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光导管采光技术的应用与探讨
引言
光导管采光技术，是一种利用光导管将室外的自然光引进到室内的装置，与之配套的还有采光装置以及漫射装置。用光导管进行自然采光是现代绿色建筑的一种比较普遍的理念，适用于地下空间、走廊、办公室、厂房、车间、场馆等白天需要开灯的地方。
一、 光导管采光系统的工作原理
光导管采光系统通过室外的采光装置捕获和收集阳光，并将其导入系统内部，再经过高科技传导性能的光导管传导，甚至是长距离或拐弯进行传输，最后透过底部的漫射材料将不含紫外线的光线均匀照射到室内，无论黎明还是黄昏，阴天或雨天，系统都能给室内导入充足安全的自然光线，完全替代白天的电力照明。
光导管采光系统工作原理示意图
二、 光导管采光系统的结构
常见的光导管系统主要由三部分组成：采光部分、导光部分和散光部分。采光部分通常是一个透明的玻璃罩。放置于室外楼顶、地坪或室外墙体的侧面；导光部分是光导管，管壁是反射率接近100%的反射材料，光导管可以旋转弯曲来改变导光角度和长度；散光部分安装在系统底部，是将通过光导管传输的光线均匀散射到室内的装置，同时具有避免眩光的作用。
光导管系统结构示意图
1. 采光部分：采光罩一般采用钢化夹胶玻璃、PC材质或亚克力工程塑料注塑加工而成，透光性能好、抗冲击性能优异，硬度高，耐摩擦，耐老化。可滤掉90%的紫外线，能有效地防止紫外线对室内物品的破坏。一般按照按形状分为：半球形、钻石形、平板形等类型。
半球形采光罩：采用进口PC内添加抗UV剂注塑成型，可以全方位采集各角度直射光、散射光，取得很好的采光效果，适合雾霾天及阴雨天，具有自清洁技术。
半球形采光罩
钻石形采光罩：采用进口PC内添加抗UV剂注塑成型，典雅高贵，可与建筑景观完美结合，顶部按15度角均匀分布五个晶面，或采用4片钻石面和8片折射透光镜组成钻石型采光器，可高效采集四面八方乃至低角度的管线，采光效率更高。同时可防止积尘，达到自清洁的效果。
钻石形采光罩
平板型采光罩：采用双层光学级钢化夹胶玻璃作为采光面，在保证高透光率的同时还可以承载几十吨车辆通行。主要用于广场、路面等便于行人车辆通行的场所。
平板型采光罩
2. 导光部分：通常由约0.4mm厚耐腐蚀的铝材制作而成，内壁的多层特殊反光膜具有超强反射和汇聚日光的作用，并保证光线的高效传输性和稳定性，反射率高达98%左右，管线传输距离达15~20m。并设有0~90度可调节角度的弯管，可灵活拐弯，减少建筑结构的限制，将自然光均匀导入室内需要光线的任何地方。
导光部分
3. 散光部分：漫射器一般采用漫射镜片、PC材质或优质亚克力加工而成，不易破碎，具有极高的可见光透射比（不低于90%）和良好的散光性，将自然光重新分配，避免产生眩光和色偏。多种类型的漫射器能满足不同的个性化照明需求。
散光部分
三、 光导管采光系统的技术优势
1. 绿色节能。直接利用太阳光采光，不耗费其他能源，也不会对环境构成任何污染；运行期间零能耗，基本不需维护，一次安装，寿命约20~30年。
2. 健康舒适。光导管采光技术引用到室内的光线，属于自然光，全光谱，滤除大部分紫外线辐射，室内光线分布均匀，无眩光，无频闪。使工作环境更加舒适，减少疲劳和灯光引起的各种疾病，提高工作效率。
3. 安全可靠。采光系统无需配带电器设备和传导线路，避免了因线路老化引起的火灾隐患，且系统设计先进，具有防水、防火、防盗、防尘、隔热、隔音、保温以及防紫外线等特点。
（左）某地下车库应用光导管采光系统实景
（右）某场馆应用光导管采光系统实景
远洋设计研究院应用光导管采光系统实景
四、 光导管采光器与环境的融合
光导管采光系统在室外设有采光器，在实际项目的使用中，应与景观结合合理布置。
1. 采光器与室外雕塑相结合。
2. 在道路、广场或草坪区采用平板型采光器，避免影响人员活动。
3. 在屋面或花圃内采用钻石型或球型采光器，具有更好的采光效果。
4. 夜晚车库或室内的光线通过光导管反射至室外，可作为景观夜间照明的组成部分。
室外采光器布置实景
五、光导管采光系统使用中应注意的问题
1. 光导管采光系统受气候与地区限制。光导管系统使用太阳光作为光源，因此采光效果直接受气候的影响，同时也受地区日照时间的长短影响，存在地区性要求。
2. 光导管对采光的时段性有要求。对于屋顶和地面采光系统，正午时太阳接近直射，起采光效率最高，采光效果最好，而在早晚时，效果就会差一些；对于屋外侧墙采光系统，根据朝向不同，可能早晨或傍晚时的采光效果最好。
3. 初期投入较高，成本回收周期较长。除了系统造价，回收期还和当地照明的电价和地区的日照情况有关。光导管系统平均造价约40~60元/平米，对于采用普通荧光灯照明的商业车库，回收期约为3~5年；而对于住宅地下车库，因电价的不同，回收期约为7~10年。同样，南方地区光照强度高，时间长，回收期就比北方区域短一些。
4. 光导管口径较大，与其他设备室内外管道易产生冲突，同时采光罩的设置应便于采光，对室外景观有一定的要求，所以设计阶段应与各专业做好详细沟通，综合考虑室内与室外管线布置，以及与室外景观设计的有效结合。
5. 光导管传输距离不宜过长，最远不超过20米，一般以3-5米为宜，导光管越长，光通量衰减越多。
六、 光导管采光系统的施工方案
1. 结构预留安装孔洞。根据设备尺寸预留导光管设置孔，孔内安装波纹管，并与顶板一次性浇注混凝土，使波纹管周围形成的砼墩座与顶板的混凝土形成一体式结构。
2. 防水处理。在顶板以及砼墩座表面做防水处理，形成土建防水层。
3. 固定防雨板。将防雨板套在预留孔上，并利用双面防水胶粘带，使其与预留孔水泥面紧粘在一起，然后使用膨胀螺栓使其与基础实体有效固定。
4. 组装和安装光导管。将组装好的光导管系统从防雨板上口慢慢的插入、调整；然后将光导管系统和防雨板固定在一起，并进行密封处理。
5. 安装采光罩。将采光罩套放到防雨板上，使其光源采集面对正常年太阳照射方向，并利用自攻螺钉，将采光罩与套圈或管柱连接固定到一起。
6. 固定室内光导管和安装漫射器。将固定环套在室内的光导管外，用自攻螺钉将固定环固定在天花板上，然后再用铆钉将固定环与光导管连接在一起，并用铝箔胶带对其连接处进行密封。最后将漫射器及装饰环扣在固定环上即可。
光导管采光系统安装示意图
七、结语
光导管采光技术作为一种绿色的照明节能技术，使客户享受到自然光带来的舒适照明效果，避免了日间电力照明固有的能源浪费和安全隐患，符合国家及社会的政策导向及发展方向。期待随着技术的完善和市场发展，产品价格能够进一步降低，使得光导管采光这一绿色节能技术能够在工程中得以进一步的广泛应用。
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