在城市未来馆屋顶上，10块定日镜朝着同一个方向，定日镜的上方设有反光镜。定日镜将阳光折射给反光镜，反光镜朝下，阳光被“输送”到展馆内的“生态中庭”。
太阳能板像向日葵一样跟着太阳转，但不完全像向日葵那样“正视”阳光，而是将阳光折射给太阳能板上方的反光镜子，阳光就这样被主动搜集过来，传递给“密室”里的植物，通过光合反应在四面无窗的房间里照样茁壮成长。
这就是上海世博会浦西园区城市未来馆生态中庭室内光线来源的奥秘。这一系统昨天下午接受各方专家评审，这也是国内目前唯一的“主动式人工导光系统”。
源头 解决厂房采光的难题
同济大学建筑与城市规划学院建筑系主任助理、副教授章明博士是城市未来馆的设计师，据其介绍，由于城市未来馆的原建筑——原南市电厂主厂房进深较大，自然采光条件相对较差，改造实践中将主厂房中央的中庭顶部进行结构性改造，设置了天窗，利用定日镜跟踪太阳光线角定位，将阳光经过反射转变为精确的垂直光，然后通过一组特殊设计的锥形反射镜——“碎光器”，将垂直光部分透射、部分反射为水平漫射光，从而将自然光线引入生态中庭深处。
自然采光的有效利用减少了室内人工照明的使用量。同时，自然光线的导入为将植物引进室内提供了可能性，独特的锥形“碎光器”可成为室内空间的重要造型元素形成迷幻斑斓的光影效果，因而在厂房核心部位形成集生态和景观效应于一体的“生态光谷”。
应用 城市未来馆设生态中庭
昨天下午，记者跟随专家到城市未来馆室外顶层，在屋顶上，10大块被章明称为定日镜的太阳能板朝着同一个方向，午后的阳光，格外刺眼，定日镜的上方有反光镜，定日镜将阳光折射给反光镜，反光镜朝下，阳光被输送到反光镜下的“生态中庭”。
而这个中庭在城市未来馆内，从一楼到五楼，为共享大厅，没有隔断，中庭四面没有窗户，这样高达30多米，平面800平方米的空间内不仅因“主动”索取户外阳光而获得照明，而且，一面墙上的垂直绿化更是长得茂盛，一楼地面上的绿色植物亦是生机盎然，在这样几乎都不能直接接受阳光照射的空间内，光合反应照样进行着，生命不息。
解密“跟着太阳转”是关键
据实施方介绍，针对城市未来馆生态中庭建筑采光需求，引入主动式自然导光系统，主动收集太阳光的方式，将太阳光引入室内进行照明。与用普通的天窗玻璃直接引入太阳光的方式相比，主动式自然导光系统不仅提高了照度，延长了室内照明自然光照明时间，并且，对光线进行了散射，避免眩光的产生，改善了照度的均匀性，获得更舒适的照明效果。章明说，城市未来馆生态中庭的照度最高可达800勒克斯。
据介绍，主动式导光系统经过收集、反射、透射、散射等方式，将太阳光导入室内。导光系统主要由三部分组成，包括定日镜、平面反射镜以及5组“天窗 漫射板”。除了定日镜，其他的组件都是固定不动的。
其中，定日镜的作用是收集太阳光。定日镜需根据太阳位置的改变不断进行角度调整，以确保定日镜收集并反射出去的光线全部被平面反射镜接收到。平面反射镜的作用是接收定日镜收集的太阳光，并将其反射进天窗。从天窗射入的光经过漫射板的散射作用变成比较均匀的光对室内照明。
向日葵能跟着太阳跑，而城市未来馆屋顶的定日镜则要跟阳光“侧着身子”跑，一切全都是自动的。据解释，定日镜准确跟踪太阳光是该系统成功的关键，为此，精确计算了太阳在各个时刻的方位，并将其转化为定日镜的姿态调整数据，确保将太阳光准确反射到平面镜上。 \
定日镜除了要准确跟踪太阳，还要求出射的光线有聚光效果，为此，采用了超环面面型作为定日镜的反射镜面，而非普通的球面反射镜面型，前者能有效地降低光学系统像差，更集中地将光线汇聚在一个小区域。
防护 遇7级大风自动停止
10大块“定日镜”在屋顶上矗立，面对上海的台风季，亦有“自我保护”设计。该系统的定日镜组件处于24米高屋面，设计在7级风以下风速正常作业。
据介绍，按照7级风速（15米/秒）的设计，定日镜动力系统在大风情况下依然能牵动定日镜面调整至预定位置。
另外，系统自带有小型气象站，可提供环境风速数据，一旦测得风速达到或大于15米/秒，服务器将发送指令至各定日镜组，使定日镜面调整到水平状态，并停止作业。这样，能最大限度地减少定日镜面的迎风面积，有效保护系统。定日镜面调整至水平后，当日停止作业，次日将恢复运行。
世博园外写字楼有望推广主动式导光系统
城市未来馆设计师章明告诉早报记者，主动式导光系统有可能被推广至园外的写字楼，“办公楼的共享大厅可使用这种技术，在白天可不用照明灯光，采集阳光来照明大堂。”
业内人士认为，主动式导光系统在城市未来馆生态中庭的成功应用，改变了阴暗场所和地下室仅能采用电气照明的模式，它是一个真正利用自然光、不占能耗达照明效果的低碳节能系统。
另据介绍，主动式导光系统为太阳能热发电系统收集太阳光方面提供了聚光镜片和跟踪驱动装置两种关键技术，对正在兴起的太阳能热发电提供了技术储备。
若太阳能转换至灯具的照明，太阳能转换率很低，不到20%，而城市未来馆内太阳能采集系统的照明，太阳能转换率达65%。
