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   来自TopEnergy建筑节能-绿色建筑论坛's Archiver TopEnergy建筑节能-绿色建筑论坛 » 节能产品::Green Products » 国际最新建筑绿色产品――太阳光导入器技术揭密（图）rhj580622 发表于 2006-10-6 02:50 PM

国际最新建筑绿色产品―太阳光导入器技术揭密

     ―中国企业面临的又一全新科技产品发展机遇

作者：浙江省五金矿产进出口公司新能源调研组翻译整理

戚淑纯、薛冰洋、蒋国勇、施乾彬、郑彬

www.xlc.cn 昕龙春XLC 转载自网络

    摘要：太阳光导入器正在国外广泛使用，是目前国际上新推出的集节能、绿色、环保、健康为一体的产品，被国外商界普遍看好。在国外被媒体评为：“是本世纪最伟大的产品，最新的家电产品、最新的家装产品、最新的照明产品、最新的健康产品、最新的房地产配套产品等，它完成改变房屋建设规划设计理念，有着非常巨大的消费市场”。从近五年每年平均以1560%的销售增长速度看，预计五年后每年在全世界的销售额将超过2000亿美元。国际商界认为：“太阳光导入产品问世，将预示着另一位比尔盖茨级的人物出现”。我国在这一技术领域还是空白，这一产品在中国生产制造，市场销售前景广泛，我国企业界需放眼全球，高度关注这一新的民用产品开发，以造福中国民众。

    近年世界发达国家高度重视新能源、清洁能源、低成本能源的研发，各国在开发新能源、清洁能源上尤其高度重视对太阳能的开发和利用。科技、工商界继太阳能发电、太阳能收集转换等方面突破外，目前美日英德联合主攻低成本的太阳光安全导入技术，即清洁低成本太阳光能导入运用技术，已成功地将太阳光导入产品推向民用消费市场，直接将用之不竭的太阳光，去除光谱中的有害成份，导入到室内，已在商业企业（单位）、公共设施、家庭住宅、医院、学校教学、动植物养殖、动植物（水产）、南北极科研等方面得到普遍运用。在民用方面它完全替代电灯照明，使北面的房子（地下室）也如同朝南的房子一样有太阳光直接照射。
   从发达国家目前民用消费市场销售的太阳光导入器技术分析看，一束太阳光导入相当于500多瓦电灯的照明亮度，实现了一次性、低成本投入，方便安装，免修理零成本使用，产品寿命超过70年。人类梦寐以求阳光进入北面房、地下的幻想变成现实。我们近三年来对美、日、英、德联合研发的太阳光导入技术的进行跟踪与研究，现将其技术及其工作原理等综合情况介绍如下，以期待我国企业在这一领域实现零的突破，跟上国际发展步伐。
    一、国际太阳光导入科学技术研发目标
   （一）在光谱方面要达到的技术目标：
    国际科技界认为：太阳光为地球生物、植物、动物提供能量，但太阳光也存在对人体极大的杀伤力，如：紫外线、X、Y、Φ、β、γ、α等各类具有放射性、杀伤性的射线，太阳光导入产品技术目标要达到提取和利用阳光对人类健康有益的元素，同时完全排除阳光对人类有害成份。
    1、排除太阳光中对人类有害的光谱成份，引入清洁阳光概念；
    2、控制太阳光导入量，排除阳光高亮度对人产生的光污染，引入安全阳光概念；
    3、导入太阳光谱中对人类健康有效成份，引入健康阳光概念；
    4、保证太阳光符合人类眼睛直视的要求，完整体现阳光光谱超频率舒适感，引入舒适阳光概念；
     5、色温、色差保持与阳光光谱一致，引入自然光谱导入概念。
    （二）在太阳光能量方面要达到的技术目标：
    1、最大限度地直接利用太阳光，最大限度地防止太阳光能量在传输中的衰减，远距离传送太阳光，确保三公里以上不衰减太阳光能量。
    2、确保一天10小时以上室内太阳光的直接照射；
    3、改变太阳光直射原理，人工控制太阳光按人的意志转向，实现光的物理性能革命和突破。
    （三）在太阳光接受方面要达到的技术目标：
     1、太阳与地球运行轨道跟踪，保证时刻最大幅度地接受太阳光能；
     2、不同经、纬度的地点都能自动接收、跟踪到太阳光；
     3、在南极、北极两极点都可接受阳光。
    （四）在太阳光导入方面要达到的技术目标
    1、设备制造成本低，宜于民用广泛使用，有利于市场推广和消费；
    2、设备本身不消耗人工能源；
    3、设备能长期接受太阳照射不老化，使用期限要达到70年以上，与房产寿命一致，同时免维护，零成本使用；
    4、照射效果与灯光形式接近，是点光源，有隔热、聚焦、散光、移动、固定、超长距离照射等功能，满足不同用户需要；
    5、设备体积小重量轻，高在80CM之内，直径在60CM之内，重量在15公斤之内；
    6、方便安装使用，可在商业、家庭、医疗、科学研究、教学、水产养殖、军事等领域广泛应用。
    二、太阳光导入技术目前已达到的技术水平和关键技术突破
    （一）光导纤维技术突破，实现了阳光传输3公里以上0.001%的衰减，实现了高通光率的能力；
    （二）太阳自动跟踪定位系统突破，实现了不同经纬度地点都能接受太阳光，确保一天10小时以上室内太阳光的直接照射；
    （三）太阳光光谱分离技术突破，将有害射线排除，实现了引入清洁、安全、健康、舒适阳光功能；
    （四）太阳光聚焦提升技术突破，将阳光聚焦提升15000倍，实现了最大限度地直接利用太阳光，最大限度地防止太阳光能量衰减。
    （五）太阳光室内照射技术突破，几十种各用途的照射器配套，实现了多方位、多功能、多用途，满足用户的不同需求。
    1.从出光效果看，有直接出光型、保护罩型、半散射光型、全散射光型、聚光型、彩虹艺术效果型等等。直接出光型的阳光从光缆出来未经任何遮挡和调节，保持纯自然的光谱和色差。散射光利用高材质扩散片和扩散镜头，把光纤变得更加柔和和清淡。而聚光型照具则可将一般强度的阳光聚集提升，增加数倍的强度和亮度。艺术效果型用于教学、装饰等，可以模拟阳光的雨后彩虹形成。
    2.从照射距离看，有近距离照射、中距离照射、长距离照射和超长距离照射等。利用多种透镜组合，实现了不同级别距离照射的可能性并保证阳光品质不受损。无论是短距离还是长距离照射，都保证导入的阳光达到最完好的效果。
    3.从活动类型看，有固定吸顶式、转动式、牛眼式、花形吊灯式、手术灯式、落地移动式等数十种类型。大固定直射吸顶型照具安装在天花板上，直接有效进行大面积照射。转动式、落地移动式等则可根据需要随时调整室内光照的角度、方位、形式，扩大了有限主机的应用范围。也满足了不同地点、不同受众的需求。
     三、国外太阳光导入器市场销售成品机的技术指标
     以国外12镜型号XD-50S/12AS为例，示例如下：
     透镜数  透镜尺寸mmφ  接受光面cm2   圆罩直径mmφ    

      高度mm  重量kg  光缆根数  全光束（lm） 电源及功率 ed)N?Y
12镜        12        95        851        520        810        14        2        3840        AC220V /2Wf

    注：采用太阳能电池驱动型系列产品，完全不用电，没有费用产生。
    四、产品技术原理解剖
    随着世界微电子集成控制、卫星定位、光学、光导、基础材料等突破和发展，太阳光导入器历经发达国家50多年综合研发，投入了大量科研费用，它的研发成功是科技综合发展的结果，是划时代的。其核心技术有：GPS定位、阳光自动跟踪、凸镜组聚焦提升阳光照度1.5万倍、有害阳光频谱分离器、光纤导入将阳光传输转弯，可将阳光送达到任何位置。与利用天窗、镜子反射阳光等采光系统不同，该产品不受房子、窗户的位置、高度、方位及太阳的照射角度等条件限制，一整日都能够进行稳定的采光。国外从样机发明到成品机商业使用已达二十多年，无一故障，运用日趋普及，在各类太阳光采光导入技术中一技独秀，效率最好。现将其技术原理归纳如下：
    （一）GPS卫星定位
    在地球上不同地点、不同经纬度安装太阳光导入器，遇到第一个科技难题是如何解决太阳的精确跟踪定位问题。在地球上不同经纬度，在同一时刻我们所面对太阳的仰角轨迹位置是不同的，如都在上午10：00点，在北半球与南半球人们所见到在太阳方向完全相反。
    该产品的安装使用高精度GPS卫星定位，在控制系统中输入经纬度参数编译码，使太阳光导入器像向日葵一样跟着太阳走，采集到当时当地最强烈阳光，保证聚焦和高度聚能压缩提升太阳光，使光源充足而有力。该产品编制了太阳与地球在太空行走运行轨道程序，并进行集成模块程序运算，以确保产品对太阳运行照射角度的准确对应，控制产品每天精确跟踪太阳。
    （二）凸透镜聚焦高度压缩提升太阳光
    d 阳光通过凸透镜聚焦可将纸张等燃烧。六镜片聚焦透镜组：使光量符合人体的医学生理要求，没有任何光伤害。将大面积的阳光聚焦压缩约15000倍，使阳光利用率达到最高值。聚焦点阳光提升后产生高光照及热量，精确送入定位于透镜焦点上的光纤入射口，为光纤出口端高光输出奠定基础。
    （三）太阳自动追踪;
    经GPS定位后，该产品通过长效的太阳光接收传感器，接收阳光缓慢移动的信号，微调和控制传动件自动跟踪太阳中心点，采集最强烈阳光：包括GPS卫星精确定位编码转换程序、微电脑控制中心、探测太阳方位的传感器和计时功能、以及横竖(X、Y轴)双轴全方位转动机械装置。并配套位于集光机中心的微调传感器能探测出太阳的方位，该数据被传入微电脑，与自公转模型对比混合，微机根据处理后的数据来控制跟踪驱动（X、Y轴）马达，使集光机的聚光透镜始终正对太阳运行。在太阳被云层遮住时也能计算太阳轨道，进行追踪，以达到气候云层变化作出快速反应，从而保证一旦有太阳即刻自动跟踪太阳，导入阳光。夜间本系统会自动的停止运行，并自动转回到第二天早上的位置，第二天太阳升起又开始进行自动跟踪运行。（见下图）     

     图一：GPS定位追踪                  图二：向日葵式全天候追踪模式
     （四）高纯度大直径石英光导纤维)J
该产品的制造企业采用目前世界最先进的特种配方生产、光通量大、柔软性强的石英纯色光纤，外层涂有耐老化、高反射的合成膜，能最大量的传输阳光。它是世界上独一无二的特殊光缆，是光导纤维的革命性成果之一，也是光学应用史上的一个新的里程碑。六芯光缆直径不到1CM，可以自由地大角度弯曲，其柔韧性让普通光缆望尘莫及。（见附图）
    它与其他的用镜子反射、管道传送阳光等产品的形式相比，在设计和安装施工上有明显和较高的自由度优势，能方便地把阳光送达室内的任何地方。这一成果使阳光只能直射的物理定理被推翻，实现了阳光导入的革命。
    该特殊光缆透光性能较好，能将阳光在传送过程中的损耗降至最小。目前最远实际使用达167米远，最远试验传输距离为三公里。
    （五）阳光有害频谱分离
    利用凸透镜对不同波长、距焦不同的光谱分离原理，在光轴线上将自然阳光中的可见光、紫外、红外及X、Y、Φ、β、γ、α等各类具有放射性的射线进行分离，通过光纤精确定位在可见光光谱上，让可见光光谱进入光纤，物理排除了绝大部分阳光中的有害成份。经测试只有2160分之1的紫外线进入室内，达到大幅排除对人体伤害的紫外线的目的，保持安全量的紫外线杀菌和一定量的红外线辐射增热。同时对太阳中的X、Y、Φ、β、γ、α等等具有放射性的射线也全部进行了排除，产生真正的安全、清洁阳光。（见下图1、图2）
             图1                           图2
    （六）利用光学原理分离、可控制紫、红外线输出
    阳光通过凸透镜，紫外线焦点在光纤入射点以前，
    无法进入光缆，从此处被排除。光纤精确定位在可见光焦点上，安全可见阳光顺利进入光缆。红外线焦点在光缆入射点后，也无法进入光缆。这样就通过物理排除的方法将阳光有害射线尽数排除，将安全可见阳光导入室内。达到了纯净健康阳光的效果。（见右图）
    （七）透镜集光+光导纤维传送方式——以最大的效率采集传输安全阳光

    该产品解除了人们对太阳光中的紫外线惧怕心理。其通过亚加力球罩进行一级紫外线过滤；通过镜片进行二级紫外线拦截；通过聚焦阳光分离的光缆精确定位进行三级紫外线分离；通过石英光缆进行四级紫外线阻挡。使输出端的紫外线只有室外阳光的2160分之一，符合人体生理需求，使人们最终获到安全、健康阳光。
    （八）光照空间和亮度
    太阳光导入器的阳光从光缆出射端以58度角向外铺张（未将照射器）。出光端附近亮度惊人，可达10000勒克斯以上，是普通灯光的数十倍。照射距离与照射角度对于室内受光面积和光照亮度有相应的作用，其按距离与面积成正比原理及距离与照度成反比原理，离光缆出射端距离越远，其照射面积可以无限扩大，但其亮度也随之相应下降。普通房间安装该产品，平均亮度能达到普通照明要求的10倍以上，见图示。（附中国民用建筑照度标准）。
    太阳光导入器的阳光其照射面积与距离的比例关系是：1：1.11，即距离出光口1米远处，照射圆面积的直径是1.11米。
    若照射端与地面距离或被照射距离在5米，地面照射直径是5.55米。按圆面积计算公式S＝πr2，即等于17.42平方米。
    不同的房间，可根据不同要求采用不同的照射器具。有：垂直向下照射型安装、侧面斜照型安装、移动照射型安装等等方式。据悉，生产厂家近期还将研发遥控旋转多方位照射型照具，可以人为控制所要照射的位置，进一步增加使用效率。

    吸顶式照具     落地移动式照具    转动式照具     扩散柔和式照具  防水远距离照射式 
    （九）节能与维护
     该产品每束光每年提供相当于5000多度用电量所生产的照明能量。但其追踪太阳消耗电量极低。以一般型的12镜太阳光导入器为例其用电功率为2W，按我国用电费用标准计算，运行一个月用0.9度电，一年仅用11度电，所以说电费几乎可以忽略不计。在阴暗房间、地下室等白天也需要点灯的场所使用本产品，可以节省大量电费。
    若用太阳能电池驱动型太阳光导入器产品，利用太阳能光电池板提供能量维持系统自动跟踪太阳程序的运行，完全不需用电，不发生电费，实现了零成本使用。
    产品维护：产品在设计中是按零维护设计的，产品所用材料均使用防老化、防生锈、防磨损等技术，外型设计均考虑产品的使用维护方便性。整个产品设计无需日常维护，集光机的透明罩很脏时，用水清洗即可。
    灯光下厨房          阳光下厨房         阳光导入前的餐厅 阳光导入的餐厅
    五、应用范围和安装使用
    （一）国外应用范围
    阳光是世界万物生命之源，它为人类生存提供能量。拥有安全阳光，是人生最大的财富。充分利用太阳光采光，创造良好的健康工作环境，成为本世纪人类的需求。该产品有着非常广泛的用途。从国外实际应用情况看，归纳为以下几个方面：
    1.商业用途：宾馆、饭店、商场、休闲、会馆、展厅等，大幅提升档次和品味，提高竞争力。
    2.家庭应用：别墅、排屋、朝北房、室内各房间、地下室等，享受沐浴在阳光下的全信生活。.J]-lC$V
    3.单位应用：办公、会议、接待室，科技、图书、水族、展览馆等公共场所，提高城市形象。
    4.医疗健康：医院、健身、美容、浴室、日光浴、养老院、幼儿园等等，让阳光与健康同在。
    5.科学研究：紫红外线分离可控、保温光照、动植物改良、老化试验、宇宙海底和地下室开发。
    6.教学应用：高等院校、中小学提供光学、光导、光能综合教具，扩大学生视野和创新能力。
    7.水产养殖：室内外海、淡水养殖，品种杂交，培育改良，提高水产品产量、质量、成活率。
    8.珍贵礼物：是孝敬父母长辈健康长寿的特殊礼物，是馈赠亲朋好友上等、绝佳的珍贵礼物。
   餐厅光照   客厅光照  改良品种光照培育  阳光海水生物培育
    （二）国外安装使用
    将该产品安装在室外房顶、阳台、地面、墙壁等能一年四季均照得到太阳光的地方，通过光缆接入室内，这样每天从太阳升起到落下，室内都有固定（可移动）阳光的直射，10多个小时享受太阳光无微不至的呵护。人们可以在室内阳光下休息、在阳光下工作、在阳光下看书学习、在阳光下用餐，在卧室、厨房、客厅、书房、办公室等，到处拥有娇嫩可人的太阳光。
    六、太阳光导入器的发展前景
    （一）各国政府非常重视该产品的研发和推广
    人类歌颂“万物生长靠太阳”，是因为生长所需的能量或能源都来自太阳，没有太阳光的能量，地球动物、植物、生物的一切运动都将停止，世界将一片黑暗，万物将走向死亡。据联合国统计报告，目前人类每天消耗的能量相当于地球1370年漫长时期积蓄的能量。目前世界上75％的能源来自于矿物燃料燃烧，而燃烧是人类最大的健康危害源，也是地球温室效应的罪魁祸首。火力发电、交通运输和各种加热过程都需要燃烧大量的煤炭、石油和木制品，在燃烧过程中，这些矿物燃料会排放大量有害气体，导致人类呼吸系统障碍和癌症产生。因此，联合国呼吁各国政府更加重视能源战略中的可持续发展问题，要特别重视能源发展过程中的环境保护问题。联合国敦促世界各国花大力气进行可再生能源包括太阳能、风能、地热能源、生物能源和水利资源的开发和应用，同时加大对现有矿物能源进行技术更新和改造，以减少有害气体的放。
    美国、德国、日本、英国、法国等政府在30年前就实施了新能源开发计划，在这一产品研发过程中仅美国政府每年拨付研发经费500万美元，同时各国政府每年都对各类清洁民用新能源给予政策和税收的减免。发达国家政府认为，太阳能是未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源。太阳光导入器导入的清洁自然阳光，将大量节约能源，改善环境，因此政府要大力推广。
   （二）我国政府对清洁能源研发和利用也给予了大力扶持。
    在中国经济快速发展的今天，能源紧缺的矛盾越来越突出。能源紧缺成为经济发展的瓶颈制约着中国经济的快速发展。煤荒、电荒、油荒波及中国，给中国政府带来了巨大的压力和挑战，建设节约型社会成为中国政府的强烈要求，也是百姓的热门话题。开发新能源成为全社会的共识。胡锦涛总书记号召建立节约型社会，他强调“节约资源是我国的一项基本国策，节约土地能源、淡水、矿产资源，对现实经济社会可持续发展具有重大意义。我们要从贯彻落实科学观的高度，充分认识到节约能源资源的极端重要性和紧迫性，加快推进建设节约型社会各项工作，同时要积极开发新能源”。我国政府大力扶持企业研发和利用清洁能源，已推出和实施了多项扶持鼓励政策。
    我国企业要开发该产品已具备条件。首先我国不需要经过国外技术研发关，节省大量费用；其次太阳光导入的各类技术及材料标准及工艺要求，目前我国都能生产和达到；第三，国际GPS定位系统是开放和免费的；第四，企业开发投入的资金不多，估计整个项目投资不会超过2500万；第五，产品对外价格具有很强的竞争能力；第六，中国经济发展，人民收入普遍提高，年收入超过7万的家庭增长极快，市场消费面大。当然我们认为开发太阳光导入器的企业最好是已涉及光缆制造或光学镜片制造或电子自动控或空调或太阳能热水器制造企业，其生产能力与销售网络都是快速进入这一领域的基础条件。当然也可以几个企业合作共同开发生产，以抢占发展先机。
   （三）清华大学引进“太阳光导入器”样机，建设部人居委极力推广太阳光采光技术
    清华大学建筑学院通过浙江五矿进出口公司引进了多台“太阳光导入器”样机，并在奥运节能示范楼中安装了“太阳光导入器”产品，引起国家有关领导的重视。清华大学建筑学院副院长、建筑技术科学系主任江亿院士向来访的国家领导介绍了中国建筑能耗现状、问题和解决途径，特别强调太阳光导入器对中国新能源、建筑业的作用和前景，受到中央领导的充分肯定。清华大学建筑技术系博士薛志峰先生在介绍中国住宅能耗、采光、节能途径时，也特别介绍太阳光导入器对健康、照明、节能、环保的作用，如果中国3.74亿户家庭和上千万个企事业单位都推广应用这一系统，最保守地测算可以使中国当年总发电量至少削减五分之一，即节能20％。以2005年为例，我国全社会的总用电量约为24000亿KW·h，照明用电量约为3000亿KW·h，那么至少可以削减600亿KW·h。我国用电每年以13%～14%的速度递增，预计到2010年，照明用电量将超过5000亿KW·h，新增照明用电2000亿KW·h，若我国推广使用太阳光导入器，就能完成节能20%的目标，就意味着到2010年，照明要减少用电1000亿KW·h，这相当于约8个葛洲坝电站和12个大亚湾核电站加起来一年的总发电量，可以减少大量建电站的土地、水源、环保、燃料、电网，可减少当年电煤生产五分之一以上。我国每年动力用煤占煤炭消费总量三分之二，电煤需求预计为9-10亿吨，当年可以减少铁路运输煤炭333万个车皮。

    去年9月25、26日建设部人居委在杭州市召开“第三届中国人居技术创新环境高峰论坛”。国家相关部门领导、联合国人居署、人居环境领域的资深专家与学者、国内外著名房地产开发商与设计师汇聚一堂，探讨中国人居环境建设可持续发展之路，会上都对太阳光导入器这一世界新产品给予了高度评价。它既能得到国家的大力支持和鼓励，也得到各地方政府的支持，上海张江区科委非常重视这一产品，在其办公大楼内安装了19台太阳光导入器，向上海市高科技企业推介这一新产品。

    
    本帖最后由 rhj580622 于 2006-10-6 02:52 PM 编辑