不須使用電力的照明Solatube®！日光照明系統

系統運作原理及組成^[1]

這套照明設施的功能，是利用光學折射原理和高科技折彎技術，收集太陽光線、改變光線的方向，最後將光線導入建築物內部，作為照明使用。

依光線的收集、傳輸、發散等三個步驟，依序由三個構件所組成，說明如後：

太陽光的採集－採光罩

傳統的太陽光採集，例如採光天窗，其取得的光線，不是太少，就是太多，明暗反差也較大。為了獲得各種角度的光線，又能過濾掉紫外線及紅外線熱能，本系統在採光罩中使用了專利透鏡及稜紋來聚光，並且以反射片改變光線進行的方向，可消除視野眩光範圍內的亮度，達到同時採集低角度陽光，並且排除高角度直接射入的強烈陽光的功能。 圖一、二

光線的傳輸－光導管

採光罩採集到的光線，藉著鏡面反射率達99.7%的鋁鎂合金管，經由不斷折射及反射，向管末進行傳輸，將光線引入室內。當此光導管進入建築物後，為了避開建築物結構體及管線的阻礙，常須經由彎折0~90o的彎頭，讓光線達到轉彎的功能。 圖三

在傳輸過程中，有兩個影響光線品質問題，在此加以探討：

光損失

光線在光導管中左彎右拐，勢必會造成光損失，為保持管末端仍具有相當的光線強度，管線總長度以不超過50英呎(15米)為宜。為方便在施作前估計光損失量，廠商提供了一個光損失係數表( Light Loss Factor, LLF)，作為設計者估算之用

表一，可由表中查出每英呎導管及每一個彎頭所造成的光損失，再加以計算全系統的光損失。計算舉例如下：

某建築物位於一個平均全年太陽照射角為40o的地區，使用了25英呎、直徑∮53cm(編號330DS)的光導管作為光傳輸，其中包括了二個90o彎管，其光損失為若干？計算式如後：

光損失係數= [1-((25-10)呎*0.31%+2個彎管*5%)]*92% = 78.5%，其中，管子長度須先扣除10英呎基數後，再加以計算；而最後乘以92%折減的意義，在於考量灰塵堆積於採光罩及天候等不利因素。

亦即，本案例中，當採光罩接收100流明後，經由管道傳輸，僅餘78.5的流明輸出，損失了21.5流明。

演色性

依據廠商提供的資料顯示，經由此光導管的傳輸，仍然可讓人眼正確地感知色彩，其"平均演色性指數(General color rendering index, Ra"可達到接近100的表現，亦即，如同在太陽光底下看東西的感覺。而此演色性的品質，是這套日光照明系統的一大賣點，可作為對色彩真實度要求最高的場合使用。(附註)

光線的發散－漫射器

在系統最末端，透過一個漫射器，再次阻隔紫外線，過濾眩光、強光以及熱能，並將光線均勻散射到室內的每一個角落。此漫射器在施作上，可配合輕鋼架天花板或者無輕鋼架的開放式天花設計，甚至，它還附有調節器，可調弱光線，但在經過漫長的光之旅程後，應該很少人會捨得再減弱此寶貴的光線吧！ 圖四、圖五

施工大樣

對於須穿越屋頂面的管線設施，最重要的是防水之設計及施工收頭處理，由本系統之施工圖觀之，應能符合防水之功能。 圖六、圖七

產品價格

採光罩直徑35cm的290DS 系列，報價(新台幣) 表二

應用實例

圖八～十二 為使用本照明系統的實際案例。

市面上另有一種透過光纖傳輸的日光照明系統，每組價格高達數十萬元，效能或許有所不同，但相形之下，本系統的造價就「親民」得多了！

結論

系統優缺點分析

優點

• 不須使用電力
• 室內熱負荷小
• 紫外線的傷害小
• 光線均勻，演色性佳。
• 對屋頂的影響面積較小(相對採光天窗而言)
• 根據國外研究顯示，太陽光有一種奇妙的作用，引入教室，會提昇學生學習表現；引入賣場，會提昇銷售額；引入工作場所，則會提昇生產效率、減少請假時數。關於以上研究之報導雖不少，但手邊因尚缺乏科學實證資料，故僅列於此處供參考。

缺點

• 光損失，致光線導入深度受限(自屋頂面起算，不超過15公尺為宜)。
• 光源不穩定，受天候影響，夜間無法使用。
• 如欲自側牆面(非屋頂面)採集光線，會受到外牆之阻隔，採光效果打折。

基於以上之時間及空間的限制，本項設備僅能作為輔助照明之用，尚無法取代電力照明，否則，室內體育館會因為天候不佳而停賽，學校也會因為午後雷陣雨而無法上課。不過，可以想像一個未來的場景：有一天，當地球上資源耗盡，無法提供電力時，在黑暗的室內空間中，日光照明系統也還能繼續提供些許光亮呢！

附註

平均演色性指數(General color rendering index, Ra 或 CRI)^[2]

一般認為，人造光源應讓人眼正確地感知色彩，就如同在太陽光下看東西一樣。當然，這須視應用之場合及目的而有不同之要求程度。此準據即是光源之演色特性，稱之為" 平均演色性指數"。

平均演色性指數之評估，為物件在某光源照射下顯示之顏色，與其在參照光源照射下之顏色兩者之相對差異。其數值之評定法為分別以參照光源及待測光源照在DIN 6169所規定之八個色樣上逐一作比較並量化其差異性；差異性越小，即代表待測光源之演色性越好，平均演色性指數Ra為100之光源可以讓各種顏色呈現出如同被參照光源所照射之顏色。Ra值越低，所呈現之顏色越失真。太陽光之Ra為100，螢光燈為60-85，螢光粉白光LED為60-90，雙色白光LED在10-60間。一般Ra值大於85可適用於大部分之應用。