基于tracepro的地下导光管的照明设计【字数：12605】
摘 要随着我国的快速发展，新能源的应用与开发和经济的可持续性发展变得格外重要。随着房屋和商场建筑的增多，地下空间照明系统的设计与选用开始变得越来越火热。为了更好的发展低碳经济，导光管系统的优点与特色在地下空间照明这一块变得尤其的突出，同时也能获得更好的效果。本论文设计了一款导光管系统。在分析各种主要结构的优势性能和应用基础上，从而设计了一款比较贴合当地的导光管系统，深入全面的分析了这款导光管系统在绿色地下空间应该注意的问题。
目录
1引言 1
1.1国外现状 1
1.2国内现状 1
1.3导光管系统的应用 2
1.4本课题的主要内容 3
2导光管系统 5
2.1工作原理与组成 5
2.2集光器 5
2.2.1结构与种类 5
2.2.2材料比较 5
2.3导光管 6
2.3.1结构与种类 6
2.3.2性质与特点 7
2.4漫射器 7
2.4.1工作原理 7
2.4.2材料与型号选择 8
2.5注意与提升 8
3仿真平台模拟 10
3.1Tracepro简介 10
3.2操作界面介绍 10
3.3仿真模拟 11
3.3.1建立几何模型 11
3.3.2定义光源参数 13
3.3.3设置光学材质 14
3.3.4光线追踪 15
3.3.5光辐射图和坎德拉图 15
3.4对比分析模拟结果 16
4采光和光传输效率的计算 20
4.1导光管传输效率TTF 20
4.2导光管采光系统效率? 20
4.3导光管采光系统的采光利用系数CU 21
4.4导光管采光系统漫射器的设计输出光通量Φu 22
4.5导光管的有效采光面积At 22
结 语 23
致谢 24
参考文献 25
1引言
1.1国外现状
在很久以前国外就进行了对光导管 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的研究。1880年，俄国和美国的专家分别对导光管进行了研究并发表了相关的论文。到了1881年美国的Wheeler研制出了导光管系统，并申请了第一个导光管的专利[1]。他的导光管用的是具有反射能力的涂层来进行传输光，但由于当时技术的限制，反射的涂覆层的反射能力较差，所以导致了导光管的效果不好，这一缺点导致了一段时间内导光管的发展停滞不前。
1963年，前苏联工程师Gennady Bukhman提出用空心圆柱形管道传输光并沿着导光管连续输出光通量的新构思，并且于1965年制成了由弹性聚脂薄膜和金属反射涂层的大尺寸的导光管[2]。
1975年，苏联学者在CIE年会上提出了有缝光导管的概念。随后莫斯科照明对其进行了大量的研究工作，于是导光管开始投入了实际使用，且较多应用于易燃易爆的场所。
1978年，加拿大British Columbia的物理学教授Lorne Whitehead提出了基于内部全反射现象的棱镜光导管的概念，并在1981年被加拿大和美国的公司通过合作并成功的制作出来。
1986年澳大利亚索乐途国际公司发明了管道式光照装置。
1999年，通过英国，美国和瑞典学者对导光管采光性能的进一步研究，发现导光管系统具有结构简单，安装环保，节能等特点，从而引发了国外很多企业追捧，大型公司更是投入大量的人力财力来进行生产，在那时曾获得较为可观的收益[3]。
国际照明委员会CIE等研究会对这种导光管系统再次进行了深入的研究，并提出了较为完整的设计与计算方法来表征导光管系统的采光效果，目前世界很多地方已经实现导光管系统的商品化与设计标准化[4]。
1.2国内现状
在导光管系统出来前，建筑的采光大都依赖于天窗采光。而天窗采光容易产生局部聚光现象，会造成光线分配不均匀的缺陷，且它受室内吊顶结构及传输距离的限制，采光面积又大，不易于安装等诸多缺陷。随着经济的发展，地下空间又被开发，而天窗采光明显跟不上时代的脚步，于是企业迫切找寻一种节能又能便利照明的装置。
1996年，我国启动了“绿色照明工程”，但是目前国内也只是对太阳能的利用有所研究，对太阳光的采光方面依然没有研究[5]。中国建筑科学研究院与国家气象局合作，在全国范围内开展了昼光观测工作，并建立了光气侯数据库，这为设计和运行管理导光管系统提供了重要的参数基础[6]。自2006年以来，索乐图公司开始在中国进行导光管系统的实际应用。2008年，导光管系统在北京的中心区地下车库得到了安装与应用。于是导光管系统的应用变得火热起来，例如奥运场馆中北京科技大学体育馆、上海世博电网馆、浙江节能科技馆等等多个绿色建筑[7]。
江苏城乡建设在建设时大多就采用了绿色建筑设计，尤其是行政楼，它用的是三级标准设计。如果地下照明需要100lx，单位面积照度为8w/m2。如果地下空间是2000平方米，每天按用电8小时算，这样就会用掉128度电，如果换为导光管系统就可以把这些能量省却下来，由此可以看出它是一个非常节能环保的系统[8]。
现在，虽然我国在光导管的研制和应用领域有了很大的进步，但是由于我国薄膜生产技术落后于外国，所以与外国领先水平仍然有不小的差距，也就是说光导管的传输效率仍然有很大的空间供我们去提高。
1.3导光管系统的应用
导光管系统是一种管道式光照系统，其作为一种不需要电供能的照明系统主要是利用高反射材料制成的导光管来将集光器采集到的太阳光传导到室内从而达到照明的作用。由于受光传输路径的影响，所以导光管不宜过长，来提高光的传输效率。现在较多应用于公共建筑、民用建筑和工业建筑等。
目录
1引言 1
1.1国外现状 1
1.2国内现状 1
1.3导光管系统的应用 2
1.4本课题的主要内容 3
2导光管系统 5
2.1工作原理与组成 5
2.2集光器 5
2.2.1结构与种类 5
2.2.2材料比较 5
2.3导光管 6
2.3.1结构与种类 6
2.3.2性质与特点 7
2.4漫射器 7
2.4.1工作原理 7
2.4.2材料与型号选择 8
2.5注意与提升 8
3仿真平台模拟 10
3.1Tracepro简介 10
3.2操作界面介绍 10
3.3仿真模拟 11
3.3.1建立几何模型 11
3.3.2定义光源参数 13
3.3.3设置光学材质 14
3.3.4光线追踪 15
3.3.5光辐射图和坎德拉图 15
3.4对比分析模拟结果 16
4采光和光传输效率的计算 20
4.1导光管传输效率TTF 20
4.2导光管采光系统效率? 20
4.3导光管采光系统的采光利用系数CU 21
4.4导光管采光系统漫射器的设计输出光通量Φu 22
4.5导光管的有效采光面积At 22
结 语 23
致谢 24
参考文献 25
1引言
1.1国外现状
在很久以前国外就进行了对光导管 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的研究。1880年，俄国和美国的专家分别对导光管进行了研究并发表了相关的论文。到了1881年美国的Wheeler研制出了导光管系统，并申请了第一个导光管的专利[1]。他的导光管用的是具有反射能力的涂层来进行传输光，但由于当时技术的限制，反射的涂覆层的反射能力较差，所以导致了导光管的效果不好，这一缺点导致了一段时间内导光管的发展停滞不前。
1963年，前苏联工程师Gennady Bukhman提出用空心圆柱形管道传输光并沿着导光管连续输出光通量的新构思，并且于1965年制成了由弹性聚脂薄膜和金属反射涂层的大尺寸的导光管[2]。
1975年，苏联学者在CIE年会上提出了有缝光导管的概念。随后莫斯科照明对其进行了大量的研究工作，于是导光管开始投入了实际使用，且较多应用于易燃易爆的场所。
1978年，加拿大British Columbia的物理学教授Lorne Whitehead提出了基于内部全反射现象的棱镜光导管的概念，并在1981年被加拿大和美国的公司通过合作并成功的制作出来。
1986年澳大利亚索乐途国际公司发明了管道式光照装置。
1999年，通过英国，美国和瑞典学者对导光管采光性能的进一步研究，发现导光管系统具有结构简单，安装环保，节能等特点，从而引发了国外很多企业追捧，大型公司更是投入大量的人力财力来进行生产，在那时曾获得较为可观的收益[3]。
国际照明委员会CIE等研究会对这种导光管系统再次进行了深入的研究，并提出了较为完整的设计与计算方法来表征导光管系统的采光效果，目前世界很多地方已经实现导光管系统的商品化与设计标准化[4]。
1.2国内现状
在导光管系统出来前，建筑的采光大都依赖于天窗采光。而天窗采光容易产生局部聚光现象，会造成光线分配不均匀的缺陷，且它受室内吊顶结构及传输距离的限制，采光面积又大，不易于安装等诸多缺陷。随着经济的发展，地下空间又被开发，而天窗采光明显跟不上时代的脚步，于是企业迫切找寻一种节能又能便利照明的装置。
1996年，我国启动了“绿色照明工程”，但是目前国内也只是对太阳能的利用有所研究，对太阳光的采光方面依然没有研究[5]。中国建筑科学研究院与国家气象局合作，在全国范围内开展了昼光观测工作，并建立了光气侯数据库，这为设计和运行管理导光管系统提供了重要的参数基础[6]。自2006年以来，索乐图公司开始在中国进行导光管系统的实际应用。2008年，导光管系统在北京的中心区地下车库得到了安装与应用。于是导光管系统的应用变得火热起来，例如奥运场馆中北京科技大学体育馆、上海世博电网馆、浙江节能科技馆等等多个绿色建筑[7]。
江苏城乡建设在建设时大多就采用了绿色建筑设计，尤其是行政楼，它用的是三级标准设计。如果地下照明需要100lx，单位面积照度为8w/m2。如果地下空间是2000平方米，每天按用电8小时算，这样就会用掉128度电，如果换为导光管系统就可以把这些能量省却下来，由此可以看出它是一个非常节能环保的系统[8]。
现在，虽然我国在光导管的研制和应用领域有了很大的进步，但是由于我国薄膜生产技术落后于外国，所以与外国领先水平仍然有不小的差距，也就是说光导管的传输效率仍然有很大的空间供我们去提高。
1.3导光管系统的应用
导光管系统是一种管道式光照系统，其作为一种不需要电供能的照明系统主要是利用高反射材料制成的导光管来将集光器采集到的太阳光传导到室内从而达到照明的作用。由于受光传输路径的影响，所以导光管不宜过长，来提高光的传输效率。现在较多应用于公共建筑、民用建筑和工业建筑等。
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