光导纤维式天然采光日间照明系统

张泽同 高菁 丁鑫 王思天

引言

在人類上万年的进化之中，太阳光为人类的生存与活动提供了功不可没的帮助。早期，全世界对于光纤式太阳光照明产品的投入开发还没有得到普及，只有日本的LaForet公司在早期推出了应用在地下交通设施等区域的基于光导纤维的太阳光照明产品，一时间引起了热议，同时也促进了世界对光纤式太阳光照明产品的研究。后来美国也尝试开展相关研究，以期降低室内照明的供电压力，这一研究成果预计能够每年节约2.3亿度电。随着这些项目的开发与推广，我国也开始投入了资金和成本，不过目前对于光纤式太阳光照明系统的研发整体处于初级阶段，仍需加紧研发。

一、光纤天然采光日间照明系统的原理介绍

光导纤维式天然采光日间照明系统，主要是把光纤技术与太阳光利用技术两者合二为一，通过相关的聚光组件聚集阳光，再利用光纤把阳光引入到室内或者其他需要照明的地方进行照明，这其中减少了对于电力、热能等转化的过程，使得太阳光有了更大程度上的利用率。其主要方式就是先聚焦太阳光，再通过光纤传送到灯头，然后输出为照明光源。一般整个光导纤维式天然采光日间照明系统是由三个部分组成的，包括了聚光装置———太阳光集光机、导光装置———光导纤维光缆、散射装置———光线投射器。

本文以最常见的光导纤维式天然采光日间照明系统为例，对各个部分进行简单介绍。

其一，集光机。主要作用就是将太阳光收集起来。它是由两个部分组成，一个是聚光组件和太阳光跟踪传感器，主要是利用电动机进行动力驱使，然后用丙烯树脂材料做成覆盖材料;另一个是控制器。首先集光机上面装置的太阳光跟踪传感器对太阳位置进行探测，接着它把信号传递到控制电路上，然后控制驱动相关的电机设备，最后带动集光机转动，实现对太阳的追踪以及对正，保证对太阳光的百分百收集。

其二，光导纤维光缆。它的作用比较简单，就是把集光机收集到的太阳光传送到下一个部分上。较为常见的光纤是由纤芯、内外两个保护层组成的。收集到的阳光通过纤芯往内部传送，同时，包裹材料和纤芯的材料是不同的，能够有效地保证阳光在纤芯中的传递中是“零损耗”的。所以这就要求纤芯材料必须有足够的质量。其中石英光纤对于光线的利用率高达一半以上，是国际上公认的最好的材料。但是由于成本高昂，在现代技术中采用较多的还是塑料和玻璃。

其三，光线照射器。一般经过集光机收集到的光线，经过光纤往出射端传送时，普遍以58度角向外照射。但是这个有一个缺点，就是出光端的亮度极高，而光线散发出来后就变得比较灰暗了。为了改善这一缺点，人们一般会在终端位置安装不同的照射器，不仅能够保持终端稳定，保护终端少受磨损，还可以有效地将光线散开。

二、光导纤维式天然采光日间照明系统的应用

（一）为建筑物无法接受阳光的地方提供光源

近年来，人们不再满足于平行空间的生存，因此建筑物开始逐步向下延伸，并且为了降低成本，无窗化格局也逐步增多，所以在技术上追求高效率，同时也逐步关注了人性化空间的改造。

光导纤维式天然采光日间照明系统就可以满足下沉式、无窗式的空间的照明需求。这种系统所传送的光与太阳光是一样的，可以帮助人们在白天感受到早中晚的变化，能够让人们的生活更加规律化，满足大家对于阳光的需求。同时也能够有效降低能耗。清华大学超低能耗示范楼就能够带给人们这样的体验。

（二）改善室内活动空间的光环境

目前各大城市劳动人群每天超过百分之八十的时间是在室内工作、生活的，大量的室内活动办公空间时刻刻都需要人工电灯泡的照明，而这些人工照射光源无论是照射光色还是照射频率都很难完全达到其对人眼的舒适接受程度。这样下去很容易使得眼睛产生疲倦感，长期以往下去很容易产生眼疾。所以利用光导纤维式天然采光日间照明系统可以有效解决这一问题，让人们获得更好地工作及生活体验。这样不仅能够有效改善室内活动空间的光环境，还可以明显提高工作效率，生活水平。并且人们还不需要担心会出现太阳光长久照射下的硬装、软装等物品出现褪色问题。在夏天，系统产生的光源也不会让空调有额外的负担。更有数据显示，设备开启之后，室内的光环境质量有了明显提升。

（三）享受室内日光浴

上一节谈到的系统能够改善室内光环境，是因为系统在光线导入时已经很好地过滤了紫外线、红外线等有害光线，散播出来的都是安全健康的太阳光。这种形式下的光源能够让人们足不出户地享受日光浴，并且不必担心传统日光浴带来的伤害，对于皮肤、眼睛等有很好的保护作用。所以光导纤维式天然采光日间照明系统现在也被广泛运用到了老年公寓、医院病房、美容院等地方。

（四）室内种植物改善绿色环境

室内大量种植绿色植物，可以呈现出自然绿色的室内环境，能够有效地改善身心健康。目前通过光导纤维式天然采光日间照明系统把室外太阳光直接导入室内，使在整个建筑内部大量种植绿色植物已经成为一种可能。例如，某酒店中庭种植的室内植物在光导纤维式天然采光日间照明系统的照射下茁壮成长，成为了一个“网红”打卡地。

总结

光导纤维式天然采光日间照明系统它是一种新型的绿色照明控制装置，符合相关国家技术要求，同时也能够有效节约资源，保护环境。日前，随着相关产业的逐步深入推广以及相关领域产品的开发，光纤式照明系统也得到了运用。

作者简介：

张泽同（2000—），男，汉族，河南省商丘市人，辽宁省沈阳化工大学2017级环境设计专业在读本科生。

高菁（2000—），女，汉族，辽宁省鞍山市人，辽宁省沈阳化工大学2018级环境设计专业在读本科生。

丁鑫（2000—），女，汉族，辽宁省盘锦市人，辽宁省沈阳化工大学2018级环境设计专业在读本科生。

老师：王思天（1987—），女，汉族，辽宁省沈阳市人，职务：沈阳化工大学环境设计专业教师，职称：沈阳化工大学环境设计专业教师，学历：鲁迅美术学院，硕士研究生，研究方向：室内外景观规划设计。

备注：2020年沈阳化工大学大学生创新创业项目，项目编号：x20201014913

（作者单位：沈阳化工大学）