摘要：
天然光是一种取之不尽，用之不竭的绿色能源，集光照明技术的出现为人类合理利用天然光资源开辟出新的途径，集光照明聚集天然光，是一种健康、环保的绿色照明。随着人们对能源使用的不断增长，清洁能源、天然光会越来越多地被利用。因此，天然光的利用是未来发展的必然趋势。 关键词： 天然光 能源 趋势
一、研究背景
随着资源的缺乏，能源价格不断上涨，各国各地节能减排政策陆续出台，加上人们环保意识加强，节能环保逐渐成为我们关注的问题。一种新型的完全依靠自然光来照亮房间的技术-天然光自动采集导光照明系统应运而生。
国际上，日本有天然光采光—导光系统，但该系统利用光纤导光，光通量较小，只能小范围照明，而且造价很高，大面积使用投资巨大。美国、加拿大油光导管的应用，但仅限于人工光源，没有采用天然光。前苏联有天然光采光的报道，但不成熟。国内还未见应用报道。
二、研究现状
随着我国经济的快速发展,能源和环境问题日益突出,节能和环保成为当前的热点问题。统计表明我国照明用电约占全国总用电量的12%,2004年北京市照明用电为49亿千瓦小时, 也占到全市用电总量的11%。为满足用电的需求而燃烧的大量化石燃料使得温室气体的排放量急剧增加。天然光是一种取之不尽,用之不竭的绿色能源。合理使用天然采光技术,可以减少大量的照明用电和温室气体的排放,缓解能源及环境危机。
传统的采光, 是利用窗户等采光构件直接将天然光引入到室内。对于地下浅层的建筑,可以直接利用采光天窗、采光天井或者采光罩对地下室进行照明。为了节约照明用电和改善地下或无窗建筑的室内光环境, 国外很早就开展了天然导光技术方面的研究。
本课题与以往的自然光导光照明所不同的地方有：
1、该系统带有自动扫描定位跟踪功能，在太阳时有时无的情况下，光学系统的光轴也能对准太阳。
2、该系统有自动保护装置系统，在天气恶劣的条件下不被损坏。 3、加入计算机通信与控制系统。
三、关键问题及解决方案
1、光学与光导系统
导光系统可以有多种形式, 采用不同的方式采集和传输天然光。 光学系统可以采用反射和透射系统，反射系统可以用铝制金属，由于成本问题，本课题采用透射系统。利用大口经菲涅尔远摄系统，将直射的太阳光通过菲涅尔透镜以恰当的出射孔径射入中转导光系统。
中转导光管采用柔性的玻璃光缆，便于将来自于菲涅尔透镜组的光线引入到后续固定的导光系统。
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导光管系统主要由集光器或发光装置、导光管、以及照明器三部分组成。根据集光器工作原理的不同, 可以分为两大类: 被动式和主动式。 2、太阳位置和光强扫描测定系统
由于天气原因，太阳的位置和光强也是时刻在变化的。只有当导光管的光轴对准太阳，才能最大限度的获取能量。
本系统中，利用PSD光敏传感器测定太阳位置，然后由微机和步进马达组成的调整机构及时调整检测系统的位置，并利用绝对式光电编码输出当时位置的绝对量，再传送到各个具有二个自由度旋转的光学系统，保证光学系统光轴对准太阳。当捕捉不到太阳时，测定系统就会定时从左到右180度扫描，扫描宽度为60度，知道捕捉到太阳为止。 3、计算机通信与控制系统
如果要人工采集数据计算然后再做出控制，那么这个系统所需要花费的人力物力就扩大很多。只要在该系统装上光控系统和通讯系统，便于管理人员随时监测数据，必要时可以人工控制。当引入的光强小于一定强度时，便自动开启电灯。
四、讨论与展望
尽管导光管在天然光照明中有许多优点,但在使用过程中也存在着一些有待解决的问题。这些问题主要包括:
(1) 导光管与建筑之间的结合形式。由于导光管照明是近几年刚刚兴起的一种天然光照明方式,尚处于探索阶段,离大规模普及还有许多工作要做。因此,建筑师在设计建筑物时还不可能考虑到将导光管与建筑物之间进行融洽的结合,这就要求导光管照明系统的设计者要对这一问题进行考虑,尽可能使应用导光管照明系统的同时,又不影响建筑的美观和功能。应尽量利用天棚、通风系统等位置进行布置,在不影响导光管功能的前提下,根据不同的情况采用不同截面形状的导光管(如矩形、圆形或楔形等) 。 (2) 导光管的隔声隔热问题。由于导光管的采光口直接与外界相通,并且目前应用的导光管多为金属内壁涂覆反射膜制成的,隔声性能比较差,这就有可能使室内原有的声环境受到破坏。另外,导光管将光线引入室内的同时,也将热量带入室内,如何使多余的热量不影响人们的正常生活和工作也是一个有待解决的问题。葡萄牙波儿图大学的研究人员设计的通风/ 导光管结合系统也许是解决这一问题的一个有益的启示。
(3) 导光管照明系统的传输效率还有待于进一步提高。一般来说,导光管照明系统的总效率取决于聚光系统的效率和传光系统的效率。目前应用的导光管照明系统的效率一般不超过30 % ,相对来说不是很高。相信随着导光管技术的发展,这一问题也将迎刃而解。
总的来说,利用导光管进行天然光照明有着极大的发展潜力。它不但能节约能源,具有显著的经济效益 ,而且更重要的是,利用导光管进行天然光照明,将极大的改善人们的工作和生活环境,有益于人们的身心健康,由此产生的社会效益是巨大的。利用导光管在建筑中进行天然光照明,具有传输距离远、照射面积大等优点,不但能够节约能源,而且能够改善室内的工作和生活环境,有益于人体的身心健康,是一种比较理想的天然光照明方式,具有极好的应用前景。
参考文献
1. 杨永才，“光电信息技术”，东华大学出版社
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2. 李伟,王爱英，“导光管在天然光照明中的应用前景探讨” 天津大学建筑学
院,300072
3. 李炳华，“天然光利用的技术要求”，建筑电气，2007年第四期
4. 罗涛，林若慈，“天然光导光系统分类及全年采光动态模拟” 中国建筑科
学研究院建筑物理研究所
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