光导照明系统概述

刘立远

摘 要：本文介绍了光导管照明技术的发展历史及研究现状，阐述了光导管照明系统的基本结构和影响照明效率的因素，分析了光导照明系统的优越性和存在的问题，并指出了该技术的未来发展趋势。

关键词：光导管 自然采光 绿色照明 节能减排

中图分类号：TU88 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0096-01

大自然赐予的自然光是人类最宝贵的财富，它跟其他的能源相比较，其特点是取之不尽，用之不竭，同时它还存在清洁与安全的特点，人类充分的利用自然光能源，不仅可以节约很大的用电量，也可以减少有害气体的排放以及自然资源的消耗问题，当前，在更多的现代建筑上都有利用自然光资源，已经被广泛的应用到各个领域当中。光导管技术则是运用了太阳光资源，使得光导管照明系统可以通过太阳光传递到室内的房间当中，并且还可以传递到不适合采用电光源的易燃易爆的场所，而光导管照明技术是利用太阳光的一种有效方式[1]。

自光导管应用以来，研究学者们就没有对它停止过研究与改进，它最初是源于自来水的联想，最初的研究只是想通过光导管输送人工光，直到20世纪80年代才开始对自然光进行采集。对于现在比较紧张的能源局势来说，使得自然光成为现在光导管技术的主要支持，让它成为现在照明领域中的热点之一。

国外光导管技术的研究和使用相对比较成熟。由于采集太阳光的光导管照明系统结构简单、安装方便、成本较低、照明效果好，因此在国外发展十分迅速，应用也比较广泛，目前国外已经有不少公司具备了生产光导管的能力。目前，我国在光导管的研制和应用领域仍然十分落后，尚不具备大规模生产的能力。主要原因是我国还没有掌握高反射率薄膜的生产工艺，光导管的传输效率有待于进一步提高，在基础理论研究、产品设计和实践操作等方面的工作还很不够，因此在我国光导管技术还没有大规模进入市场[3]。

1 光导照明系统的基本结构

光导照明系统又称自然光照明系统，是通过采光装置聚集室外的自然光并导入系统内部，再经过导光装置传输后，由系统底部的漫射装置把自然光均匀导入到室内需要照明的地方。用光导管采集自然光是现代绿色建筑的一种比较普遍的理念[2]。

光导照明系统主要由三部分组成：采光装置、导光装置和漫射装置[1～2]。

（1）采光装置通常是一个透明的玻璃罩，按照采光方式的不同，可分为主动式和被动式。主动式是通过一个能够跟踪太阳的聚光器采集太阳光，由于聚光器上装置了传感器和反馈装置，可以使聚光器的采光方向总是向着太阳。这种光导管采集太阳光的效果非常好，但是由于聚光器的工艺要求高、造价昂贵，目前很少在建筑中采用[3]。

目前应用得最多的是被动式采光，聚光罩和光导管本身连接在一起。这种类型的光导管主要由聚光罩、防雨板、可调光导管、延伸光导管、密封环、支撑环和散光板等组成。

（2）导光装置也就是光导管，即把采光装置收集的自然光导入到室内的管道，一般为铝制结构，质量较轻。管壁为高反射材料，反射率一般在95%以上，确保了光线传输的高效性和稳定性。光导管可以旋转弯曲来改变导光角度和长度。光导管是光导管可以按形状分为直光导管和弯管两种，弯管可以有不同的弯曲角度，弯曲角度变化范围为0～90°。

（3）漫射装置位于系统底部，是将光导管传输的光线散射到室内，使光线均匀照明的装置，同时可避免眩光现象的发生。

2 影响因素

（1）光导照明系统的照度与光导管内壁材料的反射率高低密切相关，反射率越高，光导管产生的亮度越大。选用高反射率材料制成的光导管，其传输效率也较高，一般情况下光导管的反射率在97%以上，光导管的反射率不宜低于95%，否则利用价值不大。直径有250 mm、330 mm、450 mm、530 mm和750 mm等几种规格。

（2）光导照明系统的效率还与光导管直径的大小和管道的长短有关。光导管直径越大，管道长度越短，系统发光效率越高。

（3）光导管的安装方式和弯转次数对系统的发光效率也有影响，光线在水平光导管内反射次数增加，光损加大，系统发光效率降低，所以水平管道传输不宜超过3.0 m。另外，系统每增加一个弯头，其光效降低10%～15%，所以光导管弯头不宜超过2个。

3 光导照明系统的优点

（1）节能环保：光导管照明最大的优点就是节能。完全采用自然光照明，可以节约20%～30%的建筑用电，并且减少自然资源的消耗和有害气体的排放[1，3]。

（2）有益健康：光导管利用太阳光，室内为漫射自然光，自然光的光谱范围广，无频闪，光线柔和，照度分布均匀，无眩光现象，不会对人眼造成伤害，能够营造舒适的光环境。另外，在聚光罩上敷设防辐射涂层，还可去除有害辐射，起到杀菌和防治多种皮肤病的功效，对人们的身体健康有利[2]。

（3）光导管结构简单、重量轻、耐腐蚀、反射率高，材料可回收利用，安装拆卸简便灵活，无需后期维护，降低了人工维护和设备更新成本。使用寿命长，一般在25年以上。

4 存在问题

（1）光导照明系统只能应用于日间照明，不能储存和转化能量，所以在使用光导照明系统的同时必须采用电力照明措施。电力照明系统宜采用自动控制，在阴雨天照度不足时，自动启动电力照明系统。只有这样，各个系统才能组合构成最佳的节能方案。（2）光导照明系统的照度直接受室外天气的影响，同时也存在地区性的差异。有的地区日照时间比较长，适宜采用光导管照明；有的地区常年光照比较少，应用光导管照明的效果就不是很好。（3）对采光的时段性也有要求：目前应用的光导照明系统几乎全部采用顶部采光，正午时太阳接近直射，其采光率最高，采光效果最好，而在早晚太阳升降时，采光量则不能保证。因此，光导照明系统只能用于一般照明，不能用于对于照度要求恒定的场所及应急照明。（4）光导管的适用问题：在建筑设计的同时需要给光导管预留安装位置，如果建筑已经建好再考虑安装光导管，就会对原有的建筑结构造成一定程度的破坏。另一方面，光导管在传导光线时，照度会随着管路的延长而快速衰减，因此，低层用户的采光率就会大打折扣，这也限制了光导管的使用范围。

5 未来发展趋势

光导管照明技术是利用太阳能的一种方式，属于绿色照明技术，随着人们生活水平的提高和节约建筑能耗的紧迫，该技术在现代建筑中得到了越来越多的应用，有着良好的市场前景。目前，光导管照明技术的研究和应用在国外相对比较成熟，借鉴国外的先进技术和经验，形成我国具有自主知识产权的光导管技术和产品具有重要意义。未来的发展趋势是将光导管和其他建筑技术相结合，将进一步拓宽光导管的应用范围，必将得到更大的发展。

参考文献

[1] 丁力行，欧旭峰，卢海峰，等.光导管技术及其在建筑领域中的应用[J].电气与智能建筑，2010，39（1）：64-67.

[2] 徐登辉，刘志东.光导照明系统的基本原理及使用概况[J].绿色照明，2010，163 （6）：81-84.

[3] 王凡，龙惟定.太阳能光导管采光技术应用现状和发展前景[J].建筑科学，2008，24（8）：109-113.endprint