導(dǎo)光管照明系統(tǒng)節(jié)能特點(diǎn)及發(fā)展形勢(shì)研究

黃康民　趙永東　王進(jìn)

摘 要： 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，一次化石能源的大量燃燒使用引發(fā)了大量討論，其導(dǎo)致的溫室氣體排放、大氣污染都是全球性挑戰(zhàn)。隨著世界范圍內(nèi)的節(jié)能減排浪潮席卷而來(lái)，我國(guó)傳統(tǒng)耗能行業(yè)尤其照明行業(yè)迎來(lái)了轉(zhuǎn)型的絕佳機(jī)遇。導(dǎo)光管照明是一種利用太陽(yáng)光的室內(nèi)照明，既能減少電能消耗，又不污染環(huán)境，屬于綠色照明范疇，是理想的開發(fā)項(xiàng)目。本文主要介紹導(dǎo)光管照明的結(jié)構(gòu)原理及未來(lái)展望。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)光管照明系統(tǒng) 太陽(yáng)光 節(jié)能特點(diǎn) 發(fā)展形勢(shì)一、引言

目前，我國(guó)照明用電大約占總發(fā)電量的15%左右，年照明耗電達(dá)3280.5億度。照明用電量隨社會(huì)發(fā)展進(jìn)步不斷擴(kuò)大，所以電力投資會(huì)持續(xù)增加。不僅會(huì)牽制國(guó)民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展，傳統(tǒng)火電還可能對(duì)環(huán)境造成污染。

導(dǎo)光管照明系統(tǒng)能兼顧這些問題并給出一個(gè)相對(duì)完善的解決方案。導(dǎo)光管照明技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，廣泛用于解決工廠、學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)超市、體育場(chǎng)館等建筑的白天陰暗房間、地下室或地下車庫(kù)的輔助照明問題，而且其屬于自然光轉(zhuǎn)換照明，極大地減少了電力消耗，非常符合綠色節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)建造要求。

二、導(dǎo)光管照明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及原理

導(dǎo)光管采光可分為主動(dòng)式采光和被動(dòng)式采光兩種，這里重點(diǎn)介紹被動(dòng)式采光方式。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)主要由采光裝置、導(dǎo)光裝置和漫射裝置三部分組成。采光裝置由經(jīng)特殊工藝加工的PC材料制成，可以隔絕大部分紫外線，避免對(duì)使用者的傷害，通常安裝于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外部，如室外樓頂或室外墻體的側(cè)面，能高效采集室外太陽(yáng)光。采光罩所用弧線和折邊形設(shè)計(jì)還能幫助低射角光線折射進(jìn)入系統(tǒng)，使實(shí)際采光面積大于采光罩表面積，賦予其可觀的耐久性和抗沖擊能力。

導(dǎo)光裝置即導(dǎo)光管，是將采光裝置收集的自太陽(yáng)光引入室內(nèi)的管道，即導(dǎo)光管照明系統(tǒng)的核心部分?？梢孕D(zhuǎn)彎曲管道改變其射光角度和長(zhǎng)度，彎曲角度的變化范圍為0～90°，內(nèi)壁材料為高反射材料，且附著在內(nèi)壁的五層膜材料提高了光經(jīng)過(guò)多次反射的穩(wěn)定性，降低了損耗，其對(duì)光的全反射率達(dá)98%。導(dǎo)光管的特點(diǎn)是重量輕、穩(wěn)定性好、光損耗率低。光在導(dǎo)光管內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射，再由系統(tǒng)底部的漫射裝置把太陽(yáng)光均勻地照射到室內(nèi)。

漫射裝置同樣由PC材料或聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，同樣具有極好的透光性、漫射均勻性、不易著火且離火自熄，能避免眩光現(xiàn)象。漫射器外形種類豐富，可制成不同形式，如鉆石型、圓型、方型等。最重要的是其透光率可以自由調(diào)節(jié)，不僅可以避免傳統(tǒng)照明燈光強(qiáng)度不能自由調(diào)節(jié)的尷尬，更貼合人性化設(shè)計(jì)要求。除基本結(jié)構(gòu)外，還有防雨裝置、密封裝飾套圈、密封圈、連接器等輔助配件。

導(dǎo)光管照明系統(tǒng)原理是利用采光罩高效引入太陽(yáng)光并導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重新分配，經(jīng)過(guò)由特殊工藝制作而成的導(dǎo)光管反射后通過(guò)系統(tǒng)底部的漫射裝置把太陽(yáng)光均勻地分配到任何需要光線又不便直接對(duì)外采光的室內(nèi)空間。

三、導(dǎo)光管照明的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)證明提供相同照度的情況下，太陽(yáng)光帶來(lái)的熱量遠(yuǎn)少于人工光源的發(fā)熱量。所以，如果以太陽(yáng)光取代部分人工光源照明，可以顯著減少空調(diào)負(fù)荷達(dá)到節(jié)能減排的目的。建筑用傳統(tǒng)門窗采光主要通過(guò)門、窗等透光媒介，但門窗無(wú)法完全解決大進(jìn)深房間的采光問題，而且對(duì)光線的強(qiáng)度和角度難以控制，其本身受到窗地比的限制，導(dǎo)光管照明則具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如：在部分或條件允許的情況下取代白天傳統(tǒng)高耗電照明，充分提供十小時(shí)自然光照，低能耗，節(jié)約電力且極少需要保養(yǎng)。系統(tǒng)照明光來(lái)自太陽(yáng)光，采光柔和、均勻，光強(qiáng)可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，無(wú)眩光、無(wú)污染，并且采光罩表面的特殊涂層濾除有害輻射如紫外線等，盡可能保護(hù)使用者健康。且導(dǎo)光管照明系統(tǒng)所用材質(zhì)均為綠色產(chǎn)品，無(wú)毒無(wú)害。其最實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需配帶附屬電子設(shè)備和纏繞的導(dǎo)線，因而消除了線路老化可能帶來(lái)的安全隱患，且全系統(tǒng)具有防水、防火及防紫外線等性能。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)外形靈活優(yōu)美，既可以單獨(dú)進(jìn)行外形設(shè)計(jì)又可以結(jié)合室內(nèi)外裝飾得以豐富建筑表皮，成為一種建筑語(yǔ)匯，加上陽(yáng)光豐富的色彩，凸顯建筑的材質(zhì)感，將該系統(tǒng)融入建筑而不僅將其作為單獨(dú)的照明措施，這是傳統(tǒng)高耗能照明無(wú)法做到的。

經(jīng)濟(jì)方面以采用導(dǎo)光管照明的某地鐵站臺(tái)為例。站廳層的需照明面積為1400m2，單位耗電量為12W/m2，依非民用電價(jià)0.9元/kWh，那一年日間照明總用電費(fèi)約為6.1萬(wàn)，相關(guān)配電設(shè)備清潔費(fèi)為1萬(wàn)元/年，保養(yǎng)費(fèi)為1.8萬(wàn)元/年。所以傳統(tǒng)高耗電照明系統(tǒng)一年的運(yùn)行費(fèi)用約為6.1+1+1.8=8.9萬(wàn)。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)在白天平均每天采光照明10h左右，該車站24套導(dǎo)光管照明系統(tǒng)投入資金為35萬(wàn)，導(dǎo)光管照明比傳統(tǒng)高耗能照明年度總節(jié)約費(fèi)用為4.5萬(wàn)，照明工程投資回收期為8年。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)的使用壽命至少為25年，所以阻礙導(dǎo)光管照明系統(tǒng)推廣使用的只有起步投資問題，不過(guò)它應(yīng)用范圍越大，經(jīng)濟(jì)回收期越短，綜合價(jià)值越高。

由此可見導(dǎo)光管照明在節(jié)能減排方面顯然更具備市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)追求的綜合效益，擁有廣闊的發(fā)展前景。未來(lái)導(dǎo)光管照明的發(fā)展方向?qū)⒏鼉A向于結(jié)合各種建筑環(huán)境技術(shù)，為建筑節(jié)能減排和改善室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)發(fā)揮群體聯(lián)動(dòng)作用。開發(fā)結(jié)合氣流過(guò)濾裝置的導(dǎo)光管照明系統(tǒng)甚至可以進(jìn)一步拓寬導(dǎo)光管照明的應(yīng)用范圍，對(duì)提升建筑的生態(tài)價(jià)值有著重要作用。

四、導(dǎo)光管照明的使用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

在導(dǎo)光管照明出現(xiàn)前，大型廠房多用天窗采光，但天窗采光會(huì)產(chǎn)生局部聚光，而導(dǎo)光管照明效果不會(huì)因光線射入角的變化而改變，且輻射面積大，出射光線均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部聚光。采光天窗受室內(nèi)吊頂結(jié)構(gòu)及光線傳輸距離的限制，采光面積不會(huì)太大，并且安裝繁瑣、防水工序復(fù)雜，而導(dǎo)光管照明針對(duì)不同屋面有不同安裝方法及相應(yīng)防水處理工藝，不受室內(nèi)吊頂結(jié)構(gòu)等的影響。在光線傳輸方面，小孔徑導(dǎo)光管照明光線傳輸距離可達(dá)10m左右，大孔徑導(dǎo)光管照明光線傳輸距離可達(dá)20m以上，還可以使用彎管，使系統(tǒng)的安裝更便捷，適應(yīng)性更強(qiáng)，一些短距離導(dǎo)光管甚至可以采用全金屬涂層。近年來(lái)，導(dǎo)光管照明系統(tǒng)受到越來(lái)越多的關(guān)注，并且在國(guó)外得到大力推廣。目前，國(guó)外有很多公司生產(chǎn)此類產(chǎn)品，如蒙諾加特公司，其產(chǎn)品廣泛出現(xiàn)在各種場(chǎng)合，如大型體育場(chǎng)館和公共建筑及辦公樓、商店、白天陰暗的地下室、地下車庫(kù)等建筑中。

近幾年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了一系列關(guān)于建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，提出政府將強(qiáng)化新建建筑執(zhí)行能耗限額標(biāo)準(zhǔn)全過(guò)程監(jiān)督管理，對(duì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的建筑不予辦理開工和竣工驗(yàn)收備案手續(xù)，不準(zhǔn)銷售使用。在節(jié)能大棒的指揮下，具有巨大節(jié)能減排作用的導(dǎo)光管照明系統(tǒng)將大大發(fā)揮作用。

五、光導(dǎo)照明的未來(lái)發(fā)展

導(dǎo)光管照明自出現(xiàn)以來(lái)，人們始終致力于對(duì)它的改進(jìn)和完善，最初人們研究導(dǎo)光管是為了傳輸燈光，到了上世紀(jì)80年代以后才開始研究采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管系統(tǒng)。由于采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管照明系統(tǒng)安裝便捷、成本較低、性價(jià)比極高、實(shí)際應(yīng)用效果很好，因此在國(guó)外推廣十分迅速。

我國(guó)導(dǎo)光管照明技術(shù)是劉志東先生于2004年引進(jìn)自英國(guó)的，該項(xiàng)技術(shù)首次登陸中國(guó)大陸市場(chǎng)，引發(fā)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的轟動(dòng)。目前我國(guó)在導(dǎo)光管研制和應(yīng)用領(lǐng)域仍處于落后地位，但相比傳統(tǒng)高耗能照明，導(dǎo)光管照明存在得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此擁有廣闊的發(fā)展舞臺(tái)和后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

導(dǎo)光管照明近年來(lái)在國(guó)內(nèi)推廣速度加快，國(guó)內(nèi)很多大型公共設(shè)施均有采用，如北京奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館、上海世博會(huì)場(chǎng)館等。甚至有業(yè)內(nèi)人士稱，導(dǎo)光管照明會(huì)像光伏產(chǎn)業(yè)一樣獲得國(guó)家政策扶持，導(dǎo)光管照明將成為節(jié)能照明行業(yè)新的領(lǐng)軍產(chǎn)品。

太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的綠色能源。與傳統(tǒng)方式相比，導(dǎo)光管采光系統(tǒng)在改善光環(huán)境方面有著自身優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家節(jié)能減排舞臺(tái)上一定能大放光彩，同時(shí)給建筑師更大選擇余地以自由發(fā)揮，對(duì)節(jié)能減排、降低碳排放將發(fā)揮積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hollow light guide technology and application.CIE164：2005

[2]韋課常.電氣照明技術(shù)基礎(chǔ)與設(shè)計(jì).電力工業(yè)出版社，1980.

[3]劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理.第十屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)光伏技術(shù)與照明節(jié)能技術(shù)論壇論文集.

[4]徐登輝，劉志東.光導(dǎo)照明系統(tǒng)的基本原理.智能建筑與城市信息，2010，VOL6（163），及使用概況.

基金項(xiàng)目：鹽城工學(xué)院大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：129）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014-K1-050）。