Sztuczne niebo
Sztuczne niebo to urządzenie do symulacji światła dziennego , które odtwarza światło pochodzące z kopuły nieba. Model architektoniczny lub pełnowymiarowy samolot w skali 1:1 umieszcza się pod sztucznym niebem, aby przewidzieć przenikanie światła dziennego do budynków lub samolotów, które są narażone na różne sytuacje, złożone geometrie lub mocno zasłonięte okna. Koncepcja sztucznego nieba została wyprowadzona ze względu na heliodonu w zapewnianiu stabilnego środowiska oświetleniowego do oceny składowej rozproszonego świetlika.
Opis
Sztuczne niebo jest wykorzystywane przede wszystkim w architekturze do analizy światła dziennego w budynkach i przestrzeniach. Studenci architektury, architekci , badacze, projektanci oświetlenia , inżynierowie oświetlenia, inżynierowie z branży motoryzacyjnej i lotniczej używają urządzenia symulacyjnego do różnych celów. Kilka wersji instrumentu jest używanych w laboratoriach szkół architektonicznych i praktyki do światła dziennego . Inżynierowie oświetlenia i projektanci wykorzystują sztuczne niebo do pomiaru oświetlenia . Przyrząd służy do badania widoczności narzędzi w kokpicie w inżynierii samochodowej i lotniczej w celu poprawy bezpieczeństwa lotów.
inżynierowie oświetlenia używali sztucznego nieba do znajdowania sposobów na stymulowanie nieba, na podstawie którego można było mierzyć fizyczne modele budynków pod kątem wewnętrznego oświetlenia.
Zasadniczo oświetlenie wewnętrzne budynków jest analizowane na etapie projektowania za pomocą modeli fizycznych poprzez obserwację i ocenę fizycznych modeli poziomów światła pod prawdziwym niebem , ale luminancja stale się zmienia, a regularne wyniki są trudne do uzyskania, dlatego sztuczne niebo tworzy idealny sposób przewidywania penetracji światła dziennego.
Sztuczne niebo może replikować niebo standardowe i statystyczne i nie jest ograniczone warunkami pogodowymi nieba naturalnego. Ogólnie rzecz biorąc, sztuczne niebo działa z luksomierzami, systemami rejestrowania danych, mikroaparatami fotograficznymi i może być systemem ręcznym lub komputerowym. Sklepienie nieba jest częściowo lub całkowicie zreplikowane. Trzy sposoby replikacji światła nieba to bezpośrednie oświetlenie, odbicie lub rozproszenie. Poprzez odbicie reflektory skierowane pod model oświetlają białą kopułę, refleksy na kopule oświetlają model. Jeśli prawdziwe niebo emituje światło rozproszone, najbardziej realistyczną zasadą jest działanie nieba na zasadzie dyfuzji. Zwykle sztuczne niebo ma kuliste formy. Najbardziej praktyczne systemy integrują sztuczne niebo z mechanicznym słońcem w celu odtworzenia światła słonecznego.
Mierząc i szacując przenikanie światła dziennego przy użyciu sztucznego nieba, projektanci budynków i inżynierowie mogą zmniejszyć zużycie energii poprzez sterowanie oświetleniem, a symulacja może zapewnić projekt światła dziennego, który zmniejsza wpływ budynków na środowisko poprzez zmniejszenie zapotrzebowania na oświetlenie , ogrzewanie i chłodzenie . Analizując kwestie związane z symulacją oświetlenia architektonicznego, modele symulacyjne wykorzystujące sztuczne niebo dostarczają cennych wskazówek w celu uzyskania najlepszego rozwiązania projektowego dla budynków i przestrzeni. Studia dzienne pomagają w projektowaniu domów pasywnych , budynków zeroenergetycznych i ekologicznych.
Aby rozwiązać problemy z czytelnością, które powstają w wyniku odblasków i wyblakłych ekranów w warunkach oświetlenia otoczenia na wyświetlaczach samochodowych , sztuczne niebo zapewnia jasne środowisko, które pozwala projektantom i inżynierom zająć się wszelkimi problemami.
Wykorzystanie symulacji pomaga uniknąć olśnienia i odbitego ciepła od elewacji budynków, głównie dzięki innowacyjnym formom projektowym. Ponieważ intensywne promienie słoneczne wpływają na otaczające środowisko miejskie, ciepło i odblaski wpływają na ludzi na pobliskich ulicach i budynkach. Urządzenie symulacyjne pozwoli projektantom uniknąć nieoczekiwanych zdarzeń, które miały miejsce na wklęsłych powierzchniach wieżowca Walkie Talkie i sali koncertowej Walta Disneya, gdzie spowodowały uszkodzenia spowodowane odbitym ciepłem i odblaskami . Aby uniknąć przegrzania terenów zewnętrznych i budynków przez odbite promienie słoneczne, symulacja z wykorzystaniem sztucznego nieba dla tego typu brył budynków na etapie projektowania pozwala architektom uniknąć wysokich kosztów modernizacji i uszkodzeń.
Rodzaje sztucznego nieba obejmują pudełka lustrzane, niebo z pełną kopułą, wirtualną kopułę i reflektory.
Rodzaje sztucznego nieba
Pudełko z lusterkiem
Pudełko lustrzane to sztuczne niebo składające się ze świetlistego sufitu i lustrzanych ścian, używane do odtworzenia jednolitego lub zachmurzonego nieba. W pudle lustrzanym tworzony jest spójny luminancji z odbić światła od lustrzanych ścian i symulowane jest odpowiednie oszacowanie standardowego zachmurzenia nieba CIE. Źródłem światła jest biały materiał rozpraszający, oświetlony kilkoma lampami od tyłu, aby za pomocą czujników rozproszyć światło w całym pomieszczeniu. Ściany pomieszczenia otoczone są ze wszystkich stron płaskimi lustrami ułożonymi pionowo, co daje obraz świetlistego sufitu na zasadzie odbicia i wzajemnego odbicia.
Typowa skrzynka lustrzana to prostokątna lub ośmiokątna skrzynka, którą można zainstalować w dowolnym laboratorium. Pudełko z lustrem to proste, kompaktowe i niedrogie sztuczne niebo. Ale może jedynie replikować standardowe zachmurzone niebo; dlatego nadaje się do Daylight Factor (DF) .
Sztuczne pudełko lustrzane jest używane na uniwersytetach, takich jak:
- Na Uniwersytecie CEPT w laboratoriach Centrum Zaawansowanych Badań nad Budynkami i Energią (CARBSE) do analizy światła dziennego instalowane jest sztuczne niebo z lustrem. W żywym laboratorium uniwersyteckim zajmującym się budynkiem o zerowym zużyciu energii (NZEB) komora testowa zawiera sztuczne niebo z lustrzanym pudełkiem zarówno do badań naukowych, jak i testów przemysłowych.
- Na University of Westminster (sztuczne niebo wykonane na zamówienie) laboratorium produkcyjne zaprojektowało wykonane na zamówienie sztuczne niebo z lustrem. W przypadku wnętrza o wymiarach 2,5 x 2,5 m narzędzie może zawierać wielkoskalowe modele architektoniczne do pomiaru współczynnika światła dziennego .
odblaski
Symulator nieba z kopułą odbijającą ma odbijającą, nieprzezroczystą powierzchnię kopuły, aby odtwarzać jednolite i niejednolite niebo. System oświetlenia we wnętrzu kopuły został stworzony w celu stymulowania rozkładu nieba, który różni się od standardowego zachmurzonego nieba. Sztuczna kopuła wykorzystuje odblaskową powierzchnię do oświetlania rozkładów nieba i oceny światła dziennego na modelach umieszczonych na obrotowym blacie. Można go również zintegrować ze sztucznym słońcem, aby odtworzyć światło słoneczne. W porównaniu do skrzynek lustrzanych, odbijające niebo kopuły są bardziej elastyczne w użyciu, a ich warianty są powszechnie dostępne na rynku.
Odzwierciedlające sztuczne niebo jest dostępne w laboratoriach uniwersyteckich i badawczych takich jak:
- Słowacka Akademia Nauk , Bratysława , Słowacja , obiekt zbudował elastyczną kopułę odbijającą w Instytucie Budownictwa i Architektury 1973. Półkuliste sztuczne niebo o średnicy 8 m jest w pełni regulowane do jednolitego i nierównomiernego zachmurzenia nieba ze sztucznym słońcem, parabolicznym lustrem o średnicy 1,2m. Sztuczne niebo to rurowa konstrukcja, która składa się z tynku gipsowego na metalowej siatce i zaprojektowana na okrągłej „horyzontalnej” rurze zawieszonej na suficie laboratorium jak duży biały żyrandol. Laboratorium Lawrence Berkeley z Kalifornii w USA zbudowało w 1981 roku kopułę odbijającą o średnicy 7,32 m, która została zaprojektowana w celu odtworzenia jednolitego nieba, zachmurzonego nieba i różnych rozkładów luminancji czystego nieba . Zastosowano symulator słońca o średnicy 1,5 m. Metalowa kopuła została umieszczona na wysokości ponad dwumetrowej cylindrycznej ściany ze sklejki, co umożliwia wnoszenie i wychodzenie dużych modeli przez duże drzwi. Współczynnik odbicia do 80% jest osiągalny dzięki natryskiwaniu białej farby o wysokim współczynniku odbicia na wnętrza. System oświetlenia wysokowydajnych świetlówek i stateczników zapewnia poziom oświetlenia około 5000 lx dla jednolitego nieba, 3500 lx dla nieba zachmurzonego i ponad 6000 lx dla normalnego bezchmurnego nieba. Można pomieścić duże modele architektoniczne o średnicy do 6 stóp z możliwością obracania całej platformy.
- Centralny Instytut Badawczy Budownictwa Przemysłowego, Perowo , Moskwa , Rosja ocenia projekty badawcze pod sztucznym niebem i oświetla obiekty inżynieryjne nowego laboratorium dla Centralnego Instytutu Badawczego Fizyki Budowli w Moskwie. Skydome o średnicy 9 m z 16 lampami o równomiernej luminancji towarzyszy symulatorowi słońca o średnicy 0,9 m z parabolicznym zwierciadłem na zewnątrz nieba.
- Uniwersytet Michigan , Ann Arbor , MI, USA , wykorzystuje sztuczne niebo o średnicy 9,2 m do pomiaru i oceny zachmurzenia, jednolitego i bezchmurnego nieba za pomocą symulatora słońca o średnicy 1,5 m dysku parabolicznego.
Wirtualna kopuła
Wirtualna kopuła replikuje sklepienie nieba z procesem skanowania w dowolnym czasie i miejscu na ziemi . Ten rodzaj sztucznego nieba jest elastyczny ze względu na jego zdolność do replikacji dowolnego rodzaju nieba. Aby ograniczyć koszty i przestrzeń, wirtualna kopuła wykorzystuje ciężkie roboty i precyzyjne systemy sterowania. Wyniki symulacji są mierzone tylko na komputera po procesie kombinacji wielu symulacji. Zapewnia symulacje światła dziennego na modelach w zmniejszonej skali na obrotowej platformie przy użyciu sztucznego nieba i symulatora słońca. Sztuczną kopułę odkryto na początku lat dziewięćdziesiątych, a zatem jest to najnowszy rodzaj sztucznego nieba.
Chociaż jest to najbardziej precyzyjne narzędzie, bezpośrednie postrzeganie symulacji nie jest możliwe. Ponieważ bezpośrednia percepcja nie jest możliwa w wirtualnej kopule, narzędzie to jest w dużej mierze używane przez naukowców , a nie dla projektantów.
Wirtualna kopuła sztucznego nieba dostępna jest w laboratoriach uniwersyteckich i badawczych takich jak:
- Laboratorium Energii Słonecznej i Fizyki Budowli EPFL LESO-PB, Vaud (sztuczne niebo laboratoryjne), Laboratorium badawcze opracowało skanujący symulator nieba jako bazę dla innych symulatorów nieba, który umożliwia precyzyjne odwzorowanie rozkładu luminancji wszystkich rodzajów nieba . Narzędzie wykorzystuje proces skanowania do odbudowy całej półkuli nieba, zaczynając od jednej szóstej półkuli. Cała półkula, ustalona na modelu Tregenzy ze 145 strefami świetlnymi, jest rekonstruowana przez sześcioetapowe skanowanie. Dane ilościowe natężenia oświetlenia oraz dane jakościowe zdigitalizowanych obrazów wideo są uzupełniane do końca procedury. Jest to dokładne narzędzie do uzyskiwania pomiarów światła rozproszonego w fizycznych modelach w dowolnym czasie i miejscu w celu oceny innowacyjnych rozwiązań architektonicznych i systemów oświetlenia dziennego. Laboratorium zbudowało przyrząd w celu zmniejszenia oszczędności energii i zwiększenia komfortu użytkownika poprzez efektywne wykorzystanie światła dziennego .
- Laboratorium światła dziennego Politecnico di Torino (IT), Turyn (sztuczne niebo wykonane w laboratorium), laboratorium zbudowało sztuczne niebo skanujące z dodatkiem sztucznego słońca. Symulator skanowania nieba jest scharakteryzowany na modelach podziału półkuli nieba. Kopuła jest podzielona na 145 okrągłych obszarów, z których każdy ma jednolitą luminancję. Obszary są replikowane za pomocą okrągłych opraw umieszczonych na półkulistej powierzchni. Konstrukcja składa się z 25 opraw, odpowiadających jednej szóstej całej półkuli o średnicy 7m. Replikowane są różne warunki nieba, zachmurzenie, bezchmurne i pośrednie, odpowiadające zarówno standardowym modelom, jak i rzeczywistym wartościom luminancji. Symulator skanowania nieba i słońca umożliwia symulacje światła dziennego w modelach w zmniejszonej skali, wykorzystywanych do celów badawczych i projektowych. Uzyskane wyniki to dane fotometryczne i cyfrowe obrazy oświetlonej przestrzeni. Kopuła została zbudowana dla architektów , inżynierów , projektantów oświetlenia i badaczy.
- Berkeley Education Alliance for Research in Singapore (BEARS), Singapur (komercyjne sztuczne niebo), laboratorium, które koncentruje się na zrównoważonych i niskoemisyjnych rozwiązaniach, wykorzystuje dostępną na rynku wirtualną kopułę wyprodukowaną przez Betanit.com. Urządzenie ocenia wydajność wizualną i oświetleniową budynków odtworzonych za pomocą makiet budynków w ograniczonej przestrzeni laboratoryjnej. Sztuczne niebo może symulować dowolne rozkłady nieba z podziałem Tregenza przy użyciu 145 łat.
- CEPT University , Ahmedabad (komercyjne sztuczne niebo), uniwersytet wykorzystuje komponenty dostępnej wirtualnej kopuły znanej jako Kiwi Artificial Sky, wyprodukowanej przez Betanit.com w swoim laboratorium badawczym CARBSE. Źródło światła zostało opracowane przez zespół CARBSE. Umieszczone na platformie obrotowej modele budynków są oceniane pod kątem badań światła dziennego. Aby przeprowadzić analizę, stół obrotowy może obracać model wokół dwóch różnych osi i zapewniać pomiary do badań światła dziennego wykorzystywanych do celów akademickich i badawczych.
Pełna kopuła
Pełna kopuła to rodzaj sztucznego nieba, które może odtworzyć każdy rodzaj rozmieszczenia nieba za pomocą ściemnialnych opraw. Symulacja i uzyskiwanie wskaźników oświetlenia dziennego odbywa się za pomocą komputerów . Po zintegrowaniu z heliodonem urządzenie może replikować bezpośrednie światło słoneczne w dowolnym miejscu na świecie . Pełna kopuła to najbardziej zaawansowany dostępny rodzaj sztucznego nieba. Są to najszybsze, najpotężniejsze i bardzo drogie symulatory. Jest używany przez studentów i naukowców do optymalizacji badań światła dziennego w przestrzeniach architektonicznych.
Pełne sztuczne niebo kopułowe dostępne jest na uczelni, w laboratoriach badawczych oraz w dużych firmach oświetleniowych takich jak:
- Cardiff University , Walia (sztuczne niebo wykonane na zamówienie) — walijska szkoła architektury wykorzystuje sztuczne niebo o średnicy 8 m z 640 świetlówkami . Lampy są kontrolowane w sekcjach, które odtwarzają rozkłady nieba dla badań światła dziennego i toru słońca na budowanych modelach w zmniejszonej skali na obrotowym stole.
- Bartenbach, Tyrol (sztuczne niebo wykonane na zamówienie) — firma oświetleniowa wykorzystuje sztuczne niebo o średnicy 6,5 m z 393 lampami do projektowania oświetlenia dziennego wraz z modelami wizualizacji i obliczeniami.
- Uniwersytet ZEA , Al Ain (komercyjne sztuczne niebo) - uniwersytet zainstalował sztuczne niebo z pełną kopułą zintegrowane z automatycznym heliodonem w swoim laboratorium symulacji światła dziennego, zaprojektowanym i wyprodukowanym przez betanit.com. Hemi-kopuła o średnicy 4,5 m odtwarza różnorodne warunki nieba za pomocą sterowania komputerowego. Poziom oświetlenia zachmurzonego nieba wynosi 20000 lx i przekracza 60000 lx dla czystego nieba. Dokładność i elastyczność sztucznego nieba wynikają z monitorowanych termicznie plam światła, które są sterowane komputerowo w celu ułatwienia odtworzenia dowolnego nieba w dowolnym miejscu o każdej porze dnia ze stałą i stabilną gradacją rozkładu światła. Sztuczne niebo jest wykorzystywane do celów dydaktycznych na kursach, takich jak oświetlenia i światła dziennego oraz w innych obszarach badań nad zrównoważonym projektowaniem i technologią budynków na uniwersytecie.
- The Bartlett , University College London (UCL), Londyn (sztuczne niebo wykonane na zamówienie) — studenci architektury Bartlett na Wydziale Środowiska Budowlanego wykorzystują półkulistą kopułę geodezyjną o średnicy 5,2 m do symulacji kilku warunków nieba na koncepcyjnych modelach w skali. Urządzenie zostało wykonane na zamówienie przez Petera Raynhama z UCL i asystenta badawczego. 810 indywidualnie sterowanych LED i paraboliczny reflektor o szerokości 850 mm w łukowatym wnętrzu mogą odtworzyć trajektorię słońca. System umożliwia interaktywne badanie modeli 3D w CAD.
- University of Malta, Malta (komercyjne sztuczne niebo), uniwersytet wykorzystuje sztuczne niebo z heliodonem wyprodukowanym przez betanit.com do badań światła dziennego, głównie do celów dydaktycznych, badawczych i projektowych.
- Universiti Teknologi MARA (UiTM), Kuala Lumpur (sztuczne niebo produkowane komercyjnie), uniwersytet włączył Durian Artificial Sky wyprodukowany z betanit.com, sztuczne niebo z pełną kopułą dla ich laboratorium światła dziennego w Kuala Lumpur. Kopuła Durian Artificial Sky została wykorzystana do parametrów projektowych, takich jak temperatura, natężenie światła, orientacja i pozycja budynku oraz oświetlone obszary dla klimacie tropikalnym w kontekście Malezji. Oferuje wspólne modelowanie kontekstu miejsca poprzez symulację miejską i określa dane o natężeniu nieba w różnych lokalizacjach terenu. Symulacja pomaga w konfiguracji modułu projektowego, aby rozproszyć się, dostosowując się do natężenia światła w miejscu. Ponadto symulacja pomaga w osiągnięciu efektywności energetycznej budynków położonych w klimacie tropikalnym .
- NIISF – Research Institute of Building Physics, Moskwa , Silver Pines, Rosja , wykorzystuje półkulisty symulator nieba o średnicy 16,8 m z 2000 modułów świetlnych i pięcioma parabolicznymi stabilnymi reflektorami słonecznymi o stałej wysokości.
- HFT , Stuttgart University of Applied Sciences, Stuttgart , Laboratorium Planowania Światła Dziennego wykorzystuje półprzezroczystą półkulę o średnicy 4,20 m z 30 lampami fluorescencyjnymi oraz symulator sztucznego słońca w postaci żarówki halogenowej z parabolicznym reflektorem. Urządzenie może zapewnić dokładne odwzorowanie jasności nieba i promieniowania okołosłonecznego. Może odtwarzać rozkłady nieba słonecznego, zachmurzonego lub pochmurnego.
- Oklahoma State University (OSU) wykorzystał prześwietlone sztuczne niebo zbudowane w 2007 roku, które składa się z kopuły geodezyjnej z półprzezroczystego rozpraszającego plastiku „Lexan” w samonośnych panelach z kołnierzami.
.jpg)