Світловий канал. «Сонячний колодязь» - простий пристрій, який доставить природне світло в темні кімнати

Замкнені в багатоповерхових вуликах-офісах, ми нерідко вмикаємо лампи навіть днем, тому що світло з вікон важко добирається всередину великої будови. Тим часом над нашими головами сяє щонайменше безкоштовне джерело променів. Використовувати його "розумно" цілком реально. Треба тільки надати нового виміру поняття "природне світло".

У цьому впевнена канадська компанія SunCentral, що готує до виходу ринку оригінальну систему "штучного природного освітлення". Фірма була створена минулого року для комерціалізації однієї цікавої розробки фізики лабораторії структурованої поверхні університету Британської Колумбії (Structured Surface Physics Laboratory — SSP).

Остання спеціалізується на створенні та тестуванні нових матеріалів, здатних по-різному відбивати, поглинати та заломлювати світло. Інакше кажучи, коник лабораторії - світловоди та дзеркала, екзотичні за складом та будовою лінзи, а також різні технічні пристрої на базі таких елементів.

Один із найяскравіших проектів лабораторії - система "Сонячний тент" (Solar Canopy). В її основі лежить рама з набором невеликих легких дзеркал, які за допомогою крихітних актуаторів (керованих дешевою електронною схемою) відхиляються по горизонталі та вертикалі, щоб стежити за сонцем.

Ці дзеркала направляють світло на дві пари параболічних дзеркал, які стискають світловий потік і відкидають його в жерло світлового короба, вкритого дзеркальною плівкою зсередини. Нижня частина короба оснащена тонким призматичним розсіювачем, який ефективно переправляє світло, що біжить по коробу вниз, до кімнати.

У наступному відеоролику представник компанії пояснює принцип роботи системи з прикладу масштабної моделі.

Усередині короба також монтуються лампи денного світла для освітлення вночі або в похмуру погоду. Адже система Solar Canopy займає на фальшстелі офісу місце традиційних світильників. При цьому автоматика оперативно підлаштовує кількість включених трубок у зворотній залежності від природного світлового потоку, підтримуючи сумарне освітлення на одному рівні.

Канадські фахівці вважають, що таке складне, на перший погляд, рішення може виявитися вигіднішим за інші методи вирішення поставленого завдання. Адже наявність стежать приводів і системи дзеркал начебто робить конструкцію дорожчою. Може, є привабливіші альтернативи?

При порівняно коротких відстанях транспортування сонячного світла може стати в нагоді проста системана кшталт "сонячного трубопроводу". Але якщо промені потрібно перекидати метрів на 10 і більше, слід подумати про інші варіанти.

Безліч компаній з різних країнвже пропонують на ринку різного роду "транспортувальники променів", але всі вони поряд з очевидними перевагами мають недоліки. До одних є питання щодо меж застосування, другі просто дорогі, треті не надто ефективні.

А здавалося б, що може бути простіше? Навіть людям, далеким від техніки, ясно, що світло всередину будинку цілком може спрямовувати найбанальнішу систему дзеркал. Але чомусь такі установки поширення так і не набули.

SunCentral пояснює, у чому тут справа. Недорогі матеріали, що застосовуються в подібних випадках, мають не найкращу відбивну здатність - 90-95%. Це означає, що з кожному відображенні втрачається 10% світлового потоку. Після кількох поворотів усередині системи пучок дуже помітно слабшає - установка виявляється неефективною.

Основою ж для Solar Canopy послужили дослідження канадської лабораторії в області покриттів з здатністю, що відображає, в 99%, причому розроблені SSP матеріали залишалися зовсім недорогими - це важлива умовадля застосування в досить протяжних світлових "трубах".

Не вперше вчені вигадують оригінальні способидоставки природного світла в затінок глибини офісів. Так, скляні стіни хмарочоса The New York Times Building оснащені міріадами білих керамічних трубок. Вони, з одного боку, блокують прямі сонячні промені, скорочуючи витрати на кондиціювання, а з іншого, завдяки кільком відбиттям дають м'яке і розсіяне біле світло, що проникає дуже далеко від вікон. Таким чином, скорочуються витрати на освітлення внутрішніх частин будівлі.

Перший робочий прототип дзеркальної пастки SSP побудувала на території так званого Great Northern Way Campus — об'єднаного кампусу трьох університетів та одного інституту, що базуються у Ванкувері. У тому числі – університету Британської Колумбії, батька Solar Canopy, та технологічного інституту Британської Колумбії (BCIT) – партнера за цим проектом.

А в 2008 році SSP змонтувала п'ять своїх світлоуловлюючих установок на третьому поверсі однієї з будівель BCIT у Бернабі (Burnaby). Експеримент показав, що в ясний опівдні освітленість від "сонячної пастки" в глибині приміщення може бути порівнянна зі ступенем освітлення повністю включених стельових люмінесцентних ламп.

Зараз SunCentral займається доведенням та шліфуванням технології. У планах найближчим часом значиться монтаж Solar Canopy ще на шести будинках. До того ж це будуть будівлі різного дизайну. Одне із завдань тестів – розробити нові модифікації установки, що дозволяють вбудовувати себе не настільки помітно, як вийшло у випадку з BCIT, тобто у товщу стін.

Після такої масштабної перевірки можна буде подумати і про початок серійного виробництва модулів-пасток та їх широкий продаж. Але жодних термінів канадці не називають.

Унікальна технологія «сонячна криниця», яку винайшли ще в 90-х роках минулого століття, здатна без енерговтрат і в будь-яку погоду доставити природне світло в темні кути. Навіть приміщення без вікон зможуть отримати свою порцію сонячного світла, якщо встановити спеціальні трубчасті світловоди з фантастичним рівнем відображення, що досягає позначки 99,5%!

В останні десятиліття людство освоює нові технології транспортування енергії, яскравим прикладом таких розробок став винахід системи «сонячної криниці». Ця технологія дозволяє не лише звести до мінімуму використання енергоресурсів, що виробляють електростанції, а й зберегти здоров'я людей, адже всім відомо про негативний вплив штучного освітлення на людський організм.

Починаючи з 1990-х років минулого століття, деякі країни активно впроваджують ці технології, тим самим знижуючи енергоспоживання на 40%.

Що ж таке «сонячна криниця», як вона працює і яку користь приносить людям?

Ця унікальна система складається з будинків конструкції, що вбудовуються в дах (фасад), з одного або декількох герметичних порожнистих трубчастих світловодів, які мають коефіцієнт внутрішнього відображення 99,5% і більше.

Завдяки такій технології ця установка дозволяє доставляти природне світло в денний час доби практично без втрат і будь-яку погоду, навіть у темну далеку кімнату.

Основними компонентами цієї унікальної системи є:

Прозора баня, що вбудовується в покрівлю (фасад);
- система світлоперехоплення з оптичними світловідбиваючими пристроями,
що змінюють напрямок світлового потоку;
- покрівельний адаптер, що забезпечує герметичність даху (фасаду);
- Світловод і дифузор, що дозволяє розсіювати потік світла.

Принцип роботи цієї своєрідної оптичної вирви полягає в наступному:світло, проходячи через прозорий купол, відбивається від стінок світловода і просувається до розсіювача. Для того щоб знизити кількість відображень, світловідбивний пристрій встановлений під особливим, найбільш сприятливим кутом. Завдяки такій конструкції, природне світло має можливість потрапляти у світловод за будь-якої погоди вдень, вловлюючи потік світлових променів з найнижчого кута горизонту.

Встановлення «сонячного колодязя» - абсолютно не складний процес, але все-таки це має робити фахівець.

Монтаж системи на даху або фасаді будівлі проводиться за допомогою покрівельного адаптера, який монтується в перекриття або стіну та запобігає попаданню всередину приміщення вологи. Довжина трубчастого світловода може регулюватися, що дозволяє постачати світло не тільки в приміщення, що знаходиться безпосередньо під дахом, але і в кімнати на нижніх рівнях, аж до підвальних площ. Ширина також може змінюватись, залежно від потреб споживання енергії.

Такий варіант освітлення має безліч переваг, починаючи від простоти установки та самої експлуатації системи (у ній нема чому ламатися та енерговитрати становлять 0%), і закінчуючи зниженням споживання електроенергії практично на 40%.

Дія такої конструкції позитивно позначається не лише на економії грошових коштівта збереження навколишнього середовища, але й дозволяє суттєво знизити згубний вплив штучного освітлення на здоров'я людей.

Доморощені кулібіни примудрилися створити подібні конструкції, використовуючи лише... пластикові пляшки, наповнені водою!

Механік Альфредо Мозер (Alfredo Moser) із Бразилії у 2002 році на основі цієї технології створив найпростішу конструкцію«сонячного колодязя», використовуючи звичайну пластикову пляшку, наповнену водою.

Ідея абсолютно проста - в покрівлі потрібно просвердлити отвір потрібного діаметру, в неї встановити дволітрову пластикову пляшку з водою, дотримуючись умов повної герметизації, щоб уникнути попадання вологи до приміщення.

Ось і все – світильник для гаража, дачі чи підвалу готовий! До речі, такий сонячний прожектор може замінити 40-60-ватну лампу розжарювання.

Приходи рахунки за електроенергію є головним болем для більшості споживачів, адже за блага цивілізації треба платити. Усім нам зовсім не хочеться відмовлятися від мікрохвильової печі, водонагрівача або від кондиціонера. Виявляється є багато хитрощів, які

Для власників власних будинків відносно нещодавно з'явився новий пристрій світлопровідні труби, який можна використовувати як заміну мансардних вікон, що дешевше і потребує менше трудовитрат.

Якщо ви думаєте про додавання сонячного світла на кухні або в темному коридорі, то таке рішення як сонячна труба цілком може підійти. Обійдеться всього в частину витрат від установки мансандрого вікна і принесе приємне світло в потрібне приміщення.

Як це працює

Відома під різними назвами: сонячна труба, світлопровідна труба, світло-тунель це металева труба діаметром зазвичай від 25 см до 35 см з відполірованою внутрішньою поверхнею. Внутрішня поверхня діє як тривале дзеркало, пропускаючи світло по всій довжині та зберігаючи його інтенсивність. Прийом променів світла відбувається на даху і потім вони прямують усередину будинку.

На даху над трубою встановлюється пластикова сфера захисту від негоди. Закінчується труба дифузором на стелі кімнати, куди вона проведена. Сфера збирає світло зовні, дифузор розподіляє його рівним білим свіченням. Результат дивовижний, при нещодавно зробленому встановленні, власники часто тягнуться до вимикача, покидаючи кімнату.

Ціна

У нас такі системи тільки з'являються і вартість їх поки що досить велика, але зниження вартості справа часу. В Австралії та США такі системи вже закріпилися на ринку та почалася конкуренція, що веде до зменшення вартості. У ціна з установкою становить у середньому $500, тут варто відзначити, що вони вартість установки мансардного вікна загалом дорівнює $2000. Внаслідок чого світлопровідні труби стають все популярнішими. Для тих же хто сам вилазить на дах для встановлення самостійно, комплект системи обходиться лише від $150 до $250. І тут все легше в порівнянні з мансардними вікнами, не потрібно нових вставок гіпсокартону, фарбування, змін елементів каркасу.

Як багато світла?

Світло з труби діаметром 25 см, найменший варіант, приблизно дорівнює освітленню від трьох 100 ватних ламп, що буде достатньо для освітлення приміщення площею 20 кв. м. При діаметрі 35 см світла буде достатньо для площі близько 28 кв. м.

Це унікальне енергозберігаюче освітлювальне обладнання, яке є повноцінною зеленою технологією та проводить натуральне сонячне світло трубою-світловодом через дах у внутрішні простори, де немає можливості поставити вікна або недостатньо денного світла. Системи Solatube® є зенітними ліхтарями та мансардними вікнами нового покоління.

Традиційні способи організації природного освітлення часто не дозволяють наповнювати приміщення комфортним та рівномірним освітленням без сліпучої яскравості, а також без порушення теплофізичних властивостей конструкцій, що захищають. Вікна завжди прив'язані до сторін світла: так, вікно з північного боку не дозволить отримати достатню кількість сонячного світла, а з південного боку – ми отримаємо яскравість, що сліпить, і високий теплоприплив.

Навпаки, світловоди Solatube® дають енергоефективне, рівномірне та комфортне освітлення приміщень природним сонячним світлом протягом усього дня. Особливо коли дифузор розташований по центру стелі. Системи Solatube® не проводять тепло та холод у приміщення, немає протікання та конденсату.

Крім того, забезпечення у приміщенні більшої кількостіприродного світла благотворно впливає на самопочуття і здоров'я людей, що знаходяться в приміщенні. Адже ми отримуємо 90% інформації через органи зору, і сонячне світло відіграє у цьому величезну роль. Тому поліпшення організації природного висвітлення сприяє підвищенню працездатності навіть у тих випадках, коли процес праці практично не залежить від зорового сприйняття.

Понад те, санітарними нормами (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03) передбачено наявність повноцінного природного освітлення робочих місць, у яких людина перебуває понад чотири години на день. Проведені за кордоном оцінки ефективності застосування СЗГ Solatube показали збільшення продуктивності праці персоналу на 16%. У працівників, які перебувають в умовах природного освітлення, на 20% менше виявляються симптоми різних захворювань та покращується самопочуття. Тобто крім енергозбереження застосування даної технології освітлення дозволяє забезпечити такі характеристики екологічного будівництва, як комфорт та екологічність (оскільки дане обладнання не надає негативного впливуна довкілля).

Елементи системи

Система є світлоприймальним куполом з лінзами, які вловлюють і перенаправляють промені вниз у світловод, який проходить по підкришному простору. Багаторазово відбиваючись, світло виходить у приміщення через стельовий світильник-розсіювач і поступово висвітлює приміщення.

Ефективність

Купол системи здатний вловлювати не тільки прямі сонячні промені, але і збирати світло всією напівсферою, забезпечуючи виняткове освітлення приміщень навіть у хмарні дні, зимові місяці, ранок і до кінця дня, коли сонце низько над горизонтом, на що не здатні традиційні світлові отвори. Встановлення систем можливе на будь-якому етапі будівництва та експлуатації будівлі.

Світлопередача

Системи освітлення Solatube® передають світло на відстань понад 20 метрів без зміщення спектра в діапазоні 400 нм ÷ 830 нм з енергетичними втратами не більше 17%. Нині це найвищий показник у світі.

Енергозбереження

Системи Solatube® мають енергозберігаючі властивості, не проводять тепло та холод у приміщення та є елементами капітального будівництва. Завдяки своїм технічним властивостям, системи Solatube® знижують до 70% енергетичні витрати на освітлення та кондиціювання будівель, у яких вони встановлені.

Теплопровідність

Система Solatube® забезпечує відмінну теплоізоляцію. Її унікальні характеристики, такі як система подвійного купола, технологія заломлення променів Raybender® 3000 та покриття світловоду Spectralight® Infinity в сукупності дають найенергоефективнішу систему денного освітлення, що існує сьогодні на світовому ринку, що має коефіцієнт теплопровідності менше 0,2 Вт/м*С.

Гарантія та термін експлуатації

Системи Solatube® завдяки застосуванню сучасних високих технологійпри їх виготовленні, мають 10-річний термін гарантії та необмежений термін експлуатації. Під час встановлення у будь-яку споруду вони стають елементами капітального будівництва та не підлягають заміні протягом усього терміну експлуатації будівлі.

Застосування

Система встановлюється на будь-які види покрівлі у приміщення будь-якого призначення (від приватного до промислового та комерційного). Системи Solatube® успішно працюють вже понад десять років у багатьох російських містах у будинках різного призначення. До найбільш значних пілот-проектів із застосуванням систем Solatube® можна віднести:
* Дитячі садки (Краснодар, Слов'янськ-на-Кубані, Іжевськ, Середньоуральськ);
* Середня школа№35 (Краснодар);
* Нижегородська правова академія ( Нижній Новгород);
* Уральський будинок науки та техніки (Єкатеринбург);
* Лікувально-оздоровчий комплекс «Вітязь» (Анапа);
* Лікарня СКЖД (Ростов-на-Дону);
* Сочинська інфекційна лікарня (Сочі);
* Вокзальний комплекс «Анапа» (Анапа);
* Будівля Морського вокзалу (С-Петербург);
* Науково-адаптаційний корпус та Океанаріум (Владивосток, о.Русский);
* Адміністративна будівля та цехи заводу «Марс» (Москва, Ульяновськ);
* Офіси «ІКЕА» у ТЦ МЕГА (Краснодар, Москва);
* Офіси «Данон» (Московська область);
* Офіси «FASION HOUSE Аутлет Центр» (Московська область);
а також інші об'єкти у різних регіонах Росії.

Шведська компанія Parans розробила в тісній співпраці з вченими Технологічного Університету систему природного освітлення будь-яких будівель за допомогою сонячного світла, що надходить оптичним волокном.

Прилад, що функціонує за принципом соняшника, є світлоприймачем, що складається з 36 лінз Френеля, що рівномірно обертаються навколо своєї осі всередині блоку, що прямує протягом дня за сонцем. Динамічне відстеження світлової активності здійснюється завдяки вбудованому фотосенсору, мікропроцесору та моторам, сумарна споживана потужність яких не перевищує 10 Вт.

Сонячне світло, що збирається протягом дня, надходить по волоконно-оптичних світловодах в будівлю, де вони розподіляються в різні приміщення. Світлоприймач здатний зібрати до 6000 люмен, проте кількість світлового потоку, що надходить у будівлю, залежить від довжини кабелів - так через 10 м через світловтрат світловий потік складе 3700 люмен. Одного приладу достатньо для освітлення приміщення площею 30-40 м2, зовнішній блок важить 30 кг і кріпиться на даху, фасаді або на щоглу. Внутрішні освітлювальні прилади передають сонячне світло з усіма його ранковими, денними та вечірніми варіаціями кольору та інтенсивності, проте невидимий спектр, включаючи інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання, фільтрується, таким чином, виключено як вицвітання речей, так і можливість людини засмагнути.

Сфера застосування природного освітлення по оптичному волокну ширша, ніж при використанні сонячних колодязів, обмеженого малоповерховістю, траєкторією та наявністю внутрішнього вільного простору для труби, більш громіздкою, ніж тонкі та непомітні кабелі оптичного волокна. Крім того, сонячне освітлення оптичного волокна можна вмикати або вимикати за допомогою простого перемикача, який дозволяє повернути лінзи в бік від потрапляння сонячних променів. Сонячне світло по оптичному волокну створює кращу освітленість, дозволяє ефективніше використовувати затемнені приміщення, доведено, що воно покращує самопочуття людей, нормалізує їх біологічний годинник, підвищує працездатність.

Крім того, 20% усієї споживаної у світі електроенергії витрачається на штучне освітлення, у тому числі вдень. Завдяки системі сонячного світла за оптичним волокном використання штучного освітлення можна скоротити вдвічі, що на регіональному та міжнародному рівні означає скорочення викидів СО2 та боротьбу з глобальним потеплінням клімату. Цього року шведська компанія Parans випустила нову комплексну систему освітлення, що поєднує в одному приладі денне сонячне світло по оптичному волокну з енергозберігаючим. світлодіодним освітленняму темний час доби.