Кіріспе
Гелиодон (HEE leo don) – белгілі бір ендіктегі көлденең жазықтық пен күн сәулесінің арасындағы бұрышқа сәйкес келу үшін, тегіс бет пен жарық сәулесінің арасындағы бұрышты реттеуге арналған құрылғы. Гелиодонды көбінесе сәулетшілер мен сәулетті зерттейтін студенттер пайдаланады. Зерттеуші ғимараттың моделін гелиодонның тегіс бетіне орналастырып, жарық пен бет арасындағы бұрышты реттеу арқылы, ғимараттың әртүрлі күндер мен уақыттардағы үш өлшемді күн сәулесінде қалай көрінетінін байқай алады.
Тарих
Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін көп ұзамай, 1950 жылдары, климатқа сәйкес келетін ғимараттарды жобалау әдістерін жасауға үлкен қызығушылық туды. Принстон архитектуралық зертханасында Ольгайстар архитектуралық жобалау арқылы адамның жайлылығының физиологиялық жағдайларын қамтамасыз ету мақсатымен Термогелиодонды ойлап тапты. Термогелиодон – бұл белгілі бір климаттық жағдайларда жоғары дәлдікпен өлшенген, архитектуралық модельдерді бағалауға арналған, изоляцияланған, күмбезді төсек. Бұл мекеме отарлық аумақтардағы құрылыс үшін жергілікті ресурстарды дамыту және тұрғын үй жағдайларын жақсартуға бағытталған. Бұл гелиодон ғимараттың моделін орналастыруға арналған платформадан тұрады, оның изоляциясын бағалау қажет. Бұл гелиодон аспанды сканерлейтін симулятормен (жасанды аспанмен) біріктіріліп, жыл бойы ғимараттағы жарық таралуын болжауға мүмкіндік береді. Ол бұрынғы модельдерге қарағанда күндізгі жарықтың симуляциясын бағауды әлдеқайда жеңілдететін гелиодонды ойлап тапты. Архитектор Орчард Гелиодонды, Норберт Лехнер әзірлеген Күн Эмуляторы Гелиодонымен (Sun Emulator heliodon) ұқсас ерекшеліктерімен жобалады. Нақтырақ симуляциялар үшін, тұрақты жарық көзі бар, пайдалануға оңай роботты гелиодон – Orange Heliodon жобаланып, 2007 жылы нарыққа шығарылды. Ол күн көлеңкесін шығару үшін компьютерлендірілген және автоматты гелиодонды пайдаланды. Сонымен қатар, архитекторлар кеңселерi үшiн қозғалмалы жарық көзі бар үстелге арналған гелиодон жасалды. Шағын архитектуралық модельдердің немесе ғимарат құрылымдарының тікелей күн сәулесінің әсерін бағау үшін камера штативіне орнатылатын, патенттелген портативті, универсалды гелиодон әзірленді.
Ғылыми негіздер
Жер – ғарыштағы шар, Күннен келіп түсетін параллель энергия сәулелерінің цилиндрін үздіріссіз тосып алады. (Теннис добын желмен ұстап тұрғандай көзге елестетіңіз.) Жердің кез келген нүктесінің күн сәулесіне шағылысу бұрышы мыналармен анықталады:
Нүктенің ендігі, ол экватор мен полюстердің бірі арасындағы Жер қисығындағы орнын көрсетеді. Күннің шығыстан батуға дейін Жер осінің айналуымен өлшенетін күндізгі уақыт. Жердің Күн төңірегіндегі жылдық орбитадағы орны – күні. Күндің өзгеруіне байланысқан өзгерісті көзге елестету ең қиын. Жер осі тұрақты, бірақ көлбеу: Жер экваторын қамтитын және осіне перпендикуляр жазықтық, Күннің және Жердің орталықтарын қамтитын эклиптика деп аталатын жазықтыққа параллель емес. Жерді аттракциондағы вагонша ретінде қарастырыңыз. Вагоншаның осі әрқашан «төменге» бағытталған, бұл оның дөңгелектің ортасына қатысын өзгертеді. Дөңгелектің ортасындағы шам орбитаның ең жоғарғы нүктесінде вагоншаның астына, ал ең төменгі нүктесінде вагоншаның үстіне тиеді. Жер орбитамен айнала келе, күн цилиндрінің орталық сызығының орны өзгереді, маусым айында Рақ тропигінен желтоқсан айында Қазан тропигіне және кері жылжиды. Бұл Жер бетіндегі күн бұрыштарын күніне қарай өзгертеді. Толық ақпарат алу үшін аналемманы қараңыз.
The site’s latitude, which gives its position on the curve of the Earth between the Equator and one of the Poles. The time of day at the site, measured by its progress eastward around the Earth’s axis from sunrise to sunset. The date, which locates the Earth on its annual orbit of the Sun. The change due to date is the most difficult to visualize. The Earth’s axis is steady but tilted: the plane that includes the Earth’s equator, which is perpendicular to the axis, is not parallel to the plane that includes the center of the Sun and the center of the Earth, called the ecliptic. Think of the Earth as a car on a Ferris wheel. The car’s axis always points “down”, which changes its relation to the center of the wheel. A light at the center of the wheel would touch the bottom of the car at the top of the orbit and the top of the car at the bottom of the orbit. As the Earth orbits, the location of the centerline of the solar cylinder changes, sliding from the Tropic of Cancer (in June) to the Tropic of Capricorn (in December) and back again. This changes sun angles all over Earth according to the date. See more at analemma.
Пайдалылығы
Гелиодондар ендік, күндізгі уақыт және күнді еліктей алады. Модельдерді бағдарлау үшін олардың бетінде солтүстік-оңтүстік бағыты анық көрсетілуі керек. Кейбір гелиодондар өте күрделі, үлкен студияда жарықты тасымалдау үшін жоғары төбедегі рельстерді пайдаланады. Ал басқалары қарапайым, түзетулерді жасау үшін күн сағатын және күндізгі күнді жарық көзі ретінде қолданады. Жалпы алғанда, күнді реттеу гелиодонды жобалаушы үшін ең қиын міндет, ал жарық көзі пайдалану кезінде ең көп мәселе тудырады. Күннің параллель сәулелерін пайдалы масштабта жасанды жарықпен қайта жасау қиын, ал нағыз күн мерзімдерге немесе сабақ уақытына қарамастан. Барлық гелиодондарға модельдегі кез келген бетке сәйкес орнатылып, түсу бұрышын көрсетуге мүмкіндік беретін қозғалмалы, бұрылатын құрылғыны қосу пайдалы. Түсу бұрышы құрылғысы бетке түсетін тікелей сәуленің салыстырмалы қарқындылығын көрсетеді. Құрылғы диаграммаға перпендикуляр көлеңке түсіретін көрсеткіштің айналасында орналасқан концентрлі сақиналардың схемасынан тұрады. Әрбір сақина бетке түсетін тікелей күн сәулесінің пайызын көрсетеді. Пайыздық көрсеткіш 100%-дан – сәуле диаграммаға перпендикуляр көрсеткіш бойымен түзу төмен қарай бағытталғанда – 0%-ға дейін – сәуле диаграммаға параллель бағытталып, бетті өткізіп жібергенде – өзгереді. Түсу бұрышының косинусы пайызды көрсетеді. Мысалы, 0,9 косинус, 90%, 26,84 градусқа тең түсу бұрышына сәйкес келеді. Бұрышқа сәйкес келетін сақинаның радиусы оның тангенсін көлеңке түсіретін көрсеткіштің биіктігіне көбейту нәтижесіне тең. Мысалы, 45 градус түсу бұрышы шамамен 0,7, 70% косинус береді. 45 градустың тангенсі 1 болғандықтан, 70% сақинаның радиусы көлеңке түсіретін таяқтың биіктігіне тең болады.