人造天空

人造天空（）是一個模擬天穹頂光線的模擬裝置。一個建築比例模型或1：1的全尺寸飛機置於人造天空下，以預測日光滲透到不同情境、複雜幾何形狀或嚴重阻塞窗戶的建築物或飛機內。人造天空的概念源自於日照儀在評估漫射天光成分時提供穩定照明環境的限制。

描述
人造天空主要應用於建築領域，用以分析建築物與空間中的日光。建築學生、建築師、研究人員、、照明工程師、汽車及航空太空（航空航天）工程人員會將模擬裝置用於各種用途。該儀器的多種版本被用於建築學校的實驗室及實務中，用於日照的學習與研究。照明工程師與設計師利用人造天空來測量照明的水準。 該儀器用於檢視汽車與航空工程中駕駛艙內工具的可見性，以提升行車與飛行安全。

自1914年起，建築師與照明工程師使用人造天空來尋找模擬天空的方法，從而測量建築物的物理模型以實現室內照明。

一般而言，建築內部日照會在設計階段透過物理模型觀察與評估，來分析真實天空下的光線強度，但亮度持續變化，且難以獲得穩定結果，因此人造天空是預測日光穿透的理想方式。

人造天空可以不受自然天空天氣條件的限制，複製標準與統計的天空。 一般來說，人造天空可使用照度計、資料記錄系統、微型攝影相機，並可以是手動或電腦化系統。拱頂部分可以部分或完全複製天空的光照。複製天光有三種方式：直接光照、反射或擴散。透過反射，聚光燈照射到模型下方照亮白色圓頂，圓頂上的反射會照亮模型。如果真實天空發出漫射光，最現實的原理是天空透過擴散來運作。通常，人造天空呈現球體形狀。最實用的系統是將人造天空與機械化日照儀整合，以重現陽光。

透過利用人造天空測量與估算日光穿透，建築設計師與工程師可透過控制照明來降低能源，模擬能提供一種降低建築環境影響的日光設計，減少對照明、暖氣和冷卻的需求。透過分析建築照明模擬的問題，使用人造天空的模擬模型能提供寶貴的建議，以達成建築與空間的最佳設計方案。日光研究有助於設計被動式節能屋、零碳建築及生態建築設計。

為了解決汽車顯示器在環境光下因眩光和螢幕褪色所產生的可讀性問題，人造天空提供一個明亮環境，讓設計師與工程師能處理任何問題。

主要歸功於創新的設計形式，模擬的運用有助於避免建築立面產生的眩光與反射熱。由於強烈的陽光影響周遭城市環境，熱度與眩光也影響到附近街道和建築物內的人們。該模擬裝置將讓設計師避免在對講機和華特·迪士尼音樂廳因反射熱和眩光而造成損害。為避免戶外區域及建築物因反射陽光過熱，設計階段使用人造天空模擬此類建築形態，能避免高昂的成本及損害。

人造天空類型包括鏡盒、全圓頂天空、虛擬圓頂及反射器。

人造天空的類型
鏡盒
鏡盒是一種人造天空，由明亮的天花板和鏡面牆壁組成，用來模擬均勻或陰天的天空。在鏡面盒中，透過鏡面牆反射的光線產生一致的亮度分布，並模擬CIE（國際照明委員會）標準的陰天天空估算。光源是白色漫射材料，由多盞燈從後方照射，藉由感測器將光線擴散到整個房間。房間四周的牆壁環繞著垂直排列的平面鏡，透過反射與相互反射，呈現出明亮天花板的影像。

鏡盒人工類型在大學中被使用，例如：

• 在（CEPT大學），在建築與能源先進研究中心（CARBSE）的實驗室安裝了一台鏡盒式人造天空，用於分析日光。在大學的淨零能耗大樓（NZEB）生活實驗室中，測試室設有一個鏡盒式人造天空，供學術研究與產業測試使用。
• 在西敏大學（University of Westminster）的客製化人造天空製作實驗室，設計了一個客製化的鏡面盒人造天空。在內部尺寸2.5mx2.5m的空間，該工具包含大型建築模型以測量採光係數。

反射器
反射圓頂天空模擬器採用反射不透明圓頂表面，以重現均勻與非均勻的天空。圓頂內部的照明系統設計用以產生與標準陰天不同的天空分布。人工圓頂利用反射面照射天空分布，並在放置在可旋轉桌面上的比例模型上評估日光效果。 此外，它也能與人造太陽整合，以模擬陽光。與鏡面盒相比，反射圓頂天空的使用更為可調整，且其變體在市場上廣泛販售。

人造天空反射技術可在大學及研究實驗室中取得，例如：

*斯洛伐克布拉提斯拉瓦的：該學院於1973年在建築與建築研究所建造了一座柔性反射圓頂。直徑8公尺的半球形人造天空，並搭配直徑1.2公尺的拋物面鏡太陽，能完全調整均勻與非均勻的陰天。金屬圓頂維持在一面七英尺高的圓柱形夾板牆上，使大型模型能透過大型門進出。一座直徑9公尺、配備16盞均勻亮度燈泡的天穹頂，並在天空外設有拋物面鏡邊，還有直徑0.9公尺的太陽模擬器。因為它能模擬任何類型的天空，因此這種人造天空具有彈性。為了降低成本與空間，虛擬穹頂採用重型機器人及精細控制系統。該工具利用掃描程序，從半球的六分之一開始，重建整個天空半球。天空掃描模擬器是在天空半球的細分模型上進行描述。該裝置評估可在有限實驗室空間內，透過建築比例模型複製的建築的視覺與照明表現。人造天空可利用145個區塊模擬任何天空分布。為了進行分析，轉盤可將模型至兩個不同的軸向上旋轉，並提供用於學術及研究目的的採光研究測量。

• 巴滕巴赫，提洛邦（客製化人造天空）：該照明公司使用直徑6.5公尺、配備393盞燈泡的人造天空，進行採光設計，並結合可視化模型與計算。
• 艾因的阿聯酋大學（商業人造天空）：大學在其由 betanit.com 設計製造的採光模擬實驗室中安裝了整合機器人日照儀的全穹頂人造天空。
• 倫敦的倫敦大學學院（UCL）（訂製人造天空）：、建築學生利用直徑5.2公尺的測地半球圓頂，在概念比例模型上模擬多種天空條件。該裝置由倫敦大學學院的彼得·雷納姆（{{lengx|en|Peter Raynham）及研究助理訂製。
• 吉隆坡瑪拉工藝大學（UiTM），（商業製造的人造天空）：該大學在吉隆坡的採光實驗室引入了betanit.com的杜里恩人造天空製成的全穹頂人造天空。杜里恩人造天空穹頂被用於設計溫度、光強、建築朝向與位置，以及馬來西亞環境中熱帶氣候建築的照明區域。它透過都市模擬提供場地情境的通用建模，並判定場地各位置的天空強度資料。模擬有助於設計模組的配置，使其分散，從而決定場地的光強度。它能重現晴天、陰天或多雲天空的分布。
• 奧克拉荷馬州立大學（，縮寫為 OSU）：使用了建於2007年，包含一個透地測地圓頂的透光人造天空，該穹頂由半透明擴散的「萊克珊」（）塑膠組成，並置於法蘭式自承板中。

相關條目
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參考文獻