Accurate tool for express optical efficiency analysis of cylindrical light-tubes with arbitrary aspect ratios

Petržala, Jaromír; Kocifaj, Miroslav; Kómar, Ladislav

doi:10.1016/j.solener.2018.04.053

Cited by 15 publications

(4 citation statements)

References 27 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Bended light pipes have been studied for both direct and diffuse light concluding that for the angled entrance part, accumulated yearly light output was higher than for the straight pipes due to the larger sun-facing area [100], but bends in pipes body inside the building should be avoided due to the increasing number of interreflections and decreasing efficiency [83,101,102]. Many theoretical and experimental studies addressed different pipe configurations aiming to find calculation models [103,95,[104][105][106][107][108][109][110][111], resulting in more information on weather and design parameter dependence. Vertical light pipes give high and excessive luminous output when Sun's altitude and azimuth are nearly axillary and beam light propagates with minimal interreflections, while diffuse skylight gives uniform luminance with homogenous output during the daylight hours.…”

Section: Vertical Sun Pipesmentioning

confidence: 99%

“…HOLIGLIM was evaluated in light pipe studies for overcast and clear sky conditions [105,103]. A new analytical method, which analyzes the contribution of the direct and diffuse light separately was recently introduced [108]. Many computer-based simulation methods were developed and validated in building simulation tools [149].…”

Section: Analytical Models and Design Adjusting For Light Transport Smentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Daylight Transport Systems for Buildings at High Latitudes

Obradović

Matusiak

2019

Journal of Daylighting

View full text Add to dashboard Cite

This paper is a literature study of daylight transport systems aiming at selecting the most appropriate ones for application at high latitudes. It is limited to the systems that transport light at a long distance from the façade and distribute it either in the building core or at a rear place in a room adjacent to the façade. The literature is spanning from the 80s' to the present. It covers the theoretical background and development of the systems from their infancy, through technical development of the design elements and to the adaptation of the systems to different climatic conditions. Since the most literature comes from equatorial and tropical climate, a short contextualization with high latitudes climate is included. Findings are systematized and presented in tables for easier comparison of efficiency, visual comfort, design efficacy, maintenance need, cost and/or availability on the market, and energy-saving potential in different climates. Conclusions confirm that the daylight condition at the location is the main prerequisite when deciding on the type of collector while the building structure and room functionality are the basis for choosing the type of the transport element. Finally, the distribution element showed to be the key factor when discussing applicability in a functional space where the final success depends on human acceptance. This paper can be useful to get an overview of performance characteristics and application preferences of different daylight transport systems or just their components in daylight conditions at high latitudes.

show abstract

Section: Vertical Sun Pipesmentioning

confidence: 99%

Section: Analytical Models and Design Adjusting For Light Transport Smentioning

confidence: 99%

Daylight Transport Systems for Buildings at High Latitudes

Obradović

Matusiak

2019

Journal of Daylighting

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Since the first set of light tube system products was put into application, light tube technology has been relatively mature after decades of development. Recently, researchers have explored more detailed research on the application of light tubes [2][3][4][5]. Another scheme, the optical fiber light guide [6], has advantages such as high illumination intensity, flexible light transmission, small space occupancy and so on.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Fixed Fiber Light Guide System with Concave Outlet Concentrators

Zhou

Chen

et al. 2022

Energies

View full text Add to dashboard Cite

Because a traditional optical fiber light guiding system includes a tracking device, it also inevitably has a complex structure, high construction and maintenance costs, short life span and low reliability. Although several types have been developed for decades, there are no successful products on the market. The biggest cause of the problem is that all traditional optical fiber light guiding systems must have a tracking device. This paper studies a solar fiber optic guide system without a tracking device, hoping to solve this problem. A fixed fiber light guide system using concave outlet concentrators as its receiving unit is proposed. The structure and working principle of the concave outlet concentrator, the receiving unit and the light guide system are introduced. With optical simulation software and the actual sunlight experimental method, this paper first discusses the conceptual design of the concentrator, then studies the transmission efficiency curve of the receiving unit with different angles of incident light, and finally tests the output illuminance of the whole system in actual sunlight. Field test results show that when the average sunshine intensity is about 800 W/m2, the system has an output of nearly 300 lux at 0.4 m in front of the outlet end of the fiber bundle with only receiving area. This illumination has been able to meet people’s daily lighting requirements. The results of computer simulation and actual sunlight experiments show that this fixed optical fiber light guide system with non-tracing structure is feasible. The absence of a tracking structure means that all moving parts of the system are completely discarded. This greatly improves the working reliability and operation life of the light guide system, and greatly reduces the maintenance and operating costs.

show abstract

“…Even if the sky is homogeneous the luminous intensity solid can have peaks due to imperfections in the interior surface of the tube, for example after accumulation of dirt. HOLIGILM has been used in a number of other studies (Petržala, Kocifaj and Kómar, 2018;Tsang et al, 2018) Chirarattananon et al (2010 also developed a model that calculates the transmittance of a light pipe, with or without bends, depending on the type of sky.…”

Section: Literature On Performance Predictionmentioning

confidence: 99%

Smart natural lighting systems

Vasilakopoulou¹,

Βασιλακοπούλου²

View full text Add to dashboard Cite

Η διδακτορική αυτή διατριβή διερευνά τη φωτιστική και ενεργειακή απόδοση των φωτοσωλήνων. Οι φωτοσωλήνες αποτελούν καινοτόμα συστήματα φυσικού φωτισμού που μπορούν να μεταφέρουν το φως από την οροφή ή τις όψεις του κτιρίου, μέσω σωλήνων υψηλής ανακλαστικότητας, για μεγάλες αποστάσεις, και να προσφέρουν φυσικό φως σε χώρους που υπό άλλες συνθήκες δε θα είχαν πρόσβαση σε αυτό.Βάσει της ανασκόπησης της υπάρχουσας βιβλιογραφίας και των κενών που εντοπίστηκαν, η παρούσα διατριβή έχει σα στόχο να συνεισφέρει στη γνώση τη σχετική με την τεχνολογία των φωτοσωλήνων, μέσω πειραματικής εξέτασης της απόδοσής τους στο περιβάλλον της Ελλάδας, να μελετήσει τις υπάρχουσες θεωρητικές μεθοδολογίες και τα προσομοιωτικά εργαλεία υπολογισμού της απόδοσης των φωτοσωλήνων και την ακρίβειά τους να προβλέψουν την απόδοση στις συγκεκριμένες συνθήκες, να αναπτύξει μεθοδολογίες για την ακριβή πρόβλεψη της απόδοσης των φωτοσωλήνων, να διερευνήσει πώς θα μπορούσαν οι φωτοσωλήνες να συνδυαστούν με συστήματα τεχνητού φωτισμού και να υπολογίσει τη δυνητική εξοικονόμηση ενέργειας από τη χρήση τους. Αρχικά, δύο θεωρητικές μεθοδολογίες, οι μέθοδοι Luxplot και TTE αλλά και προσομοιώσεις εφαρμόστηκαν, αναλύθηκαν και τα αποτελέσματά τους συγκρίθηκαν. Η σύγκριση έδειξε ότι τα αποτελέσματα μπορούν να διαφέρουν σημαντικά. Για όλες τις εξεταζόμενες μεθοδολογίες, αναπτύχθηκαν σχέσεις που παρέχουν πιο άμεσα τη μέση Φωτεινότητα από ένα φωτοσωλήνα σε ορθογώνιου σχήματος χώρους. Παράλληλα, ένας φωτοσωλήνας εγκαταστάθηκε σε πειραματικό περιβάλλον ώστε να μελετηθεί η απόδοσή του στις συνθήκες της Αθήνας. Το σύστημα συμπεριλάμβανε το φωτοσωλήνα, λαμπτήρες LED, και αισθητήρα που αντιλαμβάνεται το φυσικό φως και ελέγχει τη φωτεινή ροή των λαμπτήρων. Ο πειραματικός χώρος βρίσκεται στην Πανεπιστημιούπολη του Πανεπιστημίου Αθηνών. Οι παράμετροι που καταγράφηκαν ήταν η εσωτερική και εξωτερική Φωτεινότητα. Η πειραματική περίοδος διήρκεσε από τις 28 Νοεμβρίου 2014 ως τις αρχές Αυγούστου 2015, με διακοπή κατά τη διάρκεια του Ιανουαρίου. Τα πειραματικά δεδομένα που συλλέχθηκαν δείχνουν ότι η μέση Φωτεινότητα από το φωτοσωλήνα κατά τη διάρκεια του πειράματος ήταν 100 lux, ενώ ο μέσος παράγοντας φυσικού φωτός λόγω του φωτοσωλήνα (Daylight Penetration Factor) είναι 0.15%, περίπου. Η μέγιστη τιμή Φωτεινότητας καταγράφηκε στο επίπεδο αναφοράς στις 26/04/2015, 12:15μμ με εξωτερική Φωτεινότητα περίπου 120 klux και ήταν 8.4 klux. Η ελάχιστη τιμή κατά την ίδια χρονική στιγμή ήταν 38 lux και η μέση Φωτεινότητα ήταν 1.043 lux. Οι περιοχές πολύ υψηλής Φωτεινότητας που παρατηρούνται στο επίπεδο εργασίας κατά τη διάρκεια ημερών με καθαρό ουρανό και ηλιοφάνεια, μειώνουν την ομοιογένεια, η οποία κατά μέσο όρο ήταν 0,26. Η ομοιογένεια βελτιώνεται σημαντικά για χαμηλότερες εξωτερικές Φωτεινότητες και όταν το επίπεδο εργασίας περιορίζεται σε χώρο μικρότερου εμβαδού. Οι τιμές εσωτερικής Φωτεινότητας που καταγράφηκαν παρουσιάζουν μεγάλη χρονική και χωρική μεταβλητότητα. Η ανάλυση που πραγματοποιήθηκε δείχνει ότι η μέση εσωτερική Φωτεινότητα μεταβάλλεται σε σχέση με την καθαρότητα του ουρανού και την εξωτερική Φωτεινότητα. Σημαντική μείωση των εσωτερικών επιπέδων φωτισμού παρατηρείται για υψηλές τιμές του παράγοντα Kd, (Δείκτης Αιθριότητας της Διάχυτης Ακτινοβολίας), δηλ. για πιο συννεφιασμένο ουρανό. Υπολογίστηκε πως σε συνθήκες καθαρού ουρανού, η μέση εσωτερική Φωτεινότητα μπορεί να είναι ως 5 φορές μεγαλύτερη από τη Φωτεινότητα σε συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού. Παρατηρήθηκε επίσης ότι η σχέση μεταξύ της εσωτερικής και εξωτερικής Φωτεινότητας είναι σχεδόν εκθετική. Χρησιμοποιώντας τα πειραματικά δεδομένα, αναπτύχθηκαν σχέσεις που επιτρέπουν τον υπολογισμό της μέσης εσωτερικής Φωτεινότητας από το φωτοσωλήνα στο επίπεδο αναφοράς, με ανεξάρτητη μεταβλητή την εξωτερική Φωτεινότητα. Ο Δείκτης Αιθριότητας της Διάχυτης Ακτινοβολίας επίσης ελήφθη υπόψη, αφού αναπτύχθηκαν 10 εξισώσεις, για 10 ομάδες τιμών Kd. Το R2 για τις σχέσεις που αναπτύχθηκαν κυμαίνεται μεταξύ 0.90 και 0.99.Κατόπιν, τα πειραματικά δεδομένα συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα που προσφέρουν οι σχέσεις που αναπτύχθηκαν με τη χρήση θεωρητικών μοντέλων και προσομοιώσεων. Η μέθοδος TTE αποδείχθηκε πως παράγει αποτελέσματα που διαφέρουν σημαντικά με τις πραγματικές τιμές. Τα αποτελέσματα από τη χρήση της μεθόδου Luxplot, καθώς και από τη χρήση των προσομοιώσεων παρουσιάζουν μεγαλύτερη ακρίβεια, με λάθος που κυμαίνεται μεταξύ 38 και 43%. Το λάθος των τριών αυτών μεθοδολογιών δε διαφέρει σημαντικά σα συνάρτηση των εξωτερικών συνθηκών φωτισμού. Η χρήση πειραματικών δεδομένων για την αξιολόγηση του τεχνητού φωτισμού που είχε εγκατασταθεί στο πείραμα δεν κατέστη δυνατή λόγω τεχνικών προβλημάτων. Έτσι, πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις και με στατιστικές μεθόδους υπολογίστηκε η εκτιμώμενη χρησιμοποιούμενη ισχύς για τεχνητό φωτισμό, σε ένα χώρο όμοιο με αυτό του πειράματος και με την ύπαρξη του ίδιου φωτοσωλήνα. Τα συστήματα φωτισμού που χρησιμοποιήθηκαν ήταν δύο: το ένα αναπαρήγαγε τη διάταξη του πειράματος, με λαμπτήρες γύρω από το φωτοσωλήνα, ενώ το δεύτερο περιελάβανε φωτιστικά LED, τοποθετημένα σε ορθό-κανονική διάταξη. Όλα τα συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν ελέγχονταν από αισθητήρες φωτός.Από τα δεδομένα των προσομοιώσεων αναπτύχθηκαν σχέσεις που παρέχουν τη χρησιμοποιούμενη ισχύ του συστήματος τεχνητού φωτισμού, για το σύνολο της πειραματικής περιόδου και επί μέρους για κάθε μήνα. Οι ανεξάρτητες μεταβλητές σε αυτή την περίπτωση ήταν η εξωτερική Φωτεινότητα, η θέση του ήλιου (αζιμούθιο και γωνία ύψους) και ο δείκτης αιθριότητας της διάχυτης ακτινοβολίας. Τα τέσσερα συστήματα που δοκιμάστηκαν βρέθηκε να καταναλώνουν από 10 ως 38% λιγότερη ενέργεια, σε σχέση με το ίδιο σύστημα τεχνητού φωτισμού χωρίς την ύπαρξη φωτοσωλήνα και αισθητήρα φωτός. Σε σχέση με τις δυο διατάξεις τεχνητού φωτισμού, βρέθηκε πως στις διατάξεις όπου τα φωτιστικά σώματα είναι κατανεμημένα στο χώρο και όχι γύρω από το φωτοσωλήνα, παρέχουν μεγαλύτερη εξοικονόμηση και πιο ομοιογενή επίπεδα φωτισμού. Τα αποτελέσματα και οι προτεινόμενες σχέσεις που παρουσιάζονται σε αυτή τη διατριβή ισχύουν για το συγκεκριμένο περιβάλλον και τα φωτιστικά συστήματα. Ο στόχος ήταν να αναπτυχθούν μεθοδολογίες και όχι σχέσεις για γενικευμένη χρήση.

show abstract

Accurate tool for express optical efficiency analysis of cylindrical light-tubes with arbitrary aspect ratios

Cited by 15 publications

References 27 publications

Daylight Transport Systems for Buildings at High Latitudes

Daylight Transport Systems for Buildings at High Latitudes

Fixed Fiber Light Guide System with Concave Outlet Concentrators

Smart natural lighting systems

Contact Info

Product

Resources

About