Οπτική άνεση και σχεδιασμός ανοιγμάτων στα σύγχρονα κτίρια

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 δραστηριότητας 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 μειωμένη 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, λαμβάνοντας 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 τζαμιού, Μ = ο βαθμός καθαρότητας του τζαμιού, Α = το συνολικό εμβαδόν των εσωτερικών επιφανειών (m2)

R = (a₁r₁ + a₂r₂ + …) / (a₁+a₂+…)

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

Κατανομή του φυσικού φωτισμού στο χώρο

Η ομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού στο χώρο, αφενός, μειώνει τις αντιθέσεις σε φωτεινότητα (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 σύνθεσης. 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 επιτυγχάνεται 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 εξοικονόμηση 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 παραμέτρων, όπως η χρονική διάρκεια της πηγής θάμβωσης, οι αναλογίες λαμπρότητας μεταξύ της πηγής θάμβωσης και των γύρω επιφανειών και οι απαιτήσεις σε φωτισμό του χώρου. Δυστυχώς, η θάμβωση είναι σχετικά δύσκολο να προβλεφθεί με ακρίβεια. Σήμερα, βέβαια, υπάρχουν εξελιγμένα λογισμικά που έχουν τη δυνατότητα να υπολογίσουν είτε τις αναλογίες λαμπρότητας σε ένα χώρο (άρα και τις πιθανές πηγές θάμβωσης) (Εικόνα 5), είτε απευθείας το Δείκτη Θάμβωσης Φυσικού Φωτισμού DGI (Daylight Glare Index) (Baker et al, 1993:2.17). Ένας απλός τρόπος για την αποφυγή της θάμβωσης από φυσικό φωτισμό είναι η χρήση ανοιχτόχρωμων κουφωμάτων στα ανοίγματα, ώστε να μειώνεται η αντίθεση μεταξύ φωτεινού ουρανού και κουφώματος. Ένας άλλος τρόπος είναι η αποφυγή των έντονα ανακλαστικών (γυαλιστερών) επιφανειών, οι οποίες προκαλούν έμμεση θάμβωση επανα-δημιουργώντας την αρχική φωτεινή 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 θερινής περιόδου.

Ο σχεδιασμός του κατάλληλου συστήματος 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, κολυμβητήρια, χώροι όπου γίνεται χρήση ηλεκτρονικών 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 ημισφαίριο, 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 χειμώνα 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 παραπάνω. 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, δεδομένου 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 περσίδες, 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 αντανακλάται στο βάθος του χώρου, εκεί που πραγματικά χρειάζεται, βελτιώνοντας την ομοιομορφία 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, μέγεθος, σύστημα σκίασης κ.ο.κ.), πιθανόν με τη βοήθεια ενός κατάλληλου προσομοιωτικού εργαλείου, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η επιτυχία του κάθε σχεδιασμού.