Самодельные световоды для солнечного света. Солнечные трубы для освещения помещений

Устранение существующих противоречий при организации естественного освещения крупных общественных объектов возможно применением инновационной технологии передачи естественного света Solatube Daylighting System. Благодаря своим техническим свойствам, системы дневного освещения создают в помещениях атмосферу комфорта, а также существенно снижают энергетические затраты на освещение, отопление и кондиционирование зданий, в которых они установлены.

Природный солнечный свет жизненно необходим для обеспечения физического и психологического здоровья человека. Если в помещениях недостаточно естественного солнечного света, то излишнее применение искусственного освещения может вызвать серьезный дисбаланс в потреблении электроэнергии, вызванный необходимостью охлаждать служебные и бытовые помещения и без того уже перегруженные теплом, излучаемым традиционными лампами.

Традиционно используется боковое освещение помещений солнечным светом через стандартные светопроемы (окна, фонари верхнего света, атриумы), но это решение имеет серьезный недостаток: в широких и больших по площади помещениях общественных зданий и сооружений при удалении от окон наблюдается экспоненциальный спад освещенности, вынуждающий использовать для освещения отдаленных зон искусственные источники света. Вертикальные окна могут обеспечивать нормальное дневное освещение на расстояниях приблизительно 6 м от окна. Поскольку уровень дневного освещения уменьшается с возрастанием расстояния от окна, необходимо увеличение количества солнечного света поступающего через окно, находящееся в передней части комнаты. Добиться этого можно увеличением площади оконного проема. Это позволит добиться незначительного увеличения освещения задней части комнаты. Подобное решение приводит к сбережению электрической энергии из-за уменьшения электрического освещения. Однако увеличение светового проема приведет, одновременно, к увеличению теплопритоков в летнее время и теплопотерь – в зимнее, что на нет сведет полученную экономию электрической энергии по освещению. Атриумы, окна верхнего света на крыше и фонари верхнего света, размещенные на крыше, могут освещать области, удаленные от вертикальных окон, но они не могут использоваться при освещении глубоких основных областей.

Инновационная система освещения помещений дневным светом

Устранение существующего противоречия при организации естественного освещения крупных общественных объектов возможно применением инновационной технологии передачи естественного света Solatube Daylighting System.

Эта технология была создана в Австралии около 20 лет назад. Первоначально, целью использования полых световодов было отдаление источника излучения – слишком яркого, горячего, пожароопасного, от освещаемого объекта без потери интенсивности излучения. По сути, цель осталась прежней, только, если раньше под источником света понимали исключительно рукотворный объект, например, электрическую дугу, то для того чтобы применить эту идею по отношению к далекой «звезде по имени Солнце» должно было пройти несколько долгих лет. После этого

романтичная идея доставки света по трубам – будто бы воду или газ! – в умах архитекторов и строителей заиграла новыми гранями. Оказалось, что с ее помощью можно организовать идеальное экологически безупречное жизненное пространство под «зеленой» (и не только!) кровлей.

Основными составляющими данной системы естественного освещения являются светопринимающий элемент, устройство для «транспортировки» света на требуемое расстояние и светораспределяющий (светорассеивающий) узел. Светоприемное устойство имеет вид прозрачного купола, расположенного вне здания: на крыше или фасаде. Оно концентрирует даже мельчайшие потоки солнечного света (прямые или отраженные) и служит своеобразной «оптической воронкой», заполняющей световод естественным светом.

Фото 1. Светособирающие купола на крыше здания

Купол интегрирован в общую конструкцию кровли, элемент сопряжения с кровлей (флешинг) предохраняет его от попадания влаги и не нарушает гармоничности общего облика здания. Световод представляет собой набор стыкуемых алюминиевых труб прямолинейной или же изогнутой формы, покрытых изнутри пленкой полимера, состоящей из более, чем четырехсот оптических слоев, что обеспечивает коэффициент отражения близкий к единице даже при повороте солнечного луча на 90 градусов, а также практически полное поглощение его инфракрасной составляющей алюминиевой основой. Потери световой энергии при длине пути в 12-20 м не превышают 0,03%. Зимой, в условиях идеально ясного небосвода, через световод теряется приблизительно в 3 раза меньше тепла, чем через светопроем при том же уровне светового потока. Выход света в освещаемое помещение осуществляется через устройство светорассеивания – диффузор, который выполнен из полимерного материала и имеет круглую либо квадратную формы, различные структуру и типоразмеры, однако, главные его свойства – это 100% безбликовая светорассеивающая способность и бриллиантовая неслепящая яркость.

Фото 2. Схема работы системы дневного освещения

Данная система дневного освещения имеет дополнительные опции (регулирование интенсивности светового потока – диммер, световой комплект для ночного времени суток, вентиляционный комплект), использование которых значительно расширяет практику ее применения в инновационном строительстве.

Области применения систем дневного освещения широки и разнообразны :

учреждения здравоохранения и рекреационные центры;
учреждения образования (ВУЗы, школы, детсады и ясли);
объекты жилищного строительства;
бизнес-центры;
торговые центры и супермаркеты;
спортивные сооружения и объекты;
производственные цеха и склады;
животноводческие, звероводческие фермы и птичники;
тфи многое, многое другое.

Примеры внедрения

В Европе уже установлено более 100 тыс. систем с использованием полых световодов и спрос на них неизменно растет, поскольку создание более комфортных условий для людей и экономия электроэнергии в дневное время, очевидны. В России же такого рода решения – пока еще эксклюзив. Первым крупным общественным объектом, освещение которого доверено системам дневного освещения, стал краснодарский автоцентр ГАЗ. Типовые архитектурные решения современных автоцентров не позволяют традиционным способом, через остекление стен, осветить естественным светом зоны, где находятся сотрудники и клиенты. С помощью энергосберегающей системы дневного освещения удалось добиться освещения зон, ранее недоступных солнечному свету, а также снижения энергопотребления и тепловой нагрузки на здание. Система передает свет без теплопритоков, а значит, уменьшает потребную мощность кондиционирования. Интенсивность освещения одинакова в течение всего светового дня и не зависит от ориентации здания по сторонам света.

Системы дневного освещения, прочно войдя в мировую архитектурную практику, нашли применение и для оснащения олимпийских объектов в Пекине. Спортивный зал, принадлежащий Пекинскому научно-технологическому университету, оборудован 148 системами (21 дюйм или 530 мм в диаметре), которые отлично справляются с обеспечением дневным светом 2400-метровой спортивной арены, вмещающей более 8000 зрителей. Высокая светопередача материала световода позволила обойти чердачные преграды и обеспечить передачу светового потока более чем на 8 м. Входящие в состав систем диффузоры, равномерно рассеивают свет внутри помещения. Все 148 систем оснащены диммерами, которые позволяют регулировать естественную освещенность сооружения, обеспечивая требуемые режимы комфорта зрителей и сценария проводимых мероприятий.

Фото 3. Автоцентр ГАЗ г. Краснодар

Фото 4. Олимпийский объект в Пекине

Выводы

Благодаря своим техническим свойствам, системы дневного освещения создают в помещениях атмосферу комфорта, а также существенно снижают энергетические затраты на освещение, отопление и кондиционирование зданий, в которых они установлены.

Срок их окупаемости при освещении крупных объектов: супермаркетов, крытых стадионов, производственных помещений от 3 до 5 лет.

Системы дневного освещения, имея 10 лет гарантии и неограниченный срок эксплуатации, относятся к капитальным элементам сооружений и могут монтироваться на любом этапе строительства или реконструкции.

Способны превратить мрачный темный чердак в хорошо освещенное помещение. Использование мансардных окон — это отличное решение для того, чтобы уменьшить издержки на электрическое освещение мансарды. Однако в доме имеются помещения, где невозможно установить какие-либо окна. В этом случае проблему решают трубчатые световоды .

Система трубчатых световодов была изобретена в Австралии в 1991 году. Она состоит из трех частей: прозрачный купол-концентратор солнечного света, световод, диффузор. Солнечный свет проходит через прозрачный купол из ударопрочного поликарбоната, установленного на крыше здания, и направляется в помещение по трубе, являющейся световодом. С помощью диффузора, установленного на потолке, помещение освещается удивительно мягким рассеянным естественным светом . Доказано, что дневное освещение оказывает положительное воздействие на здоровье человека и повышает производительность труда.

Купол является концентратором света и позволяет собрать свет даже в случае низкого расположения солнца в утренние или вечерние часы. Световоды, длина которых составляет от 1,5 до 3 м, устанавливаются в промежутках стропильных конструкций и потолочных балок. Разработаны два вида световодов: гибкий световод и жесткая труба с отражательной способностью до 98%. Через диффузный рассеиватель естественный свет направляется в проблемные зоны: прихожую, ванную комнату, кухню, шкафы. Система Solatube задерживает до 99% ультрафиолетового излучения, которое неблагоприятно влияет на здоровье человека.

Производитель рекомендует использовать гибкие световоды длиной до 3 м, а жесткие световоды – до 6 м. Однако следует знать, что с увеличением длины трубы уменьшается коэффициент пропускания света, независимо от используемых материалов.

Рассеиватель диаметром 25 см, установленный в помещении 14 кв.м., дает освещение, эквивалентное трем 100 — ваттным лампам накаливания, модель диаметром 36 см может обеспечить достаточным освещением помещение в два раза большего размера. Рассеиватель выглядит как обычный потолочный светильник.

Модели с пультом дистанционного управления позволяют изменять освещенность, например, в таких помещених, как спальня. Есть системы, оснащенные дополнительно электрической лампой, которая включается в темное время суток.

Некоторые модели оснащены вентилятором, установленным в ответвление световода.

Эффективность работы системы Solatube зависит от времени года, времени суток, диаметра и длины световода, от ориентации расположения купола-концентратора на крыше.

Система легко монтируется буквально за 2 часа на любой кровле. Стоимость монтажа одного сведовода порядка 15 тыс. рублей.

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

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.

Это уникальное энергосберегающее осветительное оборудование, которое является полноценной зелёной технологией и проводит натуральный солнечный свет по трубе-световоду через крышу во внутренние пространства, где нет возможности поставить окна или недостаточно дневного света. Системы Solatube® являются зенитными фонарями и мансардными окнами нового поколения.

Традиционные способы организации естественного освещения часто не позволяют наполнять помещения комфортным и равномерным освещением без слепящей яркости, а также без нарушения теплофизических свойств ограждающих конструкций. Окна всегда привязаны к сторонам света: так, окно с северной стороны не позволит получить достаточное количество солнечного света, а с южной стороны – мы получим слепящую яркость и высокий теплоприток.

Напротив, световоды Solatube® дают энергоэффективное, равномерное и комфортное освещение помещений естественным солнечным светом в течение всего дня. Особенно, когда диффузор расположен по центру потолка. Системы Solatube® не проводят тепло и холод в помещение, нет протечек и конденсата.

Кроме того, обеспечение в помещении большего количества естественного света благотворно влияет на самочувствие и здоровье находящихся в помещении людей. Ведь мы получаем 90% информации через органы зрения, и солнечный свет играет в этом процессе огромную роль. Поэтому улучшение организации естественного освещения, способствует повышению работоспособности даже в тех случаях, когда процесс труда практически не зависит от зрительного восприятия.

Более того, санитарными нормами (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03) предусмотрено наличие полноценного естественного освещения рабочих мест, на которых человек находится более 4 часов в день. Проведенные за рубежом оценки эффективности применения ССО Solatube® показали увеличение производительности труда персонала на 16%. У работников, которые находятся в условиях естественной освещенности, на 20% меньше проявляются симптомы различных заболеваний и улучшается самочувствие. То есть помимо энергосбережения применение данной технологии освещения позволяет обеспечить такие характеристики экологического строительства, как комфорт и экологичность (так как данное оборудование не оказывает негативного воздействия на окружающую среду).

Элементы системы

Система представляет собой светоприемный купол с линзами, которые улавливают и перенаправляют лучи вниз в световод, который проходит по подкрышному пространству. Многократно отражаясь, свет выходит в помещение через потолочный светильник-рассеиватель и равномерно освещает помещение.

Эффективность

Купол системы способен улавливать не только прямые солнечные лучи, но и собирать свет всей полусферой, обеспечивая исключительное освещение помещений даже в облачные дни, зимние месяцы, раннее утро и к концу дня, когда солнце низко над горизонтом, на что не способны традиционные световые проемы. Установка систем возможна на любом этапе строительства и эксплуатации здания.

Светопередача

Системы освещения Solatube® передают свет на расстояние более 20-ти метров без смещения спектра в диапазоне 400 нм ÷ 830 нм с энергетическими потерями не более 17%. В настоящее время это самый высокий показатель в мире.

Энергосбережение

Системы Solatube® обладают энергосберегающими свойствами, не проводят тепло и холод в помещение и являются элементами капитального строительства. Благодаря своим техническим свойствам, системы Solatube® снижают до 70% энергетические затраты на освещение и кондиционирование зданий, в которых они установлены.

Теплопроводность

Система Solatube® обеспечивает хорошую теплоизоляцию. Ее уникальные характеристики, такие как система двойного купола, технология преломления лучей Raybender® 3000 и покрытие световода Spectralight® Infinity в совокупности дают самую энергоэффективную систему дневного освещения, существующую сегодня на мировом рынке, имеющую коэффициент теплопроводности менее 0,2 Вт/м*С.

Гарантия и срок эксплуатации

Системы Solatube®, благодаря применению современных высоких технологий при их изготовлении, имеют 10-ти летний срок гарантии и неограниченный срок эксплуатации. При установке в любое сооружение они становятся элементами капитального строительства и не подлежат замене в течение всего срока эксплуатации здания.

Применение

Система устанавливается на любые виды кровли в помещения любого назначение (от частного до промышленного и коммерческого). Системы Solatube® успешно работают уже более десяти лет во многих российских городах в зданиях различного назначения. К наиболее значимым пилот-проектам с применением систем Solatube® можно отнести:
* Детские сады (Краснодар, Славянск-на-Кубани, Ижевск, Среднеуральск);
* Средняя школа №35 (Краснодар);
* Нижегородская правовая академия (Нижний Новгород);
* Уральский дом науки и техники (Екатеринбург);
* Лечебно-оздоровительный комплекс «Витязь» (Анапа);
* Больница СКЖД (Ростов-на-Дону);
* Сочинская инфекционная больница (Сочи);
* Вокзальный комплекс «Анапа» (Анапа);
* Здание Морского вокзала (С-Петербург);
* Научно-адаптационный корпус и Океанариум (Владивосток, о.Русский);
* Административное здание и цеха завода «Марс» (Москва, Ульяновск);
* Офисы «ИКЕА» в ТЦ МЕГА (Краснодар, Москва);
* Офисы «Данон» (Московская область);
* Офисы «FASION HOUSE Аутлет Центр» (Московская область);
а также другие объекты в различных регионах России.

Шведская компания Parans разработала в тесном сотрудничестве с учёными Технологического Университета систему естественного освещения любых зданий с помощью солнечного света, поступающего по оптическому волокну.

Прибор, функционирующий по принципу подсолнуха, представляет собой светоприёмник, который состоит из 36 линз Френеля, равномерно вращающихся вокруг своей оси внутри блока, следующего в течение дня за солнцем. Динамическое отслеживание световой активности осуществляется благодаря встроенному фотосенсору, микропроцессору и моторам, суммарная потребляемая мощность которых не превышает 10 Вт.

Собираемый в течение дня солнечный свет поступает по волоконно-оптическим световодам в здание, где они распределяются в разные помещения. Светоприёмник способен собрать до 6000 люмен, однако количество поступающего в здание светового потока зависит от длины кабелей — так через 10 м из-за светопотерь световой поток составит 3700 люмен. Одного прибора достаточно для освещения помещения площадью 30-40 м², внешний блок весит 30 кг и крепится на крыше, фасаде или на мачту. Внутренние осветительные приборы передают солнечный свет со всеми его утренними, дневными и вечерними вариациями цвета и интенсивности, однако невидимый спектр, включая инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, фильтруется, таким образом, исключено как выцветание вещей, так и возможность человека загореть.

Сфера применения естественного освещения по оптическому волокну шире, чем при использовании солнечных колодцев, ограниченного малоэтажностью, траекторией и наличием внутреннего свободного пространства для трубы, более громоздкой, чем тонкие и незаметные кабели оптического волокна. Кроме того, солнечное освещение по оптическому волокну можно включать или выключать с помощью простого переключателя, который позволяет повернуть линзы в сторону от попадания солнечных лучей. Солнечный свет по оптическому волокну создаёт лучшую освещённость, позволяет эффективнее использовать затемнённые помещения, доказано, что оно улучшает самочувствие людей, нормализует их биологические часы, повышает работоспособность.

Кроме того, 20% всей потребляемой в мире электроэнергии расходуется на искусственное освещение, в том числе в дневное время суток. Благодаря системе солнечного света по оптическому волокну использование искусственного освещения можно сократить в два раза, что на региональном и международном уровне означает сокращение выбросов СО2 и борьбу с глобальным потеплением климата. В этом году шведская компания Parans выпустила новую комплексную систему освещения, сочетающую в одном приборе дневной солнечный свет по оптическому волокну с энергосберегающим светодиодным освещением в тёмное время суток.