Παράμετροιοπτικής άνεσης και σχεδιασμός ανοιγμάτωνΚατά τον σχεδιασμό ανοιγμάτων στις όψεις ενός κτιρίου, οι παράμετροι που θα πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι πολλές και, μάλιστα, συχνά αντιθετικές μεταξύ τους: η αισθητική, η θέα προς τα έξω, η θερμική και οπτική άνεση, η εξοικονόμηση ενέργειας, το κόστος κ.ο.κ.. Στο παρόν κείμενο γίνεται μια εκτενής αναφορά στη σχέση των ανοιγμάτων με την οπτική άνεση.

Η οπτική άνεση σε ένα χώρο καθορίζεται, σε γενικές γραμμές, από τρεις παραμέτρους1: την ποσότητα του φυσικού φωτισμού, την κατανομή του στο χώρο και την ύπαρξη ή απουσία θάμβωσης.

Ποσότητα φυσικού φωτισμού

Τα ποσοτικά κριτήρια του φωτισμού στα κτίρια αναφέρονται στις τιμές φωτισμού (lx) κυρίως για τεχνητό αλλά και για φυσικό φωτισμό, ή στον Συντελεστή Φυσικού Φωτισμού (%) για φυσικό φωτισμό, συνήθως στο επίπεδο εργασίας, δηλαδή σε ύψος 70-80cm από το δάπεδο. Ο Συντελεστής Φυσικού Φωτισμού (Daylight Factor) είναι ο λόγος του φωτισμού που δέχεται ένα σημείο του εσωτερικού χώρου (Ei), συνήθως στο ύψος του επιπέδου εργασίας, προς τον αντίστοιχο φωτισμό σε εξωτερικό ανεμπόδιστο σημείο (Eo) σε συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού, εκφρασμένος επί τοις εκατό (Σχήμα 1).Η απαιτούμενη ποσότητα του φωτισμού σε ένα χώρο σχετίζεται με το είδος της δραστη-ριότητας που θα λάβει χώρα σε αυτόν.Για παράδειγμα, στη Μεγ. Βρετανία για τις σχολικές αίθουσες απαιτείται ελάχιστη τιμή Συντελεστή Φυσικού Φωτισμού 2%, ενώ για διαδρόμους και βοηθητικούς χώρους αρκεί μια τιμή γύρω στο 0,3% (Baker & Steemers, 2002:61).Η ποσότητα του φυσικού φωτισμού σε ένα σημείο του χώρου μπορεί να προβλεφθεί είτε μέσω απλοϊκών εργαλείων (π.χ. εξισώσεων και γραφοεικονικών μεθόδων), με μειω-μένη όμως ακρίβεια, είτε με τη βοήθεια ειδικών λογισμικών.Ελλείψει ειδικών γνώσεων πάνω σε λογισμικά, κάποιος μπορεί να χρησιμοποιήσει την εξίσωση του Lynes για να υπολογίσει τον Μέσο Συντελεστή Φυσικού Φωτισμού, λαμβά-νοντας υπόψη κάποια στοιχεία του χώρου (Σχήμα 2).

όπου: W = η επιφάνεια του ανοίγματος (m2), d = η κάθετη γωνία ανεμπόδιστης θέας του ουρανού από το κέντρο του παραθύρου (σε μοίρες), T = η διαπερατότητα του τζαμιούΜ = ο βαθμός καθαρότητας του τζαμιού, Α = το συνολικό εμβαδόν των εσωτερικών επιφανειών (m2)

a = το εμβαδόν της επιφάνειας, r = η ανακλαστικότητα της επιφάνειας

Μερέση ΚατερίναΑρχιτέκτων μηχανικός,

MSc Environmental Design of BuildingsΥποψήφια Διδάκτωρ Α.Π.Θ.

ΦΩΤΙΣΜΟΣ50

Σχ. 1 Ο Συντελεστής Φυσικού Φωτισμού ισού-ται με Ei / Eo x 100 %. (Πηγή: Baker & Steemers, 2002 : 60)

Σχ. 2 Ο υπολογισμός του μέσου Σ.Φ.Φ. σε ένα χώρο, σύμφωνα με τον Lynes.(Πηγή: Baker & Steemers, 2002 : 65)

1

2 DFave = W . d . T . M / A (1 - R2)

R = (a1r1 + a2r2 + …) / (a1+a2+…)

Κατανομή του φυσικού φωτισμού στο χώροΗ ομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού στο χώρο, αφενός, μειώνει τις αντιθέσεις σε φω-τεινότητα (άρα, μειώνει έμμεσα και την πιθανότητα θάμβωσης), αφετέρου προσφέρει τη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας, καθόσον ένας χώρος φαίνεται στους χρήστες φωτεινότερος, όταν είναι ομοιόμορφα φωτισμένος, ακόμα κι όταν ποσοτικά το φως είναι λιγότερο (Aizlewood, 1993:152). Άρα, στόχος του σχεδιασμού των ανοιγμάτων σε ένα χώρο θα πρέπει να είναι η όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού, εκτός εάν οι έντονες αντιθέσεις σε φωτεινότητα αποτελούν βάση της αρχιτεκτονικής σύν-θεσης. Η κατανομή του φυσικού φωτισμού, συνήθως στο επίπεδο εργασίας, μπορεί να υπολογιστεί με τη βοήθεια κάποιου κατάλληλου λογισμικού (Εικόνες 1,2).Τις περισσότερες φορές, η ομοιομορφία στην κατανομή του φυσικού φωτισμού επι-τυγχάνεται με την εφαρμογή είτε μεγάλων γυάλινων επιφανειών, είτε αμφίπλευρου φωτισμού, είτε συνδυασμού πλευρικού φωτισμού και φωτισμού οροφής. Σε χώρους ελεύθερης κίνησης των χρηστών (όπως στην Εικόνα 3,4), όπου η πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας δεν είναι ενοχλητική και δεν προκαλείται θάμβωση, οι μεγάλες γυάλινες επιφάνειες συμβάλλουν στην αισθητική αναβάθμιση του χώρου, αλλά και στην εξοικο-νόμηση ενέργειας μέσω της αντικατάστασης του τεχνητού φωτισμού από το φυσικό.

Θάμβωση

Σύμφωνα με τη Διεθνή Επιτροπή Φωτισμού, θάμβωση είναι η έλλειψη οπτικής άνεσης ή η μείωση της ικανότητας να διακρίνονται οι λεπτομέρειες των αντικειμένων, η οποία οφείλεται είτε σε ακατάλληλες αναλογίες λαμπρότητας των γύρω επιφανειών, είτε σε

πολύ έντονες αντιθέσεις στη φωτεινότητά τους (Baker et al., 1993:2.15). Η θάμβωση αποτελεί σύνθετο φαινόμενο, στο οποίο εμπλέκεται η κατανόηση πολλών παραμέ-τρων, όπως η χρονική διάρκεια της πηγής θάμβωσης, οι αναλογίες λαμπρότητας με-ταξύ της πηγής θάμβωσης και των γύρω επιφανειών και οι απαιτήσεις σε φωτισμό του χώρου. Δυστυχώς, η θάμβωση είναι σχετικά δύσκολο να προβλεφθεί με ακρί-βεια. Σήμερα, βέβαια, υπάρχουν εξελιγμέ-να λογισμικά που έχουν τη δυνατότητα να υπολογίσουν είτε τις αναλογίες λαμπρό-τητας σε ένα χώρο (άρα και τις πιθανές πηγές θάμβωσης) (Εικόνα 5), είτε απευ-θείας το Δείκτη Θάμβωσης Φυσικού Φω-τισμού DGI (Daylight Glare Index) (Baker et al, 1993:2.17). Ένας απλός τρόπος για την αποφυγή της θάμβωσης από φυσι-κό φωτισμό είναι η χρήση ανοιχτόχρω-μων κουφωμάτων στα ανοίγματα, ώστε να μειώνεται η αντίθεση μεταξύ φωτει-

51

Εικ. 1,2 Κατανομή φωτισμού επιφάνειας σε μια σχολική αίθουσα: στις γύρω επιφά-νειες (RADIANCE) και σε κά-τοψη, στο επίπεδο εργασίας (ECOTECT v5.2).

Εικ. 3 Μικρό αίθριο - φωτα-γωγός στο χώρο του εστιατο-ρίου στο Μουσείο Mercedes-Benz στη Στουτγάρδη της Γερμανίας. (Αρχιτέκτονες: UN Studio - Ben van Berkel)

1 2

3

νού ουρανού και κουφώματος. Ένας άλ-λος τρόπος είναι η αποφυγή των έντονα ανακλαστικών (γυαλιστερών) επιφανει-ών, οι οποίες προκαλούν έμμεση θάμβω-ση επανα-δημιουργώντας την αρχική φω-τεινή πηγή (συνήθως τον ήλιο). Βέβαια, ο σωστός σκιασμός των ανοιγμάτων είναι σε κάθε περίπτωση απαραίτητος, ώστε να αποφευχθεί τόσο η θάμβωση, όσο και η υπερθέρμανση κατά τη διάρκεια της θερι-νής περιόδου.Ο σχεδιασμός του κατάλληλου συστήμα-τος σκίασης είναι ιδιαίτερα σημαντικός για την αποφυγή της θάμβωσης σε κτίρια με μεγάλες γυάλινες επιφάνειες και ιδιαίτερες απαιτήσεις ως προς τη χρήση τους (π.χ. χώροι εκθέσεων, γυμναστήρια, κολυμβη-τήρια, χώροι όπου γίνεται χρήση ηλεκτρο-νικών υπολογιστών κ.ο.κ.).

Σκιασμός

Είναι γνωστό πως ανοίγματα διαφορετικών προσανατολισμών απαιτούν, κατά κανόνα, διαφορετική αντιμετώπιση όσον αφορά το εμβαδόν τους και την ηλιοπροστασία τους. Σε γενικές γραμμές, και με δεδομένη την ετήσια ηλιακή τροχιά στο βόρειο ημι-σφαίριο, στα νότια ανοίγματα συνιστάται η χρήση οριζόντιων σκιάστρων, ενώ στα ανατολικά και δυτικά συνιστάται η χρήση κάθετων σκιάστρων (πιθανόν υπό κλίση). Πέρα, όμως, από τις γενικές κατευθύνσεις, το κατάλληλο σύστημα σκίασης για ένα

συγκεκριμένο άνοιγμα θα πρέπει να διαθέτει τις παρακάτω προδιαγραφές:• να σκιάζει επαρκώς (το καλοκαίρι προς αποφυγή υπερθέρμανσης, αλλά και τον χειμώ-να όταν το ηλιακό ύψος είναι μικρό και προκαλείται ευκολότερα θάμβωση),• να μην μειώνει υπερβολικά τα επίπεδα φωτισμού στο χώρο και• να δίνει τη δυνατότητα θέας προς τα έξω (εκτός εάν για κάποιους λόγους αυτό δεν είναι επιθυμητό).Καταλαβαίνει κανείς ότι ένα σταθερό σύστημα σκίασης δύσκολα τηρεί όλα τα παραπά-νω. Βέβαια, το κόστος των κινητών συστημάτων είναι μεγαλύτερο, ένα ευέλικτο, όμως, σκίαστρο δίνει τη δυνατότητα στο κέλυφος του κτιρίου να προσαρμοστεί στις εξωτερικές κλιματικές συνθήκες και να βελτιώσει την ενεργειακή του συμπεριφορά. Ένα από τα διασημότερα προσαρμοζόμενα σκίαστρα είναι αυτά στο Ινστιτούτο Αραβικού Κόσμου στο Παρίσι (Εικόνες 6,7). Τα ημιδιαφανή σκίαστρα αποτελούν μια καλή λύση, δεδομέ-νου ότι, εάν έχουν τα κατάλληλα χαρακτηριστικά, μπορούν να σκιάζουν ικανοποιητικά, χωρίς να μειώνουν υπερβολικά τα επίπεδα φωτισμού.Εάν, όμως, δεν μελετηθούν προσεκτικά, μπορεί να μην καλύψουν πλήρως τις ανάγκες σε σκίαση ή/και να αποτελέσουν τα ίδια πηγή θάμβωσης για τους χρήστες, με αποτέλεσμα να απαιτείται η χρήση επιπρόσθετων εσωτερικών σκιάστρων (π.χ. κουρτίνες), τα οποία θα επιδράσουν αρνητικά στο φυσικό φωτισμό του χώρου (Εικόνες 8,9). Η ημιδιαφάνεια μπορεί να προκύψει και μέσω διάτρησης μιας μεταλλικής επιφάνειας. Στην περίπτωση αυτή έχουμε μειωμένη θέα προς τα έξω, σε σύγκριση με τις ημιδιαφανείς γυάλινες περ-σίδες, ελαχιστοποιείται, όμως η πιθανότητα θάμβωσης.Μία άλλη κατηγορία σκιάστρων είναι αυτά που, πέρα από τον σκιασμό, προσφέρουν ταυτόχρονα και φωτο-ενίσχυση, χάρη στην ανακλαστική άνω επιφάνειά τους (Εικόνα 10). Στις περιπτώσεις αυτές, διάχυτο φως ή / και άμεση ηλιακή ακτινοβολία αντανα-κλάται στο βάθος του χώρου, εκεί που πραγματικά χρειάζεται, βελτιώνοντας την ομοι-ομορφία της κατανομής του φυσικού φωτισμού. Ως γενικό συμπέρασμα θα μπορούσε να πει κανείς ότι κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού των ανοιγμάτων στις όψεις ενός κτιρίου είναι χρήσιμο να λαμβάνονται υπόψη όλες οι παράμετροι οπτικής άνεσης που αναλύθηκαν, αφού τα οφέλη αφορούν τόσο στην ενεργειακή συμπεριφορά του κτιρίου, όσο και στην ευεξία των χρηστών του κτιρίου αυτού. Σε κάθε περίπτωση, βέβαια, είναι απαραίτητο να προηγείται προσεκτική μελέτη των ανοιγμάτων (προσανατολισμός, μέγε-θος, σύστημα σκίασης κ.ο.κ.), πιθανόν με τη βοήθεια ενός κατάλληλου προσομοιωτικού εργαλείου, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η επιτυχία του κάθε σχεδιασμού.

ΦΩΤΙΣΜΟΣ52

4

Εικ. 4 Ο μεγάλος υπόγειος χώρος υποδοχής και κίνησης στο Μουσείου του Λούβρου, κάτω από την πασίγνωστη γυάλινη πυραμίδα. (Αρχιτέκτο-νας: I.M. Pei)

Εικ. 5 Απεικόνιση των αναλογιών λαμπρότητας στο λογισμικό RADIANCE. (Πηγή: IEA Adeline brochure, http://www.ibp.fhg.de/wt/adeline/download.html)

Εικ. 6,7 Τα μεταβαλλόμενα σκίαστρα στο Ινστιτού-το Αραβικού Κόσμου στο Παρίσι μιμούνται τα ξύλι-να αραβικά πλέγματα mashrabiya. Αριστερά: Μια ολόκληρη μονάδα σκιάστρου. Δεξιά: Λεπτομέρεια του κέντρου που ”κλείνει“ όταν προσπίπτει άμεση ηλιακή ακτινοβολία. (Αρχιτέκτονας: Jean Nouvel)

5

6 7

53

Εικ. 9 Οριζόντια ημιδιαφανή σκίαστρα σε μορφή περσίδων, σε κτίριο στο Schwäbisch Gmünd της Γερμανίας (εσωτερικά των παραθύρων διακρί-νονται οι κουρτίνες που μειώνουν υπερβολικά το φυσικό φωτισμό στο χώρο).

Εικ. 10 Τα ανακλαστικά ράφια φωτισμού, εξωτε-ρικά ή εσωτερικά, πέρα από τη σκίαση που προ-σφέρουν, μεταφέρουν φως στο βάθος του χώ-ρου, βελτιώνοντας την ομοιομορφία του φυσικού φωτισμού. (Πηγή: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/visual/buildings/elements/exterior/lightshelf.html)

Εικ. 8 Κάθετα ημιδιαφανή σκίαστρα, σε κτίριο γραφείων στη Βαρκελώνη (εσωτερικά των παρα-θύρων διακρίνονται υφασμάτινα ρολά σκίασης).

Σημειώσεις

1. Επειδή το άρθρο πραγματεύεται το σχεδιασμό των ανοιγμάτων, γίνεται αναφορά αποκλειστικά στο φυσικό φωτισμό και όχι στον τεχνητό. Τα κριτήρια της οπτικής άνεσης είναι, σε γενικές γραμμές, τα ίδια σε κάθε περίπτωση.

Baker N., Steemers K., Daylight Design of Buildings, James & James Ltd, London, 2002 • Aizlewood M.E., 1993. Innovative Daylighting Systems: An Experimental Evaluation. Lighting Research and Technology, 25(1), pp. 141-152. • Baker N., Fanchiotti A., Steemers K. (eds), “Daylighting in Architecture - A European Reference Book”, Commission of the European Communities Directorate - General XII for Science Research and Development, James & James Ltd, Brussels, 1993. • AUTODESK® ECOTECT ™ http://ecotect.com/products/ecotect • RADIANCE software http://radsite.lbl.gov/radiance/HOME.html

Βιβλιογραφία - αναφορές

*Όπου δεν αναγράφεται άλλη πηγή, οι φωτογραφίες είναι της συγγραφέως.

8

10 9