Φυσικός Φωτισμός Κτιρίων

Εν αρχή… Η κατασκευή ανοιγμάτων που να επιτρέπουν τη διέλευση του αέρα και του φωτός είναι πρωταρχικό μέλημα της αρχιτεκτονικής σύνθεσης. Όπως ο αέρας έτσι και το φως είναι ζωτικής σημασίας για τις συνθήκες υγιεινής διαβίωσης σε οποιοδήποτε κτιστό περιβάλλον. Το φως ενεργοποιεί τη λειτουργία της όρασης και βοηθά να αντιληφθεί κανείς τα αντικείμενα και το χώρο γύρω του καθώς επίσης και να κατανοήσει την έννοια του χρόνου. Αυτό γιατί το φυσικό φως μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου. Επαρκής φυσικός φωτισμός σημαίνει αίσθηση άνεσης για τους ενοίκους ενός χώρου, εύκολη προσαρμογή της κίνησής τους σ’ αυτόν και ανάλογη επίδραση στην ψυχολογική τους διάθεση – ακόμα και στην αποδοτικότητα στον τομέα της εργασίας. Έρευνες έχουν δείξει ότι οι άνθρωποι προτιμούν περιβάλλοντα με συνθήκες όπου επικρατεί το φυσικό φως και μπορεί να αναρρώσουν ταχύτερα από χειρουργικές επεμβάσεις και ασθένειες σε χώρους που είναι φυσικά φωτισμένοι και ακόμη έχουν θέα στον εξωτερικό χώρο.

Τα συν… Το φυσικό φως πλεονεκτεί έναντι του τεχνητού καθώς καλύπτει ευρύτερο τμήμα του φάσματος, είναι διάχυτο, μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου και τις εξωτερικές συνθήκες και ακόμη συμβάλλει στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Επαρκής φυσικός φωτισμός σημαίνει λιγότερες απαιτήσεις για υποστήριξη από σύστημα τεχνητού φωτισμού ή και ψύξης λόγω υπερθέρμανσης προκαλούμενης από τη λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος.

Ξεκινώντας τη μελέτη… Για τη μελέτη του φυσικού φωτισμού ενός κτιρίου είναι απαραίτητη η γνώση δύο γωνιών σχετικών με τη θέση του ήλιου όπως και της φαινόμενης διαδρομής του στον ουράνιο θόλο. Λόγω της απόκλισης του άξονα της γης κατά 23 περίπου μοίρες (23.27^ο ) από το επίπεδο περιστροφής της γύρω από τον ήλιο, ο ηλιακός δίσκος φαίνεται στο βόρειο ημισφαίριο να ξεκινάει το ταξίδι του στον ουράνιο θόλο από την ανατολή και περνώντας πάνω από το νότο, να καταλήγει στη δύση. Ανάλογα δε, με την εποχή η θέση του βρίσκεται άλλοτε χαμηλότερα και άλλοτε ψηλότερα στον ουρανό. Όσον αφορά τις γωνίες θέσης αυτές είναι το αζιμούθιο, δηλαδή η γωνία απόκλισης της θέσης του ήλιου από τον πραγματικό νότο, και η γωνία ύψους, δηλαδή η γωνία που σχηματίζει η θέση του ήλιου στον ουρανό ως προς το οριζόντιο επίπεδο.

                                                                   

              

                                φαινόμενη πορεία                               αζιμούθιο και γωνία ύψους

Βασικός παράγοντας που επηρεάζει τη μελέτη φυσικού φωτισμού ενός κτιρίου είναι η συνήθης κατάσταση του ουρανού. Σε καθαρό ουρανό ο ήλιος είναι άμεσα ορατός και ο ορίζοντας πιο φωτεινός σε σχέση με το ζενίθ του ουράνιου θόλου. Σε νεφελώδη ουρανό οι μεταβολές μπορεί να συμβαίνουν σχεδόν ανά λεπτό και ο ουρανός να έχει άλλοτε λαμπρό ήλιο και άλλοτε να είναι σκοτεινός. Σε συννεφιασμένο ουρανό το φως διαχέεται συμμετρικά, το ζενίθ εμφανίζεται φωτεινότερο, η θέση του ήλιου δε διακρίνεται και το χρώμα του ουρανού είναι ελαφρώς κίτρινο.

                                                                                                        

                                                        κατάσταση ουρανού

Επίσης η μελέτη διαφοροποιείται ανάλογα με τη χρήση του χώρου. Χώροι γραφείων έχουν ανάγκη για επαρκή φωτισμό μέχρι το βάθος της αίθουσας ενώ χαρακτηρίζονται συνήθως από χαμηλό ύψος οροφής και φωτισμό μόνο από πλευρικά ανοίγματα. Οι κατοικίες χρειάζονται επαρκή φωτισμό σε χώρο που αποτελείται από πολλά επιμέρους δωμάτια που φωτίζονται μόνο από ένα παράθυρο το οποίο συχνά δεν αντικρίζει τον ήλιο. Εργοστασιακοί χώροι έχουν ανάγκη από υψηλά επίπεδα φωτισμού προς όλες τις κατευθύνσεις και συνήθως χαρακτηρίζονται από μεγάλο εσωτερικό όγκο και ψηλά τοποθετημένη οροφή.

Ένας παράγοντας που πρέπει να ληθφεί υπόψη κατά τη μελέτη φωτισμού είναι το daylight factor που ορίζεται ως το ποσοστό της φωτεινής ακτινοβολίας εντός του χώρου σε δεδομένο σημείο σε σχέση με την αντίστοιχη ακτινοβολία εκτός του χώρου σε σταθερές συνθήκες ουρανού. Γνωρίζοντας τι ποσό πρέπει να πάρει ο παράγοντας αυτός μπορούμε να υπολογίσουμε τα ανοίγματα του χώρου (θέση, μέγεθος, τύπο). Πιο πρακτικά βέβαια ο κανόνας που λέει πως το μέγιστο βάθος του χώρου πρέπει να μην ξεπερνά το διπλάσιο της διάστασης του ύψους του ανοίγματος του χώρου αυτού φαίνεται να επαρκεί για ένα ικανοποιητικό αποτέλεσμα. Η αναλογία αυτή παρέχει τα αναγκαία επίπεδα φυσικού φωτισμού.

Ζητούμενα της μελέτης… Ο σχεδιαστής κατά τη μελέτη του καλείται να απαντήσει σε θέματα όπως η συλλογή του φυσικού φωτός και η ομοιόμορφη διανομή του στο χώρο, η εξασφάλιση επαρκούς φωτισμού σ’ όλο το εύρος του χώρου, η μείωση των απωλειών καθ’ όλη αυτή τη διαδικασία καθώς και η αποτροπή του φαινομένου της τοπικής υπερθέρμανσης που προκαλεί η έντονη ακτινοβολία.

Το ποσοστό του φυσικού φωτός που εισέρχεται σ’ ένα χώρο επηρεάζεται από τον προσανατολισμό και την τοποθέτηση του κτιρίου , τα στοιχεία του περιβάλλοντός του, την εσωτερική του διάρθρωση, το είδος, το μέγεθος και τη θέση των ανοιγμάτων, την αντανακλαστική ικανότητα των επιφανειών τόσο του εσωτερικού όσο και του εξωτερικού χώρου καθώς επίσης και από την ύπαρξη σκιάστρων, τον τύπο, το μέγεθος και τη θέση τους.

Στάδια μελέτης… Η μελέτη του φυσικού φωτισμού περιλαμβάνει δύο βασικά στάδια. Το στάδιο της συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας και το στάδιο της διανομής του φωτός στο χώρο. Στο πρώτο στάδιο παραλαμβάνεται φώς που είτε προέρχεται άμεσα από τον ήλιο, είτε είναι διάχυτο στον ουρανό είτε προέρχεται από αντανακλάσεις των επιφανειών του εξωτερικού χώρου. Το φως αυτό είναι λιγότερο ζεστό και πιο μαλακό και συνεπώς πιο ευχάριστο για την όραση. Μερικά παραδείγματα αρχιτεκτονικών στοιχείων που συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία είναι τα εξής:

·         Παράθυρα, που συνήθως βρίσκονται σε μια πλευρά του χώρου και εξασφαλίζουν ευχάριστη διαμονή- ενδείκνυνται για χώρους που προορίζονται για γραφική εργασία, πχ σχολικές αίθουσες, γραφειακούς χώρους.

·         Ράφια φωτισμού, που ενδείκνυνται για νότιο προσανατολισμό και λειτουργούν σε συνδυασμό με τις επιφάνειες του εσωτερικού καθώς μπορούν να ανακατευθύνουν το φως μέσω αντανακλάσεων σε σημεία που αυτό είναι αναγκαίο. Η αντανακλαστική ικανότητα των επιφανειών του εσωτερικού είναι εξαιρετικά σημαντική σ’ αυτήν την περίπτωση.

·         Φεγγίτες, που συνήθως χρησιμοποιούνται συνδυαστικά με κύρια πλευρικά ανοίγματα (που βρίσκονται όμως σε άλλη πλευρά του χώρου). Βρίσκονται ψηλά, κοντά στο ζενίθ του ουράνιου θόλου, επιτρέποντας στο φυσικό φώς να εισχωρήσει σε μεγαλύτερο βάθος. Δε χρησιμοποιούνται για θέαση στο εξωτερικό. Παρέχουν εξαιρετικής ποιότητας φως στο επίπεδο εργασίας μειώνοντας τη θάμβωση που προέρχεται από αντανάκλαση από το δάπεδο.

·         Αίθρια ηλιασμού, δηλαδή κεντρικά τοποθετημένες περιοχές στο κτίριο, ανοιχτές προς τον ουρανό, στις οποίες χρησιμοποιείται συνήθως γυαλί. Τα κέρδη σε φώς είναι μεγάλα όμως υπάρχει ανάγκη για εξισορρόπησή τους σε σχέση με τα επίσης μεγάλα κέρδη σε θερμότητα. Αυτά τα δύο με κάποιο τρόπο πρέπει να βρίσκονται σε ισορροπία διαφορετικά παρατηρείται το φαινόμενο της υπερθέρμανσης.

·         Ανοίγματα οροφής, δηλαδή οριζόντια – συνήθως – ανοίγματα στην οροφή που διαχέουν το φως στο εσωτερικό. Τις περισσότερες φορές, λόγω της θέσης τους, δεν παρέχουν θέαση στο εξωτερικό, ενώ μπορεί να συμβάλλουν στη δημιουργία θάμβωσης που όμως δεν είναι ενοχλητική όταν τα ανοίγματα αυτά έχουν στενό πλάτος και βρίσκονται σε μεγάλο ύψος.

         παράθυρο

      ράφια φωτισμού  

      φεγγίτης 

      αίθριο   

      άνοιγμα οροφής

                                                                                               

Μέσα συλλογής ακτινοβολίας… Κάποια μέσα που μπορεί να χρησιμοποιηθούν για να συλλέξουν το φως και να το μεταφέρουν αλλού στο χώρο είναι οι αγωγοί φωτός, οι ανακλαστικές περσίδες και τα πρισματικά υαλοπετάσματα. Στην πρώτη περίπτωση η ακτινοβολία συλλέγεται με τη βοήθεια ανακλαστικών επιφανειών και φακών και μέσω κατευθυντικών στηλών/αγωγών μεταφέρεται ώστε να ελευθερωθεί στην περιοχή στόχο. Στη δεύτερη περίπτωση η ακτινοβολία συλλέγεται με τη βοήθεια πολλών αντανακλαστικών επιφανειών τοποθετημένων σ’ όλο το εύρος του ανοίγματος, οι οποίες λειτουργούν συνδυαστικά με τις επιφάνειες του εσωτερικού (αντί για σύστημα μεταφοράς – εκπομπής). Στην Τρίτη περίπτωση κατευθυντικά πρίσματα οδηγούν την ακτινοβολία εκεί όπου χρειάζεται αλλάζοντας τη γωνία της διεύθυνσής της.

                                    

                   αγωγοί φωτός                    αντανακλαστικές περσίδες    κατευθυντικά πρίσματα

Στο δεύτερο στάδιο πρέπει να ληθφούν υπόψη μια σειρά παραγόντων που επηρεάζουν τη διανομή του φωτός στο χώρο. Κατ’ αρχάς, ο μελετητής οφείλει να θυμάται ότι καθώς η απόσταση από το άνοιγμα αυξάνεται, το φως εξασθενεί. Για τη διανομή πρέπει να μελετηθούν το μέγεθος και η γεωμετρία του χώρου, η θέση και τα χαρακτηριστικά του υαλοστασίου και κυρίως το ύψος του παραθύρου (όσο ψηλότερα βρίσκεται το πρέκι τόσο περισσότερη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας κατορθώνει να φτάσει στο βάθος του χώρου και συνεπώς τόσο πιο ομοιόμορφη διανομή επιτυγχάνεται), οι εσωτερικές αντανακλάσεις και ακόμα η δυνατότητα συνδυασμού των ανοιγμάτων διαφόρων ή ίδιου τύπου.

Θάμβωση... Πρόκειται για την υπερβολική αντίθεση στο πεδίο της όρασης. Προκαλεί αίσθημα κόπωσης και δυσκολεύει την ικανότητα συγκέντρωσης. Υπάρχουν δύο είδη θάμβωσης, άμεση και έμμεση. Η πρώτη παρατηρείται συνήθως σε κακώς φωτισμένους χώρους όπου το φως έρχεται μόνο από ένα άνοιγμα από το οποία άμεση θέαση του ουρανού είναι συνήθως αναπόφευκτη. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η περίπτωση ενός μακριού διαδρόμου στο βάθος του οποίου υπάρχει μόνο ένα παράθυρο. Η λαμπρότητα του φωτός που εισέρχεται έρχεται σε έντονη αντίθεση με τον υπόλοιπο σκοτεινό διάδρομο. Η δεύτερη εμφανίζεται συνήθως όταν υπάρχει μεγάλη αντανακλαστική ικανότητα από τις επιφάνειες του εσωτερικού. Επηρεάζει την προσαρμοστικότητα του οφθαλμού, μπορεί όμως πιο εύκολα να ελεγχθεί, με τη μεταβολή των υλικών ή και των χρωμάτων των επιφανειών του εσωτερικού.

Για να περιοριστεί το φαινόμενο μπορεί να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά υλικά με μικρότερη ικανότητα μεταφοράς της ακτινοβολίας. Ή γυαλιού χαμηλής μεταφοράς μόνο στο πάνω ή στο κάτω μέρος του παραθύρου (πχ κάποιος που βρίσκεται κοντά στο άνοιγμα υποφέρει από θάμβωση προερχόμενη από το πάνω μέρος του ανοίγματος). Βοηθάει επίσης να οριστούν σταθερές θέσεις των ενοίκων, κυρίως όταν πρόκειται για χώρους εργασίας. Σημαντική βελτίωση επιτυγχάνεται με την αποφυγή της χρήσης σκούρων χρωμάτων στους τοίχους, κυρίως σ’ αυτούς που βρίσκονται ανοίγματα. Μείωση των διαστάσεων του ανοίγματος δεν αποδίδει διότι αυτομάτως μειώνεται και ο φωτισμός, εκτός και αυτό εξισορροπηθεί με την αντίστοιχη πρόβλεψη άλλων ανοιγμάτων σε πλαϊνό ή σε απέναντι τοίχο. Γενικά συνιστάται ο συνδυασμός ανοιγμάτων στο επίπεδο της όρασης και ανοιγμάτων ψηλότερα τοποθετημένων ή καλύτερα ανοιγμάτων στην οροφή. Έτσι περιορίζεται η θάμβωση χωρίς να μειώνεται η στάθμη του φωτισμού. Καλό είναι επίσης να επιλέγεται μια ενιαία επιφάνεια υαλοστασίου από ότι ένα σύνολο υαλοπινάκων με την ίδια επιφάνεια. Ο κατακερματισμός της επιφάνειας του τζαμιού δημιουργεί αντίθεση μεταξύ του φωτεινού διαφανούς πετάσματος και του σκουρόχρωμου πλαισίου.

          

                        τύποι   επιφάνειας   υαλοστασίου

Από τα παραπάνω φαίνεται ότι οι παράγοντες που επηρεάζουν την ποσότητα του φυσικού φωτός έχουν κυρίως να κάνουν με τη γεωμετρία αυτού καθαυτού του χώρου, τη γεωμετρία και τη θέση των ανοιγμάτων αλλά και τις αντανακλάσεις εξωτερικά και εσωτερικά. Η ποσότητα αυτή μπορεί επίσης να επηρεαστεί από την κατάσταση του ουρανού και τις μεταβολές που σχετίζονται με τιε εναλλαγές ώρας, εποχής.

Όσον αφορά την ποιότητα του φυσικού φωτισμού, αυτή επηρεάζεται από τη λαμπρότητα του ουράνιου θόλου, την αντανακλαστική ικανότητα των εσωτερικών επιφανειών, τη θέση των ανοιγμάτων καθώς ακόμα και τον τύπο του παραθύρου.

Σκίαση… Ένα βασικό ζήτημα που αξίζει να μελετάται σε συνδυασμό με το φυσικό φωτισμό. Αποτελεί άλλωστε τη βασική στρατηγική για την επίτευξη της θερμικής άνεσης στη διάρκεια των θερμών περιόδων του έτους. Τα μέσα σκίασης δεν παρέχουν μόνο προστασία από την ανεπιθύμητη ακτινοβολία αλλά συμβάλλουν και στην αισθητική. Όπως ήδη αναφέρθηκε το συνολικό φορτίο ηλιακής ακτινοβολίας προκύπτει από το συνδυασμό του άμεσου, του διάχυτου και του φωτός που προέρχεται από αντανάκλαση. Για να αποτραπεί η ανεπιθύμητη υπερθέρμανση ενός χώρου ένα άνοιγμα πρέπει να προστατευθεί πρωτίστως από την άμεση ακτινοβολία.

Ο τύπος, το μέγεθος και η θέση των συστημάτων σκίασης εξαρτάται από το μέγεθος του προσλαμβανόμενου φορτίου όπως και από τον προσανατολισμό και τη γεωμετρία του τμήματος του κτιρίου στο οποίο τοποθετείται. Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες σκιάστρων, σταθερά και κινητά. Ξεκινώντας με τα σταθερά, τα ανοίγματα που είναι προσανατολισμένα στο νότο καλό είναι να σκιάζονται με οριζόντια στοιχεία (προβόλους) που μπορούν να εμποδίζουν την έντονη ακτινοβολία χωρίς να περιορίζουν το φωτισμό. Για ανοίγματα με ανατολικό ή δυτικό προσανατολισμό ενδείκνυται η χρήση κατακόρυφων σκιάστρων που μπορούν να εμποδίζουν την ακτινοβολία με μικρές γωνίες πρόσπτωσης, ή ακόμα και ο συνδυασμός δύο τύπων (κατακόρυφου και οριζόντιου) που δημιουργούν ένα πλαίσιο προστασίας γύρω από το άνοιγμα. Βόρεια ανοίγματα συνήθως δεν έχουν ανάγκη από ηλιοπροστασία εκτός μόνο στην περίπτωση που δέχονται έντονη ακτινοβολία προερχόμενη από αντανακλάσεις, όποτε για την περίπτωση αυτή μικρά κατακόρυφα στοιχεία αρκούν. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα εφαρμογής κυψελωτών σκιάστρων που στην ουσία αποτελούνται από ένα σύνολο κατακόρυφων και οριζόντιων στοιχείων. Ενδείκνυνται για νοτιανατολικό και νοτιοδυτικό προσανατολισμό, είναι πολύ αποτελεσματικά, περιορίζουν όμως σε σημαντικό βαθμό τη θέαση στο εξωτερικό.

                 

                           τύποι σταθερών σκιάστρων

Στη δεύτερη κατηγορία, αυτή των κινητών σκιάστρων, η ευελιξία είναι μεγαλύτερη. Τα σκίαστρα αυτά έχουν μεγάλη προσαρμοστικότητα στην εναλλαγή των συνθηκών. Αυτό άλλωστε είναι και το μεγάλο τους πλεονέκτημα. Πέρα όμως από αυτό συμβάλλουν και στην αισθητική του χώρου και επίσης έχουν τη δυνατότητα να περιορίζουν το φαινόμενο της θάμβωσης. Το μειονέκτημά τους είναι ότι προκειμένου να περιορίσουν την ανεπιθύμητη ακτινοβολία εμποδίζουν ολοκληρωτικά τη θέα.

                                                       

               τύποι κινητών σκιάστρων

Τέλος υπάρχει και η επιλογή χρήσης ειδικών τύπων υαλοστασίων που μπορούν να περιορίσουν την έντονη ακτινοβολία, όπως είναι τα απορροφητικά γυαλιά που απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία, τα αντανακλαστικά τζάμια που με χρήση λεπτού στρώματος οξειδίου μετάλλου αυξάνεται η αντανακλαστική τους ικανότητα (καλό είναι δε η επίστρωση αυτή να τοποθετείται στην εξωτερική πλευρά του υαλοστασίου, όταν πρόκειται για μονό υαλοστάσιο, ώστε να αντανακλά την ανεπιθύμητη ακτινοβολία προτού αυτή απορροφηθεί από το τζάμι – στο στάδιο της πρόσπτωσης- ή στην περίπτωση διπλού υαλοστασίου να τοποθετείται στην εξωτερική πλευρά του εσωτερικού υαλοστασίου ώστε να εξασφαλίζεται και η προστασία της από τη φθορά των καιρικών συνθηκών), ή τα φωτοχρωμικά τζάμια που έχουν τη δυνατότητα να σκουραίνει το χρώμα τους και συνεπώς να μειώνεται η διαπερατότητά τους, με την αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας.

πηγή: www.bioxorio.com