ヘリオドン

ヘリオドン(HEE-leo-don) は、特定の緯度にある水平面と太陽光線の間の角度に一致するように、平面と光線の間の角度を調整する装置です。ヘリオドンは主に建築家や建築を学ぶ学生によって使用されます。ヘリオドンの平面に建物の模型を置き、光と表面の角度を調整することで、調査員はさまざまな日付と時刻に 3 次元の太陽光線の中で建物がどのように見えるかを確認できます。

第二次世界大戦後まもなく、1950年代には、気候に対応した建築設計技術を生み出すことに大きな関心が寄せられました。^{[1]プリンストン建築研究所では、}建築設計を通じて人間が快適に過ごせる生理的条件を作り出すことを目指して、オルジェイスがサーモヘリオドンを発明しました。サーモヘリオドンは、高いレベルの計算と精度で測定された特定の気候条件での縮小建築模型用のドーム型の断熱評価ベッドでした。 ^[1]この装置は、縮小模型の熱性能をさまざまな温度で評価できる屋根付きのシミュレーション環境でした。^[1]しかし、サーモヘリオドンではスケールが熱性能に与える影響のため、正確な評価を行うのが課題でした。サーモヘリオドンは正確に測定された環境を作り出すことはできませんでしたが、この装置は建物の適応的で効率的な設計方向に関するさらなる研究につながり、バイオクライマティック設計の原則の基礎を発展させました。

1950年代、英国の主要機関である建築研究所（BRS）は、熱帯建築とバイオクライマティック建築の一部としてヘリオドンを設計しました。^[2]この機関は、植民地領土の住宅環境の改善と建設のための地域資源の開発を目的としていました。^[2]ヘリオドンは、光の点を通して建築スケールのモデル上に太陽を再現するように設計されました。 ^[2]この装置は、特定の日、時間、場所における太陽の正確な位置を取得するために、シフトと傾斜が可能です。^[2]

1960年代にイスラエルのゲルション・フルーリングがヘリオドンを発明し、米国特許庁に登録されました。^[3]このヘリオドンは、遮蔽性を評価する建物の模型を保持するために作られたプラットフォームで構成されています。 [ ^{3 ]}水平プラットフォームは、軸を中心に回転できる回転可能な垂直シャフト上で揺れます。回転により、時間や季節の調整が可能になり、ユニットはほぼベースまでスイングします。 [3]シャフトを傾けることで、緯度スケールのさまざまな地理的位置に調整できます。^[3]太陽に加えて任意の外部光源を使用でき、この光源の配置は観測中固定しておくことができます。^[3]このヘリオドンは、迅速かつ簡単に調整できる正確な機器です。また、正確に配置された光源を提供する必要はありません。^[3]

1990年代には、より高速なシミュレーションとより高い精度を備えた現代のヘリオドンが発明されました。ローザンヌにあるEPFL太陽エネルギーおよび建築物理学研究所LESO-PBは、直射光をシミュレートするロボットヘリオドンを設計しました。^[4]このヘリオドンはスカイスキャンシミュレータ（人工空）と組み合わせることで、建物内の年間を通しての光の分布を予測します。^[4]この装置は、地球上のあらゆる場所で直射光を再現できます。^[4]

2000年代以降、建築家でありLEED APでエネルギー応答型建築の専門家でもあるノーバート・レヒナー教授が手動のサン・エミュレーター・ヘリオドンを発明しました。^[5]彼は、以前のモデルよりも日光シミュレーションを評価するのがはるかに簡単なヘリオドンを発明しました。 ^[5]サン・エミュレーター・ヘリオドンは、太陽光応答型設計の原則と戦略をすべて正確に示します。^[5]このデバイスは小さな建築スケールのモデルしか保持できませんが、太陽の幾何学を教えるための優れた機器です。このヘリオドンはHigh Precision Devicesによって製造され、現在はSun Emulator Heliodonの発明者の承認を得てbetanit.comが製造したOrchard Heliodonという代替デバイスがあります。

2004年以来、イタリアの会社betanit.comは、大学や建築会社の採光実験室で使用するために、建築家ジュリオ・M・ポデスタが設計したさまざまなヘリオドンを開発しています。^[6]建築家は、サンエミュレーターヘリオドン（ノーバート・レヒナーが開発）と同様の機能を備えたオーチャードヘリオドンを設計しました。より正確なシミュレーションのために、固定光源を備えた使いやすいロボットヘリオドンであるオレンジヘリオドンが設計され、2007年に市場に投入されました。^[6]さらに、オレンジヘリオドンはミラノ工科大学のBEST部門の建築設計実験室で使用されました。^[7]コンピューター制御の自動ヘリオドンを使用してサンシェードを再現しました。^{[7]さらに、建築家は、}採光研究に使用される共同設計やプレゼンテーションのために、フルドームの人工空と融合されることが多い固定光源を備えたロボットヘリオドンであるチューリップヘリオドンを設計しました。^[6]  

香港大学建築学部の教授兼研究者であるクォック・プン・チュンは、さまざまなヘリオドンを開発しました。チュンは、建築学校での使用のために、シンプルな卓上ヘリオドンとマルチランプヘリオドンを開発しました。^{[8]さらに、可動光源を備えた卓上ヘリオドンが}建築家のオフィス向けに開発されました。カメラの三脚に設置された特許取得済みのポータブル直射日光軽量ユニバーサルヘリオドンは、小さな建築模型や建物の部品 への直射日光の影響を評価するために開発されました。

地球は宇宙空間にある球体であり、太陽からの平行なエネルギー光線の円筒を絶えず遮っています。（風に吹かれたテニスボールを想像してください。）地球のどの地点から太陽光線が当たるかは、

• サイトの緯度。赤道と両極の間の地球の曲線上の位置を示します。
• 日の出から日没まで地球の軸の周りを東に進む速度で測定された、その場所の一日の時間。
• 地球が太陽の周りを年ごとに一周する軌道上にある日付。

日付による変化は、最も視覚化が難しいものです。地球の軸は安定していますが、傾いています。つまり、軸に垂直な地球の赤道を含む平面は、太陽の中心と地球の中心を含む黄道と呼ばれる平面と平行ではありません。地球を観覧車の上の車と考えてください。車の軸は常に「下」を向いており、これにより、ホイールの中心との関係が変わります。ホイールの中心にある光は、軌道の上部にある車の底部に触れ、軌道の下部にある車の上部に触れます。地球が公転すると、太陽シリンダーの中心線の位置が、北回帰線（ 6 月）から南回帰線（12 月）へとスライドして変化します。これにより、日付に応じて地球全体の太陽の角度が変わります。詳細は、analemmaを参照してください。

ヘリオドンは緯度、時刻、日付を模倣できます。また、モデルの向きを決めるために、表面に南北の方向を明確に示さなければなりません。一部のヘリオドンは非常に精巧で、高い天井のトラックを使い、広いスタジオ全体に照明を届けます。その他は非常にシンプルで、調整のガイドとして日時計を使い、その日の太陽を光源として使用します。一般に、ヘリオドンの設計者にとって最も困難なのは日付の調整であり、使用時に最も問題となるのは光源です。太陽の平行光線を実用的なスケールで人工光で再現するのは簡単ではありません。一方、本物の太陽は締め切りや授業時間には左右されません。

すべてのヘリオドンは、モデルのどの表面とも一致するように設定して入射角を表示できる、可動で傾斜可能なデバイスを含めることで恩恵を受けることができます。入射角デバイスは、表面への直射光線の相対的な強度を示します。このデバイスは、図に垂直な影を落とすポインターの周りの同心円状のリングの図で構成されています。各リングは、表面に入射する直射太陽光線のパーセンテージを表します。パーセンテージは、100% (光線が図に垂直なポインターに沿ってまっすぐ進む) から 0 (光線が図に平行に進み、表面を逸れる) まで変化します。入射角のコサインがパーセンテージを示します。たとえば、コサイン 0.9、90% は、26.84 度の入射角に相当します。角度のリングの半径は、その接線と影を落とすポインターの高さの積に等しくなります。たとえば、45 度の入射角では、コサインは約 0.7、70% になります。 45 度の接線は 1 なので、70% リングの半径は影を落とすロッドの高さに等しくなります。

手動卓上ヘリオドンは、任意の緯度と時間で日陰分析を行うために使用されます。モデルサポートプラットフォームは、従来のテーブルまたはデスクに取り付けられます。スケール付きの建築モデルを回転および傾斜させることができます。^[9]これらのヘリオドンは、コンピューターを使用せずに手動で操作され、優れた精度を提供します。テーブルに取り付けられたモデルスタンドは、緯度に合わせて傾斜し、回転して時刻を取得します。^[9]季節を再現するために、単一の光源は、ドアの端に取り付けられた、1年の月がマークされたリボンを使用します。^[9]このデバイスは、ランプのある屋内スペースと直射日光の当たる屋外スペースで使用して、精度を高めることができます。屋外で使用する場合は、日時計を使用してモデルスタンドの傾斜と回転を制御します。主な利点は、手頃な価格と小型サイズです。^[9]ヘリオドンは、太陽の幾何学をすでに知っている人が使用すると正確です。ただし、太陽の幾何学と太陽光応答設計の基本原則を学ぶには適していません。^[9]

• 香港大学建築学部では、建築模型の太陽設計に卓上型ヘリオドンを使用しています。ヘリオドンは主に教育と設計の目的で使用されています。^[8]

手動ヘリオドンは、スケールモデルを上に置いた平らなテーブルで構成されていますが、テーブルは固定されており、太陽ランプのみが動いています。ヘリオドンは、水平なプラットフォームと、毎月21日の太陽の軌道を表す7つのリングで構成されており、回転させて1日の時間を再現できます。建築家、プランナー、開発者向けの教育ツールとして機能します。^[5]ヘリオドンは、科学博物館で太陽の形状と太陽光対応設計の原則を教えるために使用できます。^[5]外部の空の状態に依存することなく、どの緯度でも太陽遮蔽分析を評価することは簡単です。このタイプのヘリオドンは、調整と操作が非常に直感的です。^[10]このヘリオドンは、理解と操作が簡単なため、限られたトレーニングのみが必要です。

特性を考慮すると、手動太陽エミュレーターは、機能的、科学的、そして楽しいデモンストレーションの方法で子供たちに太陽の動きと基本方位を説明するのにも最適です。

手動太陽エミュレーター heliodon は、次のようなさまざまな大学で使用されています。

• アラバマ州オーバーン大学- この大学は、HPDモデル126ヘリオドンとして知られる直径48インチ（1.2メートル）のフォルミカで覆われた太陽エミュレーターヘリオドンを使用しています。^[10]
• テキサスクリスチャン大学（テキサス州） - 同大学の学生は、照明デザインプロジェクトにおける日光研究のために太陽エミュレーターのヘリオドンを使用しています。^[11]
• ルイジアナ州サウスイースタンルイジアナ大学-この大学は、太陽光を考慮した建築の設計を教育する目的でヘリオドンをインタラクティブなツールとして使用しています。^[12]
• ネブラスカ州ダーラム工学建設学校– ノーバート・レヒナー教授は太陽エミュレーターのヘリオドンを使用して、スケールモデルの太陽遮蔽解析を説明しています。^[13]
• インディアナ州ボール州立大学CERESセンター^[10]
• ジャドソン大学、アラバマ州^[10]

このタイプのロボット ヘリオドンは、最も正確な太陽シミュレータです。ロボット プラットフォームのサポートにより、固定光源を備えたコンパクトなスペースでスケール モデルを評価するために使用されます。これは自動操作のヘリオドンであり、コンピューターの助けを借りて物理モデルが 2 つの軸の周りに正確に配置されます。ロボット ヘリオドンは、手動のものよりも大きく重いモデルで頻繁なテストと評価を処理し、実験の正確な結果を生成します。これらは、持続可能な建物設計のための大学、研究施設、開発研究所での採光研究に使用されます。

一部のロボット ヘリオドンは、光路を折り曲げて狭い部屋に設置できるようにするために鏡を使用しています。通常、部屋は窓のない暗い場所に保たれ、壁、天井、床は黒く塗られています。

Robotic Heliodon は、次のような建築学校、研究室、大規模なエンジニアリング会社で使用されています。

• ローザンヌにある EPFL 太陽エネルギーおよび建築物理学研究所 LESO-PB (研究所製のヘリオドン) は、直射光のシミュレーションにロボット ヘリオドンを使用しています。^[4]このヘリオドンはスカイ スキャン シミュレーター (人工の空) と組み合わせることで、建物内の年間を通しての光の分布を予測します。このツールは、地球上のあらゆる場所の直射日光を再現できます。^[4]このヘリオドンは、さまざまな研究や設計の目的でスケール モデル内で日光シミュレーションを実行できる研究所製のツールです。^[4]日光照明研究所は、建物内の日光をより有効に活用することでエネルギーの節約を制限し、ユーザーの快適性を高めるためにこのツールを製造しました。^{[4]この機器を使用すると、建築家、設計者、プランナーは建築コンセプトの効果を理解できます。エネルギー消費を制限することに加えて、研究所は日光を効率的に使用することで建物の居住者の健康と生産性を高めることに重点を置いています。さらに、ロボット ヘリオドンは、}建物や都市のエネルギー効率と再生可能エネルギーを実現するという研究所の目標にも役立ちます。

  

• メキシコのソノラにある国立住宅・持続可能なコミュニティ研究所は、ベタニット社製のオレンジ ヘリオドンを使用しています。^[14]ロボット ヘリオドンは、太陽光の経路と、既存または新しい建物との相互作用を評価するために使用されます。^[14]ロボット ヘリオドンの下でスケールの物理モデルを使用することで、プロジェクトは建物の快適性とエネルギー効率を測定できます。 ^[14]ヘリオドンは、プロジェクトが気候条件とエネルギー源の統合を考慮しているため効率的です。^[14]建物は暑く乾燥した気候にあるため、自動ヘリオドンは、建物の内部空間への直射日光を避けながら、間接的な自然光と換気を提供する設計ソリューションを提供するのに役立ちました。 ^[14]ロボット ヘリオドンの精度により、写真を使用したいくつかの研究を使用して、建設された家と太陽光をシミュレートしたスケール モデルを比較しました。結果から、自動ヘリオドンから得られた建物の適切な設計機能を使用することの効率性が明らかになりました。^[14]
• エンジニアリング会社である Arup (ロンドン) は、実験や建物の太陽をシミュレートするために、照明ラボで Betanit 社製のオレンジ色のヘリオドンを使用しています。^{[15] [16]}ヘリオドンによる照明シミュレーションは、建物への日光の浸透を迅速に特定するのに役立ちます。 Arup はロボット ヘリオドンを使用して、持続可能でエネルギー効率が高く、受賞歴のある照明コンセプトを設計しています。^[16]エンジニアと専門家は、革新的なプロジェクトのために太陽を複製することにより、建物の日光採光を分析します。 さらに、フランチェスコ アンセルモ博士が監督する論文プロジェクトでも、実験目的でヘリオドンが使用されました。 ヘリオドンは、Betanit と連携して Arup の「Leaf」の曲率と年間反射率の研究にも使用されています。^[17]

このロボット ヘリオドンはコンピューターで完全に自動化されており、テーブルに水平に置かれた固定スケール モデルの周囲を回るライトを備えています。この種類のロボット ヘリオドンは、プレゼンテーション、照明設計、研究の目的で、ドーム型人工天空と別々に、または統合して使用されます。人工天空と併用すると、この統合ツールは太陽と空の両方を非常に正確に再現し、日光調査の結果を得ることができます。固定スケール モデルは、他のタイプよりも大きくて重いモデルにすることができ、光源がモデルの周囲を回って評価結果を取得したり、プレゼンテーションや観察を行ったりすることができます。ロボット ヘリオドンを使用すると、日光調査 のために人がその周囲や内部を簡単に移動できます。

固定モデルを備えた自動化ロボット ヘリオドンは、次のような研究施設、照明会社、大学の研究室で使用されています。

• 米国カンザス大学ローレンス校の照明研究室では、日光の研究と調査の目的でヘリオドン太陽光シミュレータを使用しています。^[18]この装置は Hongyi Cai 博士によって開発され、Quanzhou HuaTian Measurement Equipment LLC によって中国で特注されました。^{[18]このシミュレーションツールは、建物のスケールモデルをモデルの固定点の周りで 0.1 o}の精度で 3D 角度移動させる機能を備えています。ヘリオドンは、教育、研究、日光調査のために暗室に設置されています。^[18]
• シュトゥットガルト専門大学のHFTは、日光計画ラボでロボットヘリオドンを使用しています。 [ ^{19 ]}ラボは、日光シミュレーターで人工の空と人工の太陽の2つの要素を使用しています。 [19]人工太陽シミュレーターは、平行な太陽光を再現するために、放物面反射鏡を備えたハロゲン電球で構成されています。ヘリオドンは、直径4.20mの人工の空と30個の蛍光灯を統合しました。^[19]コントロールパネルにより、任意の日と地球上の任意の場所での任意の太陽軌道を複製できます。 ^[19]この統合により、空の明るさと太陽周辺の放射を非常に正確に再現できます。^[19]建築デザイン学部では、教育目的、日光研究、影の研究、および研究のためにこのデバイスを使用しています。
• チロル州バルテンバッハ – この照明会社は、視覚化モデルと計算を用いた日光照明設計のために、多数の小さなランプを備えたヘリオドン（直径6.5mの人工の空の中にある）を使用しています。^{[20] [21]}この照明会社は、複雑な建築構造の研究開発における日光シミュレーションにヘリオドンを使用しています。^{[20]この会社は、}グリーンビルディングの認証、レポート、およびコンサルティングに使用される建築照明設計ツールを使用しています。
• アラブ首長国連邦大学（UAEU）は、betanit.com製の強力なロボットヘリオドンをフルドームの人工天空内に設置し、スケールモデルの採光を非常に正確に評価しています。^[22]ヘリオドンは、スケールモデルを支えるテーブル上で200,000 lxから600,000 lxの範囲を再現できるカスタム設計された光学セットアップを備えた1200W HMIランプで駆動されます。^{[22]人工天空を備えたロボットヘリオドンは、}持続可能な建築設計と技術の研究目的で使用されています。

照明工学協会（IES）は、日光照明設計の評価に使用されるツールの1つとしてヘリオドンを特集した照明ハンドブックを出版しています。 ^[23]このハンドブックは世界的によく知られた参考文献であり、照明の専門家や実務家が光が人間の健康に与える影響を理解し、効率的な照明の研究と設計を通じて持続可能性を促進するためのガイドです。^[23]ヘリオドンは、物理的なスケールモデルの日光照明のパフォーマンスを研究するために使用される照明ソフトウェアツールとしてハンドブックに取り上げられています。^[23]これは通常、建築家やエンジニアによって使用されます。

• ヘリオドン・デ・アナレマス 2010-07-17ウェイバックマシンにアーカイブ

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