專利名稱：主動式自然導(dǎo)光方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑技術(shù)，具體地說是一種適用于建筑物中庭或天井的主動式自然導(dǎo)
光方法及裝置。
背景技術(shù)：
建筑自然采光是建筑可持續(xù)設(shè)計的一個重要組成部分。建筑中引入自然采光，不 僅可以減少建筑照明能耗，還具有人工照明所難以實現(xiàn)的優(yōu)點它可以使人們感受太陽和 天空形成的微妙變化，減輕季節(jié)性情感錯亂和慢性疲勞；它也可以使建筑物富有光影變化， 使空間變得更加趣味和人性化。 目前建筑中通常采用被動式自然采光方法，即利用采光口進(jìn)行采光，典型的如側(cè) 窗采光，天窗采光，采光罩采光等。采用被動式的天然采光方法，采光質(zhì)量會受到采光口的 位置、面積、大小、朝向等的限制。對于平面進(jìn)深大、高度高、采光口面積不宜過大的建筑，被 動式采光方法往往不能滿足其采光需求。因此，發(fā)明一種能夠主動導(dǎo)入太陽光、改善建筑物 中庭或天井采光環(huán)境的主動式自然導(dǎo)光裝置是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠主動將太陽光導(dǎo)入大型建筑物內(nèi)，改善建筑物中庭 或天井采光環(huán)境的主動式自然導(dǎo)光方法； 本發(fā)明的另一 目的是提供一種能夠主動將太陽光導(dǎo)入大型建筑物內(nèi)，改善建筑物 中庭或天井采光環(huán)境的主動式自然導(dǎo)光裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
主動式自然導(dǎo)光方法如下 (1)由設(shè)在建筑物屋頂?shù)那昂髢蓚€能夠自動跟蹤太陽入射角的定日鏡采集天然 光，聚焦并入射到反射鏡；反射鏡將光線射入天窗，經(jīng)漫射板散射進(jìn)入建筑物中庭或天井；
(2)后排定日鏡、前排定日鏡、反射鏡、天窗下側(cè)漫射板為一組光學(xué)系統(tǒng)，可在同一 建筑物屋頂上設(shè)置一組或多組光學(xué)系統(tǒng)； (3)主動式自然導(dǎo)光系統(tǒng)經(jīng)過采集、反射、透射、散射方式，將太陽光導(dǎo)入室內(nèi)。
主動式自然導(dǎo)光裝置，包括定日鏡、反射鏡、天窗和漫射板。定日鏡包括后排定日 鏡、前排定日鏡，設(shè)置在建筑物屋頂上；定日鏡正北側(cè)上方或正南側(cè)上方設(shè)有反射鏡，反射 鏡正下方設(shè)有天窗和漫射板。 后排定日鏡和前排定日鏡為超環(huán)面定日鏡。
兩組定日鏡與一組反射鏡組合。
本發(fā)明的要點是 前、后排兩個定日鏡采集到的太陽光射至同一面反射鏡，進(jìn)一步提升本發(fā)明采光 效率。 定日鏡具有聚光作用，聚焦點位于反射鏡與天窗之間，利于反射鏡散熱。
反射鏡反射的光經(jīng)過天窗及漫射板進(jìn)入室內(nèi)，光線經(jīng)漫射板散射后形成均勻的入 射光，避免不舒適眩光。 本發(fā)明前、后排定日鏡、反射鏡、天窗下側(cè)漫射板為一組光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)建筑物采 光需求，同一建筑物可采用多組該系統(tǒng)引入天然采光。
漫射板通過支架與天窗連接在一起。 本發(fā)明針對現(xiàn)代大型建筑的采光需求，引入主動式自然導(dǎo)光系統(tǒng)，通過主動采集 太陽光的方式，將太陽光引入室內(nèi)改善光環(huán)境。與傳統(tǒng)的頂部采光口直接引入自然光的方 式相比，主動式自然導(dǎo)光系統(tǒng)可以使有限面積的采光口獲得盡可能多的自然光，從而提高 室內(nèi)照度，延長室內(nèi)自然光照明時間，并且對光線進(jìn)行散射，避免眩光的產(chǎn)生，改善照度的 均勻性，獲得更舒適的照明效果。 本發(fā)明主要包括三部分定日鏡組件、平面反射鏡組件、天窗和漫射板組件，經(jīng)過 收集、反射、透射、散射等方式，將太陽光導(dǎo)入室內(nèi)。除了定日鏡組件，其它組件都是固定不 動的。 定日鏡的作用是自動跟蹤太陽的運動，采集太陽光，并將太陽光反射匯聚到平面 反射鏡上。 平面反射鏡的作用是接收定日鏡采集的太陽光，并將其反射進(jìn)天窗。從天窗射入 的光經(jīng)過漫射板的散射作用變成比較均勻的光對室內(nèi)進(jìn)行照明。 在工作過程中，定日鏡的鏡面朝向需要及時調(diào)整，以便實時捕捉入射的太陽光，并 將其會聚反射至平面反射鏡上。定日鏡的鏡面即時朝向，需結(jié)合當(dāng)?shù)丶磿r日照軌跡及平面 反射鏡安裝位置確定，以保證全年采集的天然光均可反射落入平面反射鏡內(nèi)。當(dāng)?shù)丶磿r日 照軌跡由當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、當(dāng)日赤緯角及日照即時時角等數(shù)據(jù)計算得到。 定日鏡的結(jié)構(gòu)包括定日鏡面、支架和傳動裝置。定日鏡的運動原理為已有技術(shù)，
步進(jìn)電機帶動減速器，驅(qū)動主動軸自轉(zhuǎn)，主動軸帶動鏡架使定日鏡旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)定日鏡的
方位角調(diào)整。步進(jìn)電機帶動減速器驅(qū)動定日鏡擺桿軸運動，進(jìn)而使拉桿帶動定日鏡擺動，實
現(xiàn)定日鏡俯仰角的調(diào)整。為了確定出定日鏡鏡面的及時朝向，根據(jù)太陽位置數(shù)據(jù)和主光線
的方向，采用軟件編程方式，精確計算出定日鏡頂點法線在每個時刻的位置。 本發(fā)明的定日鏡面采用超環(huán)面反射鏡而非球面反射鏡。球面反射鏡的缺陷是當(dāng)入
射角較大時，相面的象散很嚴(yán)重，在一個方向上光斑會拉得很長，而超環(huán)面平面反射鏡則避
免了這個問題。超環(huán)面是一種非軸對稱曲面，它在兩個相互垂直的方向上曲率半徑有差別。
通過調(diào)整兩個曲率半徑，可恰當(dāng)?shù)乜刂乒獍咝螤?，較好適應(yīng)定日鏡上太陽光入射角的改變，
投射到平面反射鏡和天窗上的光斑較球面反射鏡有很大的改善。
自然光經(jīng)定日鏡聚光后反射至平面反射鏡，經(jīng)二次反射射入天窗。為使室內(nèi)獲得 照度均勻的照明，本發(fā)明采用天窗與漫射板相組合的結(jié)構(gòu)。太陽光經(jīng)天窗照射到漫射板上， 出射光照度比較均勻，可避免形成局部亮斑，造成眩光污染。天窗和漫射板通過支架連接。
本發(fā)明方法及裝置適用于各種建筑物，尤其是適用于大型建筑物的中庭或天井采 光。 本發(fā)明方法及裝置同時適用于新建筑和改建建筑。 本發(fā)明和建筑物的位置無關(guān)，世界各地的建筑物均可使用本發(fā)明方法及裝置。
本發(fā)明和建筑物的用途無關(guān)，各種用途的建筑物，如辦公、商場、酒店、展館、住宅等都可使用本發(fā)明方法及裝置。 本發(fā)明在世界上首次將超環(huán)面定日鏡引入主動式自然導(dǎo)光系統(tǒng)，并通過兩組定日 鏡與一組反射鏡組合的方式，提升系統(tǒng)采光效率。 本發(fā)明延長了建筑物室內(nèi)日照時間，提高了建筑中庭或天井的采光水平，改善了 建筑物內(nèi)部光環(huán)境；節(jié)省能源、減少照明用電。本發(fā)明具有明顯的新穎性、創(chuàng)造性和實用性。
本發(fā)明的優(yōu)點是 1、延長建筑室內(nèi)日照時間，太陽的斜射光和直射光都可射入建筑室內(nèi)。
2、提高建筑室內(nèi)采光照度，提高單位采光口面積的入射光量。 3、提升建筑室內(nèi)光環(huán)境舒適度；并為室內(nèi)中庭及天井區(qū)域的綠化植物生長提供條 件。
圖1為本發(fā)明主動式自然導(dǎo)光裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明天窗與漫射板組合結(jié)構(gòu)圖。 圖中1為后定日鏡；2為前定日鏡；3為反射鏡；4為天窗；5為漫射板；6為中庭； 7為屋頂；8為建筑物；9為漫射板支架。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖通過具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 本實施例為上海某展覽建筑8，建筑進(jìn)深大，側(cè)窗面積小，且樓層高。位于建筑物 中部的休閑區(qū)域及綠化植被無法通過中庭天窗獲得足夠的采光，采用本發(fā)明主動式自然導(dǎo) 光裝置可加強采光。建筑物8的屋頂7上設(shè)有后排定日鏡1、前排定日鏡2，在后排定日鏡 1和前排定日鏡2的北側(cè)上方設(shè)有反射鏡3，在反射鏡2的正下方設(shè)有天窗4和漫射板5。 漫射板5通過支架9與天窗4組合在一起。定日鏡1和2的高度位于反射鏡3與天窗4之 間。后排定日鏡1和前排定日鏡2為一組超環(huán)面定日鏡。建筑物屋頂設(shè)有5組定日鏡，分 別對應(yīng)上部的5個反射鏡；反射鏡反射的光線，通過天窗玻璃和漫射板照射進(jìn)中庭6。
本實施例使用的定日鏡1和2以及傳動裝置、控制系統(tǒng)、反射鏡3為已有技術(shù)沃 窗4、漫射板5、支架9為現(xiàn)場安裝。 本實施例導(dǎo)光系統(tǒng)為10個定日鏡、5個平面反射鏡及天窗和漫射板組成，其中除
了定日鏡，其它組件都是固定不動的。定日鏡跟蹤太陽并將太陽光聚光投射到平面反射鏡，
平面反射鏡接收定日鏡收集的太陽光，并將其反射進(jìn)天窗；從天窗射入的光經(jīng)過漫射板的
散射作用變成比較均勻的光對室內(nèi)進(jìn)行照明。本實例實施后，建筑物內(nèi)部中庭采光增加，人
工照明減少，用電量減少；中庭內(nèi)部光環(huán)境宜人，成為一處人性化的休閑場所。 上述實施例僅為本發(fā)明的實施例之一，并不用來限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的原則
之內(nèi)，所做的任何修改和變化，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種主動式自然導(dǎo)光方法如下(1)由設(shè)在建筑物屋頂(7)的前后兩個能夠自動跟蹤太陽入射角的定日鏡(1)和(2)采集天然光，聚焦并入射到反射鏡(3)；反射鏡(3)將光線射入天窗(4)，經(jīng)漫射板(5)散射進(jìn)入建筑物中庭或天井(6)；(2)后排定日鏡(1)、前排定日鏡(2)、反射鏡(3)、天窗下側(cè)漫射板(5)為一組光學(xué)系統(tǒng)，同一建筑物屋頂(7)上可設(shè)置一組或多組光學(xué)系統(tǒng)；(3)主動式自然導(dǎo)光系統(tǒng)經(jīng)過采集、反射、透射、散射方式，將太陽光導(dǎo)入室內(nèi)。
2. —種主動式自然導(dǎo)光裝置，由定日鏡、反射鏡(3)、天窗(4)和漫射板(5)組成，其特征在于定日鏡包括后排定日鏡(D、前排定日鏡(2)，設(shè)置在建筑物屋頂(7)上；定日鏡(1)和(2)正北側(cè)上方或正南側(cè)上方設(shè)有反射鏡(3)，反射鏡(3)正下方設(shè)有天窗(4)和漫 射板(5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動式自然導(dǎo)光裝置，其特征在于后排定日鏡(1)和前排 定日鏡(2)為超環(huán)面定日鏡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動式自然導(dǎo)光裝置，其特征在于兩組定日鏡(1)、 (2)與 一組反射鏡(3)組合。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑技術(shù)，一種主動式自然導(dǎo)光方法及裝置。現(xiàn)有建筑采用被動式自然采光方法，采光質(zhì)量受到采光口的位置、面積、大小、朝向等的限制。本發(fā)明主動式自然導(dǎo)光方法經(jīng)過收集、反射、透射、散射方式，將太陽光導(dǎo)入室內(nèi)。設(shè)在建筑物屋頂(7)的前后兩個能夠跟蹤太陽照射角度的定日鏡(1)和(2)主動收集太陽光，聚焦并射到反射鏡(3)；反射鏡(3)將光線射到天窗(4)經(jīng)過漫射板(5)，散射進(jìn)入建筑物中庭(6)。本發(fā)明的優(yōu)點是延長建筑室內(nèi)日照時間；提高建筑室內(nèi)采光照度；提升建筑室內(nèi)光環(huán)境舒適度；為室內(nèi)中庭及天井區(qū)域的綠化植物生長提供條件。
文檔編號G02B7/182GK101794008SQ20101013315
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者廖琳, 李芳 , 楊建榮, 葛曹燕 申請人:上海市建筑科學(xué)研究院(集團)有限公司