Солнечное оптоволоконное осветительное устройство
Солнечное оптоволоконное осветительное устройство предназначено для освещения темных помещений естественным солнечным светом. Солнечный свет без преобразования в другой вид энергии фокусируется и передается в темное помещение по оптоволоконному кабелю, что позволяет обеспечить высокую электрическую безопасность даже в помещениях с высокой влажностью. В устройстве используются неподвижная изогнутая плосковыпуклая цилиндрическая линза, и прозрачная коническая воронка. Они сужают солнечный световой поток и направляют его на входной торец оптоволоконного кабеля в течение всего светового дня. Такое решение исключает использование в устройстве параболического фокусирующего отражателя, электропривода и автоматической системы слежения, направляющих отражатель в сторону солнца, перемещающегося по небосводу. Отсутствие подвижных элементов, имеющихся в существующих в настоящее время подобных приборах, значительно упрощает устройство, увеличивает надежность, снижает стоимость и исключает необходимость в дополнительном электропитании.
Полезная модель относится к области бытовых осветительных приборов, а именно, к приборам для освещения жилых и не жилых помещений, не имеющих окон (подвалов, коридоров, прихожих, ванных и туалетных комнат, а также рудников, шахт, бассейнов, аквариумов и т.п.).
Общеизвестные осветительные приборы — электрические лампы, обладают существенными недостатками: относительно высоким энергопотреблением, электрической и пожарной опасностью, необходимостью их постоянного включения и выключения, а также необходимостью замены ламп при их сгорании из-за их малого срока службы.
В настоящее время, архитекторы, решая вопросы освещения, все чаще стараются использовать естественный свет. Одним из таких решений являются зенитные фонари — световые прозрачные конструкции в кровле здания. Зенитные фонари можно установить на крыше любой формы, устранив тем самым недостаток естественного освещения помещения. Однако, зенитные фонари дороги и ограничены в применении, т.е. могут устанавливаться, только на верхних этажах зданий. Система зеркал, часто применяемая в густонаселенных кварталах некоторых стран, тоже не всегда применима, поскольку, может быть использована только в условиях хорошей прямой видимости. Кроме того, велика ширина канала передачи света, из-за отсутствия уплотнения светового потока в такой системе. Ширина канала равна площади одного зеркала.
Сравнительно недавно начали использовать оптоволоконные и полые световоды. Данный вид осветительных приборов также является примером современных энергосберегающих технологий. Свет, идущий от источника, попадает во входной торец световода и, за счет внутреннего отражения, проходит по его каналу и выходит из выходного торца. Отсутствие электрического тока в световоде (а, следовательно, и отсутствие нагрева) устройства оптоволоконного освещения дают ему некоторые преимущества над другими видами. Эта особенность позволяет использовать такое освещение при подсветке бассейнов, аквариумов и помещений с повышенной влажностью. Кроме того, оптоволоконные световоды удобны при монтаже. Однако, все же главным достоинством оптоволоконного освещения является экономичность. Ведь галогенная лампа, которая в данном случае служит источником света, способна почти без потерь преобразовывать электрическую энергию в световую энергию.
Но, ближайшим прототипом заявляемому устройству, являются гибридные оптоволоконные световоды прямого солнечного света (см. приложение). Эти световоды применяются для прямой поставки естественного дневного света внутрь освещаемых помещений. Они состоят из коллектора, параболического зеркала, подобно параболической антенне, фокусирующего, но только, солнечные лучи в приемник и транспортируемые затем в освещаемое помещение с помощью оптоволоконного кабеля. Устройство содержит систему позиционирования, которая поворачивает зеркало в течение дня, постоянно направляя его на солнце, как это делает всем известный подсолнух. В течение дня установленный на крыше коллектор и вспомогательное зеркало собирают солнечную энергию, отслеживая ход светила по небу. Такое решение делает устройство сложным и дорогостоящим. Наличие системы слежения за солнцем, поворотного мотто подвесного кронштейна, требуют внешнего электропитания подводимого от сети, или получаемого от преобразования световой энергии в энергию электрическую. Как следует из приложения, стоимость такой системы достигает 16 тыс. долларов, а ее установка колеблется от 500 до 2000 долларов. Высокая стоимость, сложность, необходимость во внешнем электропитании, являются основными недостатками данных систем.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение стоимости и энергопотребления оптоволоконных осветительных устройств, их упрощения, увеличение их безопасности, срока службы и надежности при освещении труднодоступных, влажных, темных помещений. Этот технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве солнечный свет, с помощью специальной неподвижной линзы и конической воронки фокусируется на один торец оптоволоконного кабеля. С другого торца этого кабеля, помещенного в темном помещении, свет рассеивается с помощью рассеивающей сферы или линзы, освещая это помещение. При этом устройство значительно упрощается, исчезает необходимость позиционирования фокусирующего блока устройства в течении светового дня, полностью отсутствует потребление электроэнергии, значительно увеличивается, и становится практически не ограниченным, срок службы устройства, существенно возрастает безопасность его эксплуатации. Это позволяет использовать данное устройство не только в помещениях с повышенной влажностью, но и в воде (бассейны, аквариумы), и во взрывоопасных помещениях (шахты, рудники и химические предприятия).
Заявляемая полезная модель, предназначенная для освещения естественным солнечным светом темной комнаты (ванная комната, туалетная, гардеробная, прихожая) обычной жилой квартиры представлена на фигуре 1. Фокусирующий блок устройства, состоящий из плосковыпуклой фокусирующей линзы (1), корпуса (2) и цилиндрической прозрачной воронки (3), закрепляется с помощью кронштейна (4) на южной (солнечной) стене дома, и ориентируется на солнце по азимуту и углу места (подобно спутниковой параболической антенне). Плосковыпуклая фокусирующая линза должна иметь специальную форму, напоминающую боковой срез торроида (фигура 2), для того, чтобы при изменении положения солнца на небосводе в течение дня, не смещалась фокусная площадка, на которой концентрируются солнечные лучи. Выпуклое основание конической воронки, выполненной из прозрачного материала в виде усеченного конуса, совмещено с фокусной площадкой линзы, а вершина совмещена с входным торцом оптоволоконного кабеля (5). Поток света попадает в основание воронки, проходит через нее, сужаясь до размеров торца оптоволоконного кабеля. Затем, свет по кабелю попадает в рассеивающую сферу (6) и равномерно распределяясь, освещает темное помещение. Таким образом, солнечный свет транспортируется в темное помещение без какого либо преобразования в другие виды энергии. Устройство совсем не потребляет электроэнергии, что обеспечивает его высокую экономичность.
Надежность данного осветительного устройства очень высока, поскольку оно не содержит подвижных деталей, и не зависит от различного рода электроламп, электроприводов, системы позиционирования, электроснабжения, электронных преобразователей, выключателей и т.п. Детали осветительного устройства практически не нагреваются, исключается возможность возникновения искр от короткого замыкания, чем достигается высокий уровень безопасности при его эксплуатации.
Розничная цена таких простых и надежных осветительных устройств, при их массовом производстве может быть меньше, чем цена одной светодиодной лампы, т.е. не превышает полторы тысячи рублей (не более 50 долларов). А срок службы практически не ограничен и зависит от оптических свойств используемых материалов, и на несколько порядков превышает срок службы газоразрядных ламп и тем более, ламп накаливания.
Солнечное оптоволоконное осветительное устройство, содержащее оптоволоконный кабель и рассеивающую линзу, отличающееся тем, что устройство содержит неподвижную изогнутую цилиндрическую плосковыпуклую фокусирующую линзу, помещенную в зеркальный корпус, который с помощью кронштейна крепится на солнечной стене дома, в фокусе линзы помещается выпуклое основание прозрачной фокусирующей воронки в виде усеченного конуса, вершина воронки соединена с входным торцом оптоволоконного кабеля, а выходной торец кабеля находится в темном помещении и на его конце имеется рассеивающая линза, равномерно распределяющая световой поток.
Источник
Принцип работы и сферы применения световодного освещения
Недостаток света в помещениях компенсируется по-разному – дополнительные окна, устройства, лампы и подобное. Одним из инновационных решений последнего времени стали световоды для освещения. Небольшие устройства устанавливаются на крыше или стенах, аккумулируя и доставляя лучи внутрь.
История возникновения световодного освещения
Освещение дома при помощи световодов
Первые попытки создать световод для освещения помещений проводились еще в 1874 году. Российский электротехник Чиколев Владимир изготовил трубу с зеркальной поверхностью внутри, с помощью которой проводил освещение в опасные производственные комнаты порохового завода.
Современный способ появился на рынке относительно недавно. Первые устройства, проводящие дневной свет, появились в 2005 году. Приборы прошли несколько стадий усовершенствования. Окончательный вариант был представлен потребителям в 2011 году.
Световод – это механизм закрытого типа для направленной передачи дневного света. Другое название – оптический волновод. Устройства спроектированы таким образом, что могут иметь любую кривую направленность, но при этом доставляют максимум освещения. Позволяют сэкономить на электричестве и стандартных лампочках.
Принцип работы светового туннеля
Принцип работы световода
Устройства монтируются через крышу, сверху располагается сферическое стекло (форма приближена к типу мансардного окна). Внутренняя поверхность зазеркалена. Благодаря отражающим элементам свет проходит через трубу. Длина может быть разной. Главное – чтобы прошла сквозь перекрытия в комнату.
Снизу (со стороны помещения) установлено стекло с рассеивающим эффектом. Внешне световой туннель напоминает обычный светильник. В некоторых моделях встроена лампочка для работы в ночное время суток. Монтаж по времени и стоимости остается в разумных пределах. При этом устройство позволяет сэкономить на электроэнергии и приборах.
Метод бокового свечения
Система представляет собой светоприемный купол с линзами, которые улавливают и перенаправляют лучи в световод
Подобный способ не требует сложных технических схем, установка занимает немного времени, можно обойтись своими силами без привлечения профессиональных монтажников. Отличие – установка проектора вне помещения, наличие светодиодных волокон.
Рядом с установкой не должны располагаться источники тепла. Диффузор устанавливают с боковых стен. Подобное расположение позволяет осветить комнату так, чтобы не потребовалось дополнительных источников в течение дня. Это актуально для помещений без окон (гардеробные, ванны, кладовки, подвал). Световоды для светодиодов можно изготовить своими руками.
Метод торцевого свечения
Такой способ позволяет создать эффект «звездного неба». Небольшие устройства устанавливаются под потолком, по типу точечных светильников. Солнечное оптоволоконное освещение получается естественным и плавным. Дополнительный плюс – получается необычный дизайн.
Туннели со светодиодными кабелями проводят сквозь покрытия и могут быть как одиночными, так и «расползающимися». Последние требуют точных расчетов, стоимость получается выше стандартных.
Из чего состоят световые фонари
Строение светового фонаря
Световоды работают по такому принципу: свет аккумулируется в верхней сферической части, затем по отражающим поверхностям подается внутрь. Потери составляют от 10 до 40% на каждом метре трубы, до 40% на изгибах. Классический вариант светового туннеля состоит из таких частей:
- купол (круглое стекло, устанавливается со стороны крыши);
- кровельная часть;
- отражающая труба (непосредственно световод);
- рассеиватель;
- дополнительные детали – угловые адаптеры, лампы для ночного освещения, другое.
Внешние части фонарей выполняют из прочных материалов – поликарбонат, оргстекло. Очистки не требует – достаточно дождя. Сбор световых волн больше всего в пасмурную погоду, вечером и утром.
Преимущества
При правильной эксплуатации такие фонари имеют длительный срок службы
Устройства с каждым годом применяются все чаще. Дополнительное естественное освещение устанавливают в производственных помещениях и частных домах. Можно установить световод своими руками в домашних условиях. Монтаж занимает мало времени и сил.
Туннели позволяют сэкономить электроэнергию – по средним данным световоды позволяют тратить до 60% меньше. При правильной установке световодный фонарь служит 10 лет и более – гарантия производителя не менее 5 лет. Устройства теплоизолированы – летом не пропускает тепло, зимой холод (важно для жилых помещений, цветоводства и других).
Световые туннели просты в обслуживании. Есть возможность регуляции освещения. Из дополнительных функций – проветривание, классический светильник (зависит от модели).
Недостатки
При покрытии световода снегом его работоспособность может снизиться до нуля
При всех очевидных достоинствах подобные механизмы имеют несколько минусов, с которыми следует ознакомиться перед установкой. Световод – это устройство, аккумулирующее естественный свет. Поэтому для нормальной работы требуется достаточное количество времени – туннели не подходят для использования в местах с коротким световым днем.
Зимой также могут возникнуть сложности. Если купол будет покрыт снегом, работоспособность и светопропускаемость снизятся, иногда до нуля. Поэтому нужно либо устанавливать другой источник, либо своевременно очищать стекло.
Первоначальная установка имеет высокую цену. Хотя этот недостаток временный – обычный срок окупаемости 2-3 года, а время эксплуатации – более 10 лет.
Применение световодов при освещении частного дома
Использование светового фонаря для освещения коридора
Загородные дома часто оснащают независимыми источниками питания, освещения. Световые тоннели подходят для использования в разных комнатах и помещениях, позволяют экономить денежные средства, поэтому с каждым годом становятся популярнее.
Освещение кухни
Кухня является местом, где готовят еду и собирается семья. Некоторые проводят здесь большую часть времени. Обычно центральным источником света становится потолочная лампа или люстра. Назвать подобный источник идеальным нельзя – отсутствует равномерность освещения, мерцающий искусственный свет вредит глазам.
Световоды создают рассеянный естественный свет, который не раздражает глаза и более привычен глазу. Можно установить один тоннель или несколько маленьких по потолку.
Освещение ванной комнаты
Световод в ванной
Главное отличие светильников в ванной – требования к безопасности. Высокая влажность создает условия, в которых можно использовать не любой источник. В световодах не используется электричество, нет нагревательных или других элементов. Поэтому туннели считаются наиболее подходящими осветительными устройствами.
Оптимальный вариант – проведение нескольких световых фонарей. Яркое освещение требуется у зеркала, где проводятся многие процедуры: нанесение макияжа, бритье и другие.
Освещение комнаты
Если в комнате отсутствует окно, грамотно подобрать светильники практически невозможно. Ни одна лампа не заменит естественный дневной свет. Решением станут световые туннели. Несколько фонарей позволят в достаточной степени осветить комнату, при этом не перенагружая глаза.
Освещение гостиной
Освещение гостиной световодом
Это помещение считается самым многофункциональным в доме. Хорошее освещение крайне необходимо. Общие источники важны не менее локальных. Если нет возможности прорубить большие окна, можно воспользоваться световодами. Правильный диапазон волн привычного глазу освещения поможет создать уютную атмосферу и сэкономить.
Экономическая эффективность внедрения световодов
Главное преимущество световых тоннелей – экономия финансовых средств за счет моментального снижения затрат и окупаемости. Это заметно в помещениях производственного назначения. Например, в зданиях площадью свыше 100 кв.м. средний расход на 1 кв.м составляет 1500 руб. После установки световодов – сумма сокращается до 600-700 руб. Склады, производства окупают установку системы за 2-3 года (средний показатель).
Выбор источников света зависит от типа помещения, возможностей и предпочтений владельцев. Световоды – это альтернативный способ освещения, который подходит любой комнате.
Источник