专利名称：一种用于建筑墙体采光及遮阳采光的导光板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于解决建筑物室内采光技术领域，尤其涉及一种可使光线折射
进入室内的导光板。
背景技术：
现实生活中，光的作用非常重要，而在各种光源中，天然光(太阳光)是取之不尽， 用之不竭，并且不存在任何的污染。在建筑工程中，采光和分布不均匀是一个普通的问题， 所以在天然光的利用中，如何充分采集光线，并使自然光可以均匀引入室内是目前急需解 决的问题。 在建筑照明设计标准中，适合学习、工作的采光照度一般在200-10001ux (勒克 司)之间较为理想，但常常遇到室内窗前位置受阳光直射照度过大(5万-12万lux)、而同 时远离窗户之内侧照度又不足1001ux ;这种严重不均匀和过度强弱的光线不满足学习与 工作的需求、对用眼卫生和生产安全等均不利。为解决此种现状、同时又充分利用自然采光 减少用电能源的浪费、减少因此而带来的温室效应，有现有技术中，有利用各种天窗或屋顶 高低错落进行室内采光和匀光，这种采光的特点是采光量大，效均匀，但结构复杂，造价高； 也有在外墙和窗顶上运用导光管、聚光透镜或抛物面聚光镜来实现传递阳光进入室内，但 采光的效果不好。 现有技术存在缺陷，所以有待改进。
发明内容
本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提供了一种具有良好采光匀光效
果的楔形导光板，实现了自然光经楔形导光板内的多次反射后将光线传递至室内。
本发明的技术方案如下一种用于建筑墙体采光及遮阳采光的导光板，其特征在
于所述导光板为透明材料，包括入射光面，与所述入射光面相对应的底面以及与所述底面
相邻的出射光面及两侧面，所述导光板的截面形状为楔形，所述出射光面呈平面并与所述
入射光面垂直，所述入射光面与所述底面的角度Cpl计算表达式为
cp i三1 /2(arcsin( 1 /n)-arcsin(sin((p2)/n)) 其中，CP2为太阳光入射角，n为导光板材料的折射率。 所述的导光板，其中，所述入射光面为光滑透明，所述底面和所述导光板两侧面为
光滑镀膜镜面。 所述的导光板，其中，所述入射光面和底面为光滑透明，所述入射光面与所述底面 的角度根据9l表达式扩大至少一倍。
所述的导光板，其中，其特征在于所述入射光面增镀红外反射镀膜。 所述的导光板制成的遮阳导光板，用于安装在窗户顶端，其中，在所述楔形导光板
的出射光面端部适配一弧形导光体，所述弧形 光体的上下表面分别与所述楔形导光板的入射光面和底面光滑过渡连接后呈无急剧曲率变化的表面，所述楔形导光板和弧形导光体 为一体成型，用于将入射太阳光折射进入导光体内，使光线在所述楔形导光板多次反射后 弓I导到所述弧形导光体的出光端面。 所述的遮阳导光板，其中，所述弧形导光体的上下表面和两侧面均为镀膜镜面，所
述出光端面为增透镀膜层，所述弧形导光体侧面与透明导光体侧面共面。 所述的导光板制成的导光外墙，用于安装在建筑墙体的外表面，其中，在所述楔形
导光板的底面端缘部位垂直连接有上导光吊顶，并延伸至室内，在所述楔形导光板入射光
面端缘部连接一个与水平面夹角为40度至50度之间的下导光吊顶并与所述上导光吊顶同
向水平延伸至室内。 所述的导光外墙，其中，所述上导光吊顶和下导光吊顶之间形成一个容置空间，用 于将楔形导光板多次反射后引导出的光线传递至室内。 所述的导光外墙，其中，所述上导光吊顶和下导光吊顶相对应的内表面为全反射 光滑镀膜镜面，并在所述下导光吊顶上分别设置多个泄光孔。 所述的导光板，其中，所述导光板为高导光玻璃、有机玻璃或任一种光导材料。
本发明的有益效果为由于本发明利用透明光导材料制成楔形导光板，使入射的 太阳光在楔形导光板内多次反射，约束光线路径导光至指定位置并均匀布置光线，实现光 线在导光板内全反射，从而将约束光线在导光体的端部射至室内，本发明利用导光板的合 理设计，充分利用自然采光减少用电能源的浪费，达到采光量大，采光均匀的效果。
图1为本发明楔形导光板剖面结构示意图； 图2为本发明遮阳导光板剖面结构示意图； 图3本发明遮阳导光板光路示意图； 图4为本发明遮阳导光板安装示意图； 图5为本发明导光外墙剖面结构示意图； 图6为本发明导光外墙安装示意图。
具体实施例方式
本发明提供了一种用于建筑墙体采光及遮阳采光的导光板，为使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
为了解决现有技术所存在室内采光效果不好的问题，本发明的主要构思是利用光 学全反射的原理来达到约束光线路径导光至指定位置并均匀布置光线，即当自然光线从光 密材料射向光疏材料时，光线入射角大于全反射角即可实现光线在光密材料体内全反射， 所以采用了一种楔形透明导光体来作为导光的基体，使入射太阳光折射进入导光体后，保 证阳光在受光面只进不出，经过在导光体内的多次反射直至端部射出，达到均匀照明的目 的。 结合图l，它是本发明楔形导光板的结构图，导光板100由透明导光材料制成形状 为楔形，包括入射光面101 (上表面)，与上表面(入射光面101)相对应的底面102 (下表 面)及与下表面(底面)相邻的出射光面103，以及透明导光体的左右侧面(104和105)，
4透明导光板的尺寸可根据使用需求调整大小，但夹角(即导光体楔形的角度)必需满足使 光线在其内部全反射要求，入射光面101与底面102之间的夹角CP1的计算表达式为
(p^l/2(arcsin(l/n)-arcsin(sin((p2)/n)) ( 1 ) 其中，(P2为太阳光入射角，n为导光板材料的折射率。 本发明利用全反射的原理来达到约束光线路径在导光体100内导光直至将光线 传递到指定位置并均匀布置光线，为了实现入射太阳光在导光体内全反射，要求楔形透明 导光体的上表面101为光滑全透明，下表面102为镀膜镜面(此表面102也可为光滑全透明 面，但相应楔形透明导光体楔形夹角应额外增大一倍)，楔形透明导光体的侧面104和105 分别为光滑镀膜镜面，可将本实用新型面向出射光面103—端设置在室内，与出射光面4相 对应的一端设在室外。 本发明设计的楔形透明导光体，使入射太阳光折射进入导光体后，经第一次镀膜 层镜面反射，一次反射后的光线与透光体入光表面的法线夹角大于全反射临界角，从而实 现约束光线在导光体内直至端部射出。为保证光线从端部射出，设计端部(出射光面103) 采用平面形式，该平面与上表面(入射光面101)垂直，即可满足设计端部(出射光面103) 平面法线与光线夹角小于全反射临界角；另外，为增强光线从端部射出的比率，减少光线在 端部内表面部分反射比率，端部表面(出射光面103)增加增透镀膜层。
为了达到最佳的采光和匀光效果，本发明在楔形导光板的尾端103处适配不同形 状的构件用于满足不同的使用场合。根据图2所示，是利用图1中的楔形透明导光板IOO 制成的遮阳导光板100b，其实现方式为在楔形导光板的端部(即出射光面103处)适配 一弧形导光体100a，用于调节尾部出光角度，遮阳导光板100b由楔形透明导光板100和弧 形导光体100a组成，弧形导光体包括上表面101a，下表面102a，出射光面103a和左右两个 侧面(104a和105a)，其中，上表面101a和下表面102a分别与楔形导光板的上表面(入射 光面)101和下表面(底面)102光滑过渡连接，保证弧形导光体上下表面与楔形导光体上 下表面各自相切，使弧形导光体的上表面101a和下表面102a呈无急剧曲率变化的表面，弧 形导光体左右两个侧面(104a和105a)分别与透明导光体的左右侧面(104和105)光滑对 接，两侧表面共面，使增加的弧形导光体与楔形导光体成为一体部件，因部分光线在弧形段 体内不满足全反射角度要求，为减少光线能量损失，导光体100a上表面101a，下表面102a 和左右两个侧面(104a和105a)均为镀膜镜面，弧形导光体的出射光面103a为增透镀膜 层，同样，弧形导光体的出射光面103a也为平面设计，并与弧形导光体的上表面垂直，用于 满足端部(出射光面103a)平面法线与光线夹角小于全反射临界角；为减少光线损失，弧形 导光体曲率半径愈大愈好，长度愈短愈好，但因在其上下表面增加了全反射镀膜，曲率半径 和长度不做特别限制。见附图4所示，是将遮阳导光板安装在窗户顶端，将导光板面向出射 光面103a—端通过支架或连接构件与窗顶上的建筑连接安装，遮阳导光板的主体部设置 在室外，导光体的支架可利用手动或电动装置来控制遮阳导光板的角度，连接支架或连接 构件图中未标示，该支架可根据光线入射进来的角度随时进行调整，通过调整光线有一个 最佳的入射角，保证光线可以通过遮阳导光板内部的多次反射，使光线被引导到弧形导光 体的出光端面103a后折射进入室内，达到了良好采光匀光效果。 结合图3详细说明了作为遮阳导光板时光路的工作原理，其中，(pl为楔形透明导光体的两表面夹角，92为太阳光入射角(太阳光与入射表面法线的夹角)，93为阳光第一次 折射角，CP4为阳光第一次全反射角，11和12分别为法线。当太阳光以入射角(P2入射到透明 导光体100的上表面101时，光线经过折射(折射角CP3)后射到透明导光体100的底面102， 因底面102为镜面镀膜而完全反射回透明导光体100内部(反射能量损失很小)，此时光线 再次从透明导光体100的内部射到上表面101，其入射角为CP4;只要保证(P4大于该透明导光 体100的全反射角，S卩能保证光线被再次反射进入透明导光体100内部；以此规律反复反射 多次，光线达到尾部表面(出射光面)103a，此时因光线与出射光面103a的法线夹角小于全 反射角，大部分光线折射出透明导光体IOO，小部分光线再次在表面103a处反射回透明导 光体100内部，为增加导光效率，尾部表面4增设增透镀膜层。 本发明另一个实施方式是利用图1中的楔形透明导光板IOO，将导光板用作导光 外墙，安装在建筑墙体的外表面，见附图5所示，在楔形透明导光体IOO端部设置全反射镜 面，以反射光线进入室内导光吊顶，楔形导光板的底面102紧贴室外的墙面，在底面102端 缘部位垂直连接安装有上导光吊顶102b，并延伸至室内，在楔形导光板入射光面101的端 缘部连接安装一个与水平面夹角为40度至50度之间的下导光吊顶(全反射镜面)101b， 设置夹角为45度时可达到最佳反射效果，具有该角度的下导光吊顶101b的另一端向室内 延伸，其延伸的角度按照与上导光吊顶102b同方向水平延伸到室内；上导光吊顶102b和下 导光吊顶101b之间形成一个内侧透空的容置空间，用于将楔形导光板多次反射后引导出 的光线通过上导光吊顶和下导光吊顶的反射传递至透空的容置空间，通过在下导光吊顶设 置的多个泄光孔101c，使射出的光线均匀分布在室内，其中，上导光吊顶的内表面和下导光 吊顶的内表面，也就是两个相对应的内表面为全反射光滑镀膜镜面，而楔形导光板的出射 光面103设置全反射镜面，以反射光线到具有斜度的下导光吊顶上，在导光吊顶内部的空 间内多次反射后引导光线通过下导光吊顶设置的多个泄光孔101c传递至室内远离外窗位 置，从而实现均匀照明，详见图6所示，本实施例的导光外墙的安装另需合适支架或连接构 件(图中未示出)与建筑进行连接安装，它们不是本发明的重点，所以此处省略。
为减少阳光中的大量红外线进入室内，增加夏季室内温度和增加空调负荷，可采 取阻隔红外线传导的措施，如可采取以下两种方式之一一是在导光板面对太阳光的表面 (入射光面101)增镀红外反射镀膜；二是在导光体尾部(楔形导光板的尾端103或弧形导 光体的出射光面103a)与窗玻璃之间增设一层红外反射镀膜玻璃。 本发明的技术关键是必须保证光线第二次内反射的角度CP4大于该透明导光体100 的全反射角，为此需要控制合理的阳光入射角(p2 (太阳光与入射表面法线的夹角)和楔形 体透明导光体的两表面夹角CP1;阳光入射角(P2越大，内反射的角度CP4越容易达到全反射临 界角，但CP2越大，阳光在导光体的外表面101的反射损失愈大；根据阳光的平行和垂直两个 电矢量在介质表面的反射能量规律，在特定角度(此一定角度范围称为贝鲁特窗)时其平 行电矢量损失为零。因此92选择贝鲁特窗角度，可最大化利用太阳光照明。
如导光体的材料选择普通玻璃，其折射率为i. 52，最佳入射角92=56°40';导光体
安装亦需根据安装方位、地理纬度来调整其夹角，当Cp2选定时，最小(pl按照公式(1)计算， 得出透明导光板的夹角(即导光体楔形的角度)，即可满足使光线在透明导光板内部的全 反射要求。
导光体的材料可以为高导光玻璃、压克力(有机玻璃)、或其他光导材料等。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳 实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术 方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。
权利要求
一种用于建筑墙体采光及遮阳采光的导光板，其特征在于所述导光板为透明材料，包括入射光面，与所述入射光面相对应的底面以及与所述底面相邻的出射光面及两侧面，所述导光板的截面形状为楔形，所述出射光面呈平面并与所述入射光面垂直，所述入射光面与所述底面的角度计算表达式为其中，为太阳光入射角，n为导光板材料的折射率。F2009101099969C0000011.tif,F2009101099969C0000012.tif,F2009101099969C0000013.tif
2. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于所述入射光面为光滑透明，所述底面和所述导光板两侧面为光滑镀膜镜面。
3. 根据权利要求1所述的导光板，其特征在于所述入射光面和底面为光滑透明，所述 入射光面与所述底面的角度根据tpl表达式扩大至少一倍。
4. 根据权利要求2或3所述的导光板，其特征在于所述入射光面增镀红外反射镀膜。
5. 根据权利要求1所述的导光板制成的遮阳导光板，用于安装在窗户顶端，其特征在于在所述楔形导光板的出射光面端部适配一弧形导光体，所述弧形导光体的上下表面分 别与所述楔形导光板的入射光面和底面光滑过渡连接后呈无急剧曲率变化的表面，所述楔 形导光板和弧形导光体为一体成型，用于将入射太阳光折射进入导光体内，使光线在所述 楔形导光板多次反射后引导到所述弧形导光体的出光端面。
6. 根据权利要求5所述的遮阳导光板，其特征在于所述弧形导光体的上下表面和两 侧面均为镀膜镜面，所述出光端面为增透镀膜层，所述弧形导光体侧面与透明导光体侧面 共面。
7. 根据权利要求1所述的导光板制成的导光外墙，用于安装在建筑墙体的外表面，其特征在于在所述楔形导光板的底面端缘部位垂直连接有上导光吊顶，并延伸至室内，在所述楔形导光板入射光面端缘部连接一个与水平面夹角为40度至50度之间的下导光吊顶并与所述上导光吊顶同向水平延伸至室内。
8. 根据权利要求7所述的导光外墙，其特征在于所述上导光吊顶和下导光吊顶之间形成一个容置空间，用于将楔形导光板多次反射后引导出的光线传递至室内。
9. 根据权利要求8所述的导光外墙，其特征在于所述上导光吊顶和下导光吊顶相对应的内表面为全反射光滑镀膜镜面，并在所述下导光吊顶上分别设置多个泄光孔。
10. 根据权利要求1至6所述的任一权利要求所述的导光板，其特征在于所述导光板为高导光玻璃、有机玻璃或任一种光导材料。
全文摘要
本发明提供了一种用于建筑墙体采光及遮阳采光的导光板，可装置于建筑外墙或替代普通建筑外墙，或装置于窗顶上替代普通遮阳构件并实现遮阳与导光一体化，其特征在于所述导光板为透明材料，所述导光板的截面形状为楔形，控制楔形的角度使入射的太阳光在楔形导光板内多次反射，约束光线路径导光至指定位置并均匀布置光线，实现光线在导光板内全反射，从而将约束光线在导光体的端部射至室内，本发明利用导光板的合理设计，充分利用自然采光减少用电能源的浪费，达到采光量大，采光均匀的效果。
文档编号E04F10/00GK101713241SQ20091010999
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者章斌全, 陈永生, 魏珊珊 申请人:深圳职业技术学院