面向功能驅(qū)動(dòng)的采光照明裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

成佳慶，趙 武，郭 鑫，李明宏

（1.四川大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610065；2.漢舟四川環(huán)保科技有限公司，四川 德陽(yáng) 618300）

1 引言

太陽(yáng)能是最有前景的可再生能源之一，對(duì)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但世界仍很依賴化石燃料。在發(fā)達(dá)國(guó)家商業(yè)及住宅照明消耗高達(dá)40%的電能，在中國(guó)照明占城市總能耗的16%[1]。高效利用太陽(yáng)光來(lái)減少照明用電已引起人們的廣泛關(guān)注。目前已經(jīng)有使用不同的技術(shù)來(lái)捕獲太陽(yáng)光，而市面上較成熟的采光裝置是光導(dǎo)管照明裝置（Tubular Daylight Device，TDD），是一種相比傳統(tǒng)照明能有效利用自然光的照明方式，用光導(dǎo)管把陽(yáng)光引到室內(nèi)照明，過(guò)程中沒(méi)有光電能量轉(zhuǎn)換。國(guó)外開(kāi)發(fā)采光照明較早，國(guó)內(nèi)起步較晚，都對(duì)TDD做了一系列研究[3-9]，包括工作原理、結(jié)構(gòu)[2-4]和各種環(huán)境下的光學(xué)性能[5-8]等。但該裝置仍有光能損耗高、占有空間大及傳輸距離受限等問(wèn)題未被較好解決，不利于普及，所以研究采光照明裝置的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是相當(dāng)顯著的。發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ）是蘇聯(lián)著名發(fā)明家ALT?SHULLER領(lǐng)導(dǎo)的研究機(jī)構(gòu)分析了全世界近250萬(wàn)件高水平專利的基礎(chǔ)上，綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理后提出的一套理論方法體系[9]。國(guó)內(nèi)外對(duì)TRIZ 的理論及其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛而深入的研究[10-14]。運(yùn)用TRIZ可以加快創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程，且得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。

在創(chuàng)新方法的引導(dǎo)下，該文提出面向節(jié)能裝置改進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程。研究重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)下TDD的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，基于模塊化將采光、聚光及傳光關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，形成切實(shí)可行的整體方案，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法及裝置的有效性。

2 面向節(jié)能裝置改進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程

為更好改進(jìn)節(jié)能裝置，僅參考已有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是不夠的，需要設(shè)計(jì)方法及流程的指導(dǎo)。以課題組的理論研究為基礎(chǔ)[12，15]，面向功能和綠色屬性驅(qū)動(dòng)，提出用戶、設(shè)計(jì)者及產(chǎn)品狀態(tài)多元交互分析評(píng)估推進(jìn)各模塊設(shè)計(jì)方案及整體設(shè)計(jì)方案的迭代回溯，直至方案創(chuàng)新的設(shè)計(jì)過(guò)程。該流程注重產(chǎn)品創(chuàng)新的整體概念設(shè)計(jì)，以節(jié)能裝置為研究對(duì)象，以提高能量效率為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以產(chǎn)品功能為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行功能分析并模塊化，結(jié)合綠色屬性評(píng)估，定義各模塊的設(shè)計(jì)問(wèn)題。運(yùn)用TRIZ理論工具優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過(guò)模塊方案的迭代回溯實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，完成從功能到問(wèn)題到結(jié)構(gòu)的映射，更好設(shè)計(jì)節(jié)能裝置，創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程，如圖1所示。

圖1 節(jié)能裝置改進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程圖Fig.1 Design Process of Energy-Saving Device Optimization and Innovation

該模型可分為3個(gè)主要階段，即產(chǎn)品分析，創(chuàng)新設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。

（1）分析各功能設(shè)計(jì)問(wèn)題并定義設(shè)計(jì)要求。基于提高能量利用率，對(duì)節(jié)能裝置進(jìn)行功能分析和綠色評(píng)估。

（2）根據(jù)問(wèn)題類型，利用沖突解決理論和物-場(chǎng)模型對(duì)各功能模塊求解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)多元交互分析評(píng)估初步設(shè)計(jì)方案，如不滿足要求，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)迭代直至方案改進(jìn)創(chuàng)新；反之，則各功能模塊合成整體設(shè)計(jì)方案。

（3）通過(guò)多元交互進(jìn)行方案評(píng)估確定其整體是否符合設(shè)計(jì)要求，尤其是對(duì)改進(jìn)前后裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，若滿足要求，則設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束。反之，同上對(duì)方案進(jìn)行再改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3 現(xiàn)有產(chǎn)品分析

TDD有采集、匯聚、傳導(dǎo)以及發(fā)散太陽(yáng)光4大功能，主要由采光罩、導(dǎo)光管和漫射器三部分組成。采光罩采集自然光并經(jīng)光折射原理將其引入光導(dǎo)管，光導(dǎo)管內(nèi)壁涂有非金屬薄膜反射材料，光線經(jīng)多次反射傳入漫射器，利用光散射特性調(diào)節(jié)光線分布。TDD 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖2 所示。它主要由采光罩、防雨罩、光導(dǎo)管、調(diào)光裝置、漫射器等組成，利用光的物理特性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)照明。

圖2 TDD結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 Structure Diagram of TDD

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品，節(jié)能設(shè)計(jì)注重產(chǎn)品全生命周期能耗動(dòng)態(tài)特性。而該文是面向節(jié)能裝置改進(jìn)的概念設(shè)計(jì)階段，節(jié)能意味著提高能源利用率，能源利用率與功能及結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。功能設(shè)計(jì)是基于用戶需求和現(xiàn)有功能，從目標(biāo)功能出發(fā)進(jìn)行概念上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行改進(jìn)、更新和重組。面對(duì)惡劣的環(huán)境問(wèn)題和可持續(xù)發(fā)展要求，為發(fā)展綠色思想，世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)提出7 個(gè)環(huán)境要素，涉及到產(chǎn)品綠色屬性。設(shè)計(jì)階段，重視能耗問(wèn)題，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)、技術(shù)提高產(chǎn)品能源利用率。

對(duì)光導(dǎo)管照明裝置進(jìn)行功能屬性分析，用綠色屬性評(píng)估其結(jié)果。（1）當(dāng)光導(dǎo)管的內(nèi)徑一定時(shí)，傳輸距離受到限制，光損耗與管內(nèi)反射次數(shù)呈指數(shù)增加，傳輸效率低，與產(chǎn)品綠色屬性的能源利用性互斥；在建筑物內(nèi)部空間限制大，整體安裝工藝復(fù)雜，維護(hù)要求高，靈活性不足，與綠色屬性的可拆卸性、可維護(hù)性及通用性互斥。（2）采集和匯聚是通過(guò)采光罩折射太陽(yáng)光完成的，太陽(yáng)光與普通燈光在不同狀況下差別大，同時(shí)受太陽(yáng)光角度限制，有效采光面積和時(shí)間小，大部分太陽(yáng)光無(wú)法進(jìn)入傳光裝置中，采集后也缺乏強(qiáng)化。因此光能損耗大，采光、聚光效率低，與綠色屬性的能源利用性互斥。

4 改進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程

基于功能模塊化采光照明裝置整體設(shè)計(jì)方案按照各個(gè)功能分別單獨(dú)改進(jìn)設(shè)計(jì)。在創(chuàng)新流程的引導(dǎo)下，根據(jù)采光、聚光及傳光中不同問(wèn)題采用相應(yīng)的TRIZ理論工具完成結(jié)構(gòu)改進(jìn)，合成整體設(shè)計(jì)方案。

4.1 傳光裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程

針對(duì)問(wèn)題（1）提出的改進(jìn)需求：當(dāng)傳導(dǎo)光能時(shí)，希望傳光裝置占地空間小，受建筑的限制小，安裝簡(jiǎn)便靈活。但占地空間減少會(huì)導(dǎo)致光線耦合面積變小，較多入射角偏大的光線進(jìn)不了傳光裝置，導(dǎo)致光能損耗變大，效率降低。

運(yùn)用沖突解決理論，即查詢TRIZ沖突矩陣，應(yīng)用發(fā)明原理。將設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為TRIZ理論的沖突問(wèn)題，提取出8靜止運(yùn)動(dòng)的體積和21功率之間的沖突矛盾。

沖突矩陣查詢到的發(fā)明原理有6多用性、30柔性殼體或薄膜，如表1所示。

表1 沖突矩陣Tab.1 Conflict Matrix

受發(fā)明原理30（使用柔性殼體或薄膜代替標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）啟發(fā)，在保證靜止運(yùn)動(dòng)的體積減小的前提下，從提高效率和減少光能損耗出發(fā)，通過(guò)用柔性殼體代替光導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，基于光的全反射，提出用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）纖維即光纖作為傳輸裝置來(lái)代替光導(dǎo)管，使光在玻璃或塑料制成的纖維中傳輸，傳光裝置方案前后對(duì)比，如圖3所示。

圖3 傳光裝置方案前后對(duì)比圖Fig.3 Contrast Diagram of Light Transfer Device

可行性分析：成功解決了上述問(wèn)題，滿足用戶的需求，提升光能傳輸功率，減小損失，適合遠(yuǎn)距離傳輸，更直接、更好地利用陽(yáng)光的采集來(lái)對(duì)室內(nèi)光線做出改善。

4.2 采光和聚光裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程

4.2.1 初步改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程

針對(duì)問(wèn)題（2）提出的改進(jìn)需求：當(dāng)太陽(yáng)在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，希望采光裝置和太陽(yáng)光始終保持垂直，精確且自適應(yīng)地追蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡，提高利用率；聚光裝置強(qiáng)化太陽(yáng)光，讓更多光能進(jìn)入傳光裝置。

運(yùn)用物-場(chǎng)模型和沖突解決理論，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。采光和聚光裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)使用物-場(chǎng)模型以及沖突解決理論，主要步驟：（1）識(shí)別元件，構(gòu)建物-場(chǎng)模型；（2）判斷模型類型，從76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解中選擇一個(gè)最恰當(dāng)?shù)慕猓唬?）針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，應(yīng)用沖突解決理論快速找到解。依據(jù)求解工具建立TDD采光和聚光裝置的物-場(chǎng)模型，如圖4所示。由于采光裝置無(wú)法精確且自適應(yīng)地追蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡且聚光裝置不能強(qiáng)化采光罩折射來(lái)的太陽(yáng)光，所以是有用不充分的相互作用模型。

針對(duì)這類模型的一般解法：（1）用另一個(gè)場(chǎng)代替原來(lái)的場(chǎng)；（2）增加另外一個(gè)場(chǎng)來(lái)強(qiáng)化有用的效應(yīng)；（3）加入一個(gè)物質(zhì)并引入另一個(gè)場(chǎng)來(lái)提高有用效應(yīng)。通過(guò)一般解法進(jìn)行初步應(yīng)用，再采用物-場(chǎng)模型的第2、3類標(biāo)準(zhǔn)解完善方案設(shè)計(jì)。由圖4物-場(chǎng)模型可知，太陽(yáng)通過(guò)光能作用在采光罩上，采光罩通過(guò)本身形狀折射太陽(yáng)光進(jìn)入傳光裝置。針對(duì)這類模型，要滿足精確且自適應(yīng)地追蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡和強(qiáng)化太陽(yáng)光，僅采光罩是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，需對(duì)采光和聚光裝置進(jìn)行初步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖4 采光和聚光裝置的物-場(chǎng)模型Fig.4 Daylighting and Concentrating Devices of Object Model

采光裝置對(duì)太陽(yáng)光存在效應(yīng)不充分作用。其中，采光罩是固定不動(dòng)的，不僅能采光和折射聚光，而且還有防塵、防雨及保護(hù)等功能。現(xiàn)要求采光裝置具有追蹤太陽(yáng)軌跡的功能，且采光裝置與太陽(yáng)光保持垂直，根據(jù)上述流程，采用一般解法（3）和物-場(chǎng)模型標(biāo)準(zhǔn)解（S2.2.2：物質(zhì)S2的分裂和S2.1.1：鏈?zhǔn)轿?場(chǎng)模型），加入新物質(zhì)并引入新場(chǎng)來(lái)提高有用效應(yīng)，滿足要實(shí)現(xiàn)的功能。即在采光罩內(nèi)部引入采光板。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)采光裝置想要的功能及建立完整的物-場(chǎng)模型，采用功能分解圖進(jìn)行功能定義，如圖5所示。

圖5 自適應(yīng)太陽(yáng)追蹤功能分解圖Fig.5 Function Decomposition Diagram of Adaptive Sun Tracking

總功能定義為精確且自適應(yīng)追蹤太陽(yáng)軌跡，為實(shí)現(xiàn)總功能（A），要滿足采光板的執(zhí)行（A1）以及微機(jī)對(duì)于采光裝置的控制（A2）這兩個(gè)1級(jí)子功能。要實(shí)現(xiàn)采光板的執(zhí)行功能即確定采光板是能驅(qū)動(dòng)的（A11），即橫向旋轉(zhuǎn)（A12）和縱向旋轉(zhuǎn)（A13）這3個(gè)2級(jí)子功能。微機(jī)對(duì)于采光裝置的控制同樣要收集太陽(yáng)位置（A21），處理數(shù)據(jù)（A22）以及采取智能策略（A23）這3個(gè)2級(jí)子功能。

通過(guò)子功能的分解完成功能到結(jié)構(gòu)的映射，建立完整的設(shè)計(jì)方案，采光裝置初步改進(jìn)后的物-場(chǎng)模型，如圖6所示。當(dāng)太陽(yáng)在空中運(yùn)行時(shí)，光電傳感器通過(guò)光強(qiáng)判斷太陽(yáng)位置轉(zhuǎn)成電信號(hào)反饋給微機(jī)，微機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理控制電機(jī)1和2的旋轉(zhuǎn)，電機(jī)1通過(guò)軸控制橫向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)2通過(guò)支撐桿和底座控制縱向旋轉(zhuǎn)，使采光板與光線時(shí)刻保持垂直。

根據(jù)流程同樣對(duì)聚光裝置初步改進(jìn)設(shè)計(jì)。采用一般解法（3）引入大菲涅爾透鏡和傳能光纖，太陽(yáng)光透過(guò)大菲涅爾透鏡將光能聚焦成光斑，使光斑落在光纖端面，通過(guò)光纖傳導(dǎo)光能給傳光裝置，聚光裝置初步改進(jìn)后的物-場(chǎng)模型，如圖6所示。

圖6 采光和聚光裝置初步改進(jìn)設(shè)計(jì)物-場(chǎng)模型Fig.6 Daylighting and Concentrating Devices of Preliminary Improvement of Object Model

可行性分析：經(jīng)初步設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)者以及產(chǎn)品狀態(tài)來(lái)看，采光裝置仍存在以下問(wèn)題：（1）傳統(tǒng)二軸跟蹤機(jī)構(gòu)跟蹤范圍小，精度較低，耗能大；（2）傳感器對(duì)微機(jī)來(lái)說(shuō)既效應(yīng)不足又有害，首先單個(gè)傳感器無(wú)法滿足追蹤精度要求，其次遇到多云、陰天等天氣時(shí)會(huì)失靈，無(wú)法獲取太陽(yáng)的位置；聚光裝置仍存在：（1）透鏡尺寸及聚焦倍數(shù)導(dǎo)致光纖端面損傷；（2）光纖直徑增大導(dǎo)致機(jī)械性能下降發(fā)生斷裂等問(wèn)題。

4.2.2 迭代設(shè)計(jì)過(guò)程

在采光裝置中，針對(duì)傳統(tǒng)二軸跟蹤機(jī)構(gòu)，存在耦合力矩、裝配繁瑣及傳動(dòng)復(fù)雜等問(wèn)題，導(dǎo)致跟蹤精度低。在創(chuàng)新方法的繼續(xù)指導(dǎo)下，基于物-場(chǎng)模型標(biāo)準(zhǔn)解（S1.2.2：引入改進(jìn)的S1或（和）S2來(lái)消除有害作用），結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提出用液壓機(jī)構(gòu)代替電機(jī)進(jìn)行支撐桿縱向的驅(qū)動(dòng)，形成液壓式追蹤采光裝置。如圖7、圖8所示，伸縮支撐架為上下兩段，下段支撐架直徑小于上段支撐架直徑，伸縮支撐架上段為中空，能上下調(diào)整采光板的橫向傾斜角，用液壓直線運(yùn)動(dòng)代替電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而旋轉(zhuǎn)軸仍用電機(jī)實(shí)現(xiàn)橫向旋轉(zhuǎn)，支撐架與底座是鉸鏈連接，當(dāng)采光板旋轉(zhuǎn)時(shí)伸縮支撐架底座在底座滑槽中左右移動(dòng)，滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡。采用液壓升降保證運(yùn)行路線更短和運(yùn)轉(zhuǎn)策略上更明智，穩(wěn)定性也更高。

針對(duì)傳感器，首先單個(gè)傳感器無(wú)法滿足追蹤精度，是效應(yīng)不充分作用，根據(jù)物-場(chǎng)模型標(biāo)準(zhǔn)解（S2.2.2：物質(zhì)S2的分裂），借鑒軍事、天文的跟蹤裝置，提出四象限光電傳感器。光斑在各象限上的能量分布比例能計(jì)算出入射光斑的中心位置，確定太陽(yáng)方位。其次，因天氣原因傳感器失效，微機(jī)無(wú)法判斷太陽(yáng)位置。傳感器和微機(jī)同存有害作用，根據(jù)物-場(chǎng)模型標(biāo)準(zhǔn)解（S1.2.2：引入改進(jìn)的S1或（和）S2來(lái)消除有害作用），結(jié)合太陽(yáng)隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)用主動(dòng)和被動(dòng)跟蹤相結(jié)合的跟蹤方式。主動(dòng)跟蹤是根據(jù)四象限光電傳感器實(shí)現(xiàn)追蹤，被動(dòng)追蹤就是云服務(wù)器獲取某地某時(shí)的太陽(yáng)位置，遠(yuǎn)程控制采光板旋轉(zhuǎn)。按照時(shí)間間隔，先通過(guò)云服務(wù)器被動(dòng)追蹤，再通過(guò)傳感器精確主動(dòng)追蹤，形成自適應(yīng)追蹤采光裝置。聚光裝置根據(jù)上述問(wèn)題構(gòu)成了18照度和35適用性、通用性之間的沖突矛盾，綜合考慮沖突解決原理和物-場(chǎng)模型，利用矛盾沖突矩陣查詢到對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理（1號(hào)發(fā)明原理：分割）和物-場(chǎng)模型標(biāo)準(zhǔn)解（S2.2.2：物質(zhì)S2的分裂），得出設(shè)計(jì)概念，即多光纖束和陣列菲涅爾透鏡。考慮到光纖機(jī)械彎曲與光纖直徑相關(guān)，采用小直徑光纖使用方便靈活。因此將多個(gè)聚光器的輸出能量匯聚到一根光纖方便傳輸，即引入耦合器。光線經(jīng)透鏡先聚焦，再經(jīng)光纖束聚光，通過(guò)耦合器的二級(jí)聚光將光纖束轉(zhuǎn)化成單根光纖傳遞光能給另一端的傳光裝置。通過(guò)增加光纖束數(shù)量的方法，還可進(jìn)一步增大其聚光倍數(shù)，最終創(chuàng)新式聚光物-場(chǎng)模型，如圖7所示。

圖7 采光和聚光裝置最終改進(jìn)設(shè)計(jì)物-場(chǎng)模型Fig.7 Daylighting and Concentrating Devices of Final Improvement of Object Model

根據(jù)上述設(shè)計(jì)過(guò)程，基于TDD裝置本身，對(duì)采光和聚光功能模塊設(shè)計(jì)方案進(jìn)行迭代回溯，產(chǎn)生液壓式自適應(yīng)追蹤采光裝置和改進(jìn)式聚光裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成功解決了設(shè)計(jì)問(wèn)題。采光和聚光裝置方案前后的對(duì)比，如圖8所示。

圖8 采光裝置和聚光裝置方案前后的對(duì)比圖Fig.8 Contrast Diagram of Daylighting and Concentrating Devices

5 改進(jìn)后的整體方案及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

5.1 方案介紹

經(jīng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程后，采光裝置通過(guò)電機(jī)和液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，方位角能達(dá)到180°，俯仰角能滿足太陽(yáng)的高度，實(shí)現(xiàn)全方位。采用四象限光電傳感器和云服務(wù)器獲取太陽(yáng)的方位角和高度角，使采光板與太陽(yáng)光垂直，滿足了采光的基本要求；此外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，精度較高，采集效率高。而聚光裝置通過(guò)多光纖束和陣列菲涅爾透鏡能強(qiáng)化和聚集太陽(yáng)光，提高光與光的耦合效率。從根本上解決了TDD存在的問(wèn)題，在整體上提高了能量利用率，從而保證了有更多的光能進(jìn)入發(fā)散裝置，整體設(shè)計(jì)方案，如圖9所示。該方案在室內(nèi)采用分階控制，結(jié)合太陽(yáng)能板、蓄電池、電子調(diào)光器以及家電照明裝置，實(shí)現(xiàn)光電儲(chǔ)一體化。

圖9 液壓式光纖照明系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.9 Structure Diagram of Hydraulic Fiber Optic Lighting System Program

5.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

自適應(yīng)液壓光纖采光照明裝置和光導(dǎo)管照明裝置的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試于2018年在德陽(yáng)市廣漢市向陽(yáng)鎮(zhèn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)條件分別是夏冬兩季以及晴、陰天與多云各情況下的某幾天，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，改進(jìn)后裝置在入射通量、有效照明時(shí)間以及傳輸效率都有一定的提升，更加節(jié)能，驗(yàn)證了方法及裝置的有效性。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖，如圖10所示。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖Fig.10 Field Experiment Test Chart

6 結(jié)論

自適應(yīng)液壓光纖采光照明系統(tǒng)在節(jié)能裝置改進(jìn)創(chuàng)新式設(shè)計(jì)流程下由光導(dǎo)照明系統(tǒng)演化而來(lái)，具有液壓式自適應(yīng)采光、陣列菲涅爾聚光與光纖傳光等結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)介紹了創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)兩者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，液壓式光纖照明系統(tǒng)可以有效地跟蹤、集中、準(zhǔn)直和分配太陽(yáng)光進(jìn)入建筑物，在一定條件下，有了更多的有效照明時(shí)間和投射光通量，從而降低了照明功耗，驗(yàn)證了創(chuàng)新方法及創(chuàng)新流程在節(jié)能裝置改進(jìn)過(guò)程中的有效性和液壓式光纖照明系統(tǒng)的節(jié)能特性。