一种地下车站的太阳光混合照明系统的制作方法

文档序号:9595017阅读:641来源:国知局
一种地下车站的太阳光混合照明系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地下车站的太阳光混合照明系统,尤其涉及光导管照明与通风技 术、光纤与光导管混合导入太阳光直接照明技术装置。
【背景技术】
[0002] 地铁是我国目前一线和二线城市的重要轨道交通,安全健康的照明系统是地下车 站建设的一个重要指标。地下车站的站厅和站台照明具有不同照度和均匀性要求,对地下 车站的设备区照明、公共区照明、电缆夹层照明、导向标志照明、广告照明和事故照明等区 域的照度不同,所以新型地下车站的照明设施建设需要综合考虑其经济性、环保性、高效 性、节能性、自然性、和谐性等特性。
[0003] 鉴于常年需要照明的地下车站耗电很大,在能源日益紧缺的今天,如何更加高效 廉价地利用太阳光照明显得越发重要。太阳光是一个取之不尽、用之不竭的光源,太阳辐射 能量用太阳常数表示:一个太阳常数为1367W/H1 2,相当于每平方米上13个100W灯泡的照 明效果,最大月与最小月相差约7%左右。人们在地面上已经习惯了清洁、舒适的太阳光源, 人们利用太阳光来进行照明目前有两种方式:将太阳能转换为电能,然后通过电力来照明; 另一种是直接利用太阳光进行照明,后者比前者的效率高3-4倍。将太阳光引入地下车站 直接照明是一种返璞归真的作法,可以改善城市居民的舒适乘车环境,提高城市品位。
[0004] 中国的地下车站大多采用LED(light-emitting diode发光二级管)照明,不论 是郭建明的"地铁照明专用铝合金电缆",还是李明奎等的"用于地铁照明的LED灯带"以 及王洪的" 一种用于地铁照明的大功率LED面板灯",都是为了改进和提高地铁电力照明的 成本。对于照明需求量大的地下空间,电照明消耗能源多,有学者对太阳光地下照明进行 相应的设计和研究,例如Simone C. Molteni等人设计的适用于地下的利用太阳光照明的 方法,由多次镜面反射将太阳光导入地下和通过光导管将光引入地下进行照明;B. Bouchet 等人根据地下空间采光标准计算了地下空间使用太阳光照明的设备间距,测试了各类太阳 光收集装置的效率J · A ·霍夫曼等人的专利"用于光导管照明系统的安装组件及光导管 照明系统",改善光导管照明系统的防热;梅屹峰等人的专利"基于物联网的自然光、电力混 合照明系统",利用菲尼尔透镜和光纤将太阳光引进室内与电力进行混合智能照明;刘克迅 的专利"太阳光照明导光系统",直接利用太阳光进行照明;王志成的专利"一种太阳光照明 系统":采用凸透镜聚光,用光纤作为导光管照明,阴雨天并采用电灯补偿照明;王志强的文 章"地铁工程采用光导照明系统的可行性研究"论述了地铁采用光导照明的优越性,计算了 相关的节能减排功能;宁铎等的文章 "CPV-LED隧道加强照明系统及智能调光方法研究", 利用太阳光的跟踪装置,在菲涅儿透镜的焦点处放置一个太阳光伏电池,直接驱动LED对 黄山玉台隧道进行照明;国内也有一些生产太阳光直接照明的公司,如北京东方风光新能 源技术有限公司、苏州中节能索乐图日光科技有限公司、盛旦节能技术(北京)有限公司、 北京唯日康新能源有限公司、南京帅瑞科技有限公司等等专门研发生产光导照明系统的公 司。中国采用太阳光照明的一个典型实例就是北京第29届奥运会场馆之一的北京科技大 学体育馆,设计师在该馆安装了 148个直径为530mm的光导管用自然采光,较好解决了采光 问题,增加了场馆的特色。
[0005] 在设计安装照明灯具的数量和布局时将根据《地下铁道照明标准》(GB/ T16275-1996)的照度标准,以保证照明环境的照度符合国际照明委员会(International Commission on Illumination, CIE)标准要求。根据规范要求,大多地下站厅的照度标 准为2001x,对应的照明功率密度为12W/m2,照度均匀度不小于0. 7 ;站厅站台设计照度为 150-2001X ;人们停留较长时间处的站厅售票区、站台等候区可提高照度到200-2501X ;对 于通过性空间,降低照度为1501x使人感觉不适,从而加快步行;车控设备空间的照度设计 为3001x,如车站综合控制室、站长室、AFC(Automatic Fare Collection)票务室、通信和 信号机械室、会议室、环控和电控室等,有办公活动及管理设备的文案台面等部位照度应适 当提高,以满足运营管理需要;管理人员不常停留仅仅为了检修的栗房区域照度可以设定 1501x ;出入口的照度设定为3501x,用以消减室内室外的视觉差距。
[0006] 鉴于上述专利、文章和产品,目前还未见将太阳光引入地下车站进行直接照明、兼 顾通风与显示功能的相关专利。本发明专利根据地下车站建筑结构和形状的照明特点,提 出将光导管和光纤两种传光器件紧密结合,酌情使用,兼顾地下车站的照明和通风功能:光 导管的直径较大,且光导管做成套筒形式,内径导入太阳光,外径作为地铁的通风,建筑成 本相对较高,但效果明显;光纤的直径小、柔性大,可以埋到墙内或延伸到需要照明的位置。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于提出一种地下车站的太阳光混合照明系统,以解决地下车站常 年照明用电的能源问题,本发明通过太阳光利用光导管与光纤混合导入地下车站进行直接 照明:利用口径较大的光导管导入太阳光对多层地下车站的较上层位置直接照明、利用易 于变形的光纤将太阳光导入对多层地下车站的较下层位置直接照明,并合理利用光导管与 光纤的组合系统,满足地下车站的照度要求,实现地下车站的照明效果;
[0008] 本发明的目的,也为了利用光电管的口径比较大,同时解决地下车站的通风问题 而设计了光导管同时兼顾地下车站的照明与通风功能的套筒装置;
[0009] 本发明的目的,也为了解决目前太阳跟踪系统的精度低问题而设计了光纤导入太 阳光的动态、静态太阳跟踪系统,实现高精度的太阳跟踪。
[0010] 本发明提出一种地下车站的太阳光混合照明系统,包括光导管、套筒、光纤、直接 照明装置、继电器和控制器、动态太阳跟踪装置和静态太阳跟踪系统,其中:
[0011] 套筒自上而下伸入地下车站,光导管插入套筒内,太阳光利用光导管与光纤混合 导入地下车站进行直接照明,所述光导管采用口径较大的管子,利用口径较大的光导管导 入太阳光对多层地下车站的较上层位置进行直接照明,利用易于变形的光纤将太阳光导入 对多层地下车站的较下层位置进行直接照明,合理利用光导管与光纤的组合系统,满足地 下车站的照度要求,实现地下车站的照明效果;套筒与光导管之间留有间隙,所述间隙为地 下车站的通风通道;
[0012] 所述直接照明采用第一菲尼尔透镜、滤光透镜、散光装置、照度传感器、控制器实 现,太阳光垂直照射到菲尼尔透镜上,在菲尼尔透镜的焦点附近放置滤光透镜,将太阳光中 的红外光谱过滤掉,太阳光汇聚在菲尼尔透镜的焦点,进入第一光纤的一端,通过第一光纤 的传光,在第一光纤的另一端链接散光装置,进行太阳光的直接照明;在地下车站的合适位 置安装有LED灯具,并在适当位置安装照度传感器,所述照度传感器链接控制器;
[0013] 所述动态太阳跟踪装置由第二菲尼尔透镜、云台和太阳跟踪传感器系统组成,所 述第二菲尼尔透镜固定在锥形喇机口上,锥形喇机口固定于云台上,云台由电机控制,云台 的侧面装有太阳跟踪传感器系统,所述太阳跟踪传感器系统采用光敏电阻,采用光敏电阻 传感器实时感应太阳的位置,让第二菲尼尔退静实时聚焦太阳,四只光敏电阻通过不透明 的十字交叉隔板分隔,组成光敏电阻传感器模块,光敏电阻传感器模块的顶部受光面安装 一个滤光衰减片,确保所接收的太阳光的照度在光敏电阻量程范围以内,太阳光汇聚在第 二菲尼尔透镜的焦点处;
[0014] 所述静态太阳光收集系统为半球太阳光收集器,所述太阳光收集器包括第三菲尼 尔透镜、半球状外壳,所述半球状外壳上分布着不同趋向的第三菲尼尔透镜,用于收集不同 方向入射的太阳光,每一个第三菲尼尔透镜的焦点位置对应固定有一根第二光纤,所述光 纤用于传输聚焦后的太阳光。根据地下车站的照明实际需要,第三菲尼尔透镜的口径可以 根据需要选择。
[0015] 本发明中,当地下车站内照度高于2001x时,采用太阳光照明,当照度低于2001x 时,控制器控制灯具实现LED电力照明。
[0016] 本发明中,光导管导的数量和导入地下进行照明的布管根据实际需要确定。
[0017] 本发明中,所述第一光纤可采用石英玻璃光纤、树脂光纤或阶跃型聚合物光纤等 中的任一种。
[0018] 本发明中,安装的光导管和光敏的个数通过下列计算得到:
[0019] (1)菲尼尔透镜对太阳光的通量计算:
[0020] 假设射入菲尼尔透镜前的光通量为Φ。,透出的光通量为:
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