日照儀

日照儀（HEE-leo-don）是一種可以調整平面與光束角度的裝置，以匹配特定緯度的水平面與太陽光束之間的角度。使用日照儀的主要族群是建築師和建築系的學生。透過將建築模型放置在日照儀的平面上，並調整光線與表面角度，使用者可以觀察建築物在不同日期和時間的太陽光束下呈現的三維樣貌。

歷史
二戰結束後不久的1950年代，人們普遍關注生產符合氣候的建築設計技術。在普林斯頓建築實驗室，奧爾吉亞（Olgyays）發明了熱日照儀，希望透過建築設計創造人類舒適的生理條件。熱日照儀是一個與外界隔絕的圓頂屋，可讓比例模擬特定氣候條件下的樣貌，測量的精確度很高。該機構旨在改善殖民地地區的住屋條件及地方資源建設開發。這個日照儀由一個平台組成，用來放置將受評估之建築模型的隔離性。這種日照儀與天空掃描模擬器（人造天空）結合，預測建築物全年的光線分布。他發明的日照儀，比起先前的模擬儀，這些模擬比之前的模擬儀更容易評估日光。建築師設計了Orchard日照儀，其特徵與諾伯特·萊希納開發的日照模擬器相似。為了更精確的模擬，設計了 Orange日照儀，一款易於使用且具固定光源的機械日照儀，於2007 年上市。它使用電腦化且自動的日照儀來重現日影。此外，還開發了一款帶有移動光源的桌上日照儀，用於建築師辦公室。一種安裝於相機三腳架上，專利的便攜式陽光直射的日照儀，用於評估直射陽光對小型建築模型或建築構件的影響。

科學背景
地球是一個位於太空中的球體，不斷攔截來自太陽的平行能量射線圓柱（想像一個被風吹起的網球。）。地球任何位置與太陽光束的角度由以下方式決定

• 該地點的緯度，也就是它在地球曲線上，介於赤道與其中一個極點之間的位置。
• 該地點的一天中時間，以日出至日落期間繞地球自轉軸向東移動來衡量。
• 這個日期，將地球定位在每年繞太陽公轉的軌道上。

由於日期造成的變化是最難以想像的。地球軸心穩定但「傾斜」：包含地球赤道的平面，垂直於該軸線，但並不與包含太陽中心與地球中心的平面（稱為黃道）平行。把地球想像成摩天輪上的一輛車。車輛軸心始終指向「下方」，這會改變其與車輪中心的關係。輪子中央的燈會照到軌道頂端的車底，以及軌道底部的車頂。隨著地球繞行，太陽光柱的中心線位置會改變，從北回歸線（6月）滑動到[南回歸線]（12月），再滑回來。這會根據日期改變地球上的太陽角度。「更多內容請參見日行跡。」

實用性
日照儀能模擬緯度、時間和日期。它們也必須在表面上明確的顯示南北方向，以便建築模型定位。有些日照儀非常複雜，利用高天花板上的軌道將燈光帶過大型攝影棚。有些則非常簡單，利用日晷作為調整的指引，並以白天的太陽作為光源。一般來說，日期調整對日照儀的設計者來說是最困難的，而光源則在使用時帶來最多問題。太陽的平行光線不易用人工光線在使用的尺度上複製，而真實太陽則不拘泥截止日期或時間類別。

所有日照儀都能透過加入可移動、可傾斜的裝置，設定為模型上任何表面以顯示入射角而受益。入射角裝置顯示直接光束在表面的相對強度。該裝置由一個同心圓環組成，環繞著一個垂直於圖的投射指針。每個環代表直接射入地表太陽光的百分比。這個百分比從100%：光線垂直於圖的指標直線延伸到0%：光線平行於圖面且未擊中表面。入射角的餘弦值即為百分比；例如，0.9，即90%，對應的入射角為26.84度。角度下的環半徑等於其切線乘以投射陰影指標的高度。例如，45度的入射角會產生約0.7，也就是70%的餘弦值。由於45度的切線為1，70%環的半徑將等於投影棒的高度。

日照儀的種類
手動桌上型日照儀
手動桌上型日照儀可用於任何緯度和時間日影分析。模型支撐平台安裝於傳統的桌子或書桌上，它可以旋轉並傾斜照射縮小的。這些日照儀是手動操作，無需電腦，且精度良好。模型支架安裝在桌上，傾斜以示緯度並旋轉以判斷時間。因為它容易理解和操作，這種日照儀只需有限的訓練。

考慮到特性，手動日照儀也很適合以功能性、科學且有趣的方式向兒童解釋太陽動力學和方位。

手動日照儀被多所大學使用，例如：

• 阿拉巴馬州的奧本大學：該校使用直徑48吋（1.2公尺）的Formica包裹太陽模擬器，稱為HPD Model 126 日照儀。
• 路易斯安那州的東南路易斯安那大學：大學將日照儀作為互動工具，用於了解建築設計與太陽的教學目的。
• 內布拉斯加州的杜倫工程與建設學校：Norbert Lechner教授使用日照儀解釋比例模型的日影分析。
• 位於印第安納州鮑爾州立大學的CERES中心。機械日照儀用於評估太陽路徑及其與既有或新建建築的互動。日光儀的照明模擬有助於快速辨識建築物的日光穿透情況。阿魯利用機器人日照儀設計永續、節能且屢獲殊榮的照明概念。

固定模型的機器人日照儀
這台機械人日照儀全自動，配備電腦，並配有燈光環繞著水平放置於桌上的固定比例模型。這種機器人日照儀可單獨使用，或與穹頂人造天空整合，用於展示、照明設計及研究用途。在使用人造天空時，結合工具能高精度複製太陽與天空，並獲得採光研究結果。固定比例模型可以比其它類型更大更重，讓來源能繞模型取得評估結果、進行簡報與觀察。機器人日照儀讓人們能輕鬆在周圍和內部移動，進行採光的研究。

自動化的機械人日照儀燈具有固定模型，廣泛應用於研究機構、照明公司及大學實驗室，例如：

*堪薩斯大學：美國勞倫斯的照明研究實驗室使用日照儀模擬器進行採光研究與宗旨。該裝置由蔡鴻義博士開發，並由中國泉州華天測量設備有限責任公司訂製。實驗室在採光模擬器中使用兩種元素：人造天空和人造太陽。該照明公司在複雜建築結構的研究開發中使用日照儀模擬採光。日照儀由一盞 1200W的HMI燈供電，並配備客製化光學系統，能在支撐比例模型的桌面上重現200,000至600,000 lx 的範圍內的照明。該手冊是全球知名的參考書，也是指引，幫助照明專業人士與實務者了解光線對人體健康的影響，並透過高效的照明研究與設計促進永續發展。在手冊中，日照儀被介紹為一種照明軟體工具，用於研究實體比例模型的採光性能。它通常由建築師和工程師使用。

參考文獻
外部連結

• [http://www.heliodon.com.br Heliodon de Analemas]