太陽光同步照射室內(nèi)特定區(qū)域的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及太陽能高效率應(yīng)用領(lǐng)域，特別是把采集的太陽光高效率傳輸后直接實現(xiàn)房間內(nèi)特定區(qū)域空間同步照射原生態(tài)太陽光的一種新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展和人們生活水平不斷提高，對于原生態(tài)太陽光同步照射房間內(nèi)特定區(qū)域空間的要求也越來越迫切。試想若能夠利用簡單有效的新方法實現(xiàn)一定強度太陽光同步照射住房內(nèi)特定區(qū)域空間:如陰面房間、盆景區(qū)、醫(yī)院骨科床位以及客廳的會客區(qū)等，那么將使得陰面房間變換成陽面房間；盆景不再需要定期搬到室外而直接進行光合作用；行動不便的骨科病人也不再被艱難的抬到病房陽臺或者室外曬太陽促進康復(fù)，而是躺在在自己病床上直接享受原生態(tài)太陽光照射來加快恢復(fù)健康；在會客廳與客人交談的空間若處于一束自然太陽光照射下，那又將是使得客人顯得多么的尊貴和愜意，…….。因為對于人類來說，太陽光是最好的自然光源，方便快捷的獲取原生態(tài)太陽光照射對于有效提高人們在住宅內(nèi)的生活質(zhì)量至關(guān)重要。而取之不盡的太陽能本身就是以光能呈現(xiàn)的。而目前不管是光纖式或者光導(dǎo)管式陽光輸送機直接采集太陽光同步照射的方式都由于傳輸過程中波長選擇性損失導(dǎo)致其無法實現(xiàn)室內(nèi)原生態(tài)太陽光照射，而更重要的是利用可見光部分實現(xiàn)同步照明功能。然而處于室內(nèi)的生物不管是動物還是植物，不僅需要享受太陽光中的可見光實現(xiàn)直接照明使得室內(nèi)更加亮堂，而且對于，病人更需要利用其中紫外光消毒殺菌，紅外光取暖并促進體內(nèi)鈣的吸收等功能；盆景中的植物同樣需要紫外光與紅外光進行光合作用。并且此種方式大于40 %的太陽能利用效率比目前普遍采用的通過光伏發(fā)電后再利用電光源來實施照射方法4%的效率大一個數(shù)量級。
[0003]另外，住宅房間內(nèi)太陽光直接照射的需求實際上屬于錦上添花型而非必須型，SP是人們在購買房屋選擇戶型及位置朝向時所強調(diào)的陽面房間也僅是白天有太陽時段通過玻璃窗戶實現(xiàn)比陰面房間有著更好的采光效果一太陽光照射；因此該系統(tǒng)作為一種理想的照射光源的同時，其本身存在著時有時無工作穩(wěn)定性差的性能缺陷(如當在晚上或者盡管是白天但被云層遮擋時呈現(xiàn)無光狀態(tài))在此應(yīng)用場合中作為錦上添花應(yīng)用時則有效回避這一本身固有的技術(shù)問題。
[0004]再仔細分析住宅中房間自然采光情況。即使對于板式建筑結(jié)構(gòu)來說，通常也有一半房間處于陰面位置；而且對于大城市中更多高層點式建筑結(jié)構(gòu)的房間來說更突出，白天采集不到太陽光的陰面房間所占的比例更大，有些位置不好的一套房屋中陰面房間甚至高達3/4。但是如果通過一種高性價比的陽光輸送機能夠使得這些陰面房間一旦能夠獲得與太陽同步的自然陽光照射，就實現(xiàn)了把陰面房間變換成為陽面房間的目標，而這種基本需求又正是人們高質(zhì)量生活所必然首先追求的，因此具有很大的市場需求。
[0005]然而目前其市場上的太陽光直接照明系統(tǒng)主要有光纖式和光導(dǎo)管式二種，分別為光纖式(圖1a)和光導(dǎo)管式(圖1b)。但是不管哪一種在市場競爭中由于都存在著傳輸效率低、成本高以及距離有限等致命缺陷而成為其推廣應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸。如以光纖作為介質(zhì)傳輸太陽光型的陽光輸送機中，其塑料光纖(因其具有成本低優(yōu)勢)為50米長度時占到系統(tǒng)成本的2/3，且其傳輸效率僅20%左右；另外，對于常用的PMMA型塑料光纖僅能夠傳輸波長為400-670nm的可見光，而將紫外光和紅外光部分全部過濾掉而非原生態(tài)，如圖2所示；而利用高反射率的光導(dǎo)管組成的太陽光照射系統(tǒng)除了傳輸距離受到限制外，傳輸效率低導(dǎo)致性價比低也直接限制了推廣應(yīng)用。
[0006]綜上所述，提出一種新方法，在有效解決太陽光傳輸?shù)汀⑾到y(tǒng)成本高導(dǎo)致其性價比低的基礎(chǔ)上，又能夠?qū)τ陉幟娣块g等特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)原生態(tài)太陽光同步照射功能，則將對于有效提尚人們的生活質(zhì)量以及實施國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標有著重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種太陽光同步照射室內(nèi)特定區(qū)域的新方法，利用光路變換、定點輸出以及定向反射等方法把太陽光直接通過空氣介質(zhì)傳輸?shù)绞覂?nèi)特定空間或者陰面房間，實現(xiàn)原生態(tài)太陽光低成本高效率直接照射功能，節(jié)能減排同時有效提高人們生活的質(zhì)量。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]1、把陰面房間變換成陽面房間
[0010]通過安裝于室外墻壁上的聚光-調(diào)光器對于太陽光的匯聚變換后定點輸出，再由處于定點位置的導(dǎo)光器實現(xiàn)增強平行太陽光定向穿過墻壁上的光洞通道與空氣介質(zhì)后輸送到陰面房間上空，最后被安裝于天花板且處于光路上的漫反射鏡照射到室內(nèi)空間，從而實現(xiàn)把不同位置的陰面房間變換成陽面房間的目標。技術(shù)路線圖及光路圖如圖3、圖4a、圖4b所示。其中聚光-調(diào)光器定點輸出依賴于配套的極軸式驅(qū)動的自動跟蹤系統(tǒng)；而導(dǎo)光器的定向反射則依靠球關(guān)節(jié)驅(qū)動結(jié)構(gòu)的自動控制系統(tǒng)(參考發(fā)明專利:太陽光極軸式自動跟蹤器:發(fā)明專利授權(quán)號:201210090712.8)。
[0011]2、陽面房間特定區(qū)域(骨科床位、會客區(qū)、盆景)太陽光照射
[0012]通過安裝于室外玻璃窗戶上部墻壁上的導(dǎo)光器把連續(xù)變化入射方向的平行太陽光以定向反射方式穿過窗口或者玻璃窗戶(取決于是否打開玻璃窗扇)和空氣介質(zhì)后，被安裝于天花板上的一組(個)漫反射鏡定向照射到特定區(qū)域空間，其技術(shù)路線和光路圖如圖3 (其中一部分)、圖5及圖6所示，其中配備球關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置的導(dǎo)光器具有把不同方向入射的平行(增強)太陽光按照要求方向進行定向反射，其內(nèi)容見發(fā)明專利:一種定向反射太陽光裝置，專利申請?zhí)?201410625281.x。
[0013]系統(tǒng)組成如下:
[0014]1、用于陰面房間太陽光直接照射系統(tǒng)中的免光纖式陽光輸送機主要由聚光-調(diào)光器、導(dǎo)光器和漫反射器以及相應(yīng)的二套自動跟蹤系統(tǒng)組成，如圖4所示。
[0015]各部分具體功能如下:
[0016]I)聚光-調(diào)光器I主要功能是實現(xiàn)平行太陽光的匯聚基礎(chǔ)上再調(diào)節(jié)成增強平行太陽光后定點輸出給定向?qū)Ч馄?。這里以透射式點聚光的菲涅爾透鏡作為光路變換器件，并且要求聚光鏡與調(diào)光鏡具有同一焦點和相同光軸，還有，二者距離等于其焦距之和。而所配套的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)則保證聚光-調(diào)光器的共用光軸始終處于與太陽光平行狀態(tài)。另夕卜，聚光-調(diào)光器驅(qū)動裝置必須為極軸式結(jié)構(gòu)，以保證把聚光后再調(diào)節(jié)成的增強平行太陽光定點輸出給安裝在O點的定向?qū)Ч馄鞯墓δ?。其中輸出增強平行太陽光的倍?shù)就是聚光鏡面積與調(diào)光鏡面積之比。當然也可以利用反射式聚光鏡同樣完成平行太陽光的匯聚-調(diào)節(jié)后定點輸出增強平行太陽光(圖4a中的Ib)，其工作原理相同，不再重述。
[0017]2)定向?qū)Ч馄髦饕δ苁前褋碜杂诓煌较虻脑鰪娖叫刑柟獍凑辗课輭Ρ?外墻壁以及室內(nèi)隔墻上專門開鉆的光洞)上光洞中心軸方向穿過陽面房間高效率反射到陰面房間內(nèi)上空；所以要求該驅(qū)動裝置必須為骨關(guān)節(jié)式機械結(jié)構(gòu)，太陽光反射面為平面反射鏡，其面積至少應(yīng)該大于增強平行太陽光的截面積與其水平面夾角正弦值之商。而且配套有閉環(huán)自動控制系統(tǒng)；且其骨關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的球心必須處于聚光一調(diào)光器定點輸出O點。
[0018]3)安裝于陰面房間內(nèi)屋頂固定桿下端且處于增強平行太陽光路上的漫反射鏡3的功能是把該增強平行太陽光根據(jù)實際需要反射到一定區(qū)域空間，從而完成陰面房間的太陽光在免光纖條件下與太陽同步直接照射功能。通?？梢圆捎缅冇蟹瓷淠さ钠矫婀夥ＡЩ蛘咄姑娣瓷溏R來實現(xiàn)，其面積(截面積)至少大于增強平行太陽光的截面積與其水平面夾角正弦值之商。
[0019]4)如果由于某些原因不方便通過正對著陽面房間提供同步太陽光照射(對應(yīng)的陽面房間室外采光效果差或者房間結(jié)構(gòu)障礙以及使用要求等原因)，那么可以很容易在正對著的陰面房間的增強平行光路中再安裝一個反射平面法線與入射光(或者反射光)之間夾角為45°的拐彎平面反射鏡，即可實現(xiàn)部分(或全部)增強平行太陽光90°的拐彎后穿過專門在隔墻壁打開的光洞后進入斜對著的陰面房間，然后同樣通過安裝于天花板固定桿下端的漫反射鏡把太陽光照射在特定區(qū)域的目標，如圖4b所示。
[0020]2、對于陽面房間室內(nèi)特定區(qū)域太陽光照射，僅需要直接把自然太陽光定向反射后再根據(jù)需要散射于要求區(qū)域空間即可，所以系統(tǒng)僅由陰面房間太陽光直接照射系統(tǒng)中的定向?qū)Ч馄骱吐瓷溏R組二部分構(gòu)成，因而更為簡單。其中安裝于陽面房間外玻璃窗戶上面墻壁上的C型固定桿下端的定向?qū)Ч馄髋c自動跟蹤系統(tǒng)一起，把不同方向入射的平行太陽光按照設(shè)計的方向通過窗戶玻璃反射進入房內(nèi)，再根據(jù)需要使得平行太陽光被漫反射