在城市未來館屋頂上，10塊定日鏡朝著同一個方向，定日鏡的上方設有反光鏡。定日鏡將陽光折射給反光鏡，反光鏡朝下，陽光被“輸送”到展館內的“生態中庭”。
太陽能板像向日葵一樣跟著太陽轉，但不完全像向日葵那樣“正視”陽光，而是將陽光折射給太陽能板上方的反光鏡子，陽光就這樣被主動搜集過來，傳遞給“密室”里的植物，通過光合反應在四面無窗的房間里照樣茁壯成長。
這就是上海世博會浦西園區城市未來館生態中庭室內光線來源的奧秘。這一系統昨天下午接受各方專家評審，這也是國內目前唯一的“主動式人工導光系統”。
源頭 解決廠房采光的難題
同濟大學建筑與城市規劃學院建筑系主任助理、副教授章明博士是城市未來館的設計師，據其介紹，由于城市未來館的原建筑——原南市電廠主廠房進深較大，自然采光條件相對較差，改造實踐中將主廠房中央的中庭頂部進行結構性改造，設置了天窗，利用定日鏡跟蹤太陽光線角定位，將陽光經過反射轉變為精確的垂直光，然后通過一組特殊設計的錐形反射鏡——“碎光器”，將垂直光部分透射、部分反射為水平漫射光，從而將自然光線引入生態中庭深處。
自然采光的有效利用減少了室內人工照明的使用量。同時，自然光線的導入為將植物引進室內提供了可能性，獨特的錐形“碎光器”可成為室內空間的重要造型元素形成迷幻斑斕的光影效果，因而在廠房核心部位形成集生態和景觀效應于一體的“生態光谷”。
應用 城市未來館設生態中庭
昨天下午，記者跟隨專家到城市未來館室外頂層，在屋頂上，10大塊被章明稱為定日鏡的太陽能板朝著同一個方向，午后的陽光，格外刺眼，定日鏡的上方有反光鏡，定日鏡將陽光折射給反光鏡，反光鏡朝下，陽光被輸送到反光鏡下的“生態中庭”。
而這個中庭在城市未來館內，從一樓到五樓，為共享大廳，沒有隔斷，中庭四面沒有窗戶，這樣高達30多米，平面800平方米的空間內不僅因“主動”索取戶外陽光而獲得照明，而且，一面墻上的垂直綠化更是長得茂盛，一樓地面上的綠色植物亦是生機盎然，在這樣幾乎都不能直接接受陽光照射的空間內，光合反應照樣進行著，生命不息。
解密“跟著太陽轉”是關鍵
據實施方介紹，針對城市未來館生態中庭建筑采光需求，引入主動式自然導光系統，主動收集太陽光的方式，將太陽光引入室內進行照明。與用普通的天窗玻璃直接引入太陽光的方式相比，主動式自然導光系統不僅提高了照度，延長了室內照明自然光照明時間，并且，對光線進行了散射，避免眩光的產生，改善了照度的均勻性，獲得更舒適的照明效果。章明說，城市未來館生態中庭的照度最高可達800勒克斯。
據介紹，主動式導光系統經過收集、反射、透射、散射等方式，將太陽光導入室內。導光系統主要由三部分組成，包括定日鏡、平面反射鏡以及5組“天窗 漫射板”。除了定日鏡，其他的組件都是固定不動的。
其中，定日鏡的作用是收集太陽光。定日鏡需根據太陽位置的改變不斷進行角度調整，以確保定日鏡收集并反射出去的光線全部被平面反射鏡接收到。平面反射鏡的作用是接收定日鏡收集的太陽光，并將其反射進天窗。從天窗射入的光經過漫射板的散射作用變成比較均勻的光對室內照明。
向日葵能跟著太陽跑，而城市未來館屋頂的定日鏡則要跟陽光“側著身子”跑，一切全都是自動的。據解釋，定日鏡準確跟蹤太陽光是該系統成功的關鍵，為此，精確計算了太陽在各個時刻的方位，并將其轉化為定日鏡的姿態調整數據，確保將太陽光準確反射到平面鏡上。 \
定日鏡除了要準確跟蹤太陽，還要求出射的光線有聚光效果，為此，采用了超環面面型作為定日鏡的反射鏡面，而非普通的球面反射鏡面型，前者能有效地降低光學系統像差，更集中地將光線匯聚在一個小區域。
防護 遇7級大風自動停止
10大塊“定日鏡”在屋頂上矗立，面對上海的臺風季，亦有“自我保護”設計。該系統的定日鏡組件處于24米高屋面，設計在7級風以下風速正常作業。
據介紹，按照7級風速（15米/秒）的設計，定日鏡動力系統在大風情況下依然能牽動定日鏡面調整至預定位置。
另外，系統自帶有小型氣象站，可提供環境風速數據，一旦測得風速達到或大于15米/秒，服務器將發送指令至各定日鏡組，使定日鏡面調整到水平狀態，并停止作業。這樣，能最大限度地減少定日鏡面的迎風面積，有效保護系統。定日鏡面調整至水平后，當日停止作業，次日將恢復運行。
世博園外寫字樓有望推廣主動式導光系統
城市未來館設計師章明告訴早報記者，主動式導光系統有可能被推廣至園外的寫字樓，“辦公樓的共享大廳可使用這種技術，在白天可不用照明燈光，采集陽光來照明大堂?！?nbsp;
業內人士認為，主動式導光系統在城市未來館生態中庭的成功應用，改變了陰暗場所和地下室僅能采用電氣照明的模式，它是一個真正利用自然光、不占能耗達照明效果的低碳節能系統。
另據介紹，主動式導光系統為太陽能熱發電系統收集太陽光方面提供了聚光鏡片和跟蹤驅動裝置兩種關鍵技術，對正在興起的太陽能熱發電提供了技術儲備。
若太陽能轉換至燈具的照明，太陽能轉換率很低，不到20%，而城市未來館內太陽能采集系統的照明，太陽能轉換率達65%。
