地下空間采光及導光系統(tǒng)的現(xiàn)狀及應用展望天然光作為大自然饋贈于人類的寶貴財富，是一種取之不竭，用之不盡的綠色能源，同時也是人類長期進化過程中最為適應的光源，但在很長的一段時間內(nèi)曾被人忽視。伴隨著近年來能源危機、環(huán)境惡化等問題的不斷出現(xiàn)，才日益引起了世人的關(guān)注。而導光管技術(shù)的出現(xiàn)無疑為人們合理利用天然光資源開辟出新的途徑，特別是近十幾年伴隨著導光管技術(shù)的快速發(fā)展，大量具有可推廣性的導光管產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，使得導光管在居室、商店、學校、運動場所、廠房等不同空間得到廣泛應用。據(jù)CIBSE的BuildingJournal（2003年9月）發(fā)表的調(diào)查表明，截止到文章發(fā)表之日全球已安裝了大約三百萬套導光管產(chǎn)品。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，用電緊張問題日益受到社會各界的關(guān)注，而照明用電在電能消耗中占有相當比重，根據(jù)統(tǒng)計表明我國照明用電約占全國總用電量的12%,2004年北京市照明用電為49億千瓦小時，也占到全市用電總量的11%。因此照明節(jié)能具有十分重要的實際的經(jīng)濟、社會以及環(huán)境效益。開發(fā)節(jié)能產(chǎn)品、充分利用天然光資源無疑是解決能源緊張的重要途徑。目前導光管在我國使用非常有限。因此通過合理設計，積極采用導光管技術(shù)為各類難以直接使用采光的建筑空間提供照明，對于節(jié)約能源、保護環(huán)境具有重要意義。1導光管系統(tǒng)簡介導光管系統(tǒng)主要由集光器、導光筒和漫射器三部分組成（如圖1所示）。這種系統(tǒng)利用室外的自然光線透過集光器導入系統(tǒng)內(nèi)進行重新分配，再經(jīng)特殊制作的導光管傳輸和強化后由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻高效地照射到室內(nèi)。

1.1集光器根據(jù)集光器的工作原理不同，可以分為以下兩種類型:1）被動式集光器：多為半球形透明結(jié)構(gòu)，內(nèi)部也可設置棱鏡等以提高效率；2）主動式集光器：主要有定日鏡等，可自動跟蹤太陽以提高采集光線的效率。1.2導光筒導光筒主要有以下四種類型:1）金屬反射型導光筒在玻璃或塑料上鍍一層高反射率的金屬涂層，通過多次反射將光傳送到需要的空間，適合于短距離的傳輸。這種導光筒雖然傳輸效率相對較低，但是由于其低廉的價格，而能夠在一些對于效率要求不是非常高的場所得到廣泛使用（如圖2所示）。2）非金屬反射型導光筒實驗表明僅僅依靠非金屬材料的部分反射，其效率非常的低，但是這一點可以通過使用一種薄膜來克服，從而使得非金屬反射型導光筒具有比較高的效率。但是這種裝置造價卻非常昂貴，目前很難得到大量推廣。璇收系數(shù)A患管=6中等長度=12中等長度=1就長管=241卜金屬（無鍍膜）.0.1538%15%;5%-2鍍膜金慝0.0574%：40%29%-3）—般非金屬0.00597%94%頼國蹩翻網(wǎng)4）升級菲金屬0.001叩.4哺98:8%-1J11b1y!,u躥瞬明學噲l-r^j.L-tj唯軸站3）透鏡組型導光筒這種導光筒主要是利用的光線的折射原理，它由一系列的光學透鏡組成（如圖3所示），這種導光筒需要很多價格昂貴的透鏡，因此現(xiàn)在主要在一些光學儀器設備上使用；

4）棱鏡型導光筒這種導光筒主要是利用的光線由密介質(zhì)進入疏介質(zhì)時出現(xiàn)的內(nèi)部全反射原理（與光導纖維同理），但是由于導光筒為中空的管子，因此傳統(tǒng)的管子不可能實現(xiàn)（如圖4所示），但是當改變管壁形狀后則克服了這個問題，制成了內(nèi)部全反射式的導光筒。這種導光筒在反射的過程中幾乎不發(fā)生吸收，因此效率非常的高。但是由于光線發(fā)生內(nèi)部全反射對于光線入射角要求較高，只有當光線入射角大于臨界角的時候才會發(fā)生，而就天然光而言一般來說很難滿足此要求，因此這種導光筒多用于為大空間提供照明。另外補充一下，對于原理相同的導光纖維而言，雖然其效率較高，但是卻由于它所能傳輸?shù)墓馔ㄓ邢?而同樣不能適用于這種大面積場所的照明。1.3漫射器對于照明而言，不是簡單的將光線引入室內(nèi)，而是需要將光線合理的在室內(nèi)分布，因此漫射器就需要根據(jù)配光的要求的不同，而合理的選擇相應的材料制備而成。并對其光通空間分布做相應的測試從而保證照明的質(zhì)量。2國內(nèi)外目前研究及應用現(xiàn)狀2.1國外為了節(jié)約照明用電和改善地下或無窗建筑的室內(nèi)光環(huán)境，國外很早就開展了天然導光技術(shù)方面的研究。早在1977年，美國的D.Micheal發(fā)表了題為''有太陽跟蹤器的陽光照明氣Lightingwithsunlightusingsuntrackingconcentrators）—文，一些學者認為這篇文章標志著地下與無窗建筑天然采光方法的形成。美國、前蘇聯(lián)、日本、英國等國的學者在天然導光技術(shù)方面做了大量的研究工作。導光管系統(tǒng)在世界很多地方已實現(xiàn)商品化和設計標準化，在國外的許多項目中得到了應用。CIBSE的BuildingJournal發(fā)表的調(diào)查表明，截止到2003年9月全球已安裝了大約三百萬套導光管產(chǎn)品。國際照明委員會CIETC3-38,加拿大國家研究會，英國利物浦大學等都對這種導光管系統(tǒng)進行了深入的研究，并提出了較為完整的設計和計算方法，與天然采光中的采光系數(shù)相對應在導光系統(tǒng)管理論中提出了DaylightPenetrationFactor（晝光穿透系數(shù)DPF）以表征導光管系統(tǒng)的采光效果。

LiR疸LiR疸irtflfT100%EnergyFree60%ofAnnualDayligfeHourE.5國外若干工程應用實例E.5國外若干工程應用實例2.2國內(nèi)2.2.1中國建筑科學研究院肖輝乾教授等人在1991年開展了導光管系統(tǒng)技術(shù)的研究，利用主動式集光器（定日鏡技術(shù)）收集陽光，通過導光筒、漫射器將光線引入至無窗空間（如圖6所示），并已經(jīng)應用于河南平頂山電廠機房照明取得了良好的實際效果。

2.2.2中國建筑科學研究院與國家氣象局（原中國氣象科學院）合作，在全國范圍內(nèi)開展了晝光觀測工作（觀測系統(tǒng)如圖7所示），積累了豐富的光氣候資料，并建立了光氣候數(shù)據(jù)庫。為導光管系統(tǒng)的設計以及運行管理提供了重要依據(jù)（見表1）。'71g陰網(wǎng)圖'71g陰網(wǎng)圖7晝光觀測表1我國室外不同臨界照度值時的全年天然光利用時數(shù)地點.緯度（度卜室外天然光臨界照度值fix）^000^00010000全年處驕進利用時魏：：（血北京40403707西安3433123614上海31400437-sa-3064重慶303543匚?廠州24?中馳期明學E豊官方碑2.2.3中國建筑科學研究院主持完成了《建筑采光設計標準》GB/T50033—2001、《建筑照明設計標準》GB/T50034—2004等一系列國家和行業(yè)標準。2.2.4中國建筑科學研究院完成了國家游泳中心場館''水立方”室內(nèi)光環(huán)境課題以及首都機場航站樓采光計算分析任務。2.2.5中國建筑科學研究院設有采光實驗室、照明實驗室、光度實驗室，擁有光度積分球、分光光度計、分光測色儀等先進的實驗設備，從而可以保證我們完成對于建筑材料光學性能以及采光照明器具的照明參數(shù)的測試分析工作。同時近年來我們采用計算機模擬技術(shù)，對導光管與光氣候、日照等因素條件的結(jié)合作了進一步的分析和探討。3導光管系統(tǒng)需要重點解決的問題導光管系統(tǒng)是將室外的自然光線導入系統(tǒng)內(nèi)進行重新分配，再經(jīng)特殊制作裝置把自然光均勻高效地照射到室內(nèi)。因此，制約導光管系統(tǒng)發(fā)展的重要因素是導光管的系統(tǒng)效率，提高導光管系統(tǒng)的效率是關(guān)鍵所在。3.1集光器的效率集光器的效率是影響整個系統(tǒng)效率的重要因素，太陽的光線自早晨到傍晚強度和方向在不斷的變化，為了更可能多的收集太陽光線，就要隨時隨地跟蹤太陽光線的不斷變化，這就是定日鏡的作用一一自動跟蹤采集。為了提高集光器的效率通常采用菲涅爾透鏡等光學系統(tǒng)和定日鏡收集陽光。3.2導光筒的效率導光筒的效率與導光筒的長度、直徑等都有一定的關(guān)系，但導光筒反射材料的反射比是影響其效率的重要因素。光線在導光筒內(nèi)部進行傳輸發(fā)生反射時必將有一定的光線損失，導光筒表面材料的反射比越高,光傳輸?shù)膿p失就必然越小。因此，選用具有高反射比的材料是提高導光筒效率的關(guān)鍵，通常要求導光筒反射材料的反射比要高于0.95。3.4漫射器的光分布及其效率漫射器的作用主要是將收集到的光線進行重新分配。因此，漫射器的光分布（配光）將直接影響最終的應用效果，其效率類同于燈具的效率。通常采用凹透鏡或拋物柱面反射透鏡等制成的漫射器把光傳輸?shù)叫枰彰鞯牡胤健?未來發(fā)展總的來說，我國在導光管系統(tǒng)方面的應用和研究還處于發(fā)展階段，奧運中心區(qū)地下車庫導光管系統(tǒng)的成功應用，為在我國地下建筑及需要進行日光照明的空間開辟了一條新的途徑。在奧運場館的建設過程中,也有不少應用天然光及導光管技術(shù)的實際工程案例。通過集成應用形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的導光管產(chǎn)品，是推進綠色照明、保護環(huán)境的重要環(huán)節(jié)，對實現(xiàn)'綠色奧運，人文奧運，科技奧運”三大理念具有重要意義。從全球的范圍來看，天然光導光管系統(tǒng)在實際工程上得到了廣泛的應用，各國研究機構(gòu)也對相關(guān)的采光及導光基礎理論研究開展了積極的研究，在設計方法和理論計算上已比較成熟。目前，各國將更多的研究重點放在了并致力于提高導光管系統(tǒng)效率和采用主動導光技術(shù)等方面，以進一步推動導光管技術(shù)的發(fā)展。節(jié)約能源、保護環(huán)境，提高照明品質(zhì)是綠色照明的宗旨，在能源日益緊張的今天，充分利用天然光，把太陽光通過導光管系統(tǒng)方式直接傳輸?shù)绞覂?nèi)需要照明的地方，特別是一些地下或無窗建筑，必然是未來太陽能綜合利用很好的一種方式，更有利于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。碳戰(zhàn)雇傭軍以您尊貴的品牌與名義精準鎖定節(jié)能率，狙擊碳戰(zhàn)收益城市照明減碳項目一站式成果外包支援呼叫戰(zhàn)雇傭軍以您尊貴的晶牌與名義精準鎖定節(jié)能率，狙擊碳戰(zhàn)收益?或許您公司有一個節(jié)能項目正在獲取中，但缺乏一份系統(tǒng)、科學而■且精美的方案，；先法向甲方展現(xiàn)侮與眾不同的卓越專業(yè)能力機會是存在的，但您需要鎖?或許您公司有一個節(jié)能項目正在獲取中，但缺乏一份系統(tǒng)、科學而■且精美的方案，；先法向甲方展現(xiàn)侮與眾不同的卓越專業(yè)能力機會是存在的，但您需要鎖定機會收益是存在的，但您需耍鎖定收益“號亠??|UJ您_直想大展拳腳J但一畫被裹足不前?或許您有一個節(jié)能合同正在簽署■中，但對項「自的能耗基準、技術(shù)機會、投資成本、投資收率一，三一無法精確核算0?或許您有一個合同事論管理項目正在實施，但節(jié)能燙總是無