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让阳光照进来

一项新颖的想法,旨在将阳光引入长期被阴沉荧光灯主导的区域

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一个屋顶原型集光器将太阳光线聚焦到一组半英寸宽的聚合物纤维中,这些纤维的末端都用耐热石英封装。

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在田纳西州乡村橡树岭国家实验室东端一栋三层楼的屋顶上,研究员杰夫·穆斯(Jeff Muhs)扭曲的影像反射在一面银色的46英寸宽的碟形反射镜上,该反射镜正对着下午的太阳。这个缓慢旋转的镜子将阳光聚焦到光纤电缆中,这些电缆蜿蜒穿过屋顶,穿过绝缘层和电线,然后在一层楼下的灯具中出现。“在晴天,它确实令人印象深刻……”穆斯羞涩地说。在像今天这样的阴天,视频演示不得不凑合。从屋顶引入的阳光与下面灯具中的荧光灯混合在一起,发出温暖的光芒,比传统荧光灯的刺眼光线显得更加自然。

引入阳光不仅可以将室内照明的用电量减少高达50%,还解决了办公楼的一个根本问题——如何将日光引入室内。建筑研究表明,最佳情况下,窗户的光线只能穿透建筑物内部约20英尺。这个解决方案在10年前穆斯出差日本时浮现在他脑海中。在那里,他发现了一种硅胶纤维,其传光效率远高于他之前见过的任何纤维。他意识到,一个由这些纤维组成的网络可以将阳光传播到整个建筑物。

阳光通过由极其透明的光纤电缆组成的网络流入建筑物。

这个想法很简单,但执行却是一个问题,因为飘过的云朵会突然使阳光变暗;而在阴天,当然根本没有阳光可供利用。穆斯最终想到了一种混合灯具,它将一个亚克力阳光漫射棒与两个连接到调光器的荧光灯结合起来。然后,他添加了一个传感器,可以读取房间的亮度并根据需要调整荧光灯。

橡树岭的原型已经运行一年多了。屋顶上的碟形集光器将阳光反射到一面较小的镜子上,该镜子将光线聚焦到一束光纤电缆中。在晴天的中午,每平方码的碟形集光器可以照亮大约500平方英尺的楼面空间。“我当时持怀疑态度,”辛辛那提LSI工业公司产品开发副总裁保罗·菲利普斯(Paul Phillips)说,该公司负责建造原型混合灯具。“然后我看到了它的简洁性和降低成本的潜力。”

这些光纤将40%至45%的入射阳光传输到天花板灯具中,该灯具包含两根经过蚀刻以均匀散射光线的亚克力棒;当单独的阳光不足以照亮房间时,相邻的荧光灯泡会进行补充。橡树岭国家实验室的研究人员希望,引入的阳光将大大减少商业建筑的照明能耗,这约占美国总用电量的10%。放置在集光器副镜后面的光伏电池可以通过将太阳的不可见红外线转化为电能来增加节能效果。

根据穆斯的估算,一套安装好的混合系统每面碟形集光器售价约为4000美元。一栋2万平方英尺的小型办公楼将需要40个原型集光器,或者数量更少但尺寸是原型两倍的集光器,穆斯团队打算建造这种。这样的设置即使与高效荧光灯相比,每年也能节省1万美元的电费。可再生能源咨询公司Antares Group预测,到2020年,将有350万面碟形集光器投入使用,总共节省超过10亿美元。

穆斯认为,家具店等零售场所是最佳的起点,因为它们营业时间长,而且依赖效率低下的卤素灯来展现与阳光相同的色彩和细节。典型的卤素灯每瓦提供14流明的照明。节能荧光灯每瓦提供90流明。在晴天,混合灯具在不耗电的情况下能发出相当于两个荧光灯的亮度。在美国西南部,一家中等规模商店的混合照明系统可在四年内收回成本,但穆斯预计心理因素将真正促成交易。

公司报告称,天窗和窗户可以提高员工生产力和销售额,一些研究表明,日光可以提高学生的考试成绩。1999年对一家零售连锁店的108家门店进行的一项研究发现,设有天窗的门店销售额高出30%至50%,尽管大多数受访购物者并未意识到这些光线。他们表示,这些门店感觉更干净、更宽敞、更明亮。伦斯勒理工学院的研究人员正在测试混合太阳能照明是否也能同样提高生产力和情绪。

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橡树岭团队将在阿拉巴马州的田纳西河谷管理局和萨克拉门托一家公用事业公司安装最终定型的原型灯具。沃尔玛高管也表达了尝试该系统的兴趣。穆斯乐观地认为,混合照明,就像混合动力汽车一样,将作为一项享有盛誉的技术而流行起来:“我认为这可能会成为一种时尚,人们会要求:‘我希望我的办公室里有阳光。’”

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