Искусственное небо
Искусственное небо — это устройство, моделирующее дневной свет , который воспроизводит свет, исходящий из небесного купола. Модель архитектурного масштаба или полномасштабный самолет 1:1 размещается под искусственным небом, чтобы спрогнозировать проникновение дневного света в здания или самолеты, которые подвержены различным ситуациям, сложной геометрии или сильно закрытым окнам. Концепция искусственного неба возникла из-за ограничений гелиодона в обеспечении стабильной среды освещения для оценки рассеянного компонента неба.
Описание
[ редактировать ]Искусственное небо в основном используется в области архитектуры для анализа дневного света в зданиях и помещениях. Студенты-архитекторы, архитекторы , исследователи, светодизайнеры , светотехники, специалисты по автомобильной и аэрокосмической технике используют устройство моделирования для различных целей. Несколько версий прибора используются в лабораториях архитектурных школ и на практике для дневного света исследований и исследований . Светотехники и дизайнеры используют искусственное небо для измерения уровня освещенности . Прибор используется для проверки видимости инструментов в кабине пилотов в автомобильной и аэрокосмической технике с целью повышения безопасности полетов.
С 1914 года искусственное небо использовалось архитекторами и светотехниками, чтобы найти способы стимулировать небо, с помощью которого можно было бы измерить физические модели зданий для внутреннего дневного освещения. [ 1 ]
Обычно внутреннее дневное освещение зданий анализируется на этапе проектирования с использованием физических моделей путем наблюдения и оценки физических моделей уровней освещенности под реальным небом , но яркость постоянно меняется, и регулярные результаты трудно получить, поэтому искусственное небо формирует идеальный способ предсказать проникновение дневного света.

Искусственное небо может копировать стандартное и статистическое небо и не ограничивается погодными условиями естественного неба. Как правило, искусственное небо работает с люксметрами, системами регистрации данных, микрофотокамерами и может представлять собой ручную или компьютеризированную систему. Небесный свод частично или полностью воспроизведен. Три способа воспроизвести небесный свет: прямое освещение, отражение или рассеяние. За счет отражения прожекторы, направленные под модель , освещают белый купол, отражения на куполе освещают модель. Если реальное небо излучает рассеянный свет, то наиболее реалистичным принципом будет небо, функционирующее за счет рассеяния. Обычно искусственное небо имеет сферическую форму. Наиболее практичные системы объединяют искусственное небо с механическим Солнцем для воспроизведения солнечного света.
Измеряя и оценивая проникновение дневного света с использованием искусственного неба, проектировщики и инженеры зданий могут сократить потребление энергии за счет управления освещением, а моделирование может обеспечить проект дневного света, который снижает воздействие зданий на окружающую среду за счет уменьшения потребности в освещении , отоплении и охлаждении . Анализируя проблемы моделирования архитектурного освещения, имитационные модели, использующие искусственное небо, дают ценные советы для достижения наилучшего дизайнерского решения для зданий и помещений. Исследования дневного света помогают в проектировании пассивных домов , зданий с нулевым потреблением энергии и экологического проектирования зданий.
Чтобы решить проблемы читаемости, возникающие из-за бликов и блеклости экранов в условиях окружающего освещения на автомобильных дисплеях, искусственное небо обеспечивает светящуюся среду, которая позволяет дизайнерам и инженерам решать любые проблемные области.
Использование моделирования помогает избежать бликов и отражения тепла от фасадов зданий, главным образом, за счет инновационных форм дизайна. Поскольку интенсивные солнечные лучи влияют на окружающую городскую среду, жара и яркий свет влияют на людей на близлежащих улицах и в зданиях. Устройство моделирования позволит дизайнерам избежать неожиданных событий, которые произошли на вогнутых поверхностях небоскреба Walkie Talkie и концертного зала Уолта Диснея , где они вызвали повреждения из-за отраженного тепла и бликов . [ 2 ] [ 3 ] Чтобы избежать перегрева открытых площадок и зданий от отраженных солнечных лучей, моделирование с использованием искусственного неба для таких типов форм зданий на этапах проектирования позволяет архитекторам избежать высоких затрат на модернизацию и ущерб.
Типы искусственного неба включают зеркальные коробки, полнокупольное небо, виртуальный купол и рефлекторы.
Виды искусственного неба
[ редактировать ]Зеркальный ящик
[ редактировать ]Зеркальный ящик — это искусственное небо, состоящее из светящегося потолка и зеркальных стен, используемое для имитации однородного или пасмурного неба. В зеркальном корпусе равномерное распределение яркости создается за счет отражения света от зеркальных стен и моделируется соответствующая оценка пасмурного неба по стандарту CIE. [ 4 ] Источником света является белый рассеивающий материал, подсвеченный несколькими лампами сзади, которые с помощью датчиков рассеивают свет по всему помещению. [ 5 ] Стены комнаты окружены плоскими зеркалами, расположенными вертикально со всех сторон, что создает изображение светящегося потолка за счет отражения и взаимного отражения. [ 5 ]

Типичный зеркальный ящик представляет собой прямоугольную или восьмиугольную коробку, которую можно установить в любой лаборатории. Зеркальный короб — это простое, компактное и недорогое искусственное небо. Но он может лишь воспроизвести стандартное пасмурное небо; поэтому он подходит для анализа коэффициента дневного света (DF) . [ 6 ]
Зеркальный ящик искусственного типа используется в таких университетах, как:
- В Университете CEPT в лабораториях Центра передовых исследований в области зданий и энергетики (CARBSE) установлен зеркальный ящик для искусственного неба для анализа дневного света. [ 7 ] В университетской живой лаборатории Net Zero Energy Building (NZEB) испытательная камера включает в себя зеркальный ящик с искусственным небом как для научных исследований, так и для промышленных испытаний. [ 8 ]
- В Вестминстерском университете (искусственное небо по индивидуальному заказу) производственная лаборатория спроектировала искусственное небо в виде зеркальной коробки, изготовленное по индивидуальному заказу. Инструмент с внутренними размерами 2,5х2,5 м может содержать крупномасштабные архитектурные модели для измерения коэффициента дневного света . [ 9 ]
Отражатели
[ редактировать ]Имитатор неба с отражающим куполом имеет отражающую непрозрачную поверхность купола для воспроизведения однородного и неоднородного неба. Система освещения внутри купола создана для того, чтобы стимулировать распределение неба, отличное от обычного пасмурного неба. Искусственный купол использует отражающую поверхность для освещения неба и оценки дневного света на масштабных моделях, размещенных на вращающейся столешнице. Кроме того, его можно интегрировать с искусственным Солнцем, чтобы имитировать солнечный свет. По сравнению с зеркальными коробами, отражающие купольные небеса более удобны в использовании, и их варианты широко доступны на рынке. [ 10 ]

Отражающее искусственное небо доступно в университетах и исследовательских лабораториях, таких как:
- Словацкая академия наук , Братислава , Словакия , объект строительства гибкого отражающего купола в Институте строительства и архитектуры 1973 года. [ 11 ] Полусферическое искусственное небо диаметром 8 м полностью приспосабливается к равномерному и неоднородному пасмурному небу с помощью искусственного Солнца и параболического зеркала диаметром 1,2 м. [ 11 ] Искусственное небо представляет собой трубчатую конструкцию, состоящую из гипсовой штукатурки на металлической сетке и спроектированную на круглой «горизонтальной» трубке, подвешенной к потолку лаборатории, как большая белая люстра. [ 11 ] Лаборатория Лоуренса Беркли , Калифорния , США , построила отражающий купол диаметром 7,32 метра в 1981 году, который был спроектирован для воспроизведения однородного неба, пасмурного неба и различных распределений яркости ясного неба. [ 1 ] Использован имитатор солнца диаметром 1,5 м. [ 12 ] Металлический купол находился на высоте семифутовой цилиндрической фанерной стены, что позволяло переносить большие модели внутрь и наружу через большие двери. [ 12 ] Отражательная способность до 80% достигается за счет нанесения белой краски с высокой отражающей способностью на внутреннюю поверхность. [ 12 ] Система освещения из мощных люминесцентных ламп и балластов обеспечивает уровень освещенности около 5000 лк при равномерном небе, 3500 лк при пасмурном небе и более 6000 лк при обычном ясном небе. [ 12 ] Большие модели архитектурного масштаба размером до 6 футов могут быть размещены с возможностью вращения всей платформы. [ 12 ]
- Центральный научно-исследовательский институт промышленного строительства, Перово , Москва , Россия оценивает исследовательские проекты под искусственным небом и освещением инженерных сооружений новой лаборатории Центрального научно-исследовательского института строительной физики, Москва. [ 13 ] Небесный купол диаметром 9 м с 16 лампами равномерной яркости сопровождается имитатором Солнца диаметром 0,9 м с параболическим зеркалом за пределами неба. [ 13 ]
- В Мичиганском университете , Анн-Арбор , Мичиган, США , университет использует искусственное небо диаметром 9,2 м для измерения и оценки условий пасмурного, однородного и ясного неба с помощью имитатора Солнца с параболическим диском диаметром 1,5 м. [ 13 ]
Виртуальный купол
[ редактировать ]
Виртуальный купол повторяет небесный свод с помощью процесса сканирования в любое время и в любом месте на Земле . [ 14 ] Этот тип искусственного неба является гибким благодаря своей способности воспроизводить любой тип неба. Чтобы ограничить стоимость и пространство, в виртуальном куполе используются тяжелые роботизированные системы и системы точного управления. [ 14 ] Результаты моделирования измеряются только на экране компьютера после объединения нескольких моделей моделирования. [ 14 ] Он обеспечивает моделирование дневного света на масштабных моделях на вращающейся платформе с использованием искусственного неба и симулятора Солнца. [ 14 ] Искусственный купол был найден в начале девяностых годов, а значит, является новейшим типом искусственного неба. [ 14 ]
Хотя это наиболее точный инструмент, прямое восприятие симуляций недостижимо. [ 14 ] Поскольку прямое восприятие невозможно в виртуальном куполе, этот инструмент в основном используется учеными , а не дизайнерами. [ 14 ]
Виртуальный купол искусственного неба доступен в университетах и исследовательских лабораториях, таких как:
- Лаборатория солнечной энергии и строительной физики EPFL LESO-PB, Во (лабораторное искусственное небо). Исследовательская лаборатория разработала сканирующий симулятор неба в качестве основы для других симуляторов неба, который позволяет точно воспроизводить распределение яркости всех типов неба. [ 15 ] Инструмент использует процесс сканирования для восстановления всего полушария неба, начиная с шестой части полушария. [ 15 ] Полное полушарие, созданное по модели Трегенцы из 145 световых зон, реконструируется с помощью шестиэтапного сканирования. [ 15 ] К концу процедуры дополняются количественные данные освещенности и качественные данные оцифрованного видеоизображения. [ 15 ] Это точный инструмент для получения измерений рассеянного света в физических масштабных моделях в любое время и в любом месте для оценки инновационных архитектурных решений и систем дневного освещения. [ 15 ] Лаборатория создала этот прибор для снижения энергосбережения и повышения комфорта пользователя за счет эффективного использования дневного света . [ 15 ]
- Лаборатория дневного освещения Туринского политехнического университета (ИТ), Турин (лабораторное искусственное небо), в лаборатории построено искусственное сканирование неба с добавлением искусственного солнца. [ 16 ] Имитатор сканирования неба охарактеризован на моделях подразделения полусферы неба. [ 16 ] Купол разделен на 145 круглых областей, каждая из которых имеет равномерную яркость. [ 16 ] Зоны воспроизводятся с помощью круглых светильников, установленных на полусферической поверхности. [ 16 ] Конструкция состоит из 25 светильников, составляющих одну шестую часть всего полушария диаметром 7 метров. [ 16 ] Различные условия неба: пасмурное, ясное и среднее — воспроизводятся в соответствии как со стандартными моделями, так и с реальными значениями яркости. [ 16 ] Симулятор сканирования неба и симулятор солнца позволяют моделировать дневной свет внутри масштабных моделей, используемых для результатов исследований и проектирования. [ 16 ] Фотометрические данные и цифровые изображения светящегося пространства – вот результаты, которые достигаются. [ 16 ] Купол был построен для архитекторов , инженеров , светодизайнеров и исследователей. [ 16 ]
- Образовательный альянс Беркли по исследованиям в Сингапуре (BEARS), Сингапур (коммерческое искусственное небо), лаборатория, специализирующаяся на устойчивых и низкоуглеродных решениях, использует коммерчески доступный виртуальный купол производства Betanit.com. [ 17 ] Устройство оценивает визуальные и световые характеристики зданий, воспроизведенных с помощью масштабных моделей зданий в ограниченном лабораторном пространстве. [ 18 ] Искусственное небо может моделировать любое распределение неба с помощью подразделения Tregenza, использующего 145 патчей. [ 18 ]
- Университет CEPT , Ахмедабад (коммерческое искусственное небо), университет использует компоненты доступного виртуального купола, известного как Kiwi Artificial Sky, произведенного Betanit.com в ее исследовательской лаборатории CARBSE. Источник света был разработан командой CARBSE. Размещенные на платформе поворотного стола масштабные модели зданий оцениваются на предмет изучения дневного света. [ 19 ] Для выполнения анализа поворотный стол может вращать модель примерно по двум разным осям и обеспечивать измерения для исследований дневного света, используемых в академических и исследовательских целях. [ 19 ]
Полный купол
[ редактировать ]
Полный купол — это тип искусственного неба, который может воспроизводить любой вид распределения неба с помощью светильников с регулируемой яркостью. Моделирование и получение показателей дневного освещения выполняются с помощью компьютеров . В сочетании с гелиодоном устройство может имитировать прямой солнечный свет в любой точке мира . Полный купол — самый совершенный тип искусственного неба. Это самые быстрые, мощные и очень дорогие симуляторы. Он используется студентами и исследователями для оптимизации исследований дневного освещения в архитектурных пространствах.

Полнокупольное искусственное небо доступно в университетах, исследовательских лабораториях и крупных осветительных компаниях, таких как:
- Кардиффский университет , Уэльс (искусственное небо, изготовленное на заказ) — валлийская школа архитектуры использует искусственное небо диаметром 8 м с 640 люминесцентными лампами . Лампы управляются секциями, которые имитируют распределение неба для изучения дневного света и траектории Солнца при построении масштабных моделей на вращающемся столе. [ 20 ]
- Бартенбах, Тироль (искусственное небо на заказ) — осветительная фирма использует искусственное небо диаметром 6,5 м с 393 лампами для проектирования дневного освещения с моделями визуализации и расчетами. [ 21 ]
- Университет ОАЭ , Аль-Айн (коммерческое искусственное небо) — университет установил в своей лаборатории моделирования дневного света полнокупольное искусственное небо, интегрированное с роботизированным гелиодоном , разработанное и изготовленное betanit.com. [ 6 ] Полукупол диаметром 4,5 м воспроизводит самые разнообразные условия неба с помощью компьютерного управления. [ 6 ] Уровень освещенности пасмурного неба составляет 20 000 лк, а при ясном небе превышает 60 000 лк. [ 6 ] Точность и гибкость искусственного неба обусловлены световыми пятнами с термическим контролем, которые управляются компьютером, что облегчает воспроизведение любого неба в любом месте в любое время суток с устойчивой и стабильной градацией распределения света. [ 6 ] Искусственное небо используется в учебных целях на таких курсах, как проектирование освещения и дневного освещения, а также в других областях исследований в области устойчивого проектирования и технологий зданий в университете. [ 22 ]
- Бартлетт , Университетский колледж Лондона (UCL), Лондон (искусственное небо, изготовленное на заказ) - искусственной среды Бартлетта факультета архитектуры студенты используют геодезический полусферический купол диаметром 5,2 м для моделирования нескольких условий неба на концептуальных масштабных моделях. [ 23 ] Устройство было изготовлено по индивидуальному заказу Питером Рейнхемом из UCL и научным сотрудником. [ 23 ] 810 светодиодных модулей с индивидуальным управлением и параболический отражатель шириной 850 мм в арочном интерьере могут повторять траекторию Солнца. [ 23 ] Система обеспечивает интерактивное изучение 3D-моделей в САПР. [ 23 ]
- Мальтийский университет, Мальта (коммерческое искусственное небо). Университет использует искусственное небо с гелиодоном производства betanit.com для исследований дневного света, в основном в целях обучения, исследований и проектирования. [ 24 ]
- Universiti Teknologi MARA (UiTM), Куала-Лумпур (коммерческое искусственное небо), университет включил Durian Artificial Sky, изготовленный на betanit.com, искусственное небо с полным куполом для их лаборатории дневного освещения в Куала-Лумпуре. [ 25 ] Купол Durian Artificial Sky использовался для расчета параметров температуры, интенсивности света, ориентации и положения здания, а также освещенных площадей для здания с тропическим климатом в контексте Малайзии. Он предлагает общее моделирование контекста объекта посредством городского моделирования и определяет данные интенсивности неба в различных местах объекта. [ 26 ] Моделирование помогает распределить конфигурацию модуля дизайна в соответствии с интенсивностью освещения объекта. [ 26 ] Более того, моделирование помогает добиться энергоэффективности зданий, расположенных в тропическом климате . [ 26 ]
Лаборатория искусственного неба - Штутгартский технологический университет прикладных наук (Hft Stuttgart) - НИИСФ – Научно-исследовательский институт строительной физики, Москва , Силвер-Пайнс, Россия , использует полусферический имитатор неба диаметром 16,8 м с 2000 световыми модулями и пятью параболическими устойчивыми солнечными отражателями с фиксированной высотой. [ 13 ]
- HFT , Штутгартский университет прикладных наук, Штутгарт , Лаборатория планирования дневного света использует полупрозрачную полусферу диаметром 4,20 м с 30 люминесцентными лампами и имитатором искусственного солнца в виде галогенной лампы с параболическим отражателем. Устройство может обеспечить точное воспроизведение яркости неба и околосолнечной радиации. [ 27 ] Он может воспроизводить распределение солнечного, пасмурного или облачного неба. [ 27 ]
- Университет штата Оклахома (OSU) использовал просветленное искусственное небо, построенное в 2007 году, которое состоит из геодезического купола из полупрозрачного рассеивающего пластика «Лексан» в фланцевых самонесущих панелях. [ 1 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Кроган, Дэвид (01 июля 2015 г.). Дневное освещение по дизайну .
- ^ «Кто, что, почему: Как небоскрёб плавит машину?» . Новости Би-би-си . 03.09.2013 . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Металлические шкуры — опасность в архитектуре» . МысльКо . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Уайт, Клэр; Аттридж, Алекс; Уильямс, Марк; Скрипчук, Ли; Хаседжич, Эльвир (10 октября 2013 г.). «Воссоздание дневного света для оценки читаемости автомобильных дисплеев» . дои : 10.13140/2.1.4343.6160 .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Jump up to: а б Бодар, М; Денайер, А; Де Херде, А; Воутерс, П. (1 марта 2006 г.). «Разработка нового однопатчового симулятора неба и солнца» . Световые исследования и технологии . 38 (1): 73–87. дои : 10.1191/1365782806li157oa . ISSN 1477-1535 . S2CID 108487963 .
- ^ Jump up to: а б с д и Аль-Саллал, Халед, изд. (2016). Низкоэнергетическая низкоуглеродистая архитектура | Группа Тейлор и Фрэнсис . ЦРК Пресс. дои : 10.1201/b19882 . ISBN 9781315624020 . Проверено 14 июля 2021 г.
{{cite book}}
:|website=
игнорируется ( помогите ) - ^ «Зеркальный ящик – искусственное небо – построенный в CARBSE для анализа дневного света» . КАРБСЕ . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Здание Университета CEPT с нулевым потреблением энергии | QS GEN» . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ "PROJ_ArtificialSky" . Производственная лаборатория . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Бланде, Тьерри; Эрбильгин, Левин; Вернь, Николя; Хертер, Николас; Леманн, Оливье (2019). «Проектирование новых имитаторов дневного света на архитектурных масштабных моделях» . Сеть конференций SHS . 64 : 03010. doi : 10.1051/shsconf/20196403010 . ISSN 2261-2424 . S2CID 203039609 .
- ^ Jump up to: а б с Киттлер, Р. (1 декабря 1974 г.). «Новое искусственное «пасмурное и чистое» небо с искусственным солнцем для исследования дневного света» . Световые исследования и технологии . 6 (4): 227–229. дои : 10.1177/096032717400600407 . ISSN 0024-3426 . S2CID 110285857 .
- ^ Jump up to: а б с д и «Симулятор полусферического неба для изучения моделей дневного освещения | Отдел строительных технологий и городских систем» . Buildings.lbl.gov . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Дарула, Станислав; Киттлер, Ричард (3 апреля 2015 г.). «Методология проектирования и калибровки искусственного неба для моделирования типов неба ISO/CIE с помощью искусственного Солнца» . ЛЕУКОС . 11 (2): 93–105. дои : 10.1080/15502724.2014.977391 . ISSN 1550-2724 . S2CID 110699703 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Пига, Барбара Э.А.; Салерно, Росселла, ред. (2017). Городской дизайн и представление . дои : 10.1007/978-3-319-51804-6 . ISBN 978-3-319-51803-9 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Сканирующий симулятор неба» . www.epfl.ch. Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Агемо, К.; Пеллегрино, А.; Ловерсо, VRM (1 мая 2008 г.). «Подход к дневному освещению с помощью масштабных моделей и симуляторов солнца и неба: пример использования различных систем затенения» . Строительство и окружающая среда . 43 (5): 917–927. дои : 10.1016/j.buildenv.2007.01.020 . ISSN 0360-1323 .
- ^ "дом | СинБерБЕСТ" . sinberbest.berkeley.edu . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «BEARS выбрали Kiwi Compact Artificial Sky на сайте betanit.com» . www.betanit.com . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «Симулятор неба с одним патчем введен в эксплуатацию в университете CEPT - Новости - CEPT» . cept.ac.in. Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Школа Кардиффа стремится к искусственному небу» . Журнал архитекторов . 25 марта 1999 г. Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Бартенбах: Световой дизайн» . www.bartenbach.com . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ khaledalsallal.com. «Обучение» . Халед Аль-Саллал . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Казинс, Стивен (30 ноября 2018 г.). «Искусственное небо проливает настоящий свет на дизайнерские модели» . www.ribaj.com . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Мальта, Университет Л.-Та. «Описание учебного подразделения – Курсы» . L-Мальтийский университет . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Искусственное небо — Бета нит» . www.betanit.com . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Хасан, Мохд Таджул Изрин Мохд Таджул; Захарин, Путери Майанг Бахджа (01 июля 2020 г.). «Исследование фотобиореактора из микроводорослей (PBR) в оболочке здания с тропическим климатом» . Журнал «Окружающая среда и поведение» . 5 (14): 263–278. дои : 10.21834/ebpj.v5i14.2166 . ISSN 2398-4287 . S2CID 225520721 .
- ^ Jump up to: а б «Лаборатория планирования дневного света | HFT Штутгарт» . www.hft-stuttgart.com . Проверено 14 июля 2021 г.