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1、(10)申请公布号 CN 103759959 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103759959 A (21)申请号 201410005166.2 (22)申请日 2014.01.03 G01M 99/00(2011.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 (72)发明人 边宇 马源 陈建华 费彦 遇大兴 周毅刚 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 蔡茂略 (54) 发明名称 一种镜箱式全阴天模拟装置 (57) 摘要 本发明公开了一种镜箱式全阴天模拟装置， 包括光学反射结构、 电。
2、光源、 光漫射膜和框架结 构 ； 框架结构为围合结构， 围合结构的水平截面 为正多边形或圆形 ； 框架结构空间顶部设有电光 源， 电光源下端设有光漫射膜 ； 光学反射结构为 设置在围合结构空间内侧的镜面反射材料， 镜面 反射材料由多片平面镜无缝连接组成， 镜面反射 材料与铅垂线成 0.77夹角 ； 光学反射结构上端 连接光漫射膜， 下端位于受测模型放置平台高度 下端。本发明通过围合的镜面结构无限次反射顶 部均匀发光面的机理， 准确地模拟了国际照明学 会颁布的标准全阴天天空亮度分布情况 ； 本发明 具有体积小、 结构巧、 亮度分布准确等优点， 可用 于模拟全阴天时的天空亮度分布情况。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103759959 A CN 103759959 A 1/1 页 2 1. 一种镜箱式全阴天模拟装置， 其特征在于包括光学反射结构、 电光源、 光漫射膜和框 架结构 ； 框架结构为围合结构， 围合结构的水平截面为正多边形或圆形 ； 框架结构与光漫 射膜和地面构成封闭空间 ； 框架结构空间顶部设有电光源， 电光源下端设有光漫射膜 ； 光 学反射结构为设置在围合结构空间内侧的镜面反射材料， 镜面反射材料由多片平面。
4、镜无缝 连接组成， 镜面反射材料与铅垂线成 0.77夹角 ； 光学反射结构上端连接光漫射膜， 下端 位于受测模型放置平台高度下端 ； 光学反射结构的高度要求不小于围合结构平面宽度的一 半。 2. 根据权利要求 1 所述的镜箱式全阴天模拟装置， 其特征在于， 所述电光源设置在光 漫射膜的上端 300mm 处。 3.根据权利要求1或2所述的镜箱式全阴天模拟装置， 其特征在于， 所述电光源为线形 光源、 点光源或平面光源 ； 线形光源优选荧光灯管、 EFFL、 LED 线条灯 ； 点光源优选紧凑型荧 光灯或点状 LED 灯 ； 平面光源优选 LED 导光板。 4. 根据权利要求 1 所述的镜箱式全阴。
5、天模拟装置， 其特征在于， 所述光学反射结构的 上沿平齐， 与漫透射膜连接。 5. 根据权利要求 1 所述的镜箱式全阴天模拟装置， 其特征在于， 所述平面镜的材料为 玻璃镜或剖光金属板。 6. 根据权利要求 1 所述的镜箱式全阴天模拟装置， 其特征在于， 所述受测模型放置平 台的高度为 1.21.5 米。 权 利 要 求 书 CN 103759959 A 2 1/3 页 3 一种镜箱式全阴天模拟装置 技术领域 0001 本发明涉及一种模拟天空亮度的人工装置， 特别是涉及一种全阴天天空亮度模拟 装置， 具体是一种镜箱式全阴天天空亮度分布模拟装置， 该装置用于建筑采光的模拟测试， 在有限的人工空间。
6、中模拟了全阴天的天空亮度分布情况， 属于建筑技术科学中的建筑光学 领域。 背景技术 0002 建筑采光实验平台是建筑采光研究与设计的基础。建筑采光是营造建筑光环境 的最重要因素 ： 一方面， 高效利用自然光可节省建筑照明能耗， 我国通常情况下建筑总能耗 中约 20% 40% 用于人工照明， 因此高效采光对于照明能耗的降低潜力巨大 ； 另一方面， 自 然光照明可以提供更为舒适、 健康的光环境， 有利于人体的生理健康、 心情愉悦以及视力保 护。 根据国内现状调查 ： 在室外自然光充足的工况下依然有大量建筑使用电光源进行照明， 究其原因欠佳的建筑采光设计难辞其咎， 而我国系统性的采光设计理论水平低、。
7、 应用技术 不成熟则是更深层次的原因， 而这些问题的解决都依赖于基础的建筑采光研究测试平台。 建筑采光研究主要以全阴天为测试环境基础， 因此一套可准确模拟全阴天天况的实验装置 是开展建筑采光研究的基础。人工天空的设计需解决一下两个方面的要求 ： 0003 （1） 如何在 “小空间” 内模拟 “大天空” 0004 人工天空要求在有限的空间内模拟天空的亮度分布， 传统的天穹式人工天空构造 简单， 但通常情况下形体庞大， 且测试有效空间较小， 仅适用于小比例测试模型， 使得该类 人工天空的应用受到一定的限制。 0005 （2） 如何准确地模拟标准的天空亮度分布 0006 全阴天天况是建筑采光研究最常。
8、用到的天空亮度模型， 是建筑采光系数测量的背 景条件， 而人工天空内的光环境分布如何准确符合 CIE 标准全阴天亮度分布数学模型是人 工天空的关键技术。 由于光环境营造方式的限制， 传统的穹顶型人工天空难于准确实现CIE 标准的天空亮度分布， 易导致采光系数测量结果失准。 发明内容 0007 本发明的目的在于提供一种镜箱式全阴天模拟装置， 为建筑采光研究与测试提供 准确易用的平台， 在有限的空间内提供符合 CIE 标准的全阴天模拟， 使建筑物采光系数的 测量真实准确。 0008 本发明通过创造性的结构设计， 运用光学镜面成像原理， 利用电光源材料， 在小空 间内实现了 CIE 标准全阴天的模拟。
9、， 有效功能空间大， 并且从光环境的形成机制上保证了 装置内 “天空” 亮度分布的准确性。模拟的准确在小空间内准确模拟全阴天天况的新型人 工天空。本发明所提出的新型人工天空可成为建筑采光实验的基础平台。 0009 本发明的目的是通过如下技术方案实现的。 0010 一种镜箱式全阴天模拟装置， 包括光学反射结构、 电光源、 光漫射膜和框架结构 ； 说 明 书 CN 103759959 A 3 2/3 页 4 框架结构为围合结构， 围合结构的水平截面为正多边形或圆形 ； 框架结构与光漫射膜和地 面构成封闭空间 ； 框架结构空间顶部设有电光源， 电光源下端设有光漫射膜 ； 光学反射结 构为设置在围合结。
10、构空间内侧的镜面反射材料， 镜面反射材料由多片平面镜无缝连接组 成， 镜面反射材料与铅垂线成 0.77夹角 ； 光学反射结构上端连接光漫射膜， 下端位于受 测模型放置平台高度下端 ； 光学反射结构的高度要求不小于围合结构平面宽度的一半。 0011 优选地， 所述电光源设置在光漫射膜的上端 300mm 处。所述电光源为线形光源、 点 光源或平面光源 ； 线形光源优选荧光灯管、 EFFL、 LED 线条灯 ； 点光源优选紧凑型荧光灯或 点状 LED 灯 ； 平面光源优选 LED 导光板。 0012 所述光学反射结构的上沿平齐， 与漫透射膜连接。 0013 所述平面镜的材料为玻璃镜或剖光金属板。 0。
11、014 所述受测模型放置平台的高度为 1.21.5 米。 0015 本发明具有如下优点和有益效果 ： 0016 （1） 本发明在有限空间内实现了无限大的天空光环境模拟， 通过镜面无限次反射 的原理营造全阴天天况。相比传统的天穹式人工天空更加先进， 适用于更大比例的建筑模 型， 可广泛适用于建筑采光的研究与测试。 0017 （2） 由于通过无限次反射装置顶部的均匀亮度发光平面， 因此本装置光环境分布 准确符合 CIE 标准全阴天天空亮度的数学模型， 而传统天穹式人工天空光环境亮度依靠灯 具投射难于精确控制。 0018 （3） 全阴天模拟装置是建筑采光研究的基础工具与测试平台， 该发明建立了结构 。
12、简单效果准确的建筑采光研究与测试环境， 有利于采光分析与建筑照明节能设计。 附图说明 0019 图 1 为镜箱式全阴天模拟装置的纵向剖面示意图 ； 0020 图 2 为镜箱式全阴天模拟装置的爆炸图 ； 0021 图 3 为光环境亮度分布值与 CIE 标准全阴天亮度分布值对比图。 具体实施方式 0022 下面结合附图对本发明作进一步的说明， 需要说明的是， 具体实施方式并非对本 发明要求保护范围的限定。 0023 如图 1、 2 所示， 一种镜箱式全阴天模拟装置， 包括光学反射结构 1、 电光源 2、 光漫 射膜 3 和框架结构 4 ； 框架结构 4 为围合结构， 围合结构的水平截面为正方形 ；。
13、 框架结构 4 与光漫射膜 3 和地面构成封闭空间 ； 框架结构 4 空间顶部设有电光源 2， 电光源 2 下端设有 光漫射膜 3 ； 光学反射结构 1 为设置在围合结构空间内侧的镜面反射材料， 镜面反射材料由 多片平面镜无缝连接组成， 镜面反射材料与铅垂线成 0.77夹角 ； 光学反射结构 1 上端连 接光漫射膜 3， 下端位于受测模型放置平台高度下端 ； 光学反射结构 1 的高度要求不小于围 合结构平面宽度的一半。 0024 平面镜的材料， 不限于玻璃镜， 可为剖光金属板等。平面镜的反射率 Rmirror优选为 0.80， 平面镜之间紧密拼接， 不留缝隙， 即平面镜之间交角处准确对接， 没。
14、有非镜面反射材 料露出。 说 明 书 CN 103759959 A 4 3/3 页 5 0025 围合结构 4 平面宽度取决于受测模型的实际尺寸， 以比例尺不大于 1:50 的建筑 缩比模型为例， 围合结构的平面宽度要求不小于 2.5 米 ； 受测模型放置平台的高度通常为 1.2 1.5 米 ； 光学反射结构 1 的下沿高度 （距离地面的位置高度） 不高于受测模型放置平台 高度， 光学反射结构 1 的上沿平齐， 与漫透射膜 3 连接。 0026 电光源 2 设置在光漫射膜 3 的上端 300mm 处， 电光源的类型可为线形光源、 点光源 或平面光源 ； 线形光源优选荧光灯管、 EFFL、 LE。
15、D 线条灯 ； 点光源优选紧凑型荧光灯或点状 LED 灯 ； 平面光源优选 LED 导光板。 0027 在装置顶部电光源与光学反射结构 1 之间设置的均匀漫透射膜材料优选为半透 射材料， 该膜材料需紧密遮盖于围和空间上沿， 与平面镜上沿连接。 0028 本发明中围合空间顶部的均匀发光平面经过围合结构内壁的镜面材料的多次反 射形成该围合空间内的光环境， 当反射材料的反射率 Rmirror=0.80 时， 且该平面反射材料与 铅垂线的夹角为 0.77， 通过光学分析与测量， 则可得知该情况下围合结构内的光环境 分布为图 3 中所示。该情形可近似认为符合 CIE 标准全阴天亮度分布数学公式， 可作为。
16、建 筑采光的研究环境。 0029 如图3所示， 围合内光环境亮度分布近似符合CIE标准全阴天亮度分布数学公式， 既 ： 0030 0031 式中 ： Lz天顶亮度 ； 0032 L测点切面与地面呈 角处的天空亮度 ； 0033 测点切面与地面的夹角 ； 0034 本发明由于通过无限次反射装置顶部的均匀亮度发光平面， 因此本装置光环境分 布准确符合 CIE 标准全阴天天空亮度的数学模型， 而传统天穹式人工天空光环境亮度依靠 灯具投射难于精确控制。本发明在有限空间内实现了无限大的天空光环境模拟， 通过镜面 无限次反射的原理营造全阴天天况。相比传统的天穹式人工天空更加先进， 适用于更大比 例的建筑模型， 可广泛适用于建筑采光的研究与测试。本发明全阴天模拟装置是建筑采光 研究的基础工具与测试平台， 该发明建立了结构简单效果准确的建筑采光研究与测试环 境， 有利于采光分析与建筑照明节能设计。 说 明 书 CN 103759959 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103759959 A 6 2/3 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103759959 A 7 3/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103759959 A 8 。