Tabung cahaya

Tabung cahaya atau pipa cahaya adalah struktur fisik yang digunakan untuk mengirimkan atau menyalurkan cahaya alami atau buatan untuk tujuan penerangan, dan merupakan contoh dari tabung pandu gelombang optik. Dalam aplikasinya untuk pencahayaan alami, mereka juga sering disebut perangkat tabung pencahayaan, pipa matahari , jangkauan matahari , atau pipa cahaya siang. Pipa cahaya dapat dibagi menjadi dua kategori besar: struktur berongga yang berisi cahaya dengan lapisan reflektif, dan padatan transparan yang mengandung cahaya dari refleksi internal total. Prinsip-prinsip yang mengatur aliran cahaya melalui perangkat ini adalah dari optik non pencitraan.^[1]

Pada umumnya, pipa cahaya atau tabung cahaya dapat merujuk kepada:

• sebuah tabung atau pipa untuk transportasi cahaya ke tempat lain, meminimalkan hilangnya cahaya;
• sebuah tabung atau pipa transparan untuk distribusi cahaya melalui panjangnya, baik untuk distribusi yang merata sepanjang tabung atau pipanya (lihat juga lampu belerang) atau untuk kebocoran cahaya terkendali.

Keduanya memiliki tujuan pencahayaan, misalnya dalam arsitektur.

Pipa cahaya inframerah yang dirancang khusus pabrik, gelombang pandu berongga, dan homogenizer bukan merupakan hal sepele. Hal ini karena tabung dilapisi dengan lapisan reflektif inframerah yang sangat halus dari Laser Emas, yang dapat diaplikasikan cukup tebal untuk memungkinkan tabung-tabung ini untuk digunakan dalam atmosfer yang sangat korosif. Laser Hitam dapat diaplikasikan untuk bagian-bagian tertentu dari pipa cahaya untuk menyerap cahaya inframerah (lihat fotonika). Hal ini dilakukan untuk membatasi cahaya inframerah hanya ke daerah-daerah tertentu pipa.

Sementara sebagian besar pipa cahaya dihasilkan dengan penampang bulat, pipa cahaya tidak terbatas pada bentuk ini saja. Penampang persegi dan heksagonal digunakan dalam aplikasi khusus. Pipa heksagonal cenderung menghasilkan jenis cahaya inframerah yang paling homogen. Pipa-pipa ini tidak harus lurus. Lengkungan di pipa memiliki sedikit efek pada efisiensi.

Juga dikenal sebagai "kaca atap berbentuk tabung" atau "perangkat pencahayaan alami berbentuk tabung", ini merupakan jenis tabung cahaya yang tertua dan paling meluas digunakan untuk pencahayaan alami. Konsep ini pada awalnya dikembangkan oleh orang Mesir kuno. Sistem reflektor komersial pertama yang dipatenkan dan dipasarkan pada tahun 1850-an oleh Paul Emile Chappuis di London, memanfaatkan berbagai bentuk desain cermin miring. Reflektor Chappuis Ltd diproduksi terus menerus sampai pabrik itu hancur pada tahun 1943.^[2] Konsep tersebut ditemukan kembali dan dipatenkan pada tahun 1986 oleh Solatube International of Australia.^[3] Sistem ini telah dipasarkan untuk penggunan perumahan dan komersial yang luas. Produk-produk pencahayaan alami lainnya di pasarkan dengan berbagai nama generik, seperti "SunScope", "pipa solar", "pipa cahaya", "tabung cahaya", dan "kaca atap berbentuk tabung".

Tabung yang dilapisi dengan material yang sangat reflektif mengarahkan sinar cahaya di seluruh sebuah bangunan, mulai dari titik masuk yang terletak pada atapnya atau salah satu dinding luarnya. Tabung cahaya tidak dimaksudkan untuk pencitraan (berbeda dengan periskop misalnya), sehingga distorsi gambar tidak menimbulkan masalah dan dalam banyak hal dianjurkan karena pengurangan cahaya "terarah".

Titik masuk biasanya terdiri dari sebuah kubah (kupola), yang berfungsi mengumpulkan dan memantulkan sebanyak mungkin cahaya matahari ke dalam tabung. Banyak unit juga memiliki "kolektor", "reflektor" terarah atau bahkan perangkat lensa Fresnel yang membantu mengumpulkan cahaya terarah tambahan ke dalam tabung.

Pengaturan di mana panel akrilik potongan laser diatur untuk mengalihkan cahaya matahari ke dalam pipa becermin yang berorientasi secara horizontal atau vertikal, digabungkan dengan dengan sistem penyebaran cahaya dengan susunan segitiga panel potongan laser yang menyebarkan cahaya ke dalam ruangan, dikembangkan di Universitas Teknologi Queensland di Brisbane.^[4] Pada tahun 2003, Veronica Garcia Hansen, Ken Yeang, dan Ian Edmonds dianugerahi Far East Economic Review Innovation Award berupa perunggu untuk pengembangan ini.^[5][6]

Transmisi cahaya memiliki efisiensi paling besar jika tabungnya pendek dan lurus. Dalam tabung yang lebih panjang, miring, atau fleksibel, sebagian intensitas cahaya hilang. Untuk meminimalkan kehilangan, reflektifitas yang tinggi dari lapisan tabung sangat penting; produsen mengklaim reflektivitas material mereka, dalam jarak pandang, mencapai hingga hampir 99,5%.^[7][8]

Pada titik akhir (titik pemakaian), sebuah pendifusi menyebarkan cahaya ke dalam ruangan.

Untuk lebih mengoptimalkan penggunaan lampu tenaga surya, sebuah heliostat dapat dipasang dengan mengikuti pergerakan matahari, sehingga mengarahkan cahaya matahari ke dalam tabung cahaya setiap saat sepanjang hari sepanjang keterbatasan lingkungan memungkinkan, bisa dengan cermin tambahan atau elemen reflektif lainnya yang memengaruhi jalur cahaya. Heliostat dapat diatur untuk menangkap cahaya bulan di malam hari.

Serat optik dikenal sebagai fiberscope untuk aplikasi pencitraan dan sebagai panduan cahaya untuk berbagai macam aplikasi non pencitraan. Dalam konteks yang terakhir, mereka juga dapat digunakan untuk pencahayaan alami: sistem pencahayaan surya yang berdasarkan serat optik plastik sedang dikembangkan di Oak Ridge National Laboratory pada 2004;^[9][10] sistem ini dipasang di Museum Ilmu pengetahuan dan Energi Amerika, Tennessee, Amerika Serikat, pada 2005,^[11] dan dipasarkan pada tahun yang sama oleh perusahaan Sunlight Direct.^[12][13] Namun, sistem ini dicopot dari pasar pada 2009.

Serat optik juga digunakan dalam sistem Bjork yang dijual oleh Parans Solar Lighting AB.^[14][15] Serat optik dalam sistem ini terbuat dari PMMA (PoliMetilMetAkrilat) dan diselubungi dengan Megolon, resin termoplastik bebas halogen. Sistem seperti ini, bagaimanapun cukup mahal.^[16]

Sebuah sistem yang sama, tetapi menggunakan serat optik dari kaca, telah diteliti sebelumnya di Jepang.^[17]

Mengingat diameter serabut yang biasanya kecil, pengaturan pencahayaan alami yang efisien membutuhkan sebuah kolektor parabola untuk mengikuti matahari dan memusatkan cahayanya. Serat optik yang ditujukan untuk transportasi cahaya harus menyebarkan sebanyak mungkin cahaya di dalam inti; sebaliknya, serat optik yang ditujukan untuk distribusi cahaya dirancang untuk membiarkan sebagian cahaya lepas melalui kelongsongnya.^[18]

Sebuah panduan cahaya prisma dikembangkan pada tahun 1981 oleh Lorne Whitehead, seorang profesor fisika di University of British Columbia^[19][20] dan telah digunakan dalam pencahayaan tenaga surya untuk transportasi dan distribusi cahaya.^[21][22] Pipa surya besar yang berdasarkan prinsip yang sama telah diatur dalam halaman sempit dari bangunan berlantai 14 di sebuah firma hukum di Washington, D.C. pada 2001,^{[23][24][25][26][27]} dan sebuah proposal serupa telah dibuat untuk London.^[28] Sistem yang lebih lanjut telah dipasang di Berlin.^[29]

Perusahaan 3M mengembangkan sebuah sistem berdsarkan film pencahayaan optik^[30] dan mengembangkan pipa cahaya 3M,^[31] yang merupakan panduan cahaya yang dirancang untuk mendistribusikan cahaya secara merata melalui panjangnya, dengan film tipis yang menggabungkan prisma mikroskopis,^[20] yang telah dipasarkan sehubungan dengan sumber cahaya buatan, misalnya lampu belerang.

Berbeda dengan serat optik yang memiliki inti solid, sebuah panduan cahaya prisma mengarahkan cahaya melalui udara dan oleh karena itu disebut sebagai panduan cahaya berongga.

Proyek ARTHELIO^[32][33] yang sebagian didanai oleh Komisi Eropa, merupakan suatu investigasi pada tahun 1998 hingga 2000 ke dalam sebuah sistem untuk pembauran adaptif cahaya surya dan buatan, dan termasuk lampu belerang, heliostat, dan panduan cahaya berongga untuk transportasi dan distribusi cahaya.

Disney telah bereksperimen dalam penggunaan pencetakan 3D untuk mencetak panduan cahaya internal bagi mainan berpendar.^[34]

Dalam sebuah sistem yang dikembangkan oleh Fluorosolar dan Universitas Teknologi Sydney, dua lapisan polimer fluoresens dalam sebuah panel datar menangkap gelombang pendek cahaya matahari, terutama sinar ultraungu, menghasilkan masing-masing lampu merah dan hijau, yang dipandu ke dalam interior sebuah bangunan. Di sana, lampu merah dan hijau dibaurkan dengan cahaya biru buatan untuk menghasilkan cahaya putih, tanpa inframerah atau ultraungu. Sistem ini, yang mengumpulkan cahaya tanpa memerlukan bagian bergerak seperti heliostat atau kolektor parabola, dimaksudkan untuk mentransfer cahaya ke setiap tempat di dalam bangunan.^[35][36][37] Dengan menangkap ultraungu sistem tersebut dapat sangat efektif pada hari yang cerah namun mendung; hal ini karena sinar ultraungu berkurang lebih sedikit oleh tutupan awan daripada komponen terlihat cahaya matahari.

Pipa lampu tenaga surya, dibandingkan dengan jendela atap konvensional dan jendela lainnya, menawarkan sifat isolasi panas yang lebih baik dan lebih fleksibel untuk penggunaan di dalam kamar, namun lebih sedikit kontak visual dengan lingkungan luar.

Dalam konteks gangguan afektif musiman, mungkin layak dipertimbangkan bahwa pemasangan lampu tabung tambahan meningkatkan jumlah paparan cahaya harian alami. Itu bisa jadi mungkin berperan terhadap kesejahteraan warga atau karyawan sambil menghindari efek iluminasi berlebihan.

Dibandingkan dengan lampu buatan, tabung cahaya memiliki keuntungan menyediakan cahaya alami dan hemat energi. Cahaya yang ditransmisikan bervariasi dari hari ke hari; jika hal ini tidak diinginkan, tabung cahaya dapat dikombinasikan dengan cahaya buatan dengan pengaturan hibrida.^{[21][38][39][40]}

Beberapa sumber cahaya buatan dipasarkan yang memiliki spektrum yang mirip dengan cahaya matahari, setidaknya dalam jarak spektrum kasatmata manusia,^[41][42][43] serta berkedip rendah.^[43] Spektrumnya dapat dibuat agar bervariasi secara dinamis seperti meniru perubahan cahaya alami dari hari ke hari. Produsen dan vendor sumber cahaya tersebut mengklaim bahwa produk mereka dapat memberikan efek kesehatan yang sama atau serupa seperti cahaya alami.^[43][44][45] Ketika dianggap sebagai alternatif untuk pipa lampu tenaga surya, produk tersebut mungkin memiliki biaya instalasi yang lebih rendah namun mengkonsumsi energi besar selama penggunaan; oleh karena itu mungkin akan lebih boros dalam hal sumber daya energi dan biaya keseluruhan.

Pada catatan yang lebih praktis, tabung cahaya tidak memerlukan instalasi listrik atau isolasi, dan dengan demikian sangat berguna untuk area basah dalam ruangan seperti kamar mandi dan kolam renang. Dari sudut pandang yang lebih artistik, perkembangan terakhir, terutama yang berkaitan dengan tabung cahaya transparan, membuka kemungkinan-kemungkinan baru dan menarik bagi desain arsitektur.

Karena ukurannya yang relatif kecil dan hasil cahaya yang tinggi dari pipa matahari, pipa matahari merupakan aplikasi yang ideal untuk keamanan berorientasi situasi, seperti penjara, sel-sel polisi, dan lokasi lainnya di mana akses terbatas diperlukan. Dengan diameter yang sempit, dan tidak banyak terpengaruh oleh jerjak keamanan internal, pipa matahari ini menyediakan pencahayaan alami ke area-area tanpa memberikan koneksi listrik atau akses pelarian, dan tidak memungkinkan objek-objek lolos ke area yang aman.

Tabung cahaya plastik yang dicetak biasanya digunakan dalam industri elektronika untuk mengarahkan iluminasi dari LED pada papan sirkuit ke simbol atau tombol indikator. Tabung cahaya ini biasanya berbentuk sangat kompleks yang menggunakan lengkungan melengkung lembut seperti pada serat optik atau memiliki lipatan prisma yang tajam yang memantulkan sudut miring. Beberapa tabung cahaya sering dicetak dari sepotong plastik, memungkinkan perakitan perangkat yang mudah karena tabung cahaya yang tipis dan panjang merupakan bagian keseluruhan dari satu komponen kaku yang terpasang pada tempatnya.

Indikator-indikator tabung cahaya membuat barang elektronik lebih murah untuk diproduksi karena cara lama adalah memasang lampu mungil ke soket kecil tepat di belakang tempat untuk disinari. Hal ini sering membutuhkan kerja manual yang luas untuk instalasi dan pemasangan kabel. Tabung cahaya memungkinkan semua lampu dipasang di papan sirkuit datar tunggal, namun iluminasi dapat diarahkan ke atas dan ke luar dari papan beberapa inci, di mana pun diperlukan.

• Bangunan hijau
• Lampu tenaga surya

• Tabung cahaya pada "Potsdamer Platz" yang dibuat oleh Heliobus AG Swiss [2]
• ["Pencahayaan cerdas untuk Smart House" (suatu tinjauan atas pencahayaan alami, daftar juga pipa cahaya)] HTML
• Surya pencahayaan Diarsipkan 2006-07-13 di Wayback Machine. dan Penerangan Bangunan menggunakan Pipa Cahaya Diarsipkan 2006-09-14 di Wayback Machine., Florida Energi Surya Center (di University of Central Florida)
• Pencahayaan alami Menggunakan Tabung Cahaya Panduan Sistem Diarsipkan 2006-04-05 di Wayback Machine. (skripsi)
• (Jerman) gambaran atas bimbingan cahaya - PDF, HTML
• "Studi Kinerja Cahaya Pipa Bawah Berawan dan Kondisi Cerah di INGGRIS"
• "Sinar matahari dalam tabung", Dunia Ilmu pengetahuan, 2005
• Serangkaian referensi teknis Diarsipkan 2009-05-22 di Wayback Machine. halaman informasi dari INGGRIS, mengacu instalasi dan pemasangan informasi
• "Penggunaan prismatik film untuk mengontrol distribusi cahaya", K. G. Kneipp, Internasional Pencahayaan di Lingkungan yang Terkendali Workshop, T. W. Tibbitts (editor), 1994, NASA-CP-95-3309 Diarsipkan 2006-09-07 di Wayback Machine. (dengan gambaran pada pipa cahaya)
• (Jerman) Alexander Rosemann: Hohllichtleiter für Tageslichtnutzung. Pflaum Verlag, München 2002. ISBN 3-7905-0862-4
• "Desain Alat untuk Memprediksi Kinerja Pipa Cahaya" Jenkins et al.judul link Diarsipkan 2017-05-10 di Wayback Machine.
• Berbasis di INGGRIS Monodraught SunPipe Diarsipkan 2009-03-08 di Wayback Machine. (dan www.sunpipe.info) dengan teknis yang luas dan referensi informasi
• Berbasis di INGGRIS <http://www.glidevale.com/downloads/Sunscoop%20Tubular%20Rooflights.pdf Diarsipkan 2009-08-16 di Wayback Machine.> dan www.glidevail.com dengan teknis yang luas dan referensi informasi
• Monodraught SunPipe - INGGRIS terbesar dan paling sukses vendor Tabung Cahaya produk dan solusi.
• Studi kasus memasang lampu tabung di sebuah perumahan yang lebih tua bungalow

• Pendekatan Jepang "depthscraper" Diarsipkan 2012-04-11 di Wayback Machine. : cermin berputar yang ditanam untuk mengarahkan sinar matahari turun ke halaman.
• Courtyard fasad dengan heliostats di Karl-Scharnagl-Ring Street di Munich, Jerman, PDF, HTML
• Heliostats di New York City, amerika Serikat Diarsipkan 2006-09-08 di Wayback Machine.
• Keterangan, antara lain topik, dari 3M Solar Optik Produk Pencahayaan Panel Diarsipkan 2006-09-07 di Wayback Machine.
• Daftar publikasi paten dalam BPK kelas F21S11/00 ("perangkat Pencahayaan atau sistem yang menggunakan daylight"), beberapa di antaranya berhubungan dengan tabung cahaya, misalnya:
  • US patent 4761716
  • US patent 6502950
  • US patent 6840645