084太阳能光导管对室内温度影响的实验研究

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1、太阳能光导管对室内温度影响的实验研究北京科技大学吴延鹏王晓东金仁东冯建明白佳宾刘立摘要太阳能光导管是绿色照明、节约电能的良好的采光照明方式，但是太阳能光导管把室外自然光引进室内的同时，带来的温度效应也不容忽视。如果室内温度过高，太阳能光导管满足了室内光环境的同时却对室内热环境带来不良影响。本文通过实际建筑中应用的直径为360mm，长2.6m的侧采光和相同直径长1.2m的顶部采光太阳能光导管进行了实验研究。对北京科技大学体育馆太阳能光导管系统进行了温度效应测试。实验结果表明太阳能光导管对室内温度的影响并不大，不会显著影响室内热环境

2、。关键词太阳能光导管建筑环境温度1引言各国科研机构已把太阳能的利用作为重点发展项目，太阳能的光利用是其中的一个重要方面。在欧美及日本等发达国家，已开发出一系列太阳能光导照明系统，并在学校、博物馆、办公楼、体育场馆、公共厕所、垃圾处理厂等公共设施及工业与民用建筑中广泛应用，实现了白天完全或部分利用自然光照明，从而大大节省了电能，提高了室内环境品质。目前太阳能光导照明的技术及产品正在快速发展中，主要有光纤照明和光导管照明两种方式。太阳能光导管是近二十年发展起来的一种新型照明装置，这种装置不同于以往任何灯具，它可以把光源所发出的光线进

3、行重新分配，从一个地方传输到另一个地方，以达到一定的采光照明效果，从而节省白天的照明用电[1]。太阳能光导管主要包括三部分：采光（聚光）部分、光线传输部分（光导管本体）、光线漫射部分（也称为散光板、散光片或漫射器）。其中光线传输部分是太阳能光导管的核心部件。2侧采光太阳能光导管对室内温度的影响图1为办公建筑侧采光太阳能光导管室外部分[2]。太阳能光导管长2.6m，直径0.36m，相对长度为7.2，核心部件是圆柱形铝箔卷成的空心管道，内表面涂有高反射率的材料，反射比为0.82。管道在水平光导管本体与垂直散光板本体的连接处有一弯头，

4、散光板距地面2.15m。图2为夏季晴天太阳直射下的实验结果。分别用温度计测量室外温度、散光板下2m处被遮挡的温度和散光板下2m处在光导管的照射下的温度，实验结果表明，由于太阳能光导管的存在，并没有导致室内温度的升高，从图2可知，由于太阳能光导管的存在反而起到了一定的保温隔热效果。图1侧采光太阳能光导管室外部分图2侧采光太阳能光导管对室内温度的影响3顶部采光太阳能光导管对室内温度的影响顶部采光太阳能光导管是国内外最流行的太阳能光导管形式，原因在于传输的距离较短，光损耗比较少，所以一般见到的太阳能光导管均为顶部采光。顶部采光太阳能光

5、导管由于需要安装在屋顶，光导管本体需要穿越楼顶，不论在平屋顶还是坡屋顶，在安装太阳能光导管前都需要在屋顶专门预留孔洞。图3为太阳能光导管室外部分，图4为太阳能光导管室内部分。顶部采光太阳能光导管的采光罩、光导管本体材料与侧采光完全相同，但长度不同，长1.2m。顶部采光太阳能光导管共安装了两套，因此制作了两种不同的散光板，一种是雪花型散光板，如图5；一种是菱型散光板，如图6。这两种散光板的材料均为聚丙乙烯，一侧完全相同，均为光面，另一侧的漫射面结构不同[2]。图3顶部采光室外部分图4顶部采光室内部分图5雪花型散光板（部分）图6菱型

6、散光板（部分）顶部采光太阳能光导管对室内温度的影响通过测量室内外温度和散光板外表面的温度来考察。散光板由于距离地面比较高，不方便直接测量，采用NECTH5104红外热像仪测量。TH5104温度跟踪仪是一种便携式、非接触式的高灵敏度红外热成像仪，它能对被测物辐射的红外能量进行光学扫描，并将光学扫描得到的温度信号转换成二维的数据信号得出一热像图（温度分布图），从探测器反馈的模拟信号进入控制器，在LCD监测器上显示彩色或黑白的热图像。TH5104红外热像仪的测温范围是-10℃~800℃，温度分辨率为0.1℃，波长为3~5.3μm，精度

7、为±1.0%（F.R.S)，空间分辨率为2.2mrad，采用热电制冷方式。分别用NECTH5104红外热像仪拍摄两个顶部采光光导管的散光板，发射率取0.9，得到图7和图8。图7为带有雪花型散光板的太阳能光导管散光板外表面的温度分布图。散光板的中心、沿着散光板的边缘和1/2半径处分别做出温度标记：a、b、c、d、e、f、g、h、i。从图上可以看出，从圆心a点开始在相同半径上的各点温度分布比较均匀，但是温度的最大值并没有出现在散光板的中心，这和侧采光太阳能光导管实验研究中的结果是一致的。f、g、h、i图7雪花型散光板外表面温度分布图

8、8菱型散光板外表面温度分布四点同处于散光板1/2半径处，最大值和最小值温度相差0.2℃；b、c、d、e四点均处于散光板的边缘，最大值和最小值温度相差0.4℃。散光板中心处的温度为19.7℃，散光板平均温度为18.94℃。在同一时刻，用三个RH-LOG温度自记仪分