[科普中国]-混合照明

背景

很长一段时间，国内对自然光和人工光混合照明的情况没有给予足够的重视，大部分的办公建筑仍然采用传统的照明方式。同时，自然光能够提供人工光源无法实现的光照环境，具有丰富的表现力，有利于提高人们的工作效率。事实上，使用自然光进行照明并不能节约能源，而是在使用了自然光之后，可以减少人工光的用电量。因此，应尽可能多的采用自然光进行室内的照明，同时还应满足室内良好的光照环境。

虽然目前已经能够通过技术手段使得办公建筑获得充分的采光，但由于自然光自身的特性，决定了其具有多变性。在不同的天气条件下，可分为全晴天和全阴天等多种天空模型。而室内的照度也会随之变得不均匀，因此，需要采用人工光源的方式来进行补偿照明。

现阶段，办公建筑对于自然光的采光，多是通过百叶窗调节进光量的方式来实现。而对百叶窗的控制中，多是采用传感器采集相关的数据，经过分析处理后得出相应的控制策略。目前，控制策略主要是采用的神经网络或是模糊控制。其中，控制方法的选择决定了整个系统控制效果的好坏。 早在上个世纪中期，建筑采光照明学家霍普金森提出了一种叫做室内恒定辅助人工照明的理论，能够把自然光和人工光进行合理的结合，进而形成良好的室内照明环境。1

混合照明技术长期以来，照明设计师和建筑师们都将精力投放在与各种尖端日光灯方案相关的问题中去。比如眩光，可变性，热获取和维持率。一次由田纳西州国家实验室所做的研究将很有可能在短期内使所有的问题变得简单一点。类似于混合电动车所使用的设备，即用电池和内燃机来驱动汽车，混合照明采用顶部贴装控制器把太阳光收集到灵活的光纤中，并把它安装进大楼内部“混合”灯具和电热灯。当两个光源一前一后工作时，控制系统在阳光充沛时通过对电热灯进行调光以保持照明光度持续不减，且能在天黑时随着天气状况或黄昏降临自动把灯打开。

重要意义在电力照明占主导地位的今天，采用自然光照明已成为现代商业建筑越来越关注的问题。自然光照明不仅可降低能源消耗，同时还能提高室内照明环境的品质。现如今，传统玻璃和特定的门庭设计已成为建筑引入日光惯用的方法，但存在引入区域局限的问题。随着新型高效的光学材料的开发和使用，光导技术应运而生，在一定程度上弥补了区域限制问题。管式天然光导入系统作为目前普遍使用的光导产品，被用作传输日光的照明设备因此，为了在同一空间内实现日光照明和电力照明的高效率应用，对混合照明系统的开发和研究已成为必然趋势。2

照度平衡型照明在昼间，自然光通过窗户进入到办公室里，靠近窗户的位置照度值较大，离窗户远的位置照度值较小，为了满足室内照度均一性的要求，应平衡照度值。故靠近窗户的位置应减少人工光的照明，距离窗户较远的位置应增加人工光的照明。1

亮度平衡型照明同样在昼间，靠近窗户位置的亮度会很高，而室内人员会觉得窗户的周围很暗，除此之外，室内会出现工作人员和设施的阴影，同样会对室内光环境造成影响。为了避免这种情况的发生，就需要使室内亮度比例达到一定的平衡，即“亮度平衡型照明”。这种情况下，当靠近窗户位置的亮度降低时，应该相应的降低人工照明，以保持亮度的平衡性。事实上，窗户的亮度是由天空的亮度来决定的，而天气条件又是多变的。因此，很难采用这种方式来实现室内的智能照明控制。1

混合照明系统混合照明系统，旨在将自然光与电力照明同时配送至建筑物内部，以满足室内对照度的需求。简而言之，混合照明系统就是利用聚光器追踪太阳，收集日光，经光纤或高反射管道传输日光至室内灯具。该灯具上配置了能够最大限度利用自然光的控制器，从而实现自然光和电力照明结合分配的混合照明过程。目前，混合照明技术主要建立在管式天然光导入系统的基础上目前市场上的混合照明系统主要仍为以下三种形式:混合太阳能照明(HSL)、光纤太阳照明系统(Parans)、太阳伞照明系统(SCIS)。

HSLHSL系统的工作原理是将采集到的阳光通过光纤束传递到建筑物中，为室内提供照明光源。根据负责HSL研发和测试工作的美国橡树岭国家实验室的资料，HSL系统由阳光聚集器传递光纤和照明棒等部分组成，如图2所示。其中，安装在屋顶的聚光器是由1.22m直径的定日追踪镜面和椭圆二级镜面组成，具有自动追踪太阳的功能，并将可见光聚焦到用于传输与混合光装置相连的直径为1.273mm的光纤中。混合光装置安装有光线扩散棒(照明棒)，同时配备有可调光的荧光灯管。照明棒将光纤传递过来的阳光射向室内的各个方向，达到照明的效果屋顶上每个聚光器可以为8-12个照明棒提供光能，照明面积约为100平方米该系统可替代1kW的电气照明负载。当室外阳光不足或没有时，该系统上的传感器可自动控制人工照明，维持室内的照明亮度要求。

Parans该系统的追踪功能是由微处理器控制操作的，处理器内的信息来自一个可以观测天空探测太阳运动轨迹的光电传感器。系统的自动记录功能会记录下太阳的移动轨迹，并使其始终保持日光跟踪搜集状态。伴随着拥有的五种类型的终端照明设备，实现太阳光和电光源之间的光源转换。

SCISSCIS的阳光搜集器使用的是一种自适应电池阵列。一系列16 cm薄的方形反光镜网格，其位于配有透明保护板的防风雨外壳内 其表面的每个单元约3 m × 1.2m，与之相连的是高0.25 m 长约10 m长的导管(延伸至建筑内)。该系统利用滑轮和线性制动器使反光镜追踪太阳的位置，根据太阳位置的改变而改变，同时通过一组柔性焦距透镜及反光镜将光线收集，并牵引至交叉的矩形部分。双重功能的棱镜光导系统的电光源来自于导管内的T5荧光灯。

导管内表面镶有各角度高反射率的多层光学薄膜以及优先反射光线的光照薄膜，因此光线在导管内部的整个反射过程不受角度的影响。该系统采用了DALI控制整流器和光传感器来维持室内所需的照度水平。2

混合照明节电器这是一种基于电磁迭加耦合技术的智能调控式节电器，广泛使用于各类三相用电场所。突破传统电磁节电技术，率先采用先进的磁迭加耦合技术。对供电系统进行优化，使照明等用电系统始终处于最佳的工作状态，节电效果显著。主回路中采用特制的节能电抗器，没有可控硅元件，对电网没有谐波污染，耐浪涌电压冲击，耐瞬时大负载冲击能力强：主回路没有触点，不发生打火现象。质量可靠，节电效果显著。