一种新型集光器的制作方法

1.本实用新型属于导光管采光系统技术领域，具体涉及一种新型集光器。


背景技术：

2.目前市场存在的导光管采光系统具有聚光功能的采光装置原理均类似于此原理：即采用pc(聚碳酸酯)或是pmma(亚克力)材质采用压膜或是注塑工艺将采光面制造三棱镜形态，利用三棱镜的光折射原理，以此来改变低角度太阳光进入导光筒的角度，进而提高某个太阳高度角区间阳光的采光效率，再是利用凸起的带有三棱镜构造的采光罩，能有效增加直射光(简单讲就是晴天)条件下的采光面积，相比没有聚光设计的全透明采光罩，确实能够提高10％到20％左右的采光效率；
3.但是三棱镜折射技术效率较低，有机材质的透光率较低：pc大于88％、pmma大于92％、采光罩厚度要求大于3mm，因此实际透光率只会低于以上数据，再加上材料加工工艺的精度问题(注塑和压膜都达不到光学级平整度和光洁度)，光线照射到三棱镜的进入端面和出光端面都会有10％以上的损失，材料本身对光的吸收率在8％到12％之间，实际综合有效利用到导光筒里面的将大大降低了。正因为现有的导光管采光系统的采光装置效率低，导致整个系统里面作为阳光传输的导光筒尺寸偏大，而通过加大加高增加集光面积的方式来提高采集阳光效率，又因此导致太高大影响外观，限制了导光管在建筑领域的应用范围，特别是在民用住宅方面，因此我们需要提出新型集光装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种新型集光器，以折射的方式改变太阳光的角度，使之以更小的入射角进入导光筒，大幅减少阳光在导光筒里面的反射次数进而达到提高采光效率，解决上述背景技术中提出的问题。
5.本实用新型目的是这样的实现的，包括圆柱状的中空导光筒、设置在导光筒上端的联结环，所述联结环上端包括采光区和格栅区，所述格栅区设置有5个格栅组件，5个所述格栅组件以联结环中心为圆心并在导光筒上依次连接设置，5个所述格栅组件均与水平面形成55
°
夹角并为聚拢状，所述格栅组件中均布设置有多个导光格栅片，多个所述导光格栅片与水平面夹角均为50
°
、55
°
或60
°
。
6.进一步的，所述格栅组件采用光学级透光材料。
7.进一步的，各格栅组件的导光格栅片之间保持一定的间距以塔式结构排布，可以根据不同的地理位置以及不同规格的导光管调整导光格栅片的尺寸、间距以及与水平面的夹角。
8.进一步的，5个所述格栅组件分别朝向东面、东南面、南面、西南面、西面设置。
9.进一步的，东面格栅组件中的导光格栅片朝向正东面，其方位角为90
°
，西面格栅组件中的导光格栅片朝向正西面，其方位角为270
°
。
10.进一步的，东南面格栅组件中的导光格栅片朝向东南方，其方位角为135
°
，西南面
格栅组件中的导光格栅片朝向西南方，其方位角为225
°
。
11.进一步的，南面格栅组件中的导光格栅片朝向正南方，其方位角为180
°
12.进一步的，所述导光格栅片均采用0.4mm-0.5mm厚，且反射率大于99％的镜面铝板切割加工；所述导光格栅片的反射镜面朝向地面方向，非镜面朝向天空方向。
13.本实用新型的有益效果体现在：
14.1、本实用新型中，通过分析计算太阳一年四季运行轨迹(高度角、方位角)数据，设计与太阳不同时段的方位角/高度角相匹配对应的不同倾斜角度的导光格栅片组件，以折射的方式改变太阳光的角度，使之以更小的入射角进入导光筒，大幅减少阳光在导光筒里面的反射次数进而达到提高采光效率，解决上述背景技术中提出的问题。
15.2、本实用新型中，通过采用新型镜面高反射材料，大幅度提高了集光器光线采集效率，金属镜面导光格栅片反射导光效率明显高于pc及亚克力制造的三棱镜，采用现阶段成熟技术的银镜面反射材料一次折射得光率＞98％，依靠三棱镜折射阳光一次折射得光率小于80％。
16.3、本实用新型中，设计的三种不同导光格栅片角度(与水平面夹角)依据太阳运行轨迹对应了不同季节不同时段的太阳光，如朝向正东方和正西方的格栅组件，其水平夹角50
°
，大幅改变了日出后和日落前一个小时的低角度阳光导入到导光筒的行进路径，减小了进入导光筒的入射角，提高了太阳光的利用率。加装了此集光器的导光管采光系统一天之中因为提早和推迟共计增加2个小时的阳光采集利用时间，使用效率增加了20％以上。
17.4、本实用新型中，其不同角度的格栅组件，如朝向正南面的水平夹角60
°
、朝向东南面的以及朝向西南面的水平夹角55
°
，使得高度角＜55—60
°
的阳光(春/秋/冬季的)以更小的入射角进入导光筒；当阳光高角度＞55—60
°
的时候，太阳光比较强烈(夏季的9:00——15:00，春秋季的11:00——13:00)，导光格栅片会把部分阳光遮挡，减少多余阳光采集，使得室内光环境不至于太亮，提高室内光照环境的舒适度。
18.5、本实用新型中，使用比较简单有效的方法来优化采集不同季节不同时间段的太阳光，根据市场需求综合考虑了产品的美观性、安装的便捷性、后期使用维护的运营成本、总体造价的经济性各方面因素，本集光器构造简单，没有任何机械电气传动装置，免维护；适用性广，安装便捷不分地理位置；外形不突兀，常规的半球形采光罩即可加装。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
20.图1为本实用新型集光器立体结构示意图；
21.图2为本实用新型集光器俯视结构示意图。
22.附图中，1-格栅组件，1-1-东面格栅组件，1-2-西面格栅组件，1-3-东南面格栅组件，1-4-西南面格栅组件，1-5-南面格栅组件，1-6-导光格栅片，2-联结环，3-中空导光筒，4-采光区，5-格栅区。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
24.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
25.一种新型集光器，包括圆柱状的中空导光筒3、设置在导光筒上端的联结环2，所述联结环2上端包括采光区4和格栅区5，所述格栅区5设置有5个格栅组件1，5个所述格栅组件1以联结环2中心为圆心并在中空导光筒3上依次连接设置，5个所述格栅组件1均与水平面形成55
°
夹角并为聚拢状，所述格栅组件1中均布设置有多个导光格栅片1-6，多个所述导光格栅片1-6与水平面夹角均为50
°
、55
°
或60
°
。
26.作为本实施例的一种优选方式，所述中空导光筒3上方可设置透明的罩体，所述透明的罩体罩在5个格栅组件上。
27.通过分析计算太阳一年四季运行轨迹(高度角、方位角)数据，设计与太阳不同时段的方位角/高度角相匹配对应的不同倾斜角度的导光格栅片1-6组件，以折射的方式改变太阳光的角度，使之以更小的入射角进入导光筒，大幅减少阳光在导光筒里面的反射次数进而达到提高采光效率，解决上述背景技术中提出的问题。
28.作为优选，所述格栅组件1采用光学级透光材料。
29.通过采用新型镜面高反射材料，大幅度提高了集光器光线采集效率，金属镜面导光格栅片1-6反射导光效率明显高于pc及亚克力制造的三棱镜，采用现阶段成熟技术的银镜面反射材料一次折射得光率＞98％，依靠三棱镜折射阳光一次折射得光率小于80％。
30.作为优选，各格栅组件1的导光格栅片1-6之间保持一定的间距以塔式结构排布，可以根据不同的地理位置以及不同规格的导光管调整导光格栅片1-6的尺寸、间距以及与水平面的夹角。
31.作为优选，5个所述格栅组件1分别朝向东面、东南面、南面、西南面、西面设置。
32.作为优选，东面格栅组件1-1中的导光格栅片1-6朝向正东面，其方位角为90
°
，西面格栅组件1-2中的导光格栅片1-6朝向正西面，其方位角为270
°
。
33.作为优选，东南面格栅组件1-3中的导光格栅片1-6朝向东南方，其方位角为135
°
，西南面格栅组件1-4中的导光格栅片1-6朝向西南方，其方位角为225
°
。
34.作为优选，南面格栅组件1-5中的导光格栅片1-6朝向正南方，其方位角为180
°
。
35.设计的三种不同导光格栅片1-6角度(与水平面夹角)依据太阳运行轨迹对应了不同季节不同时段的太阳光，如朝向正东方和正西方的格栅组件1，其水平夹角50
°
，大幅改变了日出后和日落前一个小时的低角度阳光导入到导光筒的行进路径，减小了进入导光筒的入射角，提高了太阳光的利用率。加装了此集光器的导光管采光系统一天之中因为提早和推迟共计增加2个小时的阳光采集利用时间，使用效率增加了20％以上。
36.其不同角度的格栅组件1，如朝向正南面的水平夹角60
°
、朝向东南面的以及朝向西南面的水平夹角55
°
，使得高度角＜55—60
°
的阳光(春/秋/冬季的)以更小的入射角进入导光筒；当阳光高角度＞55—60
°
的时候，太阳光比较强烈(夏季的9:00——15:00，春秋季的11:00——13:00)，导光格栅片1-6会把部分阳光遮挡，减少多余阳光采集，使得室内光环
境不至于太亮，提高室内光照环境的舒适度。
37.作为优选，所述导光格栅片1-6均采用0.4mm-0.5mm厚，且反射率大于99％的镜面铝板切割加工。
38.以上海市气象统计数据为依据计算的不同季节不同时间段，集光器工作计算结果如下。
39.中国上海夏至日和冬至日太阳方位角和高度角表
40.6月21日或22日夏至
[0041][0042]
12月21日或23日冬至
[0043][0044][0045]
3月20日或22日春分
[0046][0047]
9月22日或24日秋分
[0048][0049][0050]
注释说明：
[0051]
1.没有集光器的情况下，太阳光进入导光筒的入射角度为：90-高度角，比如太阳高度角为15
°
，进入导光筒的入射角即：90-15＝75
°
。此计算表就不另做计算了。
[0052]
2.“//”表示太阳在这个位置(高度和方位)，集光器的相对应的格栅组件不起到作用或是该格栅组件不在太阳照射位置。
[0053]
3.“//”并不代表导光筒里面没有阳光进入。只是表示相对应的格栅组件没有发挥导光折射作用，阳光还可以通过格栅组件的格栅片之间的间隙、没有格栅组件遮挡的空间进入导光筒，即自然情况下的导光。
[0054]
4.入射角/利用率：以秋分日上午阳光为例
[0055]
9月22日或24日秋分
[0056][0057]
早上6:00，方位角92
°
高度角3
°
，
[0058]
a.照到1-1号(正东方朝向)格栅组件后经过导光格栅片反射后以-7
°
的入射角进入导光筒
°
，负角度光线会被格栅组件里面的导光格栅片挡光，计算结果为经过格栅片反射后的阳光有36％被遮挡进入导光筒，剩下64％的光以7
°
的入射角进入导光筒；尽管得到的只有格栅组件导光格栅片面积的64％，但7
°
的入射角效率非常高。
[0059]
b.阳光同时会照到1-3号(东南方朝向)格栅组件后经过导光格栅片反射后以-17
°
的入射角进入导光筒
°
，负角度光线会被格栅组件里面的导光格栅片挡光，计算结果为经过格栅片反射后的阳光有60％被遮挡进入导光筒，剩下40％的光以17
°
的入射角进入导光筒；尽管得到的只有格栅组件导光格栅片面积的40％，但17
°
的入射角效率比较高的。
[0060]
c.阳光照不到1-5号(正南方朝向)，不起作用(标注//)。
[0061]
d.在集光器没有覆盖到的空间，阳光仍然按照自然的方式进入导光筒，入射角为90-3＝87
°
，效率非常低。
[0062]
早上11:00，方位角159
°
高度角57
°
，
[0063]
a.照到1-1号(正东方朝向)格栅组件的阳光很少，忽略不计(标注//)。b.阳光会照到1-3号(东南方朝向)格栅组件,阳光高度57
°
＞导光格栅片与水平面的角度55
°
，格栅片会挡住部分阳光，标识“//”，部分阳光会通过格栅片之间的间隙以自然光的角度进入导光筒。
[0064]
c.阳光照到1-5号(正南方朝向)格栅组件后经过导光格栅片反射后以27
°
的入射角进入导光筒
°
，阳光得以全部反射利用(标注100％)，相比自然入射角33
°
还是有所提高。
[0065]
d.在集光器没有覆盖到的空间，阳光仍然按照自然的方式进入导光筒，入射角为90-57＝33
°
。
[0066]
本实用新型的工作原理与工作过程：
[0067]
本实用新型中，通过分析计算太阳一年四季运行轨迹(高度角、方位角)数据，设计与太阳不同时段的方位角/高度角相匹配对应的不同倾斜角度的导光格栅片1-6组件，以折射的方式改变太阳光的角度，使之以更小的入射角进入导光筒，大幅减少阳光在导光筒里面的反射次数进而达到提高采光效率，解决上述背景技术中提出的问题。
[0068]
进一步的，设计的三种不同导光格栅片1-6角度(与水平面夹角)依据太阳运行轨迹对应了不同季节不同时段的太阳光，如朝向正东方和正西方的格栅组件1，其水平夹角50
°
，大幅改变了日出后和日落前一个小时的低角度阳光导入到导光筒的行进路径，减小了
进入导光筒的入射角，提高了太阳光的利用率。加装了此集光器的导光管采光系统一天之中因为提早和推迟共计增加2个小时的阳光采集利用时间，使用效率增加了20％以上。
[0069]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。