光导管冬季采光性能的实验研究

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1、第29卷第12期太阳能学报V01．29．No．122008年12月ACI1AENERGIAES0LAR璐SINICADec．，2008光导管冬季采光性能的实验研究王伟，李双菊，马重芳(传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室北京工业大学，北京100022)摘要：为了优化其采光性能，并为照明工程提供设计依据，对某一光导管进行了在冬季3种典型天气情况下的测量。通过本试验工作，得到了冬季各种典型天气情况下光导管的光通量、室内照度分布值，证明了光导管对散射光的采集作用。关键词：光导管；采光性能；光通量；室内照度分布中图分类

2、号：TK519，TU113．5文献标识码：A将全部门窗用黑窗帘遮住，用照度计测得室内环境0引言照度为O．41ux，基本消除了由门窗进光带来的干扰。太阳光光导管的应用性研究结果显示光导管可以用于办公楼、住宅、商店、旅馆等建筑的地下室或走廊的自然采光或辅助照明，并能取得良好的采光照明效果，是太阳能光利用的一种有效方式_1“j。由于光导管照明受季节、气候和时间的影响很大，其采光性能也随地点和安装方式的不同而有所变化，目前大部分有关光导管的实验研究都是国外的成果，国内对于光导管的研究大都处在初级阶段，缺乏具体的实验数据。因此本文结合实验，从获得1．

3、采光罩；2，光导管；3．散光板；4．屋顶光导管光通量数据的角度来分析光导管在北京地区图1光导管结构不意图冬季的采光性能，以便于结合我国实际情况分析光Fig．1Schematicdiagramoflightpipe导管在我国的适用性，也为今后光导管性能的进一由于该光导管并未安装在房间的正中心，因此步改进积累对比数据。按照实际情况布置测点。此外，为了便于测量和更l实验条件与实验数据处理好的与人工光源照明比较，测试面选为实验室的地面，测点布置如图2。1．1实验条件图2中的O点为光导管中心在地面上的投影，本实验在北京工业大学环境与能源工程学院的光导

4、管散光板下沿距地面3．4m。各条测点射线之热能实验室进行(位于能源楼5层)，房间实际尺寸间的夹角为3O℃，测点环线之间的距离为lm，另外为：长11．0m，宽6．5m。实验用光导管为太阳光光导光导管垂直方向上取4个测点，分别为光导管下管，其直径0．36m，长1．3m，光导管内表面可见光全1．0、1．5、2．0、2．5m，共有51个测点。在我国1月份反射率为95％。如图1所示，光导管主要由拱形采几乎为太阳高度角最低的时候，实验选择北京1月光罩，光导管本体和散光板组成。实验室位于顶层，份的晴天、多云天、全阴天3种典型天气情况下进顶部开阔无遮挡，能

5、够保证光导管的充分采光。为行，从9：00～16：00，每隔1h测1次。实验仪器采用了能够较准确的测量光导管在室内的照度，实验前收稿日期：2007—07—27基金项目：北京市重点实验室开放基金项目通讯作者：王伟(1978一)，男，博士研究生、助理研究员，主要从事建筑节能方面的研究。wang—wei@bjut．edu．on太阳能学报29卷杭州新叶光电工程技术有限公司生产的XYI．III全式(2)算出总光通量。因本实验仅粗略估算总光通数字照度计，测量误差为±4％。量，因此测试面边缘地区没有测试点的网格区可忽略，不全的网格按整个网格计算。把测得的照

6、度值按上述方法计算得出光导管在各个时刻引入的光通量值，从光导管引入的光通量的变化来分析光导管的采光性能。2实验结果分析2．1不同天气条件下光通量的变化根据试验结果计算得到的在冬季晴天、多云天、图2测点的平面布置图全阴天3种典型天气状况下光通量随时间的变化曲Fig．2Surveyingpointlayout线如图4，数据见表1。从图4可以看出：在晴天，光1．2实验数据的处理导管引入光通量的变化曲线较光滑，形状较规则(接光导管装置可看成一种灯具，测试的目的主要近抛物线的形状)，有明显的峰值，最大值为希望得到不同天气状况和时间点光导管装置的光通9

7、06．41m，约出现在13：00，最小值为215．61m，约出现量值和空间的照度分布情况。根据《建筑照明设计在下午16时；而在全阴天，光导管引入光通量的最手册》l5中对光通量测量的描述，分布光度计法是一大值为400．91m，约出现在11：00，最小值为215．61m，∞O∞9种适合于任何光源的测量光通量的方法，其基本公约出现在16：00，整条曲线较平缓。这说明晴天时光式为：导管的采光量受太阳高度角的影响相当大，在太阳△=E△5(1)高度角较大的时间段内，光通量的变化率较小；而在其中：△S——照射小区间面积；E——照射小区平均太阳高度角较小的

8、时间段内，光通量的变化率较大。照度；△——照射小区光通量。阴天时，太阳的直射光全被厚厚的云遮住，光导管引总光通量为：入的为散射光，光通量变化较晴天时小。此外，由于=∑△=∑E△s