黃康民　趙永東　王進(jìn)

摘 要： 進(jìn)入21世紀(jì)以來，一次化石能源的大量燃燒使用引發(fā)了大量討論，其導(dǎo)致的溫室氣體排放、大氣污染都是全球性挑戰(zhàn)。隨著世界范圍內(nèi)的節(jié)能減排浪潮席卷而來，我國傳統(tǒng)耗能行業(yè)尤其照明行業(yè)迎來了轉(zhuǎn)型的絕佳機遇。導(dǎo)光管照明是一種利用太陽光的室內(nèi)照明，既能減少電能消耗，又不污染環(huán)境，屬于綠色照明范疇，是理想的開發(fā)項目。本文主要介紹導(dǎo)光管照明的結(jié)構(gòu)原理及未來展望。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)光管照明系統(tǒng) 太陽光 節(jié)能特點 發(fā)展形勢一、引言

目前，我國照明用電大約占總發(fā)電量的15%左右，年照明耗電達(dá)3280.5億度。照明用電量隨社會發(fā)展進(jìn)步不斷擴大，所以電力投資會持續(xù)增加。不僅會牽制國民經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展，傳統(tǒng)火電還可能對環(huán)境造成污染。

導(dǎo)光管照明系統(tǒng)能兼顧這些問題并給出一個相對完善的解決方案。導(dǎo)光管照明技術(shù)在國外已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，廣泛用于解決工廠、學(xué)校、醫(yī)院、商場超市、體育場館等建筑的白天陰暗房間、地下室或地下車庫的輔助照明問題，而且其屬于自然光轉(zhuǎn)換照明，極大地減少了電力消耗，非常符合綠色節(jié)能建筑的設(shè)計建造要求。

二、導(dǎo)光管照明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理

導(dǎo)光管采光可分為主動式采光和被動式采光兩種，這里重點介紹被動式采光方式。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)主要由采光裝置、導(dǎo)光裝置和漫射裝置三部分組成。采光裝置由經(jīng)特殊工藝加工的PC材料制成，可以隔絕大部分紫外線，避免對使用者的傷害，通常安裝于建筑圍護結(jié)構(gòu)外部，如室外樓頂或室外墻體的側(cè)面，能高效采集室外太陽光。采光罩所用弧線和折邊形設(shè)計還能幫助低射角光線折射進(jìn)入系統(tǒng)，使實際采光面積大于采光罩表面積，賦予其可觀的耐久性和抗沖擊能力。

導(dǎo)光裝置即導(dǎo)光管，是將采光裝置收集的自太陽光引入室內(nèi)的管道，即導(dǎo)光管照明系統(tǒng)的核心部分。可以旋轉(zhuǎn)彎曲管道改變其射光角度和長度，彎曲角度的變化范圍為0～90°，內(nèi)壁材料為高反射材料，且附著在內(nèi)壁的五層膜材料提高了光經(jīng)過多次反射的穩(wěn)定性，降低了損耗，其對光的全反射率達(dá)98%。導(dǎo)光管的特點是重量輕、穩(wěn)定性好、光損耗率低。光在導(dǎo)光管內(nèi)經(jīng)過多次反射，再由系統(tǒng)底部的漫射裝置把太陽光均勻地照射到室內(nèi)。

漫射裝置同樣由PC材料或聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，同樣具有極好的透光性、漫射均勻性、不易著火且離火自熄，能避免眩光現(xiàn)象。漫射器外形種類豐富，可制成不同形式，如鉆石型、圓型、方型等。最重要的是其透光率可以自由調(diào)節(jié)，不僅可以避免傳統(tǒng)照明燈光強度不能自由調(diào)節(jié)的尷尬，更貼合人性化設(shè)計要求。除基本結(jié)構(gòu)外，還有防雨裝置、密封裝飾套圈、密封圈、連接器等輔助配件。

導(dǎo)光管照明系統(tǒng)原理是利用采光罩高效引入太陽光并導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重新分配，經(jīng)過由特殊工藝制作而成的導(dǎo)光管反射后通過系統(tǒng)底部的漫射裝置把太陽光均勻地分配到任何需要光線又不便直接對外采光的室內(nèi)空間。

三、導(dǎo)光管照明的優(yōu)點

實驗證明提供相同照度的情況下，太陽光帶來的熱量遠(yuǎn)少于人工光源的發(fā)熱量。所以，如果以太陽光取代部分人工光源照明，可以顯著減少空調(diào)負(fù)荷達(dá)到節(jié)能減排的目的。建筑用傳統(tǒng)門窗采光主要通過門、窗等透光媒介，但門窗無法完全解決大進(jìn)深房間的采光問題，而且對光線的強度和角度難以控制，其本身受到窗地比的限制，導(dǎo)光管照明則具有獨特的優(yōu)勢，例如：在部分或條件允許的情況下取代白天傳統(tǒng)高耗電照明，充分提供十小時自然光照，低能耗，節(jié)約電力且極少需要保養(yǎng)。系統(tǒng)照明光來自太陽光，采光柔和、均勻，光強可以根據(jù)需要實時調(diào)節(jié)，無眩光、無污染，并且采光罩表面的特殊涂層濾除有害輻射如紫外線等，盡可能保護使用者健康。且導(dǎo)光管照明系統(tǒng)所用材質(zhì)均為綠色產(chǎn)品，無毒無害。其最實用的優(yōu)點是無需配帶附屬電子設(shè)備和纏繞的導(dǎo)線，因而消除了線路老化可能帶來的安全隱患，且全系統(tǒng)具有防水、防火及防紫外線等性能。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)外形靈活優(yōu)美，既可以單獨進(jìn)行外形設(shè)計又可以結(jié)合室內(nèi)外裝飾得以豐富建筑表皮，成為一種建筑語匯，加上陽光豐富的色彩，凸顯建筑的材質(zhì)感，將該系統(tǒng)融入建筑而不僅將其作為單獨的照明措施，這是傳統(tǒng)高耗能照明無法做到的。

經(jīng)濟方面以采用導(dǎo)光管照明的某地鐵站臺為例。站廳層的需照明面積為1400m2，單位耗電量為12W/m2，依非民用電價0.9元/kWh，那一年日間照明總用電費約為6.1萬，相關(guān)配電設(shè)備清潔費為1萬元/年，保養(yǎng)費為1.8萬元/年。所以傳統(tǒng)高耗電照明系統(tǒng)一年的運行費用約為6.1+1+1.8=8.9萬。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)在白天平均每天采光照明10h左右，該車站24套導(dǎo)光管照明系統(tǒng)投入資金為35萬，導(dǎo)光管照明比傳統(tǒng)高耗能照明年度總節(jié)約費用為4.5萬，照明工程投資回收期為8年。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)的使用壽命至少為25年，所以阻礙導(dǎo)光管照明系統(tǒng)推廣使用的只有起步投資問題，不過它應(yīng)用范圍越大，經(jīng)濟回收期越短，綜合價值越高。

由此可見導(dǎo)光管照明在節(jié)能減排方面顯然更具備市場經(jīng)濟追求的綜合效益，擁有廣闊的發(fā)展前景。未來導(dǎo)光管照明的發(fā)展方向?qū)⒏鼉A向于結(jié)合各種建筑環(huán)境技術(shù)，為建筑節(jié)能減排和改善室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)發(fā)揮群體聯(lián)動作用。開發(fā)結(jié)合氣流過濾裝置的導(dǎo)光管照明系統(tǒng)甚至可以進(jìn)一步拓寬導(dǎo)光管照明的應(yīng)用范圍，對提升建筑的生態(tài)價值有著重要作用。

四、導(dǎo)光管照明的使用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

在導(dǎo)光管照明出現(xiàn)前，大型廠房多用天窗采光，但天窗采光會產(chǎn)生局部聚光，而導(dǎo)光管照明效果不會因光線射入角的變化而改變，且輻射面積大，出射光線均勻，不會產(chǎn)生局部聚光。采光天窗受室內(nèi)吊頂結(jié)構(gòu)及光線傳輸距離的限制，采光面積不會太大，并且安裝繁瑣、防水工序復(fù)雜，而導(dǎo)光管照明針對不同屋面有不同安裝方法及相應(yīng)防水處理工藝，不受室內(nèi)吊頂結(jié)構(gòu)等的影響。在光線傳輸方面，小孔徑導(dǎo)光管照明光線傳輸距離可達(dá)10m左右，大孔徑導(dǎo)光管照明光線傳輸距離可達(dá)20m以上，還可以使用彎管，使系統(tǒng)的安裝更便捷，適應(yīng)性更強，一些短距離導(dǎo)光管甚至可以采用全金屬涂層。近年來，導(dǎo)光管照明系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，并且在國外得到大力推廣。目前，國外有很多公司生產(chǎn)此類產(chǎn)品，如蒙諾加特公司，其產(chǎn)品廣泛出現(xiàn)在各種場合，如大型體育場館和公共建筑及辦公樓、商店、白天陰暗的地下室、地下車庫等建筑中。

近幾年，國務(wù)院出臺了一系列關(guān)于建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，提出政府將強化新建建筑執(zhí)行能耗限額標(biāo)準(zhǔn)全過程監(jiān)督管理，對達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的建筑不予辦理開工和竣工驗收備案手續(xù)，不準(zhǔn)銷售使用。在節(jié)能大棒的指揮下，具有巨大節(jié)能減排作用的導(dǎo)光管照明系統(tǒng)將大大發(fā)揮作用。

五、光導(dǎo)照明的未來發(fā)展

導(dǎo)光管照明自出現(xiàn)以來，人們始終致力于對它的改進(jìn)和完善，最初人們研究導(dǎo)光管是為了傳輸燈光，到了上世紀(jì)80年代以后才開始研究采集太陽光的導(dǎo)光管系統(tǒng)。由于采集太陽光的導(dǎo)光管照明系統(tǒng)安裝便捷、成本較低、性價比極高、實際應(yīng)用效果很好，因此在國外推廣十分迅速。

我國導(dǎo)光管照明技術(shù)是劉志東先生于2004年引進(jìn)自英國的，該項技術(shù)首次登陸中國大陸市場，引發(fā)了國內(nèi)市場的轟動。目前我國在導(dǎo)光管研制和應(yīng)用領(lǐng)域仍處于落后地位，但相比傳統(tǒng)高耗能照明，導(dǎo)光管照明存在得天獨厚的優(yōu)勢，因此擁有廣闊的發(fā)展舞臺和后發(fā)優(yōu)勢。

導(dǎo)光管照明近年來在國內(nèi)推廣速度加快，國內(nèi)很多大型公共設(shè)施均有采用，如北京奧運會場館、上海世博會場館等。甚至有業(yè)內(nèi)人士稱，導(dǎo)光管照明會像光伏產(chǎn)業(yè)一樣獲得國家政策扶持，導(dǎo)光管照明將成為節(jié)能照明行業(yè)新的領(lǐng)軍產(chǎn)品。

太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色能源。與傳統(tǒng)方式相比，導(dǎo)光管采光系統(tǒng)在改善光環(huán)境方面有著自身優(yōu)勢，在國家節(jié)能減排舞臺上一定能大放光彩，同時給建筑師更大選擇余地以自由發(fā)揮，對節(jié)能減排、降低碳排放將發(fā)揮積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hollow light guide technology and application.CIE164：2005

[2]韋課常.電氣照明技術(shù)基礎(chǔ)與設(shè)計.電力工業(yè)出版社，1980.

[3]劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理.第十屆中國科協(xié)年會光伏技術(shù)與照明節(jié)能技術(shù)論壇論文集.

[4]徐登輝，劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本原理.智能建筑與城市信息，2010，VOL6（163），及使用概況.

基金項目：鹽城工學(xué)院大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目（項目編號：129）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技計劃項目（2014-K1-050）。