光导照明技术的原理及应用

马江川 王洪娜

光导照明，是通过光导技术利用室外自然光为室内提供照明的手段，它可以将自然光线引入到传统自然光照明方式难以到达的区域，从而节约照明的能源，也为人类的生产、生活提供方便。光导照明系统主要由采光罩、光导管、漫射器三大部分组成，它的工作原理是，室外采光装置收集室外的自然光线并将其导入系统内部，再经由特殊制作的光导管传输后，由安装于系统另一端的漫射装置把自然光线均匀发散到室内任何需要照明的地方。利用该系统得到的室内照明亮度从黎明到黄昏，甚至是在阴天都十分充足。

那么光导照明技术在生产实践中都有哪些应用呢？

首先，光导照明技术可以在地下空间发挥巨大的价值。地下车库利用光导照明技术解决采光问题，这在国内外已有许多成功案例。由于光源来自于室外的自然光线，地下车库可通过光导照明装置获得柔和、均匀的光照，而其强度还可以根据需要和室外阳光的变化进行智能化的调节。在阴雨天或室外光线不足的时候，电力照明系统会自动启动，使节能和照明达到最佳组合。光导照明系统的采光罩可以和车库上部的构筑物、景观结合设置，安装光导管的采光井也可结合设备管道井布置，以节约成本和空间。

在我国，地下隧道中也越来越多地应用了光导照明技术。为保证隧道中车辆行驶的安全，需要在隧道中设置24小时的照明，而光导照明技术将室外光线折射到隧道之中，可大幅度地节约照明电力。在隧道的出入口部分，常常需要增加光导照明灯具的数量，以提供较高的照度，以减轻司机驶入和驶出隧道时由于光线强弱迅速变化引起的视觉不适。

图1 SunCurve的产品外观

图2 SunCurve产品的应用

除了地下空间，光导照明系统在学校和生产、办公建筑中也大显身手。研究表明，相对于人工照明，人们在自然光条件的工作、学习的效率会明显提高，疲劳感明显降低。在学校或工厂里，光导照明技术可将光线引入到自然光难以直接射入的区域，使得在这些区域工作的人们也可以享受到自然光的恩惠。值得一提的是，全球最大屋顶窗户生产企业丹麦威卢克斯公司生产了一种名为SunCurve的日光高效采集系统，它能高效地收集日光，并捕获更多的低角度入射光，再将光线进行柔化处理，将自然光转化为高质量的光源，送入室内。（图1，图2）

研究人员还开始将建筑通风系统和光导照明系统进行整合，在提升室内照明舒适度的同时引入新鲜空气，提高室内通风效率，这更加有利于人们的身心健康。

传统的光导照明系统只能作用于白天，而如果它与太阳能光伏发电装置相结合，白天利用自然光线、夜间使用存储电力进行照明，就能大大降低照明的能耗，节约建筑使用成本。在当今环保节能的大趋势下，两者的结合应用，必将有巨大的发展空间。

光导照明系统也可以成为室外景观的一部分，营造特殊的艺术效果。在夜晚，室内的灯光通过光导照明装置逆向反射，可形成美妙的景观。英国的灯光艺术家布鲁斯·蒙罗（Bruce Munro）于2011在英国赫尔本（Holburne）博物馆广场上设计的景观艺术作品，就是利用了这个原理，利用上千个球状采光罩和光导纤维创造出童话般的梦幻效果。夜幕来临之际，参观的人们恍若置身银河之中（图3）。

图3英国的灯光艺术家布鲁斯·蒙罗的光导景观艺术

在当今世界能源消耗巨大，环境污染日趋严重的情况下，建筑的可持续发展显得尤为重要。如何在降低建筑运行的成本、提高能源使用的效益，是我们面临的重要课题。光导照明技术将清洁环保的自然光引入室内，可以节约能源并改善建筑空间的采光质量；它与太阳能光伏发电技术、楼宇通风设备的结合，更有利于提高人们的生活、工作环境的品质，发挥巨大的生态和经济效益。

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