用于导光管采光系统的散光器及使用该散光器的采光系统的制作方法

本发明涉及一种用于导光管采光系统的散光器，以及使用该散光器的采光系统。

背景技术

日光导光管采光系统，是一套采集天然光，并经导光管传输到室内，进行天然光照明的采光系统。通常由采光罩、导光管和散光片组成。由于节能、环保，将导光管采光系统用于建筑采光照明已经得到广泛应用。

在将导光管实际应用于建筑室内照明时，国家标准、行业标准或建筑要求会对于室内照明的照度值有一定的要求。例如根据《建筑照明设计标准》gb50034-2013，要求地铁站厅(高档)照度标准值为200(lux)；而对应于地下停车场的照度标准值则被规定为30lux。导光管采光系统在用于室内照明时，在单位面积的照度值需达到一定的标准。单位导光管利用自然光提供的满足照度值要求的照明面积越大，采光效率就越高。

由于在导光管采光系统中，导光管出光口正下方是光通量集中的区域，此处亮度最大,其他区域的光通量即亮度随着与出光口距离的增加而迅速递减，因此满足照度值标准的照明区域受限。

此外，由于室外自然光在白昼时段可能包括天空散射光和日光直射光，自然光的强度收到天气情况的直接影响。例如在天气晴朗的情况下，直射日光成分大，出光口很亮，而在阴天，直射光成分为零，导光管则将均匀的天空散射光传导入室内。又如，在天空晴朗的正午时分，室内仅导光管出口正下方直射光可及的局部区域亮度提高，而其他区域并未受益，所以室内满足照度值标准的照明面积并未因天气晴好带来输入功率的提高而显著提升，需要启动电灯照明的区域并未减少，导光管输出的照明功率没有得到有效利用，单位区域内导光管采光照明效率不高。

以现有的530mm直径的系统为例，受室外天气情况影响，虽然其实际能够供给室内照明的功率为200-1000瓦，但是为了满足建筑照度值标准达到稳定照明的要求，其在实际应用中被广大建筑设计院按照200瓦的照明功率进行使用，导致其高于200瓦以上的功率被忽略。具体地，在530mm直径的导光管系统中，利用天空散射光能够提供的功率为200-400瓦，而其利用日光直射光提供的照明功率为0-600瓦，合起来为200-1000瓦。

为了在满足采光照度值要求的情况下扩大的导光管照明系统的实际照明面积，现有技术一般采取在导光管出口处设置散光片的方法。

图1为根据现有技术安装在地下停车场的导光管采光系统的示例。室外的天空散射光和日光直射光通过采光罩2进入导光管1，导光管1从室外穿过覆土层进入后室内，将光线导入室内，在导光管1的出光口7处设置一个圆盘状的散光片6，该散光片采用具有一定雾度的透光材料，例如是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或聚乙烯(pe)及聚碳酸酯(pc)制成，入射的光通过此散光片，降低出光口正下方的亮度，同时使得出光口处的光线通过散光片6被折射，使得一定面积范围内的照射区域内光线强度相对均匀，从而在该面积范围内满足室内照度值的标准，达到一定的匀光效果。但是显然，只是在原有光照区域内将光通量进行均匀分布，并没有是光照区域扩大。

图2显示了与图1相对应的现有技术的导光管采光系统所输出的光在标准天空下的照度曲线。该照度曲线显示是在标准天空下，也就是阴天天空散射光情况下，照度为20000lux时，导光管的光输出的状态。图2纵轴为照度值，单位lux，横轴为与出光口的距离，单位为毫米，其中横轴中0表示出光口。从图2可以看出，出光口的照度值为180lux，以出光口为中心向外径向照度值迅速降低，在距离出光口半径为2500mm的范围内很快衰减到30lux。可见，该系统在出光口处相对非常明亮，而小半径范围内已经无法满足建筑内照明的照度要求了。

此外，图1所示的现有技术的导光管采光系统在传输日光时包括天空散射光和日光直射光，但是没有有效加以利用。以530mm直径的系统为例，为了建筑的照度值的要求，一般被设计按照200瓦的照明功率进行使用。但是该导光管采光系统在晴朗天气里能够实际供给室内的照明功率为200-1000瓦，但是在现有的导光管采光系统中，晴朗天气里高于200瓦以上的功率被忽略，致使采光系统中采光效率不高。

天空散射光和日光直射光的特性截然不同。现有的导光管可以对天空散射光进行传输，但是对于日光直射光完全忽略。天空光的特性是，其为均匀稳定的散射光，光线在空间中各个方向的强度是相同的。太阳直射光的特性是其方向性强。现有的导光管系统能够适用于均匀的散射光，但是却无法对方向性强的直射光善加利用。

图3显示了与图1相对应的现有技术的导光管系统所输出的光在夏季晴天下的照度曲线。该照度曲线显示室外照度为80000lux时，一个现有技术的导光管的光输出的状态。图3纵轴为照度值的对数刻度体现，单位lux，横轴为与出光口的距离，单位为毫米，其中横轴中0出表示出光口。从图3可以看出，出光口的照度值为接近360lux，但是以出光口为中心向外径向照度值迅速降低，在距离出光口半径为5500mm的范围内很快衰减到30lux。可见，该系统在出光口处过于明亮，造成浪费和炫光，而小半径内已经无法满足建筑内照明的照度要求了。

总之，该现有技术的导光管系统无法解决显著提高导光管系统的照明面积从而提高采光效率的问题，也没有考虑到利用不同天气条件下导光管系统的采光条件提高采光效率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，在满足建筑一定照度值要求的情况下，显著扩大导光管系统的实际照明面积，提高日光的利用率，从而提高采光效率，本发明提供了一种导光管散光器：包括

第一反光体，所述第一反光体的反光面朝向所述导光管出光口。这样，可以将相当大一部分本来会直接落在导光管出光口正对方向的光转移至他处，使出光口正下方的光通量减少，亮度降低；而周边区域的光通量增加，亮度提高；起到减少并均衡此方向光强的作用，并扩大照明面积；和

第二反光体，所述第二反光体至少有一个反光面朝向第一反光体，其中所述第一反光体被设置为将相当一部分从导光管出光口出射的光反射至所述第二反光体上，并由所述第二反光体反射至所需被照射或照明的区域。从而将导光管正下方的集中光通量被转移至远处，有效的扩大照射面积，提高采光效率。

优选地，该散光器还包括第三反体，该第三反光体至少有一个反光面，并且该第三反光体位于第一反光体和第二反光体之间。来自导光管出光口的光可以部分照射在第三反光体上，并被转向至需要被照射或照明的区域，以便进一步将导光管正下方的集中光通量被转移至远处，有效的扩大照射面积，提高采光效率。

优选地，所述第一反光体、第二反光体和/或第三反光体的形态和/或位置被设置为可调整。所述各反光体之间的形态和/或位置根据不同天气情况下进入导光管内天空散射光和日光直射光，而进行调整。例如，当天气晴朗时，改变第三反光体的位置和朝向，以便第三反光体可以将出光口处的光转向至第二反光体，从而将日光直射光引入离出光口更远的区域，实现更大的照射面积，提高采光效率。而在阴天，则使第三反光体靠近第二反光体，使得第一和第三反光体能够更好的将天空散射光转向至室内。

优选地，该散光器还包括透光防尘面,以便使整个系统利于维护。

优选地，所述透光防尘面可以与所述第一反光体、第二反光体和/或第三反光体中的至少一个相接合，形成对导光管出光口的封闭。

优选地，所述透光防尘面为透明或部分透明的。

优选的，所述第一反光体为尖顶或平顶的锥形或抛物面形、三角体、半柱面、半长方体面、或半多边体的外表面。

优选地，所述第二反光体为平顶的锥面、半圆形、矩形或多边不规则形状、抛物面形，或顶或底开口的四边立方梯形、正立方形、长立方形、多边立方梯形；或半球形、半柱面形；

优选地，第一反光体可被构造成连接体并可开合。

优选地，第一反光体连接体被构造成能绕连接体的轴线旋转。

优选地，第二反光体可被构造成连接体并可开合。

优选地，第二反光体连接体被构造成能绕连接体的轴线旋转。

优选地，所述第三反光体为平顶的锥形、半圆形、矩形或多边不规则形状、抛物面形，或顶或底开口的四边立方梯形、正立方形、长立方形、多边立方梯形；或半球形、半柱面形；

优选地，所述第三反光体可被构造成连接体并可开合。进一步改进地，构造为连接体的第三反光体被构造成能绕连接体的轴线旋转。

本发明还涉及根据本发明的导光管散光器在光导管采光系统中的应用。

在一套采光系统，包括一个以上如权利要求1所述的导光管散光器，以实现建筑空间内的有效照明。

优选地，在所述采光系统中还可以包括人工光源；在所述导光管散光器上或周边设置光传感器，根据所述光传感器感知的光强，控制人工光源的亮度和反光面的位置和姿态。以便使自然采光效率最大化，节约人工光源消耗。

本发明的有益效果在于：使用该散光器的导光管，其出光口正下方的光通量减少，亮度降低；而周边区域的光通量增加，亮度显著提高；此外，通过设置各反光体的位置，达到最大化利用不同天气情况下天空散射光和日光直射光的效果。即当气候条件是阴天为主时，散光器具备更适合传导天空散射光的形态，而当气候条件是晴天为主时，散光器具备更适合传导太阳直射光的形态。因此本系统可以兼顾阴天和晴天状态下的系统需求，最大化地利用太阳能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1:现有技术中装在地下停车场的一套导光管提供照明的示意图

图2:现有技术导光管及散光器在阴天时的室内照度曲线

图3:现有技术导光管及散光器在晴天下的室内照度曲线

图4：本发明的一个实施例在阴天时的工作原理示意图

图5：本发明的另外一个优选的实施例的工作原理示意图

图6：本发明的一个实施例在阴天时的工作原理示意图

图7:使用本发明的导光管所输出的亮度曲线图(标准天空下)

图8：本发明所述散光器的一个实施例在晴天时的工作原理示意图

图9:使用本发明的导光管所输出的亮度曲线图(晴朗天空下)

图10:图6和图8中所示实施例的各部分分解立体示意图

图11：本发明一个含防尘面的优选实施例的工作原理示意图

图12:本发明一个优选实施例的各部分分解立体示意图

图13：本发明另一个含防尘面的优选实施例的结构示意图

图14:图13中所示实施例的各部分分解立体示意图

图15：应用本发明所述散光器的又一个导光管实施例的示意图

图16:图15中所示实施例的各部分分解立体示意图

图17：应用本发明所述散光器的再一个导光管实施例的示意图

图18:图17中所示实施例的各部分分解立体示意图

图19：应用本发明所述散光器的另外一个导光管实施例的示意图

图20:图19中所示实施例的各部分分解立体示意图

具体实施方式

现有技术的最大缺陷是它们无法把天空散射光(标准天空下的光是天空散射光)在导光管出口处进行定向配置，导致实际上的对太阳能的浪费，提高了导光管设备的投资成本。

如图4所示，为根据本发明的一个实施例所述的导光管1及其安装在光导管出光口7的散光器6。导光管1的散光器6由第一反光体3、第二反光体4组成。所述导光管散光器6安装在导光管1的末端。第一反光体3的一个反光面朝向导光管出光口；第二反光体4的一个反光面朝向被照射区域。第一反光体3被设置为将相当一部分从导光管出光口7出射的光反射至所述第二反光体4上，并由后者反射至所需被照射或照明的区域。从而将导光管正下方的集中光通量被转移至远处，有效的扩大照射面积，提高采光效率。

如图4中所示，四面八方的天空光射向了采光罩1；而其中一个方向的散射光的行进路径被图中被追踪并表达出来。如图所示，第一反光体3被设置为将若干缕从导光管出光口出射的散射光反射至第二反光体4上，并由第二反光体4将这些天空光转移至他处。该发明实例适用的典型安装场合是建筑北侧广场并且其下设置有地下停车场。在这种场合下安装的光导管系统绝大部分时间接受不到太阳光，所以设置一个第一反光体和一个第二反光体就足以提升照射面积，达到提升太阳能利用率的目的。

本发明所提技术方案能够在阴天状态下将天空散射光最大限度地扩散至距离导光管系统出光口较远的区域；而且在晴天状态下将直射日光传输到室内距离导光管出光口更远的区域，并且系统结构不影响其在阴天状态下对天空散射光的传输。

图5是根据本发明的另外一个优选的实施例的工作原理示意图。

如图5所示，1是导光管，2是采光罩，3是第一反光体，4是第二反光体，5是第三反光体。其中第二反光体4含有朝上和朝下的两个光反射面，而第三反光体5含一个朝下的光反射面。所述导光管散光器安装在导光管1的出口7处。所述第一反光体3位于导光管发光口前方；所述第三反光体5的位置能够调整；所述第三反光体5被设置在第一反光体3和第二反光体4之间；所述第一反光体3、第二反光体4和第三反光体5可以为同轴。

如图6所示是本发明的一个实施例在阴天时的工作原理示意图。在阴天状态下，第三反光体5的位置被设置成与第二反光体4的位置临近，因此第三反光体5的上表面和第二反光体4的下表面相互覆盖，令第二反光体4的实际作用消失。所以此时，从导光管出口处发射的散射光，其向下的光线被第一反光体3反射到第三反光体5的下表面上，并且被后者转向远处。这样，导光管正下方的光通量被转移至远处，有效地扩大了照射面积，解决了现有导光管无法充分利用太阳能，设备投资利用率不高的问题。

图7显示了根据图6中所示的光导管散光器，在阴天(即标准天空)状态下，达到30lux的照明面积的半径为3300mm，面积为34平方米，是现有技术所对应有效面积18平方米(图2中显示的半径为约2400mm)的189％，实现了89％的效率提升。解决现有系统在阴天状态下的缺陷。

如图8所示是图6所示的导光管散光器在晴天状态下的示意图，第三反光体5的位置被设置成与第一反光体3的位置临近，因此第二反光体4和第三反光体5之间拉开了距离，令第二反光体4的反光作用得以实现。此时，从导光管出口处7发射的部分直射光，被第一反光体3和第三反光体5转移到第二反光体4上，并且被后者转向远处；同时从导光管出口处7发射的部分散射光，仍被第一反光体3转移到第二反光体4上，并且被后者转向相对较远处。这样，相当一部分导光管正下方的直射光和散射光光通量被转移至远处，有效地扩大了照射面积，解决了现有导光管无法充分利用太阳能，设备投资利用率不高的问题。解决现有系统在晴天状态下的缺陷。

图9显示了本发明图8所示的实施例在晴天状态下，其达到30lux的照明面积的半径为7000mm，面积为153平方米，是现有技术所对应有效面积95平方米(图3中显示的半径为约5500mm)的162％，实现了62％的效率提升。

图10是图7和图8中所示实施例的各部分分解3d示意图。

所以，本发明显著增加了导光管系统的照明面积从而提高采光效率，令导光管系统在不同天气条件下的太阳能利用率显著提高。因此，本发明有效解决了传统导光管系统的一个发展难题。

如图11所示，本发明的一个含防尘面的优选实施例中，第一反光体3与透光防尘面8、第二反光体4连接，形成对导光管1出光口7的封闭。

防尘罩与反光体及出光口和/或光导管形成的封闭有利于保护导光管装置。

图12是图11中所示实施例的各部分分解立体示意图。如图12中所示，在该实施例中，透光防尘面的形状是一个环状的倒平顶圆锥形，且其底与第一反光体的底无缝衔接，连成一体；其顶与第二反光体的底无缝衔接，连成一体。第一反光体、第二反光体和透光防尘面形成一个闭合的空间。

图13是应用本发明所述散光器的另一个导光管实施例。图13所示实施例与图11所述实施例的区别在于透光防尘面的形状变化，即其自身形成闭合，并将第一反光体3包含于其内。

图14是图13中所示实施例的各部分分解立体示意图。如图14中所示，本实施例与图11中所述实施例的区别在于透光防尘面的形状。本实施例中的透光防尘面8为一个上端开口的圆柱面形。圆柱面形的顶与第二反光体4的底无缝衔接，形成一个闭合空间；而圆柱面形的底将第一反光体3包含进这个闭合空间中。

图15是应用本发明所述散光器的又一个导光管实施例。图15所示实施例与图13所述实施例的区别在于第一反光体3的形状变化，即在本实施例中，第一反光体3为一个沿着中线对折的圆形蝶翼状折面。图16是图15中所示实施例的各部分分解立体示意图。如图16中所示，本实施例与图13中所述实施例的区别在于第一反光体3的形状为一个圆形蝶翼状折面，而图13中第一反光体为一个锥面(详见图14)。

图17是应用本发明所述散光器的又一个导光管实施例。图17所示实施例与图15所述实施例的区别有三。其一在于第一反光体3的形状变化，即在本实施例中，第一反光体3为一个沿着中线对折的矩形折面；其二在于第二反光体的4形状变化，即在本实施例中，第二反光体4为一个四边立方梯形体(类似于一个平顶的金字塔型)；其三在于透明密封面8的形状变化，即在本实施例中，透明密封面8为一个平板。图18是图17中所示实施例的各部分分解立体示意图。

图19是应用本发明所述散光器的另外一个导光管实施例。图19所示实施例与图17所述实施例的区别在于透明密封面8的位置，即在本实施例中，透明密封面8与第二反光体4的上沿衔接(且其尺寸也相应调整至与第二反光体4的上口尺寸相匹配)并与导光管出口7紧密贴合，起到密封导光管，防治灰尘进入的目的；而图17中所述实施例中透明密封面8与第二反光体4的下沿衔接，形成一个密闭空间。图20是图19中所示实施例的各部分分解立体示意图。

此外，本发明涉及采光系统，采光系统包括一个或多个如上各例中所述的导光管和散光器。一般采光系统中除了利用自然光的导光管装置还会包括人工光源来平衡和保证室内照明。在本发明的采光系统中，根据需要设置光传感器，感知建筑内所需区域内的光强，并且根据该区域光强和对光强的要求，自动调节或开关该区域内的人工光源，使得整个系统动态适应自然光源的光强变化，减少人工光源的消耗。此外，根据光传感器感知的光强，还可以自动导光管散光器各反光体的位置、形状和/或姿态，以便导管管系统可以根据传导到室内的光强，来更好地利用自然光。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。例如，应当理解本发明中反光体的形状、位置、姿态可以实现变化，且其与防尘罩的组合也可以替代的变化。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

附图标记

1导光管

2采光罩

3第一反光体

4第二反光体

5第三反光体

6散光片

7出光口

8透光防尘面。