自然光照明系統與LED人造光源之結合應用分析｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	張政民 Cheng-Ming Chang
論文名稱：	自然光照明系統與LED人造光源之結合應用分析 Analysis of the Natural Light Guiding Illumination System and LED Artificial Light Sources Combination
指導教授：	黃忠偉 Allen Jong-Woei Whang
口試委員:	張永福 Yong-fu Chang 陳怡永 Yi-Yung Chen 溫照華 Chao-Hua Wen
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電子工程系 Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	84
中文關鍵詞：	自然光照明系統、人造光源裝置
外文關鍵詞：	Natural Light Illumination System, LED Light fixture
相關次數：	點閱：185 下載：6
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節能減碳的環保意識日漸抬頭，開發使用替代能源如太陽能、氫能、風能、水能…等已成為地球公民的共同責任。在諸多應用這些替代能源系統中，本實驗室以太陽能為目標，研究開發之自然導光系統Natural Light Illumination System「NLIS®」，收集自然光直接到室內進行照明應用，它可以節省80％的傳統照明所使用的能源。此方式是利用白天太陽光充足時，直接引導陽光進入室內做照明應用，可大大節省白天需要的耗能，如此一來便可達到節能減碳之目的。但由於運用此系統需白天太陽光充足的特性，於是當太陽的照度無法滿足系統的需求時，對於室內便有著照明不足的隱憂。LED有著節能，壽命長的優勢，非常適合做為補償光源的使用。此篇論文便是利用LED低碳節能的特性結合自然光照明系統提供最適合環保的照明系統設計。為了瞭解兩種系統結合情況，在此篇論文中我設計LED照明裝置，搭配本實驗室所研發設計之自然光照明系統，分析其在日照下室內的照度變化並利用光學模擬軟體優化兩種光源結合之基準，本次研究可說自然光系統與人造光源的搭配確實有達到預期的設計需求。應用自然光系統將戶外自然光導入室內後結合人照光源，其研究結果可做為日後優化兩種光源結合之基準，同時亦可做為日後將此結合系統推展至其他應用如隧道，人行地下道，地下室，植物工廠等時的參考依據

The environment awareness including energy-saving and carbon dioxide reduction has become the trend. Therefore, it is a responsibility for global citizen to develop and to deploy green energy such as solar energy, H2 energy, wide energy, water energy etc. on a much wider scale. The PSSDL focuses on utilizing sunlight as an alternative energy resource. The system, known as the Natural Light Illumination System「NLIS®」, can guide sunlight into buildings for illumination that is expected to save 80% illumination electricity compared with the traditional lighting fixtures; however, the weakness of the system appears when there is no sufficient sunlight. LED has energy-saving and long-life advantages. In this paper, I combined LED lighting fixtures with 「NLIS®」 and used optical simulation tools to analyze the correlation between the factors in an attempt to optimize the combination of the two lighting systems. The results meet our expectation although there are rooms for improvement. I hope the results will serve as basic study data if we plan to implement the combinative system in various environments such as in tunnels, underground passages, basements and plant factories.

論文摘要	I
ABSTRACT	II
誌    謝	III
目    錄	IV
圖表索引	VIII
第一章 緒論	1
        1.1 研究背景	1
        1.2 研究動機	2
        1.3 論文大綱	3
第二章 光學基礎理論	5
        2.1幾何光學原理	5
2.1.1司乃爾定律 (Snell’s Law)	5
2.1.2全反射 (Total internal reflection)	6
        2.2  Fresnel equation 與Edge-ray principle	7
        2.3集光比	9
        2.4光展量定理	10
        2.5光度學與輻射度學	12
        2.4基本照明單位量	14
2.4.1光通量(Luminous Flux, F )	14
2.4.2光強度(Luminous Intensity, I )	15
2.4.3輝度或亮度(luminance or brightness, B )	15
2.4.4照度 (Illuminance, E)	16
2.4.5 配光均勻度(Uniformity)	16
2.4.6 反射比及反射率(reflectance and reflection factor)	17
        2.5光纖材料特性	18
2.5.1 全反射現象與光纖構造	18
2.5.2 光纖數值孔徑	19
2.5.3 光纖傳遞能量的損失	21
2.5.4 光纖材料與耐熱	23
        2.6 LED結構與原理	24
2.6.1 LED特性	24
2.6.2  LED結構	25
2.6.3  LED製程簡述	27
2.6.4  LED發光原理	28
2.6.5. 白光LED	30
2.6.6  RGB LED 混光	31
2.6.7  藍光LED加黃色螢光粉	32
2.6.8  LED之操作與控制	33
第三章 自然光照明系統&reg; 與LED光源	35
        3.1自然光照明系統應用	35
3.1.1 導光磚(Light Brick)自然光照明系統	36
3.1.2 集光，傳光，放光子系統	37
        3.2 導光磚(Light Brick)模組效率分析	41
        3.3 LED光源構造與特性	45
3.3.1  光:光學設計	47
3.3.2  熱:散熱設計	48
3.3.3  機:外型機構設計	49
3.3.4  電:控制電源設計	49
        3.4 LED光源效率分析	50
        3.5 自然光照明系統結合LED光源	53
第四章 模擬結果分析與討論	55
        4.1室內照明準則	55
        4.2 模擬設計參數定義	57
        4.3 模擬結果	59
        4.4 實際量測結果	62
        4.5 分析比較模擬與實際量測數據	64
        4.6 結果分析	67
第五章 結論與未來展望	69
        5.1 結論	69
        5.2 未來展望	69
參考文獻	71

                                

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