Световая трубка - Light tube

Эта статья про «световые трубки». Чтобы узнать о других значениях слова «световые трубки», см. Световая трубка (значения).
Полное внешнее отражение, полая световая трубка
Полное внутреннее отражение, блок из акрила

Световые трубки (также известен как световые трубы или же трубчатые световые люки) являются физическими структурами, используемыми для передачи или распространения естественный или искусственный свет с целью освещение, и являются примерами оптические волноводы.

В своем приложении к дневной свет, их также часто называют трубчатыми устройствами дневного света, солнечными трубками, солнцезащитными трубками или трубками дневного света. Световые трубы можно разделить на две большие категории: полые конструкции, содержащие свет с отражающими поверхностями, и прозрачные твердые тела, которые содержат свет посредством полное внутреннее отражение. Принципы, регулирующие поток света через эти устройства, следующие: не отображающая оптика.[1]

Типы

В Медная коробка, площадка для гандбола на Летние Олимпийские игры 2012 года, использует световые трубки для снижения потребления энергии.

ИК световые трубки / ИК световые трубки

Производство инфракрасных световодов, полых волноводов и гомогенизаторов по индивидуальному заказу является нетривиальной задачей. Это потому, что это трубки, покрытые отполированным инфракрасным отражающим покрытием из золото, который можно наносить достаточно толстым, чтобы эти трубы можно было использовать в высококоррозионных средах. Черный карбон можно наносить на определенные части световодов для поглощения ИК-излучения (см. фотоника ). Это сделано для того, чтобы ограничить инфракрасный свет только определенными участками трубы.

В то время как большинство световых труб производятся с круглым поперечным сечением, световые трубы не ограничиваются этой геометрией. Квадратные и шестиугольные поперечные сечения используются в специальных приложениях. Шестигранные трубы, как правило, излучают наиболее однородный тип ИК-излучения. Трубы не обязательно должны быть прямыми. Изгибы трубы мало влияют на эффективность.

Световая трубка с отражающим материалом

Световая трубка, установленная в подземный железнодорожная станция в Потсдамская площадь, Берлин, вид сверху ...
... и под землей.

Также известный как «трубчатый световой люк» или «трубчатое устройство дневного света», это самый старый и наиболее распространенный тип световых трубок, используемых для дневной свет. Первоначально концепция была разработана древние египтяне[нужна цитата ]. Первые коммерческие рефлекторные системы были запатентованный и проданный в 1850-х годах Поль Эмиль Шаппюи в Лондоне, используя различные формы угловых зеркало конструкции. Отражатели Chappuis Ltd непрерывно производились, пока завод не был разрушен в 1943 году.[2] Эта концепция была заново открыта и запатентована в 1986 г. Solatube Интернационал Австралии.[3] Эта система была продана для широкого использования в жилых и коммерческих помещениях. Другие продукты дневного освещения представлены на рынке под различными общими названиями, такими как «SunScope», «солнечная труба», «световая труба», «световая трубка» и «трубчатый световой люк».

Трубка покрыта высоко светоотражающий материал проводит световые лучи через здание, начиная с точки входа, расположенной на крыше или одной из внешних стен. Световая трубка не предназначена для визуализации (в отличие от перископ, например), поэтому искажения изображения не представляют проблемы и во многом поощряются за счет уменьшения «направленного» света.

Вход обычно включает в себя купол (купол ), который имеет функцию сбора и отражения в трубку как можно большего количества солнечного света. Многие устройства также имеют направленные «коллекторы», «отражатели» или даже Линза Френеля устройства, которые помогают собирать дополнительный направленный свет по трубке.

В 1994 году группа компаний «Окна и дневное освещение» Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBNL) разработала серию прототипов горизонтальных световодов для увеличения дневной освещенности на расстояниях 4,6-9,1 м, для улучшения равномерности распределения дневного света и градиента яркости в помещении при переменных условиях солнца и неба в течение года. Световые трубы были разработаны для пассивной транспортировки дневного света через относительно небольшие площади входного остекления, отражая солнечный свет на большую глубину, чем обычные боковые или световые окна.[4][5]

Установка, в которой лазерная резка акриловая панель приспособлен для перенаправления солнечного света в горизонтально или вертикально ориентированную зеркальную трубу в сочетании с системой распространения света с треугольным расположением панелей, вырезанных лазером, которые распространяют свет в комнату, был разработан в Квинслендский технологический университет в Брисбене.[6] В 2003 году Вероника Гарсия Хансен, Кен Йанг, и Ян Эдмондс были награждены Премия "Дальневосточное экономическое обозрение" в бронзе для этой разработки.[7][8]

Эффективность светопропускания максимальна, если трубка короткая и прямая. В более длинных, наклонных или гибких трубках часть силы света теряется. Для минимизации потерь решающее значение имеет высокая отражательная способность футеровки трубы; производители заявляют, что коэффициент отражения их материалов в видимом диапазоне достигает почти 99,5%.[9][10]

В конечной точке (точке использования) рассеиватель распространяет свет в комнату.

Первые полномасштабные пассивные горизонтальные световые трубы были построены в лаборатории дневного света г. Техасский университет A&M где годовая производительность дневного света была тщательно оценена в комнате с вращением на 360 градусов шириной 6 м и глубиной 10 м. Труба покрыта зеркальной отражающей пленкой на 99,3%, а распределительный элемент на конце световода состоит из рассеивающей радиальной пленки длиной 4,6 м с коэффициентом пропускания видимого света 87%. Световая труба обеспечивает постоянный уровень освещенности от 300 до 2500 люкс в течение года на расстоянии от 7,6 м до 10 м.[11]

Чтобы еще больше оптимизировать использование солнечного света, гелиостат может быть установлен, который отслеживает движение солнца, тем самым направляя солнечный свет в световую трубку в любое время дня, насколько позволяют ограничения окружающей среды, возможно, с дополнительными зеркалами или другими отражающими элементами, которые влияют на путь света. Гелиостат можно настроить на захват лунный свет ночью, вечером.

Оптоволокно

Оптические волокна также можно использовать для дневного освещения. Система солнечного освещения на основе пластиковых оптических волокон разрабатывалась в Национальной лаборатории Ок-Ридж в 2004 году.[12][13] Система была установлена ​​в Американском музее науки и энергетики, штат Теннесси, США, в 2005 г.[14] и выпущен на рынок в том же году компанией Sunlight Direct.[15][16] Однако в 2009 году эта система была снята с продажи.

Ввиду обычно небольшого диаметра волокон для эффективного дневного освещения требуется параболический коллектор для отслеживания солнца и концентрации его света. оптические волокна, предназначенные для легкий транспорт необходимо распространять как можно больше света внутри ядра; напротив, оптические волокна, предназначенные для распределение света предназначены для пропускания части света через их облицовку.[17]

Оптические волокна также используются в системе Bjork, продаваемой Parans Solar Lighting AB.[18][19] Оптические волокна в этой системе изготовлены из ПММА (Полиметилметакрилат ) и облицованы меголоном, термопластичной смолой, не содержащей галогенов. Однако такая система довольно дорога.[20]

Система Parans[21] состоит из трех частей. Коллекционер, волоконно-оптические кабели и светильники, распространяющие свет внутри помещения. Один или несколько коллекторов размещаются на здании или рядом с ним в месте, где они будут иметь хороший доступ к прямым солнечным лучам. Коллектор состоит из линз, закрепленных в алюминиевых профилях с защитным стеклом. Эти линзы концентрируют Солнечный свет вниз в оптоволоконных кабелях.

Коллекторы имеют модульную конструкцию, что означает, что они поставляются с 4,6,8,12 или 20 кабелями в зависимости от необходимости. Каждый кабель может иметь индивидуальную длину. Волоконно-оптические кабели транспортируют естественный свет 100 метров (30 этажей) внутри и на всей территории, сохраняя при этом высокий уровень качества и интенсивности света. Примеры реализаций: Каструп аэропорт, Университет Аризоны и Стокгольмский университет.

Подобная система, но с использованием оптических волокон из стекла, ранее изучалась в Японии.[22]

Corning Inc. производит светорассеивающее волокно Fibrance. Fibrance работает за счет излучения лазера через светорассеивающий оптоволоконный кабель. Кабель светится светом.[23]

Оптические волокна используются в фиброскопы для приложений обработки изображений.

Прозрачные полые световоды

А призма световод был разработан в 1981 году Лорном Уайтхедом, профессором физики Университет Британской Колумбии[24][25] и использовался в солнечном освещении как для переноса, так и для распределения света.[26][27] Большая солнечная труба, основанная на том же принципе, была установлена ​​в узком дворе 14-этажного здания юридической фирмы в Вашингтоне, округ Колумбия, в 2001 году.[28][29][30][31][32] аналогичное предложение было сделано для Лондона.[33] Еще одна система была установлена ​​в Берлине.[34]

Компания 3М разработала систему на основе светотехнической оптической пленки.[35] и разработали световод 3М,[36] который представляет собой световод, предназначенный для равномерного распределения света по всей его длине, с тонкой пленкой, содержащей микроскопические призмы,[25] который был продан в связи с источниками искусственного света, например серные лампы.

В отличие от оптического волокна с твердой сердцевиной, призменный световод пропускает свет через воздух и поэтому называется полым световодом.

Проект АРТЕЛИО,[37][38] Частично финансируемое Европейской комиссией, в период с 1998 по 2000 год было исследование системы адаптивного смешивания солнечного и искусственного света, которое включает серная лампа, а гелиостат, и полые световоды для транспортировки и распространения света.

Disney экспериментировал с использованием 3D печать для печати внутренних световодов для игрушек с подсветкой.[39]

Система на основе флуоресценции

В системе, разработанной Fluorosolar и Сиднейский технологический университет, два флуоресцентный полимерные слои в плоской панели улавливают коротковолновый солнечный свет, особенно ультрафиолетовый свет, генерируя красный и зеленый свет соответственно, который направляется внутрь здания. Там красный и зеленый свет смешивают с искусственным синим светом, чтобы получить белый свет без инфракрасного или ультрафиолетового излучения. Эта система, которая собирает свет, не требует мобильных частей, таких как гелиостат или параболический коллектор, предназначена для передачи света в любое место в здании.[40][41][42] Улавливая ультрафиолетовое излучение, система может быть особенно эффективной в яркие, но пасмурные дни; это связано с тем, что облачный покров меньше ослабляет ультрафиолет, чем видимые компоненты солнечного света.


Свойства и приложения

Солнечные и гибридные системы освещения

Простая световая трубка, показывающая сбор, передачу и распределение

Солнечные осветительные трубы, по сравнению с обычными световыми люками и другими окнами, предлагают лучшие теплоизоляционные свойства и большую гибкость для использования во внутренних помещениях, но менее визуальный контакт с внешней средой.

В контексте сезонное аффективное расстройство, возможно, стоит учесть, что дополнительная установка световых трубок увеличивает количество дневного естественного освещения. Таким образом, это могло бы способствовать благополучию жителей или сотрудников, избегая при этом чрезмерное освещение последствия.

В сравнении с искусственное освещение Преимущество ламповых труб заключается в обеспечении естественного света и экономии энергии. Проходящий свет меняется в течение дня; если это нежелательно, световые трубки можно комбинировать с искусственным освещением в гибридный настраивать.[26][43][44][45]

На рынке продаются некоторые источники искусственного света, спектр которых аналогичен спектру солнечного света, по крайней мере, в видимый спектр человека классифицировать,[46][47][48] а также низкое мерцание.[48] Их спектр можно настроить динамически, например, чтобы имитировать изменения естественного освещения в течение дня. Производители и поставщики таких источников света заявляют, что их продукты могут оказывать такое же или подобное воздействие на здоровье, как и естественный свет.[48][49][50] Если рассматривать такие изделия как альтернативу солнечным световым трубам, они могут иметь более низкие затраты на установку, но при использовании потребляют энергию; поэтому они могут быть более расточительными с точки зрения общих энергетических ресурсов и затрат.

С практической точки зрения, световые трубки не требуют электрооборудования или изоляции и поэтому особенно полезны для внутренних влажных помещений, таких как ванные комнаты и бассейны. С более художественной точки зрения последние разработки, особенно в области прозрачных световых трубок, открывают новые интересные возможности для архитектурного дизайна.

Настройки

Световые лампы используются в школах,[51] склады, торговые помещения,[52][53] дома[54] правительственные здания, музеи, отели[55] и рестораны.

Приложения безопасности

Из-за относительно небольшого размера и высокой светоотдачи солнечные трубы идеально подходят для использования в ситуациях, ориентированных на безопасность, таких как тюрьмы, полиция ячейки и другие места, где требуется ограниченный доступ. Имея узкий диаметр и не сильно подверженный влиянию внутренних защитных решеток, он обеспечивает дневным светом области, не обеспечивая электрических подключений или аварийного доступа, а также не позволяя объектам проходить в безопасную зону.

В электронных устройствах

Литые пластиковые световые трубки обычно используются в электронной промышленности для направления света от светодиодов на печатной плате на символы или кнопки индикаторов. Эти световые трубки обычно имеют очень сложную форму, в которой используются либо плавные изгибы, как в оптическом волокне, либо острые призматические изгибы, которые отражаются от наклонных углов. Несколько световых трубок часто формуются из одного куска пластика, что позволяет легко собрать устройство, поскольку все длинные тонкие световые трубки являются частью единого жесткого компонента, который защелкивается на месте.

Индикаторы на световых трубках удешевляют производство электроники, поскольку старый способ заключался в установке крошечной лампы в небольшую розетку непосредственно за освещаемым пятном. Это часто требует значительного ручного труда для установки и подключения. Световые трубки позволяют устанавливать все источники света на одной плоской монтажной плате, но свет может быть направлен вверх и от платы на несколько дюймов, где бы это ни потребовалось.

Смотрите также

внешняя ссылка

Обзор

Другие подходы к захвату и передаче солнечного света

Рекомендации

  1. ^ Чавес, Хулио (2015). Введение в не отображающую оптику, второе издание. CRC Press. ISBN  978-1482206739. В архиве из оригинала от 18.02.2016.
  2. ^ Библиотека изображений "Наука и общество" В архиве 2011-06-06 на Wayback Machine Реклама патентованных отражателей Чаппуи, 1851–1870 гг.
  3. ^ Solatube International, история В архиве 2009-09-29 на Wayback Machine
  4. ^ LBNL:Дизайн и оценка трех передовых систем дневного освещения: световые полки, световые трубы и мансардные окна
  5. ^ LBNL:Современные оптические системы дневного освещения: световые полки и световые трубки
  6. ^ Кен Янг:Световые трубы: инновационное устройство для естественного дневного света и освещения в зданиях с глубокой планировкой. В архиве 2009-03-05 на Wayback Machine, Номинация на премию Asia Innovation Awards за 2003 год.
  7. ^ Освещение рабочего места - студент из Квинсленда направляет свет в офисную кабину В архиве 2009-01-05 в Wayback Machine, 9 мая 2005 г.
  8. ^ Кеннет Янг В архиве 2008-09-25 на Wayback Machine, Всемирный саммит городов 2008 г., 23–25 июня 2008 г., Сингапур
  9. ^ "МИРО ЛАЙТПАЙП". Архивировано 14 ноября 2006 года.. Получено 2006-08-01.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  10. ^ (На французском) Тюб де Люмьер В архиве 2007-02-25 на Wayback Machine
  11. ^ LO Beltran:Оценка эффективности освещения инновационной основной системы солнечного освещения
  12. ^ Статья о гибридном солнечном освещении «Пусть светит солнце», журнал Discover, Vol. 25, No. 07, июль 2004 г. В архиве 2006-08-09 на Wayback Machine
  13. ^ ORNL - Программа солнечных технологий В архиве 2013-07-01 в Wayback Machine
  14. ^ HSL, представленный в Раздел "Что нового" в Popular Science В архиве 2005-12-17 в Wayback Machine Июнь 2005 г., стр. 28
  15. ^ Национальная лаборатория Ок-Ридж - компания New Oak Ridge ставит на карту гибридное солнечное освещение В архиве 2006-09-28 на Wayback Machine
  16. ^ Sunlight Direct - Информация об архитектурном дизайне В архиве 2006-08-19 на Wayback Machine
  17. ^ Использование диффузных оптических волокон для освещения растений В архиве 2006-09-07 на Wayback Machine
  18. ^ Паранс Бьорк В архиве 2011-07-08 в Wayback Machine
  19. ^ Обзор системы Parans Bjork от Inhabitat В архиве 2010-11-26 на Wayback Machine
  20. ^ Типичная система от 10 000 долларов В архиве 2011-07-08 в Wayback Machine
  21. ^ «Паранс световод» (PDF).
  22. ^ Гибридное солнечное освещение: привнесем немного солнечного света в нашу жизнь , NBC News, март 2005 г.
  23. ^ Официальный сайт Corning Fibrance
  24. ^ Выключи свет, вот и солнце В архиве 2012-03-30 в Wayback Machine Toronto Globe and Mail, 2012 28 января
  25. ^ а б Использование призматических пленок для управления распределением света В архиве 2006-09-07 на Wayback Machine
  26. ^ а б Освещение солнечного навеса: солнечное освещение в UBC В архиве 2007-09-11 на Wayback Machine
  27. ^ рамки исследования В архиве 2005-11-03 на Wayback Machine
  28. ^ Солнечный световод в Вашингтоне, округ Колумбия В архиве 2006-02-20 на Wayback Machine
  29. ^ IDOnline.com - Международный журнал о дизайне - графический дизайн, дизайн продуктов, архитектура В архиве 2006-09-05 на Wayback Machine
  30. ^ «Архивная копия» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 28.09.2006. Получено 2006-08-03.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  31. ^ «Архивная копия» (PDF) (на немецком). В архиве (PDF) из оригинала от 28.09.2006. Получено 2006-08-03.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  32. ^ "Солнечный световод в Вашингтоне, округ Колумбия", ДЕТАЛЬ 4/2004, Здание с освещением В архиве 2007-03-12 на Wayback Machine
  33. ^ Apple London - специальный потолок В архиве 2006-06-22 на Wayback Machine
  34. ^ (на немецком) "Tageslicht aus der Tube", Faktor Licht, Nr. 4, 2003 В архиве 2006-11-05 на Wayback Machine (с описанием световода на Потсдамской площади в Берлине)
  35. ^ Heliobus с оптической световой пленкой 3M (OLF) В архиве 2006-09-06 на Wayback Machine
  36. ^ Решения 3M Light Management (США) В архиве 2003-11-19 на Wayback Machine
  37. ^ «Архивная копия» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 13.07.2007. Получено 2006-08-05.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  38. ^ Мингоцци, Анджело; Ботильони, Серджио. «Инновационная система сбора и транспортировки дневного света на большие расстояния и смешивания с искусственным светом, исходящим из полых световодов» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 30 сентября 2007 г.
  39. ^ «Disney разрабатывает 3D-печать для игрушек». BBC News Online. 3 октября 2012 г. В архиве из оригинала от 4 октября 2012 г.
  40. ^ Флюорозолар В архиве 12 января 2007 г. Wayback Machine
  41. ^ FluoroSolar - солнечный свет внутри В архиве 2007-05-06 на Wayback Machine, Treehugger, 5 февраля 2006 г. (получено 13 января 2007 г.)
  42. ^ видео В архиве 2007-02-02 в Wayback Machine на системе на основе флуоресценции
  43. ^ Night Lite В архиве 2006-08-05 на Wayback Machine
  44. ^ [1] В архиве 18 августа 2006 г. в г. Wayback Machine
  45. ^ Sunlight Direct - Информация о дизайне освещения В архиве 2006-07-21 на Wayback Machine
  46. ^ True-Lite В архиве 2002-01-08 в Archive.today
  47. ^ "Что такое SoLux?". Solux.net. В архиве из оригинала от 06.07.2008. Получено 2010-09-29.
  48. ^ а б c «Архивная копия» (на немецком). В архиве из оригинала 31.05.2011. Получено 2006-08-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  49. ^ «Архивная копия» (на немецком). Архивировано из оригинал на 2006-06-25. Получено 2006-08-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  50. ^ «Архивная копия» (на немецком). В архиве из оригинала от 15.06.2006. Получено 2006-08-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  51. ^ Мэйл Петти, Маргарет (1 марта 2007 г.). «Высокопроизводительный дизайн создает здоровую среду для высокопроизводительного обучения». Журнал архитектурного освещения. В архиве из оригинала 4 августа 2012 г.. Получено 5 августа, 2012.
  52. ^ Уилсон, Марианна. «Переход на светодиоды». Возраст сетевого магазина. Архивировано из оригинал на 30.06.2015.
  53. ^ Ригик, Эрин (16 мая 2011 г.). «Kum & Go получает награду за лидерство в области энергоэффективности». Решения для круглосуточных магазинов. В архиве с оригинала 2 августа 2011 г.. Получено 5 августа, 2011.
  54. ^ Волк, Сара. «10 продуктов, которые вас поразят». Лучшие дома и экстерьеры домов (Издание Весна – Лето 2010 г.). В архиве из оригинала 31 января 2006 г.
  55. ^ Мандал, Даттатрея (17 мая 2011 г.). «Самые экологичные отели мира». EcoFriend. В архиве с оригинала 5 августа 2012 г.. Получено 5 августа, 2012.