一种建筑用日光传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种建筑用日光利用设备，具体涉及一种与建筑一体化安装的日光收 集和传输装置。
【背景技术】
[0002] 为了利用太阳光对建筑内部进行照明，目前最先进的技术是通过跟踪太阳，将阳 光聚合到光纤里传输到建筑内部。系统依赖透镜的活动，使其正对太阳，因此阳光得以被透 镜聚焦并耦合至光纤中，然后利用全反射原理进行传输。这方面典型的国外案例包括日本 的"向日葵"（Himawari)系统和瑞典的"帕兰斯"（Parans)系统。该两项产品采用活动的 透镜组跟踪太阳，将阳光聚合到光纤里，再将光纤铺设至需要照明的室内空间。上述的这些 目前的技术存在如下缺陷：
[0003] 第一，这些系统需要移动整体透镜支架或支架群，并且聚光设备和光纤的室外一 端必须和追踪系统一起运动，在太阳跟踪设备的重量、功率负荷和系统加工安装精密程度 等方面提出了很高的要求。
[0004] 第二，现有技术的跟踪方案依赖于跟随采光设备转动的一个或者多个朝向太阳的 位置传感器，因此传感器对太阳直射光和天空光无法加以区分，造成系统跟踪太阳位置不 精准。而且，系统在光线传输过程中无法采集任何光位置信号。所以，系统对光的行进路径 形不成闭环控制，造成输出光的方向性差，破坏了太阳光近似平行光的特性，必须依赖光纤 进行后续拟合传输，否则难以进行远距离传输。
[0005] 第三，这些方案由于技术线路复杂、成本高，因而经济性差，无法在民用建筑上普 及使用、无法满足日光照明系统的需求。特别是对于新建建筑面积巨大、人口密度高、节能 减排任务繁重的国家和地区，因为售价高昂，始终难以得到推广。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明旨在提供一种经济而且高效的建筑一体化的日光传输 系统，其能够将入射阳光进行聚合后，以近似平行光的形式不依赖光纤等介质地将其经济 而且精准地传送到建筑内部。系统通过追踪太阳，将斜射投向建筑表面的太阳直射光通过 反射转化成沿固定方向传播的光，然后再经过多级反射机制引导其进入建筑内部。
[0007] 具体地，根据本发明的一种建筑用日光传输系统包括：双轴姿态控制机构、控制 器、光位置传感器和光学部件，其中，光学部件包括活动的光学部件和固定安装的光学部 件；活动的光学部件包括：光学采光器；固定安装的光学部件包括：一级接收器和后续接收 器。
[0008] 较佳地，所述双轴姿态控制机构包括：主旋转轴、主电机及其传动机构、次旋转轴 和次电机及其传动机构。
[0009] 较佳地，所述光学采光器安装在所述次旋转轴上。
[0010] 较佳地，所述双轴姿态控制机构带动光学采光器围绕采光器本身的中心点进行自 旋，且任何时候该中心点在空间中的物理位置保持不变。
[0011] 较佳地，光位置传感器的安装位置介于任意两个所述的光学部件之间，而且光位 置传感器所在平面的法线平行于这两个光学部件的中心点之间的连线。
[0012] 较佳地，所述光位置传感器的感光面背向天空安装，接收来自所述的光学部件所 输出的反射光。
[0013] 较佳地，所述双轴姿态控制机构采取主旋转轴和次旋转轴相结合的调整方式；且 主旋转轴和次旋转轴的轴线相交，而且轴线的交点在系统运行过程中始终保持位置不变。
[0014] 较佳地，所述光学采光器为具备反射或折射功能的光学部件。
[0015] 较佳地，所述光学采光器（2)是平面镜、曲面镜、棱镜、透镜或其组合。
[0016] 较佳地，所述一级接收器（15)为具备聚光、散光或反光功能的光学部件。
[0017] 较佳地，所述一级接收器（15)是透镜、平面镜、抛物面聚光器、曲面镜、棱镜或其 组合。
[0018] 较佳地，所述后续接收器（17,18,19)为具备反射、散射、漫射或折射功能的多个 的光学部件。
[0019] 较佳地，所述后续接收器（17,18,19)是平面镜、曲面镜、棱镜、透镜或其组合。
[0020] 较佳地，所述双轴姿态控制机构（1)由所述控制器（9)进行动态闭环控制并调整 其姿态。
[0021] 较佳地，所述主旋转轴（6)和次旋转轴（3)轴线的交点和所述光学采光器（2)的 中心点重合。
[0022] 优选地，光位置传感器（12)安装于光学采光器（2)和一级接收器（15)之间，光位 置传感器（12)的具体位置落于所述光学采光器（2)在平面（62)上最大的投影面积范围 内；而且光学采光器（2)在平面（62)上的投影覆盖一级接收器（15)在此平面上投影的部 分或全部。
[0023] 优选地，所述光位置传感器（12)安装于光学采光器（2)和一级接收器（15)之间 且主旋转轴（6)向正南或正北倾斜；光位置传感器（12)的法线（46)与光学采光器（2)所在 平面（39)的夹角P(47)、主旋转轴（6)的轴线（61)与水平面垂线（50)之间的夹角T(51)、 太阳高度（Solar Altitude) α (60)和太阳的方位角（Solar Latitude)B(55)之间满足以 下关系：
【主权项】
1. 一种建筑用日光传输系统，其特征在于，包括：双轴姿态控制机构（1)、控制器（9)、 光位置传感器（12)和光学部件，其中，光学部件包括活动的光学部件和固定安装的光学部 件；活动的光学部件包括：光学采光器（2);固定安装的光学部件包括：一级接收器（15)和 后续接收器（17,18,19)。
2. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述双轴姿态控制机构（1) 包括：主旋转轴（6)、主电机及其传动机构（7)、次旋转轴（3)和次电机及其传动机构（4)。
3. 如权利要求2所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述光学采光器（2)安装 在所述次旋转轴（3)上。
4. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述双轴姿态控制机构（1) 带动光学采光器（2)围绕采光器本身的中心点进行自旋，且任何时候该中心点在空间中的 物理位置保持不变。
5. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：光位置传感器（12)的安 装位置介于任意两个所述的光学部件之间，而且光位置传感器（12)所在平面（62)的法线 (46)平行于这两个光学部件的中心点之间的连线。
6. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述光位置传感器（12)的 感光面背向天空安装，接收来自所述的光学部件所输出的反射光。
7. 如权利要求2或4所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述双轴姿态控制机 构（1)采取主旋转轴（6)和次旋转轴（3)相结合的调整方式；且主旋转轴（6)和次旋转轴 (3)的轴线相交，而且轴线的交点在系统运行过程中始终保持位置不变。
8. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述光学采光器（2)为具 备反射或折射功能的光学部件。
9. 如权利要求8所述的建筑用日光传输系统，其特征在于，所述光学采光器（2)是平面 镜、曲面镜、棱镜、透镜或其组合。
10. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述一级接收器（15)为 具备聚光、散光或反光功能的光学部件。
11. 如权利要求10所述的建筑用日光传输系统，其特征在于，所述一级接收器（15)是 透镜、平面镜、抛物面聚光器、曲面镜、棱镜或其组合。
12. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述后续接收器（17,18， 19)为具备反射、散射、漫射或折射功能的多个的光学部件。
13. 如权利要求12所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述后续接收器（17,18， 19)是平面镜、曲面镜、棱镜、透镜或其组合。
14. 如权利要求1所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述双轴姿态控制机构 (1)由所述控制器（9)进行动态闭环控制并调整其姿态。
15. 如权利要求7所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：所述主旋转轴（6)和次旋 转轴（3)轴线的交点和所述光学采光器（2)的中心点重合。
16. 如权利要求1或5所述的建筑用日光传输系统，其特征在于：光位置传感器（12)安 装于光学采光器（2)和一级接收器（15)之间，光位置传感器（12)的具体位置落于所述光 学采光器（2)在平面（62)上最大的投影面积范围内；而且光学采光器（2)在平面（62)上 的投影覆盖一级接收器（15)在此平面上投影的部分或全部。
17. 如权利要求2或5所述的建筑用日光传输系统，其特征在于，所述光位置传 感器（12)安装于光学采光器（2)和一级接收器（15)之间且主旋转轴（6)向正南或 正北倾斜；光位置传感器（12)的法线（46)与光学采光器（2)所在平面（39)的夹 角P(47)、主旋转轴（6)的轴线（61)与水平面垂线（50)之间的夹角T(51)、太阳高度 (Solar Altitude) α (60)和太阳的方位角（Solar Latitude)B(55)之间满足以下关系：
,单位：度； 其中：L = tan(B-l8〇 ° )且
18. 如权利要求2或5所述的建筑用日光传输系统，其特征在于，所述光位置传感器 (12)安装于所述任意两个固定光学部件之间，且主旋转轴（6)向正南或正北倾斜；介于光 位置传感器（12)和光学采光器（2)之间的所有光学部件均为具备反射功能的光学部件；而 且与光位置传感器（12)相邻的两个光学部件在传感器所在平面（62)上的投影部分或全部 重合；而且光位置传感器（12)的具体位置落于向其反射阳光的那个光学部件在平面（62) 上的投影面积范围内。
19. 如权利要求15中所述的日光传输系统，其特征是：设介于光位置传感器（12)和光 学采光器（2)之间的η个具备反射功能的光学部件为一个欧几里得空间里的η个镜面，而 且设i为与光位置传感器（12)感光面正交且方向离开感光面的向量，则i经过欧几里得空 间里连续η次的镜面反射正交变换后形成了向量I ;则此时有：向量I (73)与光学采光器 (2)所在平面（39)之间的夹角Q(76)、主旋转轴（6)的轴线（61)与水平面垂线（50)之间的 夹角 T(51)、太阳高度（Solar Altitude) α (60)和太阳的方位角（Solar Latitude)B(55) 之间满足以下关系：
单位：度； 其中：L = tan(B-l8〇 ° )且
【专利摘要】本实用新型公开了一种建筑用日光传输系统，包括双轴姿态控制机构、控制器、光位置传感器和光学部件，其中，光学部件包括活动的光学部件和固定安装的光学部件；活动的光学部件包括：光学采光器；固定安装的光学部件包括：一级接收器和后续接收器。系统能够将入射阳光进行聚合后，以近似平行光的形式不依赖光纤等介质地将其经济而且精准地传送到建筑内部。系统通过追踪太阳，将斜射投向建筑表面的太阳直射光通过反射转化成沿固定方向传播的光，然后再经过多级反射机制引导其进入建筑内部。系统可直接安装于任何建筑物外立面，应用范围宽广且经济简便，大幅度降低了日光传输系统的制造和应用成本。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN204576277
【申请号】CN201520114663
【发明人】张晓东
【申请人】张晓东
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月17日