人工天穹是基於人工光源模擬CIE標準天空亮度的實驗設備，主要用於建築採光研究與節能設計驗證。該系統通過LED矩陣光源實現CIE全雲天環境的動態模擬，結合平面鏡反射技術或漫反射塗層構建均勻光分布。採用模組化桁架結構支持實驗室組裝，配備360°旋轉工作檯和大開口觀測視窗。套用涵蓋建築物理實驗、採光係數測試及教學演示，可配合微縮模型完成光環境數據採集分析。
基本介紹
- 設備類型：建築光學實驗裝置
- 光源類型：LED矩陣/氣體放電燈
- 關鍵技術：CIE亮度調控
- 套用領域：建築採光研究
- 穹體參數：半徑2350-2700mm
- 模擬功能：實時太陽軌跡
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技術原理
通過人工光源復現自然天空亮度分布特徵：
- 全雲天模擬採用高密度LED陣列搭配擴散膜，實現天頂照度達地平線3倍的CIE標準梯度
- 平面鏡無限反射式裝置通過四壁鏡面組合重構天然光漫射路徑
- 多邊形單元組合桁架球體配合可調亮度LED擴散光源單元建立太陽直射光模擬模組
系統組成
典型智慧型人工天穹包含四大核心組件：
- 多邊形單元組合桁架球體：六邊形/五邊形/半六邊形單元構成可拆卸球體，採用鍍鋅鋼管與鋁合金連線件
- 光源矩陣：含1024個可獨立調光LED模組，色溫範圍2700K-6500K
- 太陽模擬器：採用敞開式氣體放電光源與凹面鏡反射技術構建太陽模擬系統
- 數據採集平台：支持1:20比例建築模型載入，集成64通道無線照度測試系統
實驗套用
在建築光學研究中的主要功能：
- 採光係數測定：通過微縮模型獲取室內照度分布數據，驗證開窗方案合理性
- 遮陽系統最佳化：通過計算機軟體控制實現太陽實時軌跡模擬，自動定位太陽高度角及方位角，測試建築外遮陽構件的光熱性能
- 材料光學分析：測量建築模型的採光係數與亮度分布參數
控制特性
智慧型化作業系統具備以下功能：
- 地理位置輸入自動計算太陽軌跡，支持北緯50°至南緯50°區域模擬
- 內置CIE標準全雲天、半雲天及自定義模式，亮度調節精度±1%
- 實驗數據自動生成採光係數曲線圖，支持隨身碟導出原始測量值
發展現狀
根據2021年學術會議論文顯示：我國已具備自主設計建造能力，但設備利用率不足，對比歐洲已開發國家在設備先進性及實驗體系化方面的差距。截至2024年公開的專利數據顯示，新一代模組化天穹的安裝周期縮短至72小時，較傳統結構效率提升80%。2025年產品參數表明，主流設備的功率密度已降低至0.45W/m，較2010年代產品節能67%。
