[发明专利]一种采光装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑用自然光利用设备，具体涉及一种将自然光引入 建筑中的光收集装置。本发明还涉及一种使用光收集装置收集自然光的方 法。

背景技术

根据建筑部2004年颁布的《建筑照明设计标准》（国标 GB/T50033/34-2004）的规定，在我国的建筑设计中应该在可能的情况下： “利用各种导光和反光装置将自然光引入室内；利用太阳能作为照明能 源”。

目前的现有技术中存在收集光进入建筑物内部的技术。例如：中国专 利201652153U公开了一种建筑用主动式自然导光装置，配合使用了定日 镜和反射镜，透过漫射板将阳光通过天窗引入建筑内部。这种系统依赖于 具备二维转动自由度的机械跟踪系统：定日镜，其制作复杂成本较高。此 外这种系统利用了二次曲面配合使用来采集光，同样制作复杂成本较高。 此类采光装置都存在这些缺点，带来制作和成本的问题，商业可行性不高。

现有技术中，还存在光导管系统。光导管系统的工作原理是通过光导 管将阳光从其一端传递到另外一端，从而达到照明等目的。图6是一个典 型的现有竖直光导管的工作原理示意图；

但是，上述光导管系统的缺点是没有聚光功能，占用空间相对较大，在 远距离传输光的时候，系统的性价比低。举例说明，一个直径为300mm 的光导管，其受光面积为0.07平方米，因此其日光照明峰值利用率Wpe 约为500瓦。其中Wpe的定义为在室外日光强度达到峰值1000W/平方米 且日光的照明效率为110流明/平方米的自然条件下，该光导管相当于每 瓦15流明的白炽灯的工作功率数。

具体计算过程为：

Wpe=0.07平方米×1000瓦/平方米×110/15=500瓦

以一个典型光导系统的市场价格5千元为估算基础，以每天使用10 小时计、每年使用效率70%计，则系统每年节约的照明用电量约为1500 千瓦时。按照当前电价计算，投资回报期约为4年。

因此，效率低，商业可行性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采光装置设备，其采用一维自 由度的转动系统，和单个曲面，能够聚集阳光并且投进指定的光收集区域， 从而提高自然光利用效率，同时结构简单，成本低廉，具有较高的商业可 行性。

为达到上述目的，本发明提供了一种采光装置，包括反光曲面、机械 转动装置、电机传动机构、控制单元四个部分。机械转动装置、电机传动 机构和控制单元驱动反光曲面跟踪发光天体的运行轨迹，将自然光聚合后 投向指定的光收集区域。

反光曲面内部具有反光特性。本采光装置中可以只用一个反光曲面来 采集光。在不同的实施例中，反光曲面可以是圆柱面，抛物面或符合抛物 面或环面。

作为本发明的进一步改进，本发明的反光曲面固定于机械转动装置 上，在电机传动装置和控制装置带动下在工作面上绕轴进行旋转。所述反 光曲面关于一经过其母线的平面（称为“对称面”）对称，所述工作面与 所述“对称面”垂直，所述轴为工作面的法线。所述反光曲面将自然光聚 合后投向所述工作面（9）上的光收集区域。

更进一步改进，还包括一个光收集装置，在工作面内放置一光收集装 置的入口，形成入口曲线。入口曲线的特征是其几何中心点在上述法线上。 反光曲面绕法线为轴进行旋转，跟踪发光天体的运行轨迹；其运转运行的 特征是使上述“对称面”始终含发光天体的理论中心点。

入口曲线的形态通常为一个对称封闭的曲线，例如为一个圆或一个 多边形；但也可以是一不封闭的曲线。

反光曲面与工作面的交线构成一抛物线或圆弧，且在工作面内形成 焦点。焦点位于所述入口曲线所围空间的内部或边缘上。

所述光收集区域位于所述入口曲线所围空间的内部或边缘上。

本发明的核心思想是，利用曲面能够聚焦但是焦点始终指向光源的 特点，使曲面跟随光源转动，同时保证焦点落入光收集装置的入口处。

本发明的采光装置可以与光导系统相配合使用，也可以在光导纤维 系统中配合使用。

本发明还涉及一种利用上述单个曲面采光装置进行采光的方法，其采 用能够聚集阳光并且投进指定的光收集区域，从而提高自然光利用效率， 同时结构简单，成本低廉，具有较高的商业可行性。