CN103025979A - 热绝缘采光装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一些实施方式提供一种采光设备，该采光设备包括：至少一个玻璃制窗格，能够安装在建筑物外壳的开口中；以及网格状结构，邻近于至少一个玻璃制窗格设置。网格状结构可包括：至少一个隔离部，具有第一面和第二面。所述至少一个隔离部在开口的基本上毗邻的区域内可限定多个空间上隔开的隔室。所述多个空间上隔开的隔室中的每一个可均具有隔室宽度和隔室深度。所述多个空间上隔开的隔室中的每一个可均至少部分地由所述至少一个隔离部的第一面、所述至少一个隔离部的第二面、或者所述至少一个隔离部的第一面和第二面的组合围绕。

Description

热绝缘采光装置和方法
背景
领域
本公开总体上涉及采光（门窗布局，fenestration），并且更特别地涉及提供热绝缘的采光装置和方法。
相关技术的描述
多数建筑物具有至少部分地阻挡来自外部环境的光进入这些建筑物的墙体、天花板和/或屋顶。采光装置和方法可以用于允许一些外部光进入建筑物中。它们还能允许建筑物内的人们观看外部环境并且/或者允许日光基本上照亮建筑物内部。采光装置包括窗户、天窗和其它种类的开口和用于开口的遮蔽物。窗户通常位于建筑物墙体的开口中，而天窗通常位于建筑物屋顶或天花板的开口中。存在许多种类的天窗，例如包括塑料玻璃的天窗、玻璃天窗、采光井和管状日光装置（“TDD”）。采光井和管状日光装置将外部光从屋顶传送至建筑物内部的天花板。
发明内容
这里描述的示例实施方式具有多种特征，这些特征中没有一个特征是不可或缺的或者单独地用于实施方式的期望性质。现在，在不限制权利要求的范围的情况下，简要说明一些实施方式的有利特征中的一些。
一些实施方式提供一种采光设备，该采光设备包括能够安装在建筑物外壳（envelope）的开口中的至少一个玻璃制窗格（窗格玻璃，glazing pane）、以及邻近于所述至少一个玻璃制窗格设置的网格状（棋盘状，tessellated）（例如，空间上限定的（spatially delineated））结构。网格状结构包括具有第一面和第二面的至少一个隔离部。所述至少一个隔离部可以在开口的基本上毗邻的区域内至少部分地限定有多个空间上隔开的隔室。每个隔室内的空间可以完全地或者可以不完全地与其它隔室的空间隔离。隔室可以共享或者可以不共享一个或多个公共壁部。所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均具有隔室宽度和隔室深度。所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均至少部分地由所述至少一个隔离部的第一面、所述至少一个隔离部的第二面、或者所述至少一个隔离部的第一面和第二面的组合所围绕。
在一些实施方式中，所述至少一个隔离部的第一面的光反射率大于或等于大约95%。在一些实施方式中，所述至少一个隔离部的第二面的光反射率大于或等于大约95%。在一些实施方式中，所述至少一个隔离部的第一面和第二面中的每一个的光反射率均可以大于或等于大约99%。所述至少一个隔离部可以包括多个反射膜区段。在一些实施方式中，采光装置可以包括多个隔离部。
网格状结构包括诸如立方体形棱镜蜂窝结构或六棱棱镜蜂窝结构的蜂窝结构或者任何其它合适的结构。
该设备可以包括第二玻璃制窗格。网格状结构可以设置于所述至少一个玻璃制窗格与第二玻璃制窗格之间。在一些实施方式中，采光设备被定位成使得外部光在穿过网格状结构之后穿过第二玻璃制窗格。在一些实施方式中，可见光中的离开所述第二玻璃制窗格的部分大于或等于进入所述采光设备的可见光的大约85%。
所述多个空间上隔开的隔室中的每一个的隔室深度可以大于或等于大于大约0.5英寸。所述多个空间上隔开的隔室中的每一个的隔室宽度可以小于或等于大约2英寸。
建筑物外壳可以包括屋顶、墙壁、和/或其它建筑元件。建筑物外壳中的开口可以包括在屋顶的孔口与建筑物内的一位置之间延伸的内部反射管。
一些实施方式提供一种为建筑物内部提供光的方法。该方法可以包括以下步骤：将至少一个玻璃制窗格定位在建筑物外壳的开口中；以及邻近于所述至少一个玻璃制窗格设置网格状结构。网格状结构可包括具有第一面和第二面的至少一个隔离部。所述至少一个隔离部在所述开口的基本上毗邻的区域内限定多个空间上隔开的隔室，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均具有隔室宽度和隔室深度。所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均至少部分地由所述至少一个隔离部的所述第一面、所述至少一个隔离部的所述第二面、或者所述至少一个隔离部的所述第一面和所述第二面的组合围绕。所述至少一个隔离部的所述第一面的光反射率可以为任何适合的值，例如，诸如大于或等于大约95%。
该方法可以包括提供结合有所述至少一个玻璃制窗格和第二玻璃制窗格的双层玻璃制单元。网格状结构设置于所述至少一个玻璃制窗格与所述第二玻璃制窗格之间。该方法可以包括邻近于或靠近所述网格状结构设置扩散器。将所述扩散器构造成以改变或模糊从所述建筑物内部对所述采光装置的观看的方式使光折射或反射传播通过所述扩散器。
一些实施方式提供一种制造采光设备的方法。该方法可以包括以下步骤：将反射膜分成多个区段，所述多个区段中的每一个均具有区段长度；由所述多个区段至少形成第一膜环、第二膜环、以及第三膜环；将第一心轴插入所述第一膜环中，并且使所述第一心轴扩张直到所述第一环达到期望的形状；将第二心轴插入所述第二膜环中，并且使所述第二心轴扩张直到所述第二环达到期望的形状；在所述第一心轴插入所述第一环中并且所述第二心轴插入所述第二环中的同时，将所述第二环粘附至所述第一环；将所述第一心轴或第三心轴插入第三膜环，并且使该心轴扩张直到所述第三环达到期望的形状；在所述第一心轴或所述第三心轴插入所述第三环中并且所述第二心轴插入所述第二环中的同时，将所述第三环粘附至所述第二环。所述第一环、所述第二环、以及所述第三环可形成组装隔室结构。将附加的环粘附至所述组装隔室结构，直到所述组装隔室结构基本上充满所述采光设备的孔口。在一些实施方式中，所述组装隔室结构可形成蜂窝结构。所述多个区段中的每一个的区段长度大于或等于组装隔室结构中的隔室的周长。
一些实施方式提供制造具有包括多个多边形隔室的网格状结构的采光设备的方法。该方法包括以下步骤：提供第一膜条和第二膜条；以等于所述多边形隔室的边长的增量使所述第一膜条和所述第二膜条形成褶皱；在被选择为形成包括具有期望的多边形形状的各个隔室的组装隔室结构的点处将所述第一膜条与所述第二膜条粘合在一起；以及形成附加的组装隔室结构，直到所述组装隔室结构基本上充满所述采光设备的孔口的全部或一部分。
在一些实施方式中，组装隔室结构可以固定在第一玻璃制窗格与第二玻璃制窗格之间。第一膜条和第二膜条中的至少一个可以包括当相对于CIE光源D65测量时具有大于或等于大约95%的光反射率的材料。
附图说明
附图中以示例性的目的描绘了不同实施方式，并且这些实施方式绝不应当理解为限制本发明的范围。此外，可以将公开的不同实施方式的各种特征组合从而形成另外的实施方式，这些另外的实施方式是本公开的部分。也可以去除或省略任何特征或结构。整个附图中，可以重复使用标号来表示参考元件之间的对应。
图1是双层玻璃（double-glazed）采光装置的部分立体视图。
图2是示出光穿过图1所示的采光装置而传播的示意性光线图。
图3是示出另一种双层玻璃采光装置的示意图。
图4A是未成型的网格状结构隔室的立体视图。
图4B是用于形成网格状结构隔室的设备的示意图。
图4C是示出用于形成网格状结构隔室的设备的操作的示意图。
图4D是示出用于形成网格状结构隔室的设备的操作的示意图。
图5是示出用于形成网格状结构隔室的另一种设备的操作的示意图。
图6是示出用于形成网格状结构隔室的膜的面积与玻璃制孔口的面积之间的比例的实例的图表实例。
图7是结合有热绝缘采光装置的示例性TDD装备的示意图。
图8是热绝缘采光装置的立体视图。
图9是结合有图8所示的热绝缘采光装置的TDD装备的实例示意图。
具体实施方式
尽管这里公开了某些优选实施方式和实例，但是创造性主题超出所特定公开的实施方式中的实例而延伸至其它可替换实施方式和/或应用，并且延伸至对所特定公开的实施方式中的实例所做出的修改和等同物。因此，所附权利要求的范围不由任何以下描述的一些实施方式限制。例如，在这里公开的任何方法或工艺中，方法或工艺的运行或操作可以以任何合适的次序执行而不必由任何公开的特定次序限制。多种操作可以以可能有助于理解一些实施方式的方式进而被描述成多个不连续操作；然而，说明的顺序不应当理解成暗示这些操作是顺序关联的（order dependent）。另外，这里描述的结构、系统和/或装置可以作为整体组件或作为单独组件来实施。为对比多种实施方式，描述了这些实施方式的特定方面和优点。所有这样的方面和优点都不是必要地通过任何一些实施方式而实现。从而，例如，可以以这样的方式执行，在所述方式中，实现或优化了本文教导的一个或一组优点，而不必要实现也在本文中教导或启示的其它方面或优点。
采光产品可以设计成允许建筑物内的人们观看外部环境。这样的产品还可以允许阳光照亮建筑物内部。在一些实施方式中，采光装置位于建筑物天花板或屋顶的开口中。如在这里使用的，以广义和普遍的含义使用术语“采光”、“采光装置”、“采光设备”、“采光方法”和相似术语。例如，采光装置包括天窗、窗户、墙体、面板、块料、门、隔板、轴、孔口、管、其它不完全透明的结构、或者上述结构的组合。
安装在建筑物的屋顶或天花板的开口中的采光装置通常称为天窗，而竖直地安装的或安装在墙体开口中的采光装置通常称为窗户。天窗和窗户可以具有透明的或半透明的玻璃制件（glazing），玻璃制件可以由多种材料制成，所述多种材料诸如塑料、玻璃（glass）、清澈的材料、棱镜材料、半透明材料、其它不完全透明材料、非透明材料的组合、或者一种或多种非透明材料与一种或多种透明材料的组合。管状日光装置和采光井是天窗的实例，它们能将来自建筑物屋顶的光传送至天花板和建筑物内部。
玻璃制件可能受到一种或多种性能限制。例如，太阳到达玻璃制件表面的入射角会由于太阳的运动而在整个白天和全年中变化相当大。阳光的入射角的变化会影响玻璃制件的光学透射特性。透射特性还会根据使用在玻璃制件中的材料的折射指数而变化。
相比用在其余建筑物外壳中的透明建筑物材料，非透明玻璃制件材料趋于具有相对高的导热率和光透射率。至少因为这个原因，采光装置和方法是导致建筑物中的热量损失和热量获取的较大原因。
采光装置可以构造成降低建筑物的热量损失或热量获取。例如，玻璃制件的一个或多个窗格可以包括光谱选择涂层，所述涂层具有低的发射（emissivity）性能，从而降低窗格上的红外辐射的透射。在双层玻璃系统中，内部窗格可以涂覆有光谱选择涂层，从而在寒冷天气中降低从温暖的内部窗格以红外波长发射至外界的能量。低发射性涂层还可以反射进入玻璃制件的阳光，从而在温热月份中降低建筑物的太阳光热量的获取。然而，相对于不具有涂层的玻璃制件，具有低发射性涂层的玻璃制件可以具有较低的可视光透射。
作为另一个实例，将多个窗格玻璃制件的窗格之间的空间填充以惰性气体可以降低传导热损耗，因为惰性气体通常具有比空气低的导热性。这种技术还可以降低对流损耗，因为惰性气体通常比空气重，并且能够抑制气体运动。然而，玻璃制单元难以维持良好的密封来防止这些气体的泄漏。
作为另一个实例，将多个窗格玻璃制件的窗格之间的空间填充以气凝胶来降低热量损耗和热量获取。由于气凝胶中的大量的且非常小的空气囊袋，气凝胶可以降低传导损耗和对流损耗。空气囊袋可以降低导热性，因为静止的空气是良好的热绝缘体。气凝胶通常是半透明的并且可以降低穿过玻璃制件的可视光的透射。
在图1所示实施方式中，双层玻璃采光装置100包括被构造成降低两个玻璃制窗格102、104之间的热能传递的结构106。图1中仅示出了装置100的一部分，从而可以更好地示出细节。装置100的总体尺寸可以选择成部分地填充、基本上填充或完全填充采光器。例如图1所示的立体蜂窝状结构106的网格状结构（tessellated structure）可具有特定的性能，当将这种结构放置在具有不同温度的窗格102、104之间时，其能够抑制热辐射和热对流。如这里所使用的，术语“网格状结构”以广义和普遍的含义被使用。例如网格状结构包括具有砖瓦（tiling）式横截面的结构、总体上细胞状的结构、类似蜂窝的结构、蜂窝结构、棱镜蜂窝结构、六棱（hexagonal，六边形）棱镜蜂窝结构、立方体形棱镜蜂窝结构、不规则蜂窝结构、至少部分地为蜂窝结构的结构、其它多边形结构、上述结构的组合等等。
在一些实施方式中，双层玻璃采光装置100的网格状结构106包括至少部分地由一个或多个壁部112限定的多个隔室（cell）110。长波红外辐射可以以半球样式从双层玻璃采光装置100的窗格104发射，并且能够根据深度h和壁部112之间的距离w而横贯网格状结构106的壁部112。如果壁部112吸收辐射并且具有高发射性，则壁部112可以将辐射能量的至少一部分往回朝着窗格104和朝着网格状结构106的其它壁112而重新辐射。壁部112可以构造成吸收相当量的红外波长的辐射，所述波长包括热量在地表温度下通常发生传递的波长。通过网格状结构106而进行的热能吸收和重新辐射可以减少贯穿其它玻璃制窗格102和辐射至大气的辐射量。在一些实施方式中，网格状结构106的壁部112包括一种材料系统，该材料系统吸收相当量的红外波长的辐射，该材料系统在红外波长上具有高发射性，并且该材料系统在阳光的可视波长上具有高反射率。
在一些实施方式中，双层玻璃采光装置100构造成由于对流而减少窗格102、104之间的热能传递。在窗格102之间的网格状结构106能够减少对流，因为在围绕隔室110的壁部112之间的距离w可以比采光器的孔口小得多。在窗格102之间通过对流的热传递还可能受玻璃制窗格102、104之间的距离h的影响。在一些实施方式中，在玻璃制窗格102、104之间的距离h的增大可能使得通过对流而造成的热量损失减少。采光装置100的Rayleigh（瑞利）数可以至少部分地受网格状结构106中的隔室110的宽度w和隔室的深度h的影响。如本文进一步详细描述的，隔室的宽度w和深度h可以选择成减少、最小化或基本上消除在底部玻璃制窗格104与顶部玻璃制窗格102之间的空气运动。当底部窗格104比顶部窗格102热时，减少空气从底部窗格104至顶部窗格102的运动能够减小通过采光器的热量损耗。
采光装置100的网格状结构106可以由任何合适的材料系统构造而成。材料系统的至少一部分可以至少在可视范围内是基本上透明的、可以至少在可视范围内基本上是反射性的、或者可以是部分地透明的以及部分地反射性的。网格状结构106可以允许可视光在玻璃制窗格102、104之间传播。在窗格102、104之间的光传递效率可以取决于材料系统的透射特性或反射特性、网格状结构106的尺寸和几何、以及光相对于装置100的光学元件进入装置100的入射角。
在一些实施方式中，网格状结构106的壁部112是基本上竖直的，并且结构106内的多对壁部112是基本上平行的。结构106可以被设置于两个基本上水平的玻璃制窗格102、104之间。可以通过使用任何合适的技术将壁部112形成为基本上是反射性的。例如，壁部112可以由反射膜构造成。膜可以形成多个封闭隔室110，类似于蜂窝。其它多种变型也是可能的。例如，壁部112可以由反射膜或涂层覆盖，或者可以由诸如刚性发射材料的刚性材料构造成。隔室110可以具有任何合适的几何形状，包括方形、六边形、三角形、圆形、其它多边形、具有弯曲或不规则边的形状、或者上述几何形状的组合。在一些实施方式中，可以选择网格状结构106的材料系统、隔室深度h、隔室宽度w、以及隔室的几何形状，从而降低窗格102、104之间的热传递。
在一些实施方式中，网格状结构106的隔室110至少部分地由能够从明尼苏达州梅普尔伍德的3M Company购得的DF2000MA DaylightingFilm构造成。DF2000MA Daylighting Film具有对可视光波长的大于99%的反射率，并且小于10%的长波红外反射率（在1,000nm到3,000nm之间）。此外，DF2000MA膜的发射率大于0.90、导热率大约为1.5BTU/hr-ft2-°F/inch，并且厚度小于或等于0.0027英寸。示例性地，隔室壁部的厚度可以基本上小于采光装置中的玻璃制件层的厚度，并且/或者基本上小于隔室的宽度。
隔室110可以由多种其它膜或材料构造成。在一些实施方式中，用以形成或覆盖隔室110的壁部112的膜或材料可以是高度反射性的。例如，膜的光反射比大于或等于大约95%、大于或等于大约98%、或者大于或等于大约99%。可以选择膜或材料，从而降低辐射损失。例如，膜或者材料可以构造成吸收和发射相当一部分（或基本上全部）的长波红外辐射。隔室110可以由涂层材料、刚性材料、柔性材料、其它材料、或上述材料的组合构造成。隔室110的形状和尺寸可以构造成降低由于对流导致的热传递。通过降低、最小化、或基本上消除对流，隔室110的形状可以对采光装置100的热绝缘能力具有很大影响。
例如，创造计算机模型来模拟由于在双层玻璃采光装置中的对流和传导而导致的热损失，其中该双层玻璃采光装置具有设置于上玻璃制窗格与下玻璃制窗格之间的蜂窝结构。模拟了具有不同尺寸和几何构造的蜂窝结构。该模型还模拟了不具有蜂窝结构的相同双层玻璃采光装置的热损失。测试条件包括在装置上施加70°F的温度差。底窗格暴露于70°F的恒定空气温度，并且顶窗格暴露于0°F并且其表面上的风速为12.3mph。两个窗格均处于水平面（例如平行于地面）中。模拟的结果在表1中示出。表1
Figure BDA00002763092900101
表1中的结果显示，当在玻璃制窗格之间设置有诸如蜂窝结构的合适的网格状结构时，由于对流导致的热传递速度出现明显的减小。在一些实施方式中，该热传递速度的减小可以大于或等于大约25%、大于或等于35%、大于或等于40%、大于或等于50%、或者大于或等于60%。模拟评估了由于传导和对流而导致的热能传递速度；然而，由于辐射导致的热能传递还根据玻璃制窗格之间的网格状结构的构造而不同。模拟的蜂窝结构由厚度为0.010″并且热导率比空气的热导率大7.5倍的膜构造成。因此，当将不具有蜂窝结构的构造的热损失与具有蜂窝结构的构造的热损失相比时，在具有蜂窝结构的构造中由于传导导致的损失更大。这表明，包括蜂窝结构的构造中的热传递速度的显著降低可能是因为由于对流而导致的热传递的很大降低而导致的。
可以选择网格状结构的隔室尺寸来降低或最小化采光装置上的热传递速度。例如，如果网格状结构式是具有基本上方形隔室构造的蜂窝，表1的结果显示，可以通过减小隔室尺寸、通过增大隔室深度、或者通过减小隔室尺寸并且增大隔室深度来改善对流损失性能。但是，通过选择合适的隔室宽度，在窗格之间具有不同距离的采光装置构造可以设计成具有相似的对流损失性能。例如，如果两个双层玻璃装置的窗格间隔分别为1″和1.5″，并且如果最小U因数要求为0.33，那么对于具有1″的窗格间隔的构造来说，蜂窝结构可以具有宽度为0.5″的方形隔室。窗格间隔为1.5″的构造的对流损失性能与宽度为1″的方形隔室的蜂窝结构相似。在一些实施方式中，可以修改具有不同数量的窗格间隔的多层窗格玻璃制单元，从而在不修改任何玻璃制单元的窗格之间的间隔的情况下实现相同的热需求。
可以选择网格状结构中隔室的几何形状或拓扑（topology）来降低或最小化采光装置上的热传递的速度。例如，表1的结果显示，在一些实施方式中，将隔室的拓扑由方形变成六边形并且保持相同的隔室面积可导致U因数性能的微不足道的改变。将隔室拓扑变成三角形且同时保持相同隔室面积降低了对流损失性能。与具有方形或六边形隔室的网格状结构相比，具有三角形隔室的网格状结构在单位孔口面积上需要更多壁部材料。
由具有高可视反射率的材料构造网格状结构的隔室可以提高对流损失性能，而基本不减少通过网格状结构的可视光透射率。例如，如果隔室由具有高可视反射率的膜制成，隔室可以构造成具有高隔室深度与隔室面积的比（例如，至少大约2.0、或者至少大约2.5、或者至少大约7.5等），并且在较宽的入射角度的范围上具有微不足道的光损失。在图2所示的实施方式中，网格状结构106包括隔室110，该隔室具有由高可视反射率材料制成的壁部112。以在顶窗格102处以60°的入射角度θA进入装置100的光线A穿过窗格102传播，并且在通过底窗格104且从装置100的相对侧传播出去之前在网格状结构106的壁部112上反射三次。以在顶窗格102处以30°的入射角度θB进入装置100的光线B穿过窗格102传播，并且在通过底窗格104且从装置100的相对侧传播出去之前在网格状结构106的壁部112上反射一次。在一些实施方式中，当壁部112具有高反射性时，对于两条光线A、B来说，在顶窗格102上入射的可视光中的离开装置100的底窗格104的部分基本上相同。
表2所示的数据提供了具有蜂窝结构（其具有六边形隔室）的两种采光装置的光传递效率。使用反射率为99%的反射材料模拟了具有两种不同隔室深度的构造。在模拟中，隔室宽度为0.42″，隔室边长为0.28″，并且隔室面积为0.20平方英寸。
表2
Figure BDA00002763092900121
在图3所示实施方式中，采光装置200具有网格状结构206，该网格状结构具有在可视范围内部分地、基本上地、或几近完全地透明的或半透明的壁部212。网格状结构206设置于透明窗格202、204之间。在所示实施方式中，在装置200的顶窗格202处入射的光C中的离开底窗格204的部分可以基本上小于光中的会离开图2所示的装置100的底窗格104的部分。光中的离开装置的部分的差异可以由当光C穿过透明壁部212而传播时发生的表面反射、吸收和散射导致。当与具有网格状结构106（该网格状结构具有高反射壁部112）的采光装置100相比，在光C穿过网格状结构206中的多层透明材料而传播时发生的光损失可以导致减小的或消除的热绝缘优点。
具有透明或半透明的壁部212的网格状构造可以通过红外波长的辐射或通过减少对流而抑制来自玻璃制件或日光采集器的热损失。在这样的构造中，光穿过网格状结构206的壁部212透射。当光以大入射角在这样的构造上入射时，与可见光中的离开具有高反射性壁部112的网格状结构106的部分相比，可见光中的离开网格状结构206的部分减少了。
为了减少在这种构造中的可见光的损失，一些实施方式包括吸收相对较少部分的可见光的透明侧壁212。例如，高透射性侧壁212的光透射率大于或等于大约97%、大于或等于大约99%、或者接近100%。为了获得高透射率，侧壁212的至少一部分可以是非常薄的（例如，小于或等于大约3mm、小于或等于大约1mm、小于或等于大约600μm、或者小于或等于300μm），可以包括至少一种高强度材料，可以由高度透明材料构造成，可以制造成没有吸收性材料或者杂质，或者可以包括透射加强型特征的组合。在一些实施方式中，侧壁212包括抗反射性涂层、膜或层，所述抗反射性涂层、膜或层构造成基本上减少或消除在侧壁212与周围介质（或媒介）之间的一个或多个界面处的光反射率。如本文所使用的，光透射率和光反射率可以通过诸如CIE光源D65的标准日光光源来测量。
在一些实施方式中，采光装置具有设置于两个隔开的透明玻璃制窗格之间的网格状结构，其中，玻璃制窗格之间的距离大于或等于大约半英寸。这样的采光装置可以使用在传统天窗、管状日光装置、窗户中，或者与任何期望高可见透射率和低热损失的产品一起使用。采光装置可以减少在产品的热侧和冷侧之间的对流损失。从而，在一年中的冷或热的时期，该装置可以是有益的。
在一些实施方式中，如本文所描述的网格状结构被结合到太阳热平板（solar thermal flat plate）和集中收集器中。蜂窝可以设置于热量收集板与平板上的外玻璃制件之间。集中收集器可以通过折射或反射光学装置将光聚集在更小的热收集管或板上。在一些实施方式中，可以将网格状结构置于热收集接收器与透明盖之间。该接收器的后侧或非光学部分可以被覆盖有不透明绝缘材料以减少热损失。
一些实施方式提供制造如本文所描述的网格状结构。在一些实施方式中，网格状机构利用薄反射膜构造成。膜可以制造成连续的幅片（web）并且被卷到芯部上。幅片可以分成宽度等于蜂窝的深度的条。可以在膜的一侧涂覆或施加粘合剂或其它粘结材料。膜的条可以被切割成长度大于或等于网格状结构的隔室中的一个或多个隔室的周长的区段。区段的长度可以略微大于隔室的周长，从而可以使用区段的一些长度来形成交叠粘结部。
条区段的一个端部可以粘合至条区段的相对端部，从而形成具有面向内部的反射侧部302和面向外部的粘性侧部304的膜环300，如图4A所示。可扩张心轴310可以插入膜环300中并且扩张，从而使得膜环遵循期望的隔室形状。可扩张心轴310可以包括当插入环300中时在一起的两个或多个叶片（paddle），如图4B所示。可以使用多个可扩张心轴，所述多个可扩张心轴构造成使得膜环遵循网格状结构中的隔室的形状。如图4C所示，第一可扩张心轴310a可以用于使膜环300a成型，而第二可扩张心轴310b暂时保持在先前成型的环300b内，从而提供支撑以用于将膜环300a粘结至先前成型的环300b。如图4D所示，通过使新成型的环300a靠在其它成型的环300b、300c（它们由第二心轴310b支撑），新成型的环300a可以匹配于先前成型的环300b、300c。当成型的环被按压在一起时，这些成型的环的粘结侧304彼此结合在一起。可以重复这个过程，直至实现了期望的网格状结构构造。
在图5所示实施方式中，在不使用粘结剂的情况下，网格状结构由膜400a、400b的卷制成。膜402a、402b的条可以通过一系列轧辊（nip roller）被拉出，所述一系列轧辊构造成使膜402a、402b以等于隔室侧壁（六边形、方形等）的长度的增量形成折痕或褶皱。形成有折痕或褶皱的膜402a、402b可以继续穿过另一组轧辊406a、406b，该组轧辊构造成通过热焊接、溶剂粘合、或者机械紧固而在被选择为形成具有期望形状的各个隔室的点处将膜402a、402b的条粘合。例如，粘合辊406a、406b可以包括尖头端408a、408b，这两个尖头端被加热至一个温度，该温度导致膜402a、402b的条熔接在一起。粘合辊406a、406b可以输出一组组装好的膜隔室410。可以通过重复该过程来制造多个组装好的膜隔室组410，直到制造了形成网格状结构的足够的隔室。
在一些实施方式中，通过使用如图4A-4D所示的心轴工艺形成的网格状结构比通过使用图5所示的折痕轧辊工艺形成的网格状结构刚性更大。在一些实施方式中，心轴工艺制造网格状结构所使用的膜材料大约是折痕轧辊工艺所使用的膜材料的两倍。图6所示的图示出了所使用的膜的面积相比于由网格状结构填充的玻璃制孔口的面积之间的关系。例如，提供了具有隔室宽度为0.5″、1.0″或1.5″以及隔室深度为0.5″、1.0″、1.5″或2.0″的隔室构造的面积比。图表以实例示出了膜面积与孔口面积的比（比例，比率，ratio），在该实例中，使用图4A-4D所示的心轴工艺来制备组装的隔室结构。在一些实施方式中，隔室深度与隔室宽度的比例为至少大约1.0或者更大，例如为至少大约1.5或者为至少大约为2.0。在一些实施方式中，例如当使用图5所示的折痕轧辊工艺时，每个比例都可以是基本上较低的，导致比例范围为以上提供的比例的大约一半。
在一些实施方式中，具有网格状结构的采光装置被结合到管状日光装置中。TDD构造成将来自于建筑物屋顶的阳光通过管传送到建筑物内部，该管在管内部上具有反射表面。TDD有时也被称为“管状天窗”。TDD装置包括被安装在建筑物的屋顶上的或其它合适位置中的透明盖。在管内部上具有反射表面的管在盖与被安装在管的基部处的扩散器（diffuser）之间延伸。透明盖可以是圆顶状的或者可以具有其它合适的形状，并且可以构造成捕获阳光。在一些实施方式中，盖防止环境的湿气和其它物质进入管中。扩散器将来自管的光扩散到扩散器所安装的房间或区域中。
盖可以允许例如日光的外部光进入管中。在一些实施方式中，盖包括光收集系统，光收集系统构造成加强或增加进入管中的日光。在一些实施方式中，TDD包括光混合系统。例如，光混合系统可以定位在管中或者与管形成整体，并且光混合系统构造成在扩散器的方向上传递光。扩散器构造成使光穿过建筑物内的房间或区域而分布或分散。可使用不同的扩散器设计。可以在TDD中安装辅助照明系统，从而在可获得的日光的量不足以提供期望的内部照明水平时，将来自管的光提供至目标区域。
穿过管反射的光的方向可以被不同的光传播因素影响。光传播因素包括光进入TDD的角度，这有时被称为“入射角”。除了其它方面之外，入射角还可以被太阳高度角、透明盖的光学元件、以及盖相对于地面的角度所影响。其它光传播因素包括管侧壁的一个或多个部分的倾斜度以及侧壁内反射表面的镜面反射性。一天当中的光传播因素的大量可能的组合可能导致光以宽广的且连续变化的角度范围离开TDD。
图7示出了安装在建筑物16中的TDD10的实例的剖视图，该TDD用于和自然光一起为建筑物16的内部房间12提供照明。TDD10包括安装在建筑物16的屋顶18上的允许自然光进入管24中的透明盖20。可以使用遮雨板（flashing）将盖20安装至屋顶18。遮雨板可以包括凸缘22a、以及围边（curb）22b，所述凸缘附接至屋顶18，所述围边从凸缘22a处向上突起并且角度形成为适合于屋顶18的斜面以与盖20接合并且将盖保持在基本上竖直向上的定向上。也可采用其它定向。
管24可以连接至遮雨板22并且可以从屋顶18延伸通过内部房间12的天花板15。管24可以将进入管24的光LD向下引导至光扩散器26，该光扩散器使光分散在房间12中。管24的内部表面可以是反射性的。在一些实施方式中，管24具有至少一个具有基本上平行侧壁（例如，基本上圆柱形的表面）的部分。如所描述的，管24可以包括多个成角度的部分，这些成角度的部分以在相邻部分之间形成角度的方式连接。也可以采用多种其它管的形状和构造。管24可以由金属、纤维、塑料、刚性材料、合金、其它适当材料、或材料的组合制成。例如，管24的主体可以由1150型铝合金构造成。可以选择管24的形状、位置、构造和材料，从而使得进入管24的日光LD或其它种类的光中的传播进入房间12的一部分增大或最大化。
管24可以在光扩散器26处终止或者在功能上与其耦合。光扩散器26可以包括一种或多种装置，所述一种或多种装置以一种合适的方式在比不具有扩散器26或其装置的情况下的区域更大的区域上传播或散射光。在一些实施方式中，扩散器26允许大多数或者基本全部可见光沿着管24向下传输并传播进入房间12中。扩散器可以包括一个或多个透镜、磨砂玻璃、全息扩散器、其它扩散材料、或材料的组合。可以使用任何合适的连接技术将扩散器26连接至管24。例如，密封圈28可以以围绕的方式与管24接合并且连接至光扩散器26，从而将扩散器26支撑在管24的端部上。在一些实施方式中，扩散器26位于与天花板15基本上相同的平面中、基本上与天花板的平面平行、或者靠近天花板15的平面。
在一些实施方式中，扩散器26的直径基本上等于管24的直径、略微大于管24的直径、略微小于管24的直径、或者基本上大于管24的直径。扩散器26可以使入射在扩散器上的光朝着在扩散器之下的下表面（例如地板11）散布，并且在一些房间构造中，朝着房间12的上表面（例如至少一个壁部13或天花板15）散布。扩散器26可以传播光，例如使得来自于至少大约1平方英尺和/或少于或等于大约4平方英尺的扩散器面积的光在通常的房间构造中可以分布到至少大约60平方英尺/或少于或等于大约200平方英尺的地板和/或壁部面积上。
在图7所示实施方式中，TDD10包括构造成降低在TDD10内部与房间12之间的热能传递速度的采光装置30。在所示实施方式中，采光装置30设置于扩散器26与管24内部之间并且与扩散器26相邻。采光装置30可以设置于任何其它合适位置，诸如靠近管24的顶部、靠近屋顶18的高度处、靠近天花板15的高度处、或者靠近圆顶20的高度处。在一些实施方式中，采光装置30可以被放置在与建筑物中的绝缘层相同的高度处。例如，在一建筑物（其中绝缘层14位于天花板15的正上方）中，采光装置30可以设置于绝缘层14的高度处或者靠近绝缘层14的高度处，从而提供基本上毗邻的绝缘层。TDD10还可以具有设置于多个位置的组合处的采光装置。可以选择采光装置30的位置，从而形成任何期望的热能传递特性。
采光装置30可以具有网格状结构，如图8所示。所示的网格状结构包括具有反射侧壁34的六边形隔室32。围绕网格状结构的环36可以允许采光装置30在管24的一个端部处固定在TDD10的管24内、或者允许采光装置30固定在其它类型的采光孔口中。采光装置30可以具有设置于网格状结构一侧上的整体式玻璃制窗格38b，或者具有设置网格状结构两侧上的玻璃制窗格38a、38b。在一些实施方式中，仅具有单个玻璃制窗格38b的采光装置30被构造成安装在开口中，使得不具有窗格的一侧邻近于基本上平坦的透明表面（诸如扩散器）。在其它实施方式中，采光装置30不具有整体式玻璃制窗格，而是构造成设置在多窗格玻璃制单元的窗格之间的空间中。
在图9所示的实施方式中，图8中所示的采光装置30安装在TDD10中且位于在扩散器26的正上方。所示扩散器26包括多个透镜元件，当从房间内的观察者的位置看去时，这些透镜元件可以至少部分地影响采光装置30的外观。扩散器26可以构造成以改变或模糊对采光装置30的观看（view）的方式来折射或反射传播通过扩散器的光。在这种方式中，扩散器26可以用于提高采光装置30的审美外观。在一些实施方式中，当采光装置30安装在建筑物外壳的开口中时，采光装置定向成水平的。
本文公开的多种实施方式的讨论基本上遵循附图所示的实施方式。然而，应当考虑的是，本文讨论的特定特征、结构、或者任何实施方式的特性可以以任何合适的方式组合成一个或多个未明确地阐述或说明的单独实施方式中。例如，应当理解的是，采光装置可以不包括玻璃制窗格、可以包括一个玻璃制窗格、或者可以包括多于一个玻璃制窗格。采光装置还可以包括光学元件、反射表面、扩散表面、吸收表面、折射表面和除了本文公开的特征之外的其它特征。在很多情况下，描述成或者示出为一体的或毗邻的结构可以是隔开的多个结构，同时仍执行所述一体结构的功能。在很多情况下，描述成或示出为隔开的多个结构可以结合或组合，同时仍执行所述隔开的多个结构的功能。应当进一步理解的是，本文公开的网格状结构可以用于至少一些日光照明系统、采光装置、和/或除了TDD以外的其它照明设备中。
应当认识到的是，为了便于描述本公开以及有助于理解一个或多个不同发明方面，有时在单个实施方式、图片或它们的描述中将实施方式、多个特征的上述描述组合在一起。然而，这种公开的方法不应当理解为反映这样一种意图，即，任何权利要求需要的特征比在权利要求中明确叙述的特征更多。此外，本文在一特定实施方式中阐述的和/或描述的组件、特征或步骤可以应用于任何其它实施方式中或者与任何其它实施方式一起使用。因此，这意味着，本文公开的本发明的范围不应当被上述的一些实施方式所限制，而是应当仅仅通过公平解读权利要求而确定。

Claims (20)

1.一种采光设备，包括：
至少一个玻璃制窗格，能够安装在建筑物外壳的开口中；以及
网格状结构，邻近于所述至少一个玻璃制窗格设置，所述网格状结构包括：
至少一个隔离部，具有第一面和第二面，所述至少一个隔离部在所述开口的基本上毗邻的区域内限定多个空间上隔开的隔室，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均具有隔室宽度和隔室深度；
其中，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均至少部分地由所述至少一个隔离部的所述第一面、所述至少一个隔离部的所述第二面、或者所述至少一个隔离部的所述第一面和所述第二面的组合围绕；并且
其中，当相对于CIE光源D65测量时，所述至少一个隔离部的所述第一面的光反射率大于或等于大约95%。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，当相对于CIE光源D65测量时，所述至少一个隔离部的所述第二面的光反射率大于或等于大约95%。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，当相对于CIE光源D65测量时，所述至少一个隔离部的所述第一面和所述第二面中的每一个的光反射率大于或等于大约99%。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个隔离部包括多个反射膜区段。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述网格状结构包括蜂窝结构。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述网格状结构包括立方体形棱镜蜂窝结构或六棱棱镜蜂窝结构。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括第二玻璃制窗格，其中，所述网格状结构设置于所述至少一个玻璃制窗格与所述第二玻璃制窗格之间。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述采光设备被定位成使得外部光在穿过所述网格状结构之后穿过所述第二玻璃制窗格，并且其中，可见光中的离开所述第二玻璃制窗格的部分大于或等于进入所述采光设备的可见光的大约85%。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个的所述隔室深度均大于或等于大约0.5英寸。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个的所述隔室宽度均小于或等于大约2英寸。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述建筑物外壳包括屋顶，并且其中，所述开口包括内部反射管，所述管在所述屋顶中的孔口与建筑物内部的位置之间延伸。
12.一种为建筑物内部提供光的方法，所述方法包括以下步骤：
将至少一个玻璃制窗格定位在建筑物外壳的开口中；以及
邻近于所述至少一个玻璃制窗格设置网格状结构，所述网格状结构包括：
至少一个隔离部，具有第一面和第二面，所述至少一个隔离部在所述开口的基本上毗邻的区域内限定多个空间上隔开的隔室，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均具有隔室宽度和隔室深度；
其中，所述多个空间上隔开的隔室中的每一个均至少部分地由所述至少一个隔离部的所述第一面、所述至少一个隔离部的所述第二面、或者所述至少一个隔离部的所述第一面和所述第二面的组合围绕；并且
其中，当相对于CIE光源D65测量时，所述至少一个隔离部的所述第一面的光反射率大于或等于大约95%。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括提供结合有所述至少一个玻璃制窗格和第二玻璃制窗格的双层玻璃制单元，其中，所述网格状结构设置于所述至少一个玻璃制窗格与所述第二玻璃制窗格之间。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括邻近于所述网格状结构设置扩散器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述扩散器构造成以改变或模糊从所述建筑物内部对所述采光装置的观看的方式使光折射或反射传播通过所述扩散器。
16.一种制造采光设备的方法，所述方法包括以下步骤：
将反射膜分成多个区段，所述多个区段中的每一个均具有区段长度；
由所述多个区段至少形成第一膜环、第二膜环、以及第三膜环；
将第一心轴插入所述第一膜环中，并且使所述第一心轴扩张直到所述第一环达到期望的形状；
将第二心轴插入所述第二膜环中，并且使所述第二心轴扩张直到所述第二环达到期望的形状；
在所述第一心轴插入所述第一环中并且所述第二心轴插入所述第二环中的同时，将所述第二环粘附至所述第一环；
将所述第一心轴或第三心轴插入所述第三膜环，并且使该心轴扩张直到所述第三环达到期望的形状；
在所述第一心轴或所述第三心轴插入所述第三环中并且所述第二心轴插入所述第二环中的同时，将所述第三环粘附至所述第二环，所述第一环、所述第二环、以及所述第三环包括组装隔室结构；以及
将附加的环粘附至所述组装隔室结构，直到所述组装隔室结构基本上充满所述采光设备的孔口；
其中，所述组装隔室结构包括蜂窝结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多个区段中的每一个的所述区段长度大于或等于所述组装隔室结构中的隔室的周长。
18.一种制造具有包括多个多边形隔室的网格状结构的采光设备的方法，所述方法包括以下步骤：
提供第一膜条和第二膜条；
以等于所述多边形隔室的边长的增量使所述第一膜条和所述第二膜条形成褶皱；
在被选择为形成包括具有期望的多边形形状的各个隔室的组装隔室结构的点处将所述第一膜条与所述第二膜条粘合在一起；以及
形成附加的组装隔室结构，直到所述组装隔室结构基本上充满所述采光设备的孔口。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将所述组装隔室结构固定在第一玻璃制窗格与第二玻璃制窗格之间。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一膜条和所述第二膜条中的至少一个包括当相对于CIE光源D65测量时具有大于或等于大约95%的光反射率的材料。
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