光導照明技術的原理及應用

馬江川 王洪娜

光導照明，是通過光導技術利用室外自然光為室內提供照明的手段，它可以將自然光線引入到傳統自然光照明方式難以到達的區域，從而節約照明的能源，也為人類的生產、生活提供方便。光導照明系統主要由采光罩、光導管、漫射器三大部分組成，它的工作原理是，室外采光裝置收集室外的自然光線并將其導入系統內部，再經由特殊制作的光導管傳輸后，由安裝于系統另一端的漫射裝置把自然光線均勻發散到室內任何需要照明的地方。利用該系統得到的室內照明亮度從黎明到黃昏，甚至是在陰天都十分充足。

那么光導照明技術在生產實踐中都有哪些應用呢？

首先，光導照明技術可以在地下空間發揮巨大的價值。地下車庫利用光導照明技術解決采光問題，這在國內外已有許多成功案例。由于光源來自于室外的自然光線，地下車庫可通過光導照明裝置獲得柔和、均勻的光照，而其強度還可以根據需要和室外陽光的變化進行智能化的調節。在陰雨天或室外光線不足的時候，電力照明系統會自動啟動，使節能和照明達到最佳組合。光導照明系統的采光罩可以和車庫上部的構筑物、景觀結合設置，安裝光導管的采光井也可結合設備管道井布置，以節約成本和空間。

在我國，地下隧道中也越來越多地應用了光導照明技術。為保證隧道中車輛行駛的安全，需要在隧道中設置24小時的照明，而光導照明技術將室外光線折射到隧道之中，可大幅度地節約照明電力。在隧道的出入口部分，常常需要增加光導照明燈具的數量，以提供較高的照度，以減輕司機駛入和駛出隧道時由于光線強弱迅速變化引起的視覺不適。

圖1 SunCurve的產品外觀

圖2 SunCurve產品的應用

除了地下空間，光導照明系統在學校和生產、辦公建筑中也大顯身手。研究表明，相對于人工照明，人們在自然光條件的工作、學習的效率會明顯提高，疲勞感明顯降低。在學校或工廠里，光導照明技術可將光線引入到自然光難以直接射入的區域，使得在這些區域工作的人們也可以享受到自然光的恩惠。值得一提的是，全球最大屋頂窗戶生產企業丹麥威盧克斯公司生產了一種名為SunCurve的日光高效采集系統，它能高效地收集日光，并捕獲更多的低角度入射光，再將光線進行柔化處理，將自然光轉化為高質量的光源，送入室內。（圖1，圖2）

研究人員還開始將建筑通風系統和光導照明系統進行整合，在提升室內照明舒適度的同時引入新鮮空氣，提高室內通風效率，這更加有利于人們的身心健康。

傳統的光導照明系統只能作用于白天，而如果它與太陽能光伏發電裝置相結合，白天利用自然光線、夜間使用存儲電力進行照明，就能大大降低照明的能耗，節約建筑使用成本。在當今環保節能的大趨勢下，兩者的結合應用，必將有巨大的發展空間。

光導照明系統也可以成為室外景觀的一部分，營造特殊的藝術效果。在夜晚，室內的燈光通過光導照明裝置逆向反射，可形成美妙的景觀。英國的燈光藝術家布魯斯·蒙羅（Bruce Munro）于2011在英國赫爾本（Holburne）博物館廣場上設計的景觀藝術作品，就是利用了這個原理，利用上千個球狀采光罩和光導纖維創造出童話般的夢幻效果。夜幕來臨之際，參觀的人們恍若置身銀河之中（圖3）。

圖3英國的燈光藝術家布魯斯·蒙羅的光導景觀藝術

在當今世界能源消耗巨大，環境污染日趨嚴重的情況下，建筑的可持續發展顯得尤為重要。如何在降低建筑運行的成本、提高能源使用的效益，是我們面臨的重要課題。光導照明技術將清潔環保的自然光引入室內，可以節約能源并改善建筑空間的采光質量；它與太陽能光伏發電技術、樓宇通風設備的結合，更有利于提高人們的生活、工作環境的品質，發揮巨大的生態和經濟效益。

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