基于光导传输技术的主动式管式天然光导入系统应用研究综述[3]

　　1.3 Solux系统

　　该系统是由德国Bomin Solar Research(BSR)公司基于菲涅尔透镜技术研发的主动式天然光导入系统，传输部分采用的是液芯光导管。集光器同样采用了两轴模式，1米直径的菲涅尔透镜能够集中10000倍的太阳光线，通过设置一层滤光器保证进入液芯光导管之前能够过滤掉多余的热量[7]。太阳定位跟踪装置是由一个日光定位的感应装置和一个计算太阳位置的微型处理器组成。光线被集中并过滤以后进入液芯光导管传输部分，其直径为2厘米并充满了由几种特殊物质构成的洁净液体。光线通过传输部分后进入散光的管体装置，用以发散照明于室内。由于液芯光导管的传输，发光端的光线呈微弱的偏绿色。其光线的传输损失随着长度而增加，每十米会产生10~15%的光线传输损失[8]。

　　该系统最早安装于柏林的德国技术博物馆（图4），液芯光导管的长度为5~7米，直径约为20厘米，固定于屋顶并悬挂至室内。天然光从液芯光导管一端进入，而另一端则相连人工光源作为天然光条件不足时的备用。应用中偶尔出现过液体从液芯光导管中泄露的问题，是由于过低的室外温度令石蜡凝固造成的。

　　2　空腔棱镜式传输的主动式系统

　　最为典型的结合棱镜传输的主动式系统为阿斯里奥（Arthelio）系统，其研发旨在解决人工照明与天然光的有效结合。在目前欧洲的该系统应用案例中，大部分阿斯里奥系统采用了主动式的集光器。集光器一般为尺度较大的室外独立装置，内部为双轴或单轴跟踪定日系统用以反射天然光进入菲涅尔透镜组。集光器也可加设可独立移动的二级集光装置，以满足最优化的集光。

　　在柏林技术大学和柏林Semperlux照明公司的应用案例中，经过主动式集光后光线均进入由3M公司开发的空腔棱镜技术的传输部分进行传送。柏林技术大学的阿斯里奥系统采用4平米定日镜和二级集光器，照明空间为建筑顶层的一个较小空间，定日镜被设置在屋顶接近房间的位置。Semperlux公司的系统则采用了更大的6平米定日镜，不含有二级集光装置，光线经过定日镜水平的导入四组1.4×1米的菲涅尔透镜，透镜焦距为1.2米[9]，设置了四个凹面镜将光线导入空腔棱镜光导管。整个集光设备被放置于一个称为“混合箱体”的装置，便于清洁的状态和维护（图5）。其中设置了1000瓦的可调硫灯作为后备光源。连接这一混合箱体的装置为两根12米长、30厘米直径的空腔棱镜式传输组件。整体混合式的导光系统可以满足不同时段、不同季节的照明需求[10]。

　　奥地利的阿斯里奥系统同样采用主动式的集光组件。集光组件采用了日光跟踪系统与被动镜面反射的结合方式（图6）。采用两组可调的配有菲涅尔棱镜的300毫米空腔棱镜传输部分。天然光被导入一个7.8米长、4.5米宽、2.4米高的无窗地下空间。散光装置是通过棱镜墙体实现，使用者可以调节室内装置的镜面去反射导入的太阳光，满足工作空间的需求。同时设计了后备补充的荧光灯系统。整个管式天然光导入系统能够提供100~1200lx的光线，相比于室外太阳光条件，该系统的整体效率约为30%。类似这种的管式天然光导入系统在欧洲其他地域也有使用，通过连续的能源消耗监控，对该类型导入系统的相关照明能源的统计显示——相比传统的电力照明系统能够节约40~60%的能源消耗。其综合造价为225欧元每平米，十倍于提供相同照明水平的传统电力照明系统[11]。

　　米兰的阿斯里奥导入系统应用案例为单层的仓库建筑（图7）。集光组件只采用了单轴线的光线捕捉头，主要建立在一个菲涅尔透镜的元件上。为提高集光性能，特殊的机械元件被设计并加入到该集光系统中，使其能够根据太阳光线自动运动并获得高水平的天然光。整个系统能够为工作面提供200~250lx的照度。统计显示，该系统在感应和可调装置的辅助下能够替代整个建筑约67%的荧光灯设备[10]。