随着能源消耗不断增加,环境日益恶劣，人们着手于开发清洁型新能源，2015 年，全国新能源消费量占能源消费总量的12.3%，较上年提高了1.1%[1]。太阳能作为一种取之无尽的清洁能源[2]，受到了人们的青睐，并广泛应用于建筑中，太阳能光导照明系统就是其中之一。光导照明系统把白天的太阳光均匀高效地照射到室内任何需要光线的地方，主要应用于住宅、办公楼、旅馆、商店等建筑的走廊或地下室的自然采光或辅助照明，甚至应用于存有易燃易爆物品及不宜通电的房间，能够节约20%～30%的建筑用电，达到节能减排的效果。现如今，室内空气质量越来越受到人们的关注，除了解决室内舒适性问题，提高室内空气品质也至关重要。新风的输送是一种提高室内空气品质直接有效的办法。因此，将光导照明与通风系统有机结合，对当今建筑一体化的实现有推动作用。

1 设计思路

近几年来，能源短缺已成为世界关注的焦点，如何高效地利用自然能也成为了人们探讨的热点。国内外众多学者对提高光导管照明做了大量研究，光导照明的应用在国际上受到越来越多的重视。由此，光道照明系统应运而生并进入建筑节能领域。

1.1 国内外光导照明系统的研究

在19世纪70年代，俄国科学家契卡洛夫发明了世界上第一根光导管，他在室外安装了大功率弧光灯作为光源， 经过集光系统， 将产生的平行光通过长管内的镜面反射引到室内，给导线车间照明[3]。光导照明技术最早出现于20世纪80年代，是利用光纤或管道将室外的自然光引入室内，为室内提供日光照明，故光导照明又被称为自然光照明[4]。前苏联科学家J.B.Aijenberg设计的Helioubus系统就是用棱镜光导管将自然光引入室内[5]。

目前，国外早已广泛接受了光导系统，并且有很多公司研发并生产此类产品，光导照明的室外布置如图1所示。主要的生产厂家有英国的蒙诺加特(Monodraught)公司、加拿大的索乐图(Solatube)公司等。

国内的光导照明系统相对于国外虽然起步比较晚，但发展较快，大批从事光导照明的国内厂商不仅积极吸收国外的先进技术和理念，且勇于创新，开发了符合国内建筑实际情况的产品，其中光导照明在地下停车场的应用如图2所示。近年来，国内出现了一批使用光导照明的大型项目，如北京奥林匹克森林公园、北京德芙巧克力工厂、山东大学综合体育馆、杭州低碳科技馆和北京师范大学附属实验中学教室等[6]。

图1 光导管

图2 光导照明在地下停车场的应用

1.2 CPC聚光光导照明系统的建立

由于早晚时分太阳的辐照较小，倾角较大，导致光照强度不够照明所用，因此国内住宅楼及大型商场应用太阳能光导照明系统的仍然不多；且在阴雨天等光照强度较低的情况下也无法使用，无法实现全天候照明。

采光罩外表面附有自洁净层，CPC聚光器和导光管的连接处安装有防雨圈。自洁净层确保自然状态下采光的清洁程度，从而不影响CPC聚光器的聚光作用。防雨圈确保采光与聚光过程的正常运作。

死体可燃物含水率(Y)与降水(X1)、气温(X2)、相对湿度(X3)、风速(X5)、蒸发量(X6)之间的数学模型为：

2 主要组成部分

此种CPC聚光光导照明通风系统主要由3部分组成：聚光光导模块、照明模块和通风模块，其系统结构示意图如图3所示。

图3 本系统结构示意图

图4 CPC聚光器的光路图

2.1 聚光光导模块

光伏组件包括太阳能光伏板、支架和与太阳能光伏板线路连接的蓄电池，蓄电池与LED灯条、管道风机均线路连接，太阳能光伏板作为遮雨板位于进风口的上方，太阳能光伏板与进风口之间的距离为0.6m,如图5所示。太阳能光伏板由支架支撑摆放在地面上，太阳能光伏板的导线放置于中空支架的内部与蓄电池相连，蓄电池、逆变器、控制器装在保护箱中埋放在地下，其他线路用管道保护埋放在地下与LED灯条、管道风机相连，以确保负载的正常使用。

基于以上现状，对光导管升级改造，建立该CPC聚光光导照明系统，采用聚光光导装置、照明装置和通风装置相结合的方式来实现建筑一体化与自然资源的高效利用，提高系统的实用性与高效性；采用结构简单的CPC聚光器，便于安装，无需对日跟踪，聚光倍数达到2～6倍，除了白天能够正常使用，还可在晚上使用；通风系统可以实现室内防尘通风功能，实现了建筑一体化的高效利用。

CPC的运行不需要随时跟踪太阳位置, 只需根据季节调节方位, 结构简单, 操作控制方便[7]。CPC聚光器可以达到2～6倍聚光，从而可以大大增强室内的采光照明度。白天使用CPC聚光器，实现室内照明，晚上LED灯条与光伏组件相连，实现室内照明，从而达到全天候照明的效果。

LED灯条位于漫射器的外侧。太阳能光伏板采用多晶硅光伏板，并将储能通过电导线存至蓄电池中，蓄电池放在保护箱中埋放在地下，将储能通过导线传至LED灯条。LED灯条通过导线与蓄电池相连接，当白天日照微弱时，可利用光伏组件所储蓄的能源进行光照作用，使室内维持亮度，并缓解室内的用电压力，提高了自然能的利用效率，节约能源。

导光管为金属材质管道，其内表面为反射镜面。反射镜面覆有防静电的多层聚合物防静电反射膜。由于光在光导管内传输时要经过多次反射,光导管的反射率越高,其光强剩余量也就越大[8]。

自然光能使员工在工作时感觉更舒适，工作率也能更高，同时能够有效避免视觉疲劳。相反，在照明条件较差的工作环境下工作，员工工作效率低下，员工的病假增加，更严重的甚至导致离职。

图5 聚光光导装置和照明装置的连接示意图

2.2 照明模块

聚光光导模块主要由采光罩、导光管、漫射器3部分组成。聚光光导装置竖直安装，导光管安装在CPC聚光器正下方，漫射器安装于导光管的正下方。

国外学者认为，智慧校园利用信息技术来改变学生的学习和教师的工作，“为人们创造服务”[5]。总之，智慧校园综合运用智能物联网、高速互联网、高速无线网、虚拟化技术、云计算、统一存储和分布式存储以及大数据平台等信息技术，全方位感知校园物理环境，智能识别师生个体，实现以人为本的个性化服务。

图4为CPC聚光器的光路图，包括碗状内凹的反光镜和位于反光镜底部收集光线的接收器。当光线从不同的角度照射进CPC聚光器时，由反光镜内表面的抛物面通过全反射至接受器上，由接受器传递给导光管，系统本身无需跟踪追光，结构简单，无需复杂的传动结构，因此能有效地提高聚光效率。

图6 照明装置和通风装置的连接示意图

2.3 通风模块

通风口位于LED灯条和漫射器一侧，如图6所示。进风口安装有空气过滤器。空气过滤器安装在进风口和管道风机之间，以便获取清洁的空气，改善室内空气质量。管道风机通过导线与蓄电池相连，利用蓄电池提供的电能进行送风，将通过空气过滤器的洁净空气通过通风口送入室内，从而达到室内空气不断流动的效果。在1997年，Menzies的一项实验研究发现，好的室内空气品质提高了大约11%的生产力[9]。

接车后，首先验证故障现象。关闭点火开关并且拔出钥匙后，仪表盘上各个指示灯一直点亮，无法断电，插入钥匙后再次启动发动机，启动机不工作。只有先将断开蓄电池电源后再重新接上后，重新拧点火开关，启动机才会工作，且可以正常着车。再次关掉点火开关，则发动机无法正常熄火。

3 适用场所

3.1 地下停车场

地下停车场对照度的要求不高，并且大多数地下停车场上方有大面积的绿化，这使得地下停车场非常适合使用光导照明系统。

3.2 工 厂

3.3.4 河套灌区农业资源综合承载力逐渐提升 随着土地、劳动、技术、资金等生产要素投入量的增加，土地的产出能力逐渐提高，河套灌区粮食总产量可供养的人口总数不断提高，即河套灌区土地资源承载力逐渐提高，土地资源承载力指数由2010年的0.301下降到2016年的0.233。河套灌区水资源承载力指数近7年一直维持在0.93以上。主要受土地承载力提高的影响，2010—2016年河套灌区农业资源综合承载力呈提高趋势，2016年综合承载力指数为0.673，比 2010 年下降了 0.02（图7）。

3.3 商 场

南加州爱迪生公司的研究表明，同一地区内采用日光照明销售同一种产品的商场，其销售额增加25%。沃尔玛旗下的所有超级购物中心均采用自然光，不仅提高了销售额，而且起到节能的效果。

3.4 隧 道

为了保证行车安全，隧道中需设置全天候照明，并且要在隧道出入口处设置渐变式的照明。如果在隧道中引入光导照明系统，可完全利用日光进行自然光过渡，无需再设置人工加强照明，不仅节约了人工照明的能耗，而且可以提升视觉舒适度[10-12]；目前已经有不少将光导照明系统应用于工厂的案例，且运行良好。

3.5 学 校

有研究表明，自然光照明不仅可以提升学生的学习效率，降低学生上课时的烦躁、抵触等负面情绪，另外使用该CPC聚光光导照明系统，在增加照明舒适度的同时，不断往室内输送新风，无论是生理上还是心理上都有利于学生的学习[13-14]。

4 理论研究

4.1 光导采光口倾斜度设计

以佛山正能量节能科技有限公司生产的光导照明系统为例，建立光导照明通风系统模型，本模型参数如下：聚光罩透射比为0.92，漫射器的透射比为0.90，导光管的管道长度2.4m，内部直径为0.45m，导光管内壁的反射系数取为0.98。逐步改变模型中光线的入射角度，入射光线与光导管截面法线的夹角从0°逐步变为80°。

老庄思想主张“不谴是非”、“知足逍遥”、“独与天地精神相往来”，反复强调虚静之心。而山水林泉作为大自然的一部分，极其符合清静自然的理念。因此，当时的社会风潮乃崇尚老庄，而归于山林。当时的名士“登山临水，竟日忘归”，这样的记载数不胜数。这种离尘出世，隐匿山林的无为思想正是传统山水画中避世主义的直接来源。

α

人工智能财务系统虽然高效便捷，能处理完成人类预先设定了标准和流程的工作，但是，财会审计工作不只是客观数据采集度量，也是一门艺术。除了标准化流程之外，还有相当一部分工作是必须基于会计工作者主观上的经验积累和职业直觉判断，这是人工智能无法做到的。

(1)

式中：n为光线在导管内反射次数，次;l为导光管道长度，m;d为管道横截面尺寸，m;α为光导管上部截面处入射光线与管道截面法线的夹角，(°)。

入射的光通量随夹角增大而成余弦下降，并且随着入射角增加，光线在导光管中的反射次数也会增加，最终导致传播过程中的损失增加，反射次数n近似可计算为

光导照明系统总的导光效率可以表示为

η=a·b·γn

(2)

式中：η为进入室内的总光通量占聚光罩收集到的入射光通量的比例，即导光效率，%;a为聚光罩的透射比，%;b为漫射器的透射比，%;γ为管道内壁的反射系数；n为光线在导管内反射次数，次。

表1 随直射光入射光角度增大CPC聚光光导系统的导光效率变化情况

α/(°)η/%082.801081.222079.583077.754075.555072.716068.547061.368044.60

经公式(1)，式(2)推导计算，CPC聚光光导管导光效率随光线入射角增大的变化情况可见表1。

让学生自己当家作主，做班集体的主人，相信他们，多给他们一些耐心与信心，多给他们一些鼓励与支持，静待花开。

光导照明系统的导光通量可以用下列计算公式表示

图11给出了本文理论模型预测的侵彻深度与球形铜(OFHC)弹正撞击37.4 MPa混凝土靶实验结果[6]的比较。

Q=G·A·C·η

(3)

式中：Q为进入室内的导光通量，W；G为太阳的单位面积辐照强度，W/m2;A为光导管道的截面面积，m2;C为CPC聚光器的聚光倍数;η为进入室内的总光通量占聚光罩收集到的入射光通量的比例，即导光效率，%。

从表1中可以看在入射夹角小于 30°的情况下，导光效率变化比较平缓，其效率变化小于5%，但随着入射夹角增大，导光效率的下降速度逐渐加快。因此，应尽量将导光管法线方向与最佳日光方向的夹角控制在30度以内，以保证光导系统的照明效率。

4.2 与传统光导照明系统比较

晴天时，取G=800W/m2，导光通量随直射光入射角变化而变化，变化规律见表2；阴天时，取G=300W/m2，导光通量随直射光入射角的变化规律见表3。

表2 晴天时，随直射光入射光角度增大光导系统的导光通量变化情况

α/(°)η/%Q/WC=1C=2C=3C=5082.80105.32210.64315.96526.611081.22103.31206.62309.94516.562079.58101.23202.45303.68506.133077.7598.90197.80296.69494.494075.5596.10192.20288.30480.505072.7192.49184.97277.46462.446068.5487.18174.37261.55435.917061.3678.05156.10234.15390.258044.6056.73113.46170.19283.66

表3 阴天时，随直射光入射光角度增大光导系统的导光通量变化情况

α/(°)η/%Q/WC=1C=2C=3C=5082.8039.5078.99118.49197.481081.2238.7477.48116.23193.712079.5837.9675.92113.88189.803077.7537.0974.17111.26185.434075.5536.0472.07108.11180.195072.7134.6869.37104.05173.416068.5432.6965.3998.08163.477061.3629.2758.5487.81146.348044.6021.2742.5563.82106.37

由表2、表3可以看出，无论是晴天还是阴天，带有CPC聚光的光导照明系统都能显著提高导光通量，亮度更高。在晴天时，传统的光导照明系统仅能满足最基本的照明需求，使用CPC聚光光导照明系统能显著提升照明亮度，满足精密仪器加工工厂的照明需求；在阴天时，如果光导照明系统不使用CPC聚光器，导光通量仅为30～40W，无法满足正常照明需求；而使用带有CPC聚光的光导照明系统，一般导光通量可达60W以上，能够满足正常照明需求。

(4)简洁高效原则。能源转换的环节越多，损耗越大，同时工艺复杂，对控制的要求也越高。简洁合理的工艺流程，配以高水平的自控和监测系统，能提升设备的可靠性，降低运行维护成本。

选择加载过程中第10天（T1）、一级堆载完成后（T2）、三级堆载完成后（T3）作为典型时刻，这三个典型时刻下模型整体侧向位移云图见图4，分析可知：

5 结 论

CPC聚光光导照明通风系统采用聚光光导装置、照明装置和通风装置相结合的方式来实现建筑一体化与自然资源的高效利用，以提高系统的实用性与高效性。

1)采用结构简单的 CPC 聚光器，便于安装，无需对日跟踪，聚光倍数达到2～6倍；除了白天能够正常使用，还可在晚上使用；一体化光导照明系统具备通风功能，提高了系统的光电综合效率，降低系统成本。

2)建立了CPC聚光光导照明系统模型，随入射光角度增大，CPC聚光光导系统的导光效率不断下降。

3)与传统光导照明系统对比，CPC聚光光导系统的导光通量更高，在阴天也能正常使用。

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