导光管照明系统节能特点及发展形势研究

黄康民　赵永东　王进

摘 要： 进入21世纪以来，一次化石能源的大量燃烧使用引发了大量讨论，其导致的温室气体排放、大气污染都是全球性挑战。随着世界范围内的节能减排浪潮席卷而来，我国传统耗能行业尤其照明行业迎来了转型的绝佳机遇。导光管照明是一种利用太阳光的室内照明，既能减少电能消耗，又不污染环境，属于绿色照明范畴，是理想的开发项目。本文主要介绍导光管照明的结构原理及未来展望。

关键词： 导光管照明系统 太阳光 节能特点 发展形势一、引言

目前，我国照明用电大约占总发电量的15%左右，年照明耗电达3280.5亿度。照明用电量随社会发展进步不断扩大，所以电力投资会持续增加。不仅会牵制国民经济平稳发展，传统火电还可能对环境造成污染。

导光管照明系统能兼顾这些问题并给出一个相对完善的解决方案。导光管照明技术在国外已经是比较成熟的技术，广泛用于解决工厂、学校、医院、商场超市、体育场馆等建筑的白天阴暗房间、地下室或地下车库的辅助照明问题，而且其属于自然光转换照明，极大地减少了电力消耗，非常符合绿色节能建筑的设计建造要求。

二、导光管照明系统的基本结构及原理

导光管采光可分为主动式采光和被动式采光两种，这里重点介绍被动式采光方式。导光管照明系统主要由采光装置、导光装置和漫射装置三部分组成。采光装置由经特殊工艺加工的PC材料制成，可以隔绝大部分紫外线，避免对使用者的伤害，通常安装于建筑围护结构外部，如室外楼顶或室外墙体的侧面，能高效采集室外太阳光。采光罩所用弧线和折边形设计还能帮助低射角光线折射进入系统，使实际采光面积大于采光罩表面积，赋予其可观的耐久性和抗冲击能力。

导光装置即导光管，是将采光装置收集的自太阳光引入室内的管道，即导光管照明系统的核心部分。可以旋转弯曲管道改变其射光角度和长度，弯曲角度的变化范围为0～90°，内壁材料为高反射材料，且附着在内壁的五层膜材料提高了光经过多次反射的稳定性，降低了损耗，其对光的全反射率达98%。导光管的特点是重量轻、稳定性好、光损耗率低。光在导光管内经过多次反射，再由系统底部的漫射装置把太阳光均匀地照射到室内。

漫射装置同样由PC材料或聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，同样具有极好的透光性、漫射均匀性、不易着火且离火自熄，能避免眩光现象。漫射器外形种类丰富，可制成不同形式，如钻石型、圆型、方型等。最重要的是其透光率可以自由调节，不仅可以避免传统照明灯光强度不能自由调节的尴尬，更贴合人性化设计要求。除基本结构外，还有防雨装置、密封装饰套圈、密封圈、连接器等辅助配件。

导光管照明系统原理是利用采光罩高效引入太阳光并导入系统内进行重新分配，经过由特殊工艺制作而成的导光管反射后通过系统底部的漫射裝置把太阳光均匀地分配到任何需要光线又不便直接对外采光的室内空间。

三、导光管照明的优点

实验证明提供相同照度的情况下，太阳光带来的热量远少于人工光源的发热量。所以，如果以太阳光取代部分人工光源照明，可以显著减少空调负荷达到节能减排的目的。建筑用传统门窗采光主要通过门、窗等透光媒介，但门窗无法完全解决大进深房间的采光问题，而且对光线的强度和角度难以控制，其本身受到窗地比的限制，导光管照明则具有独特的优势，例如：在部分或条件允许的情况下取代白天传统高耗电照明，充分提供十小时自然光照，低能耗，节约电力且极少需要保养。系统照明光来自太阳光，采光柔和、均匀，光强可以根据需要实时调节，无眩光、无污染，并且采光罩表面的特殊涂层滤除有害辐射如紫外线等，尽可能保护使用者健康。且导光管照明系统所用材质均为绿色产品，无毒无害。其最实用的优点是无需配带附属电子设备和缠绕的导线，因而消除了线路老化可能带来的安全隐患，且全系统具有防水、防火及防紫外线等性能。导光管照明系统外形灵活优美，既可以单独进行外形设计又可以结合室内外装饰得以丰富建筑表皮，成为一种建筑语汇，加上阳光丰富的色彩，凸显建筑的材质感，将该系统融入建筑而不仅将其作为单独的照明措施，这是传统高耗能照明无法做到的。

经济方面以采用导光管照明的某地铁站台为例。站厅层的需照明面积为1400m2，单位耗电量为12W/m2，依非民用电价0.9元/kWh，那一年日间照明总用电费约为6.1万，相关配电设备清洁费为1万元/年，保养费为1.8万元/年。所以传统高耗电照明系统一年的运行费用约为6.1+1+1.8=8.9万。导光管照明系统在白天平均每天采光照明10h左右，该车站24套导光管照明系统投入资金为35万，导光管照明比传统高耗能照明年度总节约费用为4.5万，照明工程投资回收期为8年。导光管照明系统的使用寿命至少为25年，所以阻碍导光管照明系统推广使用的只有起步投资问题，不过它应用范围越大，经济回收期越短，综合价值越高。

由此可见导光管照明在节能减排方面显然更具备市场经济追求的综合效益，拥有广阔的发展前景。未来导光管照明的发展方向将更倾向于结合各种建筑环境技术，为建筑节能减排和改善室内环境品质发挥群体联动作用。开发结合气流过滤装置的导光管照明系统甚至可以进一步拓宽导光管照明的应用范围，对提升建筑的生态价值有着重要作用。

四、导光管照明的使用现状及应用前景

在导光管照明出现前，大型厂房多用天窗采光，但天窗采光会产生局部聚光，而导光管照明效果不会因光线射入角的变化而改变，且辐射面积大，出射光线均匀，不会产生局部聚光。采光天窗受室内吊顶结构及光线传输距离的限制，采光面积不会太大，并且安装繁琐、防水工序复杂，而导光管照明针对不同屋面有不同安装方法及相应防水处理工艺，不受室内吊顶结构等的影响。在光线传输方面，小孔径导光管照明光线传输距离可达10m左右，大孔径导光管照明光线传输距离可达20m以上，还可以使用弯管，使系统的安装更便捷，适应性更强，一些短距离导光管甚至可以采用全金属涂层。近年来，导光管照明系统受到越来越多的关注，并且在国外得到大力推广。目前，国外有很多公司生产此类产品，如蒙诺加特公司，其产品广泛出现在各种场合，如大型体育场馆和公共建筑及办公楼、商店、白天阴暗的地下室、地下车库等建筑中。

近几年，国务院出台了一系列关于建筑节能的标准和法规，提出政府将强化新建建筑执行能耗限额标准全过程监督管理，对达不到标准的建筑不予办理开工和竣工验收备案手续，不准销售使用。在节能大棒的指挥下，具有巨大节能减排作用的导光管照明系统将大大发挥作用。

五、光导照明的未来发展

导光管照明自出现以来，人们始终致力于对它的改进和完善，最初人们研究导光管是为了传输灯光，到了上世纪80年代以后才开始研究采集太阳光的导光管系统。由于采集太阳光的导光管照明系统安装便捷、成本较低、性价比极高、实际应用效果很好，因此在国外推广十分迅速。

我国导光管照明技术是刘志东先生于2004年引进自英国的，该项技术首次登陆中国大陆市场，引发了国内市场的轰动。目前我国在导光管研制和应用领域仍处于落后地位，但相比传统高耗能照明，导光管照明存在得天独厚的优势，因此拥有广阔的发展舞台和后发优势。

导光管照明近年来在国内推广速度加快，国内很多大型公共设施均有采用，如北京奥运会场馆、上海世博会场馆等。甚至有业内人士称，导光管照明会像光伏产业一样获得国家政策扶持，导光管照明将成为节能照明行业新的领军产品。

太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源。与传统方式相比，导光管采光系统在改善光环境方面有着自身优势，在国家节能减排舞台上一定能大放光彩，同时给建筑师更大选择余地以自由发挥，对节能减排、降低碳排放将发挥积极作用。

参考文献：

[1]Hollow light guide technology and application.CIE164：2005

[2]韦课常.电气照明技术基础与设计.电力工业出版社，1980.

[3]刘志东.光导照明系统的基本结构及工作原理.第十届中国科协年会光伏技术与照明节能技术论坛论文集.

[4]徐登辉，刘志东.光导照明系统的基本原理.智能建筑与城市信息，2010，VOL6（163），及使用概况.

基金项目：盐城工学院大学生实践创新项目（项目编号：129）；住房和城乡建设部科技计划项目（2014-K1-050）。