СИСТЕМА ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E04B7/18 

Изобретение относится к системам освещения внутреннего пространства помещений зданий и сооружений с недостаточным естественным светом, а также изолированных от солнечного света (подземные стоянки, подземные тоннели, подземные переходы и другие подземные городские пространства) с использованием естественного освещения, в основном солнечного.

Известна система естественного освещения, содержащая трубчатый световод, расположенный между крышей и потолком помещения. На крыше установлен прозрачный купол, соединенный с верхним концом световода, а нижний конец трубчатого световода закрыт установленной на потолке помещения светорассеивающей плитой (Патент США №6035593 от 14.03.2000). Известна также конструкция светового колодца, содержащего зеркальный тубус, выполненный с возможностью установки его на кровле, с закрепленным в его верхней части прозрачным герметичным куполом, имеющим полусферический свод в его верхней части и открытый экваториальный срез в его нижней части (патент РФ №2727991 от 28.07.2020). Известна конструкция вращающегося мансардного люка с отражателями (Патент США №5493824 от 27.2.1996), в которой корпус с отверстием для приема солнечного света опирается на кольцевое основание и имеет возможность поворота относительно него, а специальные датчики обеспечивают поддержание оптимального расположения отражателей по отношению к Солнцу. Известна также конструкция светособирающей крыши для зданий включающая световод, бетонную крышу, светоприемный колпак, линзу Френеля с концентрическими кругами, обращенными вверх (Патент КНР №207073219 от 06.03.2018).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению и выбранной в качестве прототипа признана система естественного освещения, содержащая прозрачный купол, световод в виде трубы с отражающими внутренними стенками, фартук, нижнюю крышку и термобарьер, расположенный во внутренней части световода (патент РФ №135674 от 05.03.2013).

Недостатками вышеперечисленных технических решений является невозможность, ввиду стационарного расположения линзы Френеля передавать в полые трубчатые световоды максимальное количество естественного света в зависимости от вертикального склонения Солнца на небосводе, т.е. отсутствие возможности в данных системах естественного освещения отслеживать угловую высоту Солнца над горизонтом в различное время суток.

Целью изобретения является разработка системы естественного освещения, содержащей светоприемный прозрачный купол, в верхней части которого расположен наклонный (по вертикали) шарнирный механизм с помещенной в него фокусирующей линзой Френеля, обеспечивающий соответствующий наклон (подъем и опускание) линзы Френеля в соответствии с высотой положения Солнца на небосводе. При этом, концентрические круги фокусирующей линзы Френеля ориентированы в сторону полусферы прозрачного купола.

Поставленная задача достигается тем, что система естественного освещения содержит прозрачный купол с фокусирующей линзой Френеля, световод в виде трубы с отражающими внутренними стенками, поворотный механизм, обеспечивающий возможность кругового перемещения купола по азимутальной, следящей за Солнцем, траектории движения с помощью специальных направляющих, фартук виде теплоутепленного короба, узел рассеивания света со светорассеивающей линзой на торце световода и термобарьер. При этом система естественного освещения дополнительно снабжена наклонным (по вертикали) шарнирным механизмом с помещенной в него фокусирующей линзой Френеля, обеспечивающим соответствующий наклон (подъем и опускание) линзы Френеля в соответствии с высотой положения Солнца на небосводе. При этом наклонный (по вертикали) шарнирный механизм координируется во времени с поворотным механизмом прозрачного купола, т.е. в соответствии с азимутальным углом Солнца, фокусирующая линза Френеля снабжена солнечным датчиком (фоторезистором), а поверхность купола со стороны противоположной наклонному механизму снабжена покрытием из материала с высоким коэффициентом отражения площадью равной площади поверхности линзы Френеля.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления заявленного изобретения.

Ниже представлен один из примеров, который не ограничивает все возможные варианты осуществления заявленного технического решения.

Сущность технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез системы естественного освещения в сборе, на фиг. 2 поперечный разрез А-А верхней части купола, на фиг. 3 узел поворотного (по направляющим) и наклонного (шарнирного) механизма, на фиг. 4 общий вид поворотно-наклонного механизма, на фиг. 5 блок-схема управления работой системы естественного освещения (исходное положение перед включением), на фиг. 6 показан разрез верхней части купола при восходе Солнца, на фиг. 7 показан разрез верхней части купола при максимальной высоте расположения Солнца над горизонтом (в полдень), на фиг. 8 показан разрез верхней части купола при закате Солнца.

Система естественного освещения состоит из прозрачного купола (1), соединенного с фартуком (2) в виде теплоутепленного короба, световода (3) в виде полой трубы с отражающими внутренними стенками, термобарьера (4) и крышки (5) в виде светорассеивающей линзы. Система встроена в утепленный короб (6), который установлен на кровле (7). Кровля опирается на стропильные балки (8). В нижней части система естественного освещения проходит через чердачное помещение (9), потолок (10) и выходит в освещаемое помещение (11). Купол (1) снабжен фокусирующей линзой Френеля (12), поворотным механизмом (13) по специальным направляющим (14), соединенным с блоком управления (15). Блок управления снабжен электроприводом (16) поворотного (азимутального) механизма и блоком памяти (17) поворотного (азимутального) механизма, содержащим посуточную (годовую) информацию о траектории «движения» Солнца. Фокусирующая линза Френеля (12) снабжена солнечным датчиком (18) и размещена в наклонном (шарнирном) механизме (19), снабженным прижимным устройством (20), в которое помещается и закрепляется линза Френеля (12). При этом часть внутренней поверхности купола (1), площадью равной площади поверхности линзы Френеля (12), со стороны противоположной наклонному(шарнирному) механизму (19) имеет покрытие из материала (29) с высоким коэффициентом отражения. Наклонный шарнирный механизм (19) размещается в круговом желобе (31) поворотного (азимутального) механизма (13) и соединяется с блоком памяти (21) наклонного механизма, содержащим посуточную (годовую) информацию об углах расположения Солнца над горизонтом и электроприводом наклонного механизма (22). При этом блок памяти (21) наклонного шарнирного механизма (19) соединен с часовым механизмом (23) посредством реле включения (24) наклонного механизма. Аналогично блок памяти поворотного (азимутального) механизма (17) соединен с часовым механизмом (23) посредством реле включения (25) поворотного механизма. Блок памяти (21) наклонного шарнирного механизма (19) и электропривод (22) снабжены реле выключения (26) наклонного механизма, а блок памяти (17) поворотного (азимутального) механизма (13) и электропривод (16) поворотного механизма имеют реле выключения (27) поворотного механизма. При этом реле выключения (26) наклонного механизма и реле выключения (27) поворотного механизма соединены с реверсным реле (28), возвращающим систему в исходное положение.

На фиг. 5 показана блок схема работы системы естественного освещения и исходное положение верхней части купола (в плане) перед ее включением. Работа системы естественного освещения начинается с началом восхода Солнца по сигналу часового механизма (23). При этом включается реле (24) и происходит автоматическое включение блока памяти (21) наклонного шарнирного механизма (19) и электропривода (22) наклонного механизма, приводящим в рабочее состояние наклонный шарнирный механизм (19). При этом обеспечивается максимальный угол наклона (до 70-ти угловых градусов) линзы Френеля (12) по вертикали за счет подъема линзы Френеля электроприводом (22). При этом солнечный датчик (18) располагается в верхней части линзы Френеля (12) и контролирует интенсивность солнечного света, проходящего через фокусирующую линзу (12) и концентрирующегося в куполе с последующим отражением от поверхности купола за счет частичного покрытия поверхности купола со стороны противоположной фокусирующей линзе Френеля (12) материалом (29) с высоким коэффициентом отражения. Одновременно по тому же (что и для наклонного механизма) сигналу часового механизма (23) включается реле (25) и происходит автоматическое включение блока памяти (17) поворотного (азимутального) механизма и электропривода (16) поворотного механизма, приводящим в рабочее состояние поворотный механизм (13). Далее по мере изменения азимутального угла траектории «движения» Солнца, что будет отслеживаться азимутальным электроприводом (16) по сигналу блока памяти (17) азимутального поворотного механизма и увеличением интенсивности потока солнечного света, которое будет фиксироваться солнечным датчиком (18) происходит постепенное опускание фокусирующей линзы Френеля (12) за счет электропривода (22) наклонного механизма до горизонтального положения, что будет наблюдаться в полдень (при максимальной высоте стояния Солнца над горизонтом) (см. Фиг. 7). Далее по мере движения Солнца на Запад и изменения высоты расположения Солнца над горизонтом, интенсивность потока солнечного света будет уменьшаться и фиксироваться при этом солнечным датчиком (18), что приведет к постепенному подъему фокусирующей линзы Френеля (12) за счет электропривода (22) наклонного механизма по сигналу блока памяти (21) наклонного механизма. При этом максимально-возможный угол (до 70-ти угловых градусов) наклона линзы (12) будет наблюдаться при закате Солнца(см. Фиг. 8). После заката Солнца, по сигналу часового механизма (23) выключаются: наклонный механизм (19) за счет срабатывания реле отключения (26) наклонного механизма и поворотный (азимутальный) механизм (13) за счет срабатывания реле отключения (27) поворотного (азимутального) механизма, которые отключают соответственно, азимутальный электропривод (16) и электропривод (22) наклонного механизма. После выключения системы (после заката Солнца за горизонт) включается реверсное реле (28), которое приводит систему в исходную точку (т.е. точку восхода Солнца). Через некоторое время (по прошествии темного времени суток) с началом восхода Солнца по сигналу часового механизма (23) включаются реле (24) и (25) и процесс работы системы естественного освещения возобновляется по тому же циклу с учетом обновленной в блоке памяти (21) наклонного механизма и блоке памяти (17) поворотного механизма информации (времени восхода и заката Солнца, азимутальной траектории движения и высоте расположения Солнца над горизонтом для последующих временных суток).

Для защиты от атмосферных воздействий поворотный (азимутальный) механизм (13) в месте примыкания к основному коробу (6) световода снабжен фартуком (30) на относе от основного короба по всему периметру светоприемного купола.

Наличие в поворотном (азимутальном) механизме (13) кругового желоба (31) обеспечивает ремонтопригодность наклонного механизма (19) при его возможной (при необходимости) замене в процессе эксплуатации.

Использование предложенной системы естественного освещения позволит существенно повысить уровень естественного освещения в помещениях, имеющих большую глубину и недостаток естественного света и будет способствовать созданию более комфортной среды пребывания людей, улучшит их психоэмоциональное состояние за счет сохранения природных качеств естественного света, как наиболее приемлемого и безопасного для органов зрения человека, обеспечивая таким образом его неразрывную связь с внешней средой.

Изобретение относится к области строительства, а именно к системам освещения внутреннего пространства помещений зданий. Техническим результатом изобретения является повышение естественного освещения в помещения. Система естественного освещения содержит прозрачный купол с фокусирующей линзой Френеля, световод в виде трубы с отражающими внутренними стенками, поворотный механизм верхней части светоприемного купола, обеспечивающий его круговое перемещение по азимутальной траектории движения с помощью направляющих, а также фартук в виде теплоутепленного короба, узел рассеивания света со светорассеивающей линзой на торце световода, термобарьер. Система естественного освещения дополнительно снабжена наклонным шарнирным механизмом с помещенной в него фокусирующей линзой Френеля, обеспечивающим соответствующий наклон (подъем и опускание) линзы Френеля в соответствии с высотой положения Солнца на небосводе. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система естественного освещения, содержащая прозрачный перемещающийся по круговой траектории движения купол, верхняя часть которого выполнена в виде полусферы, а нижняя опирается на направляющие, обеспечивающие круговое перемещение купола, световод, выполненный в виде трубы с отражающими внутренними стенками, поворотный механизм для отслеживания положения Солнца, фокусирующую линзу Френеля с концентрическими кругами, ориентированными в сторону полусферы купола, термобарьер, расположенный внутри световода, фартук в виде теплоутепленного короба и узел рассеивания света со светорассеивающей линзой на торце световода, выходящего в освещаемое помещение, отличающаяся тем, что фокусирующая линза Френеля снабжена наклонным механизмом, обеспечивающим подъем и опускание линзы Френеля в вертикальной плоскости.

2. Система естественного освещения по п. 1, отличающаяся тем, что наклонный механизм фокусирующей линзы Френеля снабжен шарниром и прижимным устройством для установки линзы Френеля.

3. Система естественного освещения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что фокусирующая линза Френеля снабжена солнечным датчиком - фоторезистором.

4. Система естественного освещения по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления.

5. Система естественного освещения по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что блок управления снабжен электроприводом для поворота купола по направляющим по горизонтали и электроприводом для наклона фокусирующей линзы Френеля по вертикали.

6. Система естественного освещения по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что блок управления снабжен блоком памяти поворотного (азимутального) механизма и блоком памяти наклонного механизма фокусирующей линзы Френеля.

7. Система естественного освещения по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что блок управления снабжен часовым механизмом и реверсным реле.

8. Система естественного освещения по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что часть внутренней поверхности купола площадью, равной площади поверхности линзы Френеля, расположенная с противоположной от наклонного механизма фокусирующей линзы Френеля стороны, снабжена покрытием из материала с высоким коэффициентом отражения.

9. Система естественного освещения по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что поворотный (азимутальный) механизм в месте примыкания к основному коробу световода снабжен фартуком на относе от основного короба по всему периметру светоприемного купола.