工作面上，這種光導(dǎo)管加工工藝復(fù)雜，光在傳播過程中損失較大，造成整個(gè)光導(dǎo)管裝置效率不高，因此這種類型的光導(dǎo)管在采集太陽光的光導(dǎo)管系統(tǒng)中很少采用。棱鏡薄膜空心光導(dǎo)管是美國3M公司研制，這種光導(dǎo)管是根據(jù)光輻射在光密介質(zhì)中的全反射原理制造的，棱鏡薄膜厚0.5mm，3M公司的產(chǎn)品采用PMMD塑料制造，一次反射率可以達(dá)到99.99%，為目前世界時(shí)反射率最高、性能最好的光導(dǎo)管材料。薄膜的一個(gè)面是平的，另一個(gè)面具有均勻分布的縱向波紋。這些波紋的截面是頂角為90度的三角形棱鏡，這種薄膜的特點(diǎn)是入射到其平的一面上的光線如果不被反射，就會(huì)射進(jìn)材料內(nèi)部，把棱鏡薄膜卷成圓柱形管子，沿管長方向射來的一束光線就可以通過光導(dǎo)管端面進(jìn)入，經(jīng)過多次反射，到達(dá)管子的另一端。棱鏡薄膜空心光導(dǎo)管薄膜材料的選擇和制作工藝是個(gè)關(guān)鍵問題，不標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)表面和不純的光學(xué)材料會(huì)導(dǎo)致光在傳播過程中的損失增加，甚至部分光線從光導(dǎo)管中散射出去，而且傳播路徑越長損失越大。 四、光導(dǎo)照明與傳統(tǒng)采光照明的對比 　　全球能源日益緊張，物價(jià)飛速上漲，企業(yè)如何控制成本已迫在眉睫，在控制各項(xiàng)成本的同時(shí)，如何減少不必要的浪費(fèi)也是企業(yè)研究的一個(gè)重要課題。日間照明問題是其中最重要一項(xiàng)。 　　同時(shí)，在現(xiàn)在高節(jié)奏的生活中，人們越來越關(guān)注工作和生活的環(huán)境舒適度，人們逐漸從物質(zhì)追求轉(zhuǎn)移到了精神追求，舒適的光環(huán)境是人們重要追求之一。 　　1、人•建筑•自然光 　　陽光是萬物之源，是構(gòu)成宇宙的基本要素，人類生活時(shí)時(shí)刻刻離不開光，人從外界獲得的信息約有80%都來自光和光輻射引起的人的視覺。自然光是界定空間的要素，通過對光與建筑空間關(guān)系的研究，可以對建筑的本質(zhì)獲得更為深刻的認(rèn)識(shí)。光賦予建筑之色彩，給予人類之生命。 　　2、建筑采光 　　建筑采光的發(fā)展大概分為三個(gè)過程： 　　(1) 傳統(tǒng)建筑采光，如門、窗; 　　(2) 近代建筑采光，如采光天窗、采光的帶、采光罩等; 　　(3) 現(xiàn)代建筑采光，如光導(dǎo)照明、光纖照明等。 　　每個(gè)采光過程的衍變都是為了解決以前采光而不能解決的問題，使建筑更合理的運(yùn)用自然光。 　　2.1傳統(tǒng)建筑采光 　　(1) 不能解決大進(jìn)深房間采光; 　　(2) 無法控制光強(qiáng)和光線角度; 　　(3) 采光面積大，熱損大。 　　2.2近代建筑采光 　(1) 解決大進(jìn)深建筑采光問題; 　　(2) 受建筑層數(shù)限制，僅能解決單層或頂層建筑采光; 　　(3) 受室內(nèi)吊頂限制 　　(4) 仍無法控制光強(qiáng)和光線角度; 　　(5) 增加建筑熱損。 　　2.3現(xiàn)代建筑采光 　　光導(dǎo)照明 　　光纖照明 　　(1) 解決大進(jìn)深建筑和地下建筑采光問題。 　　(2) 打破建筑層數(shù)的限制; 　　(3) 打破吊頂?shù)南拗? 　　(4) 可控制光強(qiáng)和光線方向; 　　(5) 熱損大幅度降低。 五、自然光照明的優(yōu)勢 　　自然光無處不在，是取之不盡、用之不竭、清潔無污染的能源。人們所使用的常規(guī)能源都存在不同程度的污染，例如造成酸雨，使地球變暖，危害了人類和動(dòng)植物的生存。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界為清除空氣污染所需的費(fèi)用，大約是所有燃料費(fèi)的10%左右。但是，如果人們利用自然光就完全不存在這些問題。因此，充分利用自然光既節(jié)約了大量的人工照明用電，又保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)采用自然光照明，無觸電危險(xiǎn)，安全可靠。 　　陽光是萬物生長之源泉。人們喜歡自然光，習(xí)慣在自然光下工作、生活?？茖W(xué)研究表明，人工照明可以滿足人們的采光需要，但并不能滿足人們的心理需求。充分利用自然光照明，可以使工作更有效率，生活環(huán)境更加健康。因?yàn)樘柟馐侨庾V輻射，可在人的機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)。而且，人們在自然光下活動(dòng)，心理和生理上都會(huì)感到舒適愉快，對人們的身心健康都十分有利。自然光還能消除居室內(nèi)的霉氣，抑制微生物的生長，改善室內(nèi)的居住環(huán)境。 　　自然光比人工照明具有更高的視覺功效。據(jù)國外的研究報(bào)告指出，在自然光教室學(xué)習(xí)的學(xué)生成績比人工光教室的要好，其中數(shù)學(xué)成績平均高20%，閱讀成績高26%。 　　自然光與建筑相結(jié)合，創(chuàng)造了低能耗高舒適度的健康居住環(huán)境，有利于建筑裝飾藝術(shù)的創(chuàng)作。多變的自然光，加上陽光的豐富多彩，材料質(zhì)感更加明顯，顯示出自然光的藝術(shù)魅力。 六、光導(dǎo)管技術(shù)是什么? 　　光導(dǎo)照明系統(tǒng)是一種新型的照明系統(tǒng)，主要是由采光罩、光導(dǎo)管和漫射器三部分組成。其系統(tǒng)原理，是通過采光罩高效采集自然光線導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)重新分配，再經(jīng)過特殊制作的光導(dǎo)管傳輸和強(qiáng)化后，由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻高效地照射到任何需要光線的地方。從而得到由自然光帶來的特殊照明效果，打破了照明完全依靠電力的觀念，是一種綠色、健康、環(huán)保、無能耗的照明產(chǎn)品。 　　光導(dǎo)管系統(tǒng)主要分三部分，一是采光部分;二是導(dǎo)光部分，一般由三段光導(dǎo)管組合而成，光導(dǎo)管內(nèi)壁為高反射材料，反射率一般在95%以上，光導(dǎo)管可以旋轉(zhuǎn)彎曲重疊來改變導(dǎo)光角度和長度;三是散光部分，為了使室內(nèi)光線分布均勻，系統(tǒng)底部裝有散光部件，可避免眩光現(xiàn)象的發(fā)生。 　　從采光的方式上分，光導(dǎo)管有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式是通過一個(gè)能夠跟蹤太陽的聚光器來采集太陽光，這種類型的光導(dǎo)管采集太陽光的效果很好，但是聚光器的造價(jià)昂貴，目前很少在建筑中使用。目前使用最多的是被動(dòng)式采光光導(dǎo)管，聚光罩和光導(dǎo)管本身連接在一起固定不動(dòng)，聚光罩多由PC或有機(jī)玻璃注塑而成，表面有三角形全反射聚光棱。這種類型的光導(dǎo)管，主要由聚光罩、防雨板、可調(diào)光導(dǎo)管、延伸光導(dǎo)管、密封環(huán)、支撐環(huán)和散光板等組成。 七、光導(dǎo)管技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 　　光導(dǎo)管自出現(xiàn)以來，人們一直沒有停止對它的研究和改進(jìn)，最初人們研究光導(dǎo)管主要是為了傳輸燈光，到了上個(gè)世紀(jì)80年代以后才開始研究采集太陽光的光導(dǎo)管系統(tǒng)。 　　國外光導(dǎo)管技術(shù)的研究相對比較成熟。俄羅斯和美國在這個(gè)領(lǐng)域里都取得了可喜的成績。1880年，俄國的Chikoleve、Wheeler、Molera和美國的Cebrian分別公開了他們有關(guān)光導(dǎo)管的發(fā)明。1881年Wheeler 在美國申請了第一個(gè)光導(dǎo)管專利。由于材料和工藝水平的限制，早期的光導(dǎo)管效果并不理想，因而導(dǎo)致其發(fā)展在一段時(shí)間內(nèi)處于停頓狀態(tài)。隨著光學(xué)纖維技術(shù)的發(fā)展，很多研究者開始意識(shí)到光纖可以輸送光能并在醫(yī)學(xué)方面得到了應(yīng)用，但它的缺點(diǎn)是尺寸太小，用于輸送大的光通量用于建筑照明是不經(jīng)濟(jì)的。1963年前蘇聯(lián)工程師Gennady Bukhman提出用空心圓柱形管道輸送光，并沿著光導(dǎo)管連續(xù)輸出光通量的新思想，并于1965年制成第一個(gè)大尺寸的光導(dǎo)管。1981年加拿大的Whitehead公司與美國3M公司合作，利用完全內(nèi)反射原理開發(fā)出棱鏡導(dǎo)光管。1999年，英國諾丁漢大學(xué)的G..Oakley等考察了已經(jīng)商業(yè)化的光導(dǎo)管的采光性能。美國、瑞典也開展了相應(yīng)的研究工作。由于采集太陽光的光導(dǎo)管綠色照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本較低，實(shí)際照明效果很好，因此在國外發(fā)展十分迅速，應(yīng)用也比較廣泛，許多跨國公司生產(chǎn)這種產(chǎn)品，目前英國Monodraught公司、日本共榮株式會(huì)社、美國ODL公司等多家公司都具有一定的光導(dǎo)管生產(chǎn)能力。   我國目前在光導(dǎo)管的研制和應(yīng)用領(lǐng)域仍然十分落后，還不具備大規(guī)模生產(chǎn)光導(dǎo)管的能力。主要原因在于光導(dǎo)管用的高反射率薄膜我國還沒有掌握其生產(chǎn)工藝，光導(dǎo)管的傳輸效率有待于進(jìn)一步提高，在基礎(chǔ)理論研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、實(shí)踐操作等方面的工作還很不夠，因此在我國光導(dǎo)管技術(shù)還沒有大規(guī)模進(jìn)入市場。 光導(dǎo)照明未來發(fā)展空間十分廣闊 光導(dǎo)照明近年來在國內(nèi)普及速度加快，國內(nèi)很多著名大型公共設(shè)施比如鳥巢附近的中國科技館，以及上海世博會(huì)等地方均有大量應(yīng)用。甚至有業(yè)內(nèi)人士稱，隨著太陽能應(yīng)用的普及，光導(dǎo)照明將會(huì)取代LED照明，成為節(jié)能照明行業(yè)的新主導(dǎo)產(chǎn)品。  對此，專家廖海龍先生表示，光導(dǎo)照明技術(shù)目前尚在發(fā)展階段，還不具備普遍使用的條件，更不要說取代LED照明了。光導(dǎo)照明的零能耗也是有條件的，使用的限制也很多。 首先，光導(dǎo)照明僅僅是日光的即時(shí)轉(zhuǎn)換照明系統(tǒng)，所以必須在有充足日光的環(huán)境下使用，目前還沒有儲(chǔ)存太陽光能作為夜間使用的光導(dǎo)照明系統(tǒng)，所以只能滿足日間照明需要。 其次，光導(dǎo)照明系統(tǒng)必須在平層樓房或者高樓的頂樓使用，對于采光有限的中間樓層或者內(nèi)走廊房間，光導(dǎo)照明無法發(fā)揮作用； 第三，光導(dǎo)照明系統(tǒng)的日光轉(zhuǎn)換效率并不理想，也受到采光面積等因素的限制，所以發(fā)揮的照明效果也不及LED節(jié)能燈具，常常需要兩者并用才能達(dá)到最佳效果。 但廖先生也對光導(dǎo)照明的前景表示認(rèn)可，作為一種新興節(jié)能產(chǎn)品，雖然光導(dǎo)照明的技術(shù)現(xiàn)狀有待突破，但其優(yōu)勢也十分明顯，尤其是零能耗及突出的安全效果等。相信在將來太陽能應(yīng)用技術(shù)出現(xiàn)重大突破之時(shí)，勢必會(huì)帶動(dòng)光導(dǎo)照明市場的發(fā)展，也會(huì)引出節(jié)能照明市場的新格局。 光導(dǎo)照明2004年開始進(jìn)入中國市場，當(dāng)時(shí)引發(fā)了市場國內(nèi)照明市場的轟動(dòng)。相比傳統(tǒng)的LED照明，光導(dǎo)照明直接應(yīng)用光譜照明系統(tǒng)把太陽光引入照明區(qū)域，無需電能，屬于自然光轉(zhuǎn)換照明。光導(dǎo)照明所有材質(zhì)均為綠色環(huán)保產(chǎn)品，也更加環(huán)保和節(jié)能，而且使用壽命更長，合格的光導(dǎo)照明系統(tǒng)能夠達(dá)到25年以上的使用年限。