建筑采光与导光系统
摘要：本文从目前国内老社区采光不足的现状出发，简要介绍利用天然光的导光系统。
从导光系统的原理、分类、组成来阐述导光系统的优与弊。
从国外的发展走向来分析导光系统的发展重点和未来趋势，并且与老社区的现实情况结合，希望能对老社区的采光改造起到一定的作用。
关键词：老社区、采光、导光系统
1．老社区采光现状分析
1.1现状：在城市内部，居住空间多见缝
插针，比较多见的是新建住宅附属于相应的
单位，导致建筑局部密度过大，间距过窄，
建筑采光困难。
又由于城市中心各种城市职
能相对集中，居住空间与其他功能空间如商
业、娱乐等设施混合，以致此类社区人口密
集、居住环境较差。
在重庆，这种80年代的旧住宅数分布广泛
且数量颇多，广泛分布于重庆市主城区，目
前有 400 余万平方米。
在这样的基数之上，
如需全部拆建需要耗费大量资源。
同时，随着我国经济的飞速发展, 用电紧张问题日益受到社会各界的关注, 而照明用电在电能消耗中占有相当比重, 根据统计表明我国照明用电约占全国总用电量的12 % , 2004 年北京市照明用电为49 亿千瓦小时, 也占到全市用电总量的11 %。
因此照明节能具有十分重要的实际的经济、社会以及环境效益。
开发节能产品、充分利用天然光资源无疑是解决能源紧张的重要途径。
1.2天然光：天然光作为大自然馈赠于人类的宝贵财富, 是一种取之不竭, 用之不尽的绿色能源, 同时也是人类长期进化过程中最为适应的光源, 但在很长的一段时间内曾被人忽视。
伴随着近年来能源危机、环境恶化等问题的不断出现, 才日益引起了世人的关注。
而导光管技术的出现无疑为人们合理利用天然光资源开辟出新的途径, 特别是近十几年伴随着导光管技术的快速发展, 大量具有可推广性的导光管产品不断涌现, 使得导光管在居室、商
店、学校、运动场所、厂房等不同空间得到广泛应用。
2.导光系统简介
2.1导管系统工作原理：导光系统利用室
外的自然光线透过集光器导入系统内进行
重新分配, 再经特殊制作的导光管传输和
强化后由系统底部的漫射装置把自然光均
匀高效地照射到室内。
2.2导光系统分类：导光管系统一般有四
种，分别是镜面反射型、圆柱形棱镜式、V
字形棱镜式和漫反射型
比较：镜面反射型相当于一个裸光源，
而棱镜式（圆柱形和V 字形）则方向性很
强，漫反射型由于在光的出口处加了一层
漫射材料，射出的光比较柔和。
1 光源 2、4 镜面反射器 3 玻璃 5 导光管
6 镜面反射膜
7 散射器
8 光栅
9 全反射棱镜膜。
2.3导光系统组成：光管系统主要由集光器、导光
筒和漫射器三部分组成。
这种系统利用室外的自
然光线透过集光器导入系统内进行重新分配, 再
经特殊制作的导光管传输和强化后由系统底部的
漫射装置把自然光均匀高效地照射到室内。
2.3.1集光器：
根据集光器的工作原理不同, 可以分为以下两种
类型:
1) 被动式集光器: 多为半球形透明结构, 内部也可设置棱镜等以提高效率;
2) 主动式集光器: 主要有定日镜等, 可自动跟踪太阳以提高采集光线的效率。
被动式主动式
2.3.2导光筒：
1) 金属反射型导光筒
在玻璃或塑料上镀一层高反射率的金属涂层 ,通过多次反射将光传送到需要的空间 , 适合于短距离的传输。
这种导光筒虽然传输效率相对
较低 , 但是由于其低廉的价格 , 而能够在一些
对于效率要求不是非常高的场所得到广泛使用
2) 非金属反射型导光筒
实验表明仅仅依靠非金属材料的部分
反射 , 其效率非常的低 , 但是这一
点可以通过使用一种薄膜来克服 ,
从而使得非金属反射型导光筒具有比
较高的效率。
但是这种装置造价却非
常昂贵 , 目前很难得到大量推广
3) 透镜组型导光筒
这种导光筒主要是利用光线的折射原理 ,
它由一系列的光学透镜组成, 这种导光筒
需要很多价格昂贵的透镜 , 因此现在主
要在一些光学仪器设备上使用
4) 棱镜型导光筒
这种导光筒与光导纤维同理 ,但是由于导光筒为中空的管子 , 因此传统的管子不可能实
现 , 但是当改变管壁形状后则克服了这个问题 , 制成了内部全反射式的导光筒。
这种导光筒多用于为大空间提供照明。
对于原理相同的导光纤维而言 ,虽然其效率较高 , 但是却由于它所能传输的光通有限 , 而同样不能适用于这种大面积场所的照明。
2.3.3漫射器：
对于照明而言 , 不是简单的将光线引入室内 ,而是需要将光线
合理的在室内分布 , 因此漫射器就需要根据配光的要求的不同 ,
而合理的选择相应的材料制备而成。
并对其光通空间分布做相应
的测试从而保证照明的质量。
无窗空间导光效果
3.建筑中的应用
在建筑和环境中应用的导光管的光源可以是昼光或人工光源，下表表示了它的应用。
3.1与人工照明结合：导光管将
天然采光与人工照明结合是一
项非常有前途的技术，可以将这
种方法用于单层、多层建筑或地
下室。
图2 是一应用示例，这是
一种新型的采光方式，它不仅可
以照亮整个房间、某个局部，还
可以作为发光天棚的光源，主要
适合于层高较高的建筑、设备拥
挤的工场和游泳池等。
在导光管
的受光面作进一步的处理后，伴随着采光的热或紫外光可以被完全地排除在室外。
计算表明，一个如图2 所示的导光管，对层高在6~9m、面积为150~250m2 的室内照度可达到300~400 lx。
3.2导光管与遮阳篷的结合：:将导光管系统与遮阳棚结合起来，用于多层建筑中，是一种新型的多功能节能技术，如图3 、图4 所示。
在普通的遮阳棚上，添加了光电板和一个可转动的菲涅耳透镜。
遮阳棚在挡去了直射光的同时，并不妨碍居民的视野；棚内的光电板吸收天然光的光通，并将此能量输送给电网或
建筑，在有采光的白天让电表倒转，夜晚
无采光时电表正转；伴随着采光有大量的
热量，对低温的室内，遮阳棚可以将遮阳
结构内的热空气带入建筑物，解决采暖问
题；采用一个圆柱形的可移动的菲涅耳透
镜，将遮阳棚上的光通聚焦后，进入一条
狭长的大约25 mm 宽、柔软的、绝缘的波
导管，然后通过一个光转换器，以最佳的
角度将光引入导光管，光转换器的目的是
使光在导光管中的利用效率最高。
4.国外发展历程
为了节约照明用电和改善地下或无窗建筑的室内光环境, 国外很早就开展了天然导光技术方面的研究。
早在1977 年, 美国的D. Micheal 发表了题为“有太阳跟踪器的阳光照明”(Lighting with sunlight using sun tracking concentrators) 一文, 一些学者认为这篇文章标志着地下与无窗建筑天然采光方法的形成。
美国、前苏联、日本、英国等国的学者在天然导光技术方面做了大量的研究工作。
导光管系统在世界很多地方已实现商品化和设计标准化, 在国外的许多项目中得到了应用。
CIBSE的Building Journal 发表的调查表明, 截止到2003 年9 月全球已安装了大约300 万套导光管产品。
图5 为国外若干工程应用实例。
国际照明委员会CIE TC3 —38 , 加拿大国家研究会, 英国利物浦大学等都对这种导光管系统
进行了深入的研究, 并提出了较为完整的设计和计算方法,与天然采光中的采光系数相对应在导光系统管理论中提出了Daylight Penetration Factor (昼光穿透系数DPF) 以表征导光管系统的采光效果。
5.老社区导光设计意向
夹
夹缝中的采光
将导光系统引入老社区，自然光导入室内，
从根本上解决老社区采光差的问题，如果这一
设计实践化和推广化，将是老社区的一个福
音。
6.总结（导光系统推广化将要解决的重点）
6.1.低技性：如前面所谈到的各种导光方式，都存在价格昂贵的问题，要真正解决老社区的采光问题，价格是关键
6.2.高效性：如何提高集光器、导光筒、漫射器的效率，真正将阳光导入室内，是我们设计的重点
6.3.适应性：如何结合老社区的建筑、阳台等实际问题，来设计导光系统，让其服务于老社区居民
6.4.空间性：如何结合老社区居民户型、阳台等空间特色，发挥我们的专业特长，为其设计一套具有空间适应性的导光系统。
参考文献：
1.《采光和照明新技术_导光管在建筑中的应用》徐向东
2.《地下和无窗建筑定日镜导光管采光照明的试验研究》肖辉乾
3.《地下空间采光及导光系统的现状及应用展望》张滨
4.《天然光导光系统分类及全年采光动态模拟》罗涛。