Heliotropium: Σύστημα εισαγωγής ηλιακού φωτισμού σε τυπικό χώρο γραφείων

1

Heliotropium:

2

Σύστημα εισαγωγής ηλιακού Φωτισμού σε τυπικό χώρο γραφείων Ερευνητική εργασία, 2017 Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Κοσβύρα Ευαγγελία-Ευθυμία Κουκογιαννίδου Κωνσταντίνα

Ευχαριστίες

.

Ευχαριστίες Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον καθηγητή μας, κ. Αριστείδη Τσαγκρασούλη για την βοήθεια του καθόλη τη διάρκεια εκπόνησης του ερευνητικού αυτού θέματος και τον κύριο Κοσβύρα Νικόλαο (μαθηματικό) για την συμβολή του στην μαθηματική επίλυση του προτεινόμενου συστήματος.

ενδεικτική ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 0.

Ι

Εισαγωγή

11

1.1 Iστορική αναδρομή και ιδιότητες του φωτός

13

1. Η φυσική υπόσταση του φωτός

2. Η βιολογική λειτουργία του ματιού 2.1 Η πορεία του φωτός από τον ήλιο στο ανθρώπινο μάτι 2.2 Ανατομία οφθαλμού 2.3 Στο εσωτερικό ενός φωτοϋποδοχέα

21

4. Οφέλη φυσικού φωτισμού

45

3. Ο φυσικός φωτισμός στην αρχιτεκτονική 3.1 Ιστορική αναδρομή του σχεδιασμού ανοιγμάτων 3.2 Ο φυσικός φωτισμός μέσα από έργα σπουδαίων αρχιτεκτόνων

27

5. Μεγέθη φωτισμού

51

6. Συστήματα φυσικού φωτισμού *Βιβλιογραφία

55

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

ΙΙ

7. Έρευνα για ανάπτυξη συστήματος φυσικού φωτισμού σε έναν τυπικό χώρο γραφείων τύπου ‘’open plan’’ 7.1 Εισαγωγή 7.2 Επιλογή χώρου μελέτης 7.3 Μεθοδολογία 7.4 Μετρήσεις σε συστήματα φωτοσωλήνων και 7.5 Συμπεράσματα

89

8. Πρόταση νέου συστήματος φυσικού φωτισμού 8.1 Περιγραφή και ανάλυση αποτελεσμάτων νέου συστήματος 8.2 Εφαρμογή συστήματος στο χώρο μελέτης 8.3 Μαθηματική ανάλυση κίνησης νέου συστήματος

101

9. Σχεδιασμός φωτιστικού συστήματος

109

10. Μακέτα 10.1 Σχεδιασμός 10.2 Φωτογράφηση 10.3 Συμπεράσματα από την κατασκευή μακέτας 11. Συνολικά συμπεράσματα έρευνας

117

131

φωτο απτη μακετα

.

Κεφάλαιο I

*δημοσιεύτηκε σε ΦΕΚ με αριθμό φύλλου 42,τεύχος πρώτο και ημερομηνία δημοσίευσης 19 Φεβρουαρίου 2013, ο νέος νόμος για την “Ενεργειακή Απόδοση Κτιρίων-Εναρμόνιση με την Οδηγία 2010/31/ΕΕ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου και λοιπές διατάξεις”)

11

0. Εισαγωγή

Τα τελευταία χρόνια η τάση για ολοένα και πιο αυτόνομα ενεργειακώς κτίρια αυξάνεται, με αποτέλεσμα, αυτό να επηρεάζει τόσο την αντίληψη και ευαισθησία ως προς την διαχείριση των φυσικών πόρων σε καθημερινό επίπεδο όσο και τον ίδιο τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό,ο οποίος οφείλει να αξιοποιεί τις φυσικές πηγές προς όφελος της εξοικονόμησης ενέργειας σε συνδυασμό με την επίτευξη της άνεσης στο εσωτερικό των κτιρίων. Πλέον, η ανάγκη για μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων ξεφεύγει από την ατομική ευαισθητοποίηση και ορίζεται θεσμικά, αφού πρόσφατα, το ευρωπαϊκό κοινοβούλιο με νέο νόμο αποφάσισε πως από το έτος 2021 όλα τα νέα κτίρια θα πρέπει να είναι κτίρια με σχεδόν μηδενική κατανάλωση. Επομένως, αναμένεται μέσα στα επόμενα χρόνια η ακόμα μεγαλύτερη ανάπτυξη ενδιαφέροντος επί του αντικειμένου. Η έρευνα περιλαμβάνει αρχικά γενικές πληροφορίες σχετικά με το φυσικό φως,τα βασικότερα συστήματα φυσικού φωτισμού που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα για την κατανόηση της λειτουργίας τους και τέλος περιλαμβάνει την πρόταση ενός συστήματος μεταφοράς φυσικού φωτισμού στο εσωτερικό ενός χώρου γραφείων καθώς και την ανάλυση της πρότασης τόσο σε θεωρητικό, όσο και σε πρακτικό επίπεδο. Τέλος, παρατίθενται τα συμπεράσματά μας έπειτα από την συνολική έρευνά σχετικά με την μεταφορά φυσικού φωτισμού στο εσωτερικό ενός χώρου.

1.Η φυσική υπόσταση του φωτός

Τι είναι φως ? Φως ονομάζεται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ανιχνεύεται στο ανθρώπινο μάτι (οφθαλμό) και που εκλαμβάνεται ως αίσθηση αυτής. Είναι το αίτιο της όρασης. Ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες το φως εκδηλώνει ιδιότητες είτε φωτεινού κύματος(φωτεινή ακτίνα),είτε δέσμης σωματιδίων. Τα στοιχειώδη σωματίδια-κύματα φωτός (κβάντα) ονομάζονται φωτόνια. Η φύση του φωτός:σωματίδιο και κύμα. Οι αρχαίοι Έλληνες πίστευαν ότι το φως που εκπέμπει ο ήλιος και κάθε φωτοβολούσα πηγή αποτελείται από πολλά, μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία όταν προσπίπτουν στο μάτι διεγείρουν το αισθητήριο όργανο της όρασης. Σε αυτήν ακριβώς την θεωρία στηρίχτηκε αρκετούς αιώνες αργότερα ο Newton για να διατυπώσει με βάση την αρχή διατήρησης της ενέργειας και της ορμής τον νόμο της ανάκλασης,δηλαδή:γωνία πρόσπτωσης(π)=γωνία ανάκλασης(α). Τον 18ο αιώνα το φως θεωρούνταν αβαρές ρευστό, «ανεπαίσθητο». Ως τέτοια ορίζονταν τα ρευστά που εισχωρούσαν στα υλικά σώματα και καταλάμβαναν τον κενό χώρο μεταξύ των σωματιδίων της ύλης. Δεν ήταν μάζα, αλλά αβαρείς φορείς με διάφορα χαρακτηριστικά. Με βάση τα πειράματα που διεξήγαγαν πάνω στην περίθλαση και συμβολή του φωτός, οι φυσικοί C.Huygens(1629-1695) και T.Young (1773-1829) απέδειξαν ότι το φως έχει κυματική φύση και μάλιστα ότι είναι εγκάρσια κύματα. Συγκεκριμένα,το 1801, ο T.Young βασιζόμενος πάνω στην μελέτη του C.Huygens έκανε ένα πείραμα που καθιέρωσε την αρχή της συμβολής του φωτός, κάτι που δεν μπορούσε να εξηγηθεί με την νευτώνια πεποίθηση περί σωματιδιακής φύσης του φωτός. Το πείραμά του επέτρεπε στο φως να περάσει μέσα από δύο μικρές οπές σε μια οθόνη,όπου παρατήρησε ότι οι ακτίνες απλώνονται στον χώρο ή διαθλούνται. Στις περιοχές όπου οι δέσμες φω-

13

1.1 θεωρία φωτός και ιστορική εξέλιξη

Την ιδέα του αιθέρα την εισήγαγαν για πρώτη φορά οι αρχαίοι Έλληνες και μάλιστα τον θεωρούσαν ως το πέμπτο στοιχείο της φύσης μαζί με την φωτιά, το νερό, τον αέρα και την γη,δηλαδή την πεμπτουσία.

Στις αρχές του 20ου αιώνα ο Max Planck (18581947) χρησιμοποίησε την σωματιδιακή φύση του φωτός για να ερμηνεύσει την ακτινοβολία που εκπέμπουν τα θερμά σώματα και εισήγαγε την θεωρία των κβάντα φωτός. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία του Planck, το φως εκπέμπεται και απορροφάται από τα άτομα της ύλης όχι κατά συνεχή τρόπο, αλλά ασυνεχώς. Δηλαδή, κάθε άτομο εκπέμπει ή απορροφά στοιχειώδη ποσά ενέργειας, τα οποία ονομάζονται κβάντα ή φωτόνια. Από το άτομο λοιπόν δεν εκπέμπονται συνεχώς κύματα, αλλά φωτόνια, καθένα από τα οποία χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένη συχνότητα και έχει συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας. Η θεωρία αυτή των κβάντα δεν αναιρεί τελείως την κυματική θεωρία του φωτός, δεδομένου ότι το φωτόνιο έχει και αυτό κυματικές ιδιότητες (π.χ. συχνότητα). Αργότερα, ο Albert Einstein (1879-1955) ερμήνευσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο(εκπομπή ηλεκτρονίων από μέταλλα, όταν προσπίπτει πάνω σε αυτά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) χρησιμοποιώντας και αυτός την σωματιδιακή φύση του φωτός. Σήμερα, πιστεύουμε ότι το φως συμπεριφέρεται ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα και ως σωματίδιο (φωτόνιο). Σε φαινόμενα όπως η συμβολή, η περίθλαση και η πόλωση εκδηλώνεται η κυματική φύση του φωτός (ηλεκτρομαγνητικό κύμα), ενώ σε φαινόμενα που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη (απορρόφηση-εκπομπή), όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, εκδηλώνεται η σωματιδιακή φύση του φωτός. Τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης ερμηνεύονται και με τις δύο φύσεις του. Το φως προκαλείται από μεταβολές στην ταχύτητα και στην διεύθυνση των ηλεκτρονίων ή των ιόντων, ως αποτέλεσμα της απώλειας του φορτίου τους, καθώς επιστρέφουν σε τροχιές χαμηλότερης ενέργειας, εξαιτίας του φθορισμού τους ή της πυράκτωσής τους. Με τον τρόπο αυτό παράγονται συνεχώς σωματίδια, τα φωτόνια, τα οποία στη συνέχεια ακτινοβολούνται προς όλες τις κατευθύνσεις, μεταδίδοντας την ενέργειά τους σε ευθεία γραμμή κατά κύματα.

15

14

τός διαθλούνταν,φωτεινές δέσμες εναλλάσσονταν με σκοτεινές δέσμες. Επομένως,το φως είναι κύμα και έφτασαν στο συμπέρσμα ότι ως τέτοιο μεταδίδεται μέσω κάποιου μέσου, όπως και ο ήχος, μέσω του αιθέρα. Δηλαδή,θεωρούσαν ότι το φως είναι μια διαταραχή που ταξιδεύει στον χώρο. Το αποκορύφωμα της έρευνας περί φωτός έγινε το 1865 όταν ο James Clerk Maxwell (1831–1879) ανέπτυξε την μεγαλειώδη θεωρία του ότι το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ο Maxwell εισήγαγε επίσης την έννοια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε αντίθεση με τις δυναμικές γραμμές που περιέγραψε ο Michael Faraday (1791–1867) νωρίτερα. Με την κατανόηση της διάδοσης του ηλεκτρομαγνητισμού ως ένα πεδίο που εκπέμπεται από ενεργά σωματίδια, ο Maxwell θα μπορούσε να προχωρήσει το έργο του σχετικά με το φως. Εκείνη την εποχή, η άποψη περί διάδοσης του φωτός μέσω ενός “φωτοφόρου αιθέρα” ήταν κοινώς αποδεκτή. Με τον καιρό, η ύπαρξη τέτοιου μέσου, μη ανιχνεύσιμου με μηχανικά μέσα και που να διαπερνά όλο τον χώρο αποδείχθηκε αδύνατο να υπάρξει, έπειτα από διάφορα σχετικά πειράματα. Ο αιθέρας φαινόταν να απαιτεί ένα πλαίσιο αναφοράς στο οποίο οι εξισώσεις ίσχυαν, με το δυσάρεστο αποτέλεσμα ότι οι εξισώσεις άλλαζαν μορφή για ένα κινούμενο παρατηρητή. Το 1887 το πείραμα των Albert Michelson και Edward Morley προσπάθησε να αποδείξει την ύπαρξη του αιθέρα, φτάνοντας όμως στο ακριβώς αντίθετο συμπέρασμα. Συγκεκριμένα, προσπάθησαν να μετρήσουν την ταχύτητα της Γης σε σχέση με αυτόν, συγκρίνοντας τη συμβολή δύο δεσμών φωτεινών ακτίνων. Ανακάλυψαν πως η ταχύτητα του φωτός ήταν πάντα η ίδια, προς κάθε κατεύθυνση. Το πείραμα των Michelson-Morley απέδειξε τη μη ύπαρξη του αιθέρα, την ύπαρξη δηλαδή μιας απόλυτης ταχύτητας - αυτής του φωτός, η οποία δεν εξαρτάται από τον παρατηρητή,πράγμα που οδήγησε τον Albert Einstein στη θεωρία της σχετικότητας στις αρχές του επόμενου αιώνα.

Μικρότερη ενέργεια μεταφέρουν τα ραδιοκύματα με μήκος κύματος περίπου ίσο με ένα κτίριο,στην συνέχεια τα μικροκύματα (6),οι υπέρυθρες ακτίνες (5),το ορατό φάσμα (4),η υπεριώδης ακτινοβολία (3),οι ακτίνες Χ (2) και τέλος με την μεγαλύτερη ενέργεια συναντούμε τις ακτίνες γ (1), οι οποίες έχουν πολύ μικρό μήκος κύματος ίσο με έναν πυρήνα ενός ατόμου.

Το φως ως κύμα περιγράφεται με μήκος κύματος. Όσο πιο μικρό είναι το μήκος κύματος μιας ακτινοβολίας, τόσο μεγαλύτερο είναι το ποσό ενέργειας που μεταφέρεται. Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα έχει έναν πολύ ενδιαφέρον και ταυτόχρονα απλό τρόπο να διαχωρίζει τις διάφορες τιμές ενέργειας της ακτινοβολίας:το χρώμα.

αύξηση ενέργειας

Ως φάσμα φυσικού φωτός ορίζεται το οπτικό φαινόμενο που προκύπτει κατά την αποσύνθεση ή ανάλυση μιας φωτεινής δέσμης στα επιμέρους συστατικά μήκη κύματος (ή χρώματα) αυτής, δηλαδή του φωτός. Ως ορατό φάσμα χαρακτηρίζεται το τμήμα εκείνο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που μπορεί να αντιληφθεί ο άνθρωπος με το αισθητήριο της όρασης. Το φάσμα αυτό εκτείνεται σε ακτινοβολίες με μήκος κύματος από 380 nm μέχρι 780 nm. Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα παρουσιάζει μέγιστη φωτοπική φασματική ευαισθησία στα 555nm ,ενώ μέγιστη σκοτοπική ευαισθησία στα 505 nm σύμφωνα με τα αντίστοιχα διαγράμματα φασματικής καμπύλης.

αύξηση μήκους κύματος λ ακτίνες γ

ακτίνες χ

υπεριώδης ακτινοβολία

υπέρυθρες ακτίνες

μικροκύματα

ορατό φάσμα

17

16

Τι ορίζεται ως φάσμα φυσικού φωτός και ποιό είναι το ορατό φάσμα ?

σχήμα 1.2: μήκη κύματος ακτινοβολιών και ορατό φάσμα

Πόσο εκτιμάται η ταχύτητα του φωτός?

σχήμα 1.1: φωτοπική και σκοτοπική καμπύλη ευαισθησίας *Η σκοτοπική καμπύλη από CIE 1951, ενώ η φωτοπική από Sharpe, L.T., Stockman, Jagla, W.&Jangle (2005). A luminous efficiency function for daylight adaptation, Journal of Vision, 5, 948-968

Έχει γίνει αποδεκτή η ταχύτητα του φωτός στο κενό ίση με 299.792,458 Km/sec. Σημειώνεται πως με την γενική θεωρία της σχετικότητας του A.Einstein η ταχύτητα του φωτός είναι η οριακή ταχύτητα στη φύση και κανένα υλικό σώμα δεν μπορεί να την υπερβεί.

18

-Α ν ά κ λ α σ η : Η ανάκλαση του φωτός είναι το φαινόμενο εκείνο κατά το οποίο το φως συναντά μια επιφάνεια, η οποία δεν μπορεί να το απορροφήσει και “το επιστρέφει πίσω”. Η ακτίνα φωτός πριν συναντήσει την επιφάνεια λέγεται προσπίπτουσα, ενώ μετά την ανάκλασή της, ανακλώμενη. Η ανάκλαση μπορεί να είναι ολική(κάτοπτρική) ή μερική.

- Δ ι ά θ λ α σ η : χαρακτηρίζεται κάθε οπτικό φαινόμενο της εκτροπής της διεύθυνσης των φωτεινών ακτίνων κατά τη μετάβασή τους από ένα διαπερατό μέσο διάδοσης με δείκτη διάθλασης n1, σε άλλο μέσο διάδοσης με δείκτη διάθλασης n2. Η διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων ονομάζεται δίοπτρο. Σύμφωνα με τα παραπάνω συνάγεται ότι στο “κενό” η πορεία των φωτεινών ακτίνων παραμένει αμετάβλητη, όταν δεν εκτρέπεται από βαρυτικά πεδία, όπως επίσης αμετάβλητη παραμένει κατά την διάδοσή της μέσα σε ισόπυκνο διαπερατό μέσο π.χ. νερό,γυαλί κλπ.

-Σ κ έ δ α σ η : Όταν το ορατό φως προσπίπτει σε ένα σύστημα σωματίων, απορροφάται από αυτά και επανεκπέμπεται προς όλες τις κατευθύνσεις χωρίς να αλλάζει η συχνότητα των διάφορων ακτινοβολιών του. Η απορρόφηση και η επανεκπομπή αυτή του φωτός ονομάζεται σκέδαση.Οι ακτινοβολίες που έχουν μικρότερο μήκος κύματος σκεδάζονται και περισσότερο,επομένως το κυανό χρώμα σκεδάζεται περισσότερο από ότι το ερυθρό. Αυτός είναι και ο λόγος που ο ουρανός έχει κυανό χρώμα. Αν η Γη δεν είχε ατμόσφαιρα, δε θα μπορούσαμε να δούμε το χρώμα του ουρανού,θα ήταν μαύρος και την ημέρα και τη νύχτα. Οι αστροναύτες που βρίσκονται στο διάστημα βλέπουν μαύρο ουρανό, γιατί δεν υπάρχουν μόρια να σκεδάσουν το φως.

-Περίθλαση/συμβολή του φωτός: Συμβολή ονομάζεται η ταυτόχρονη διάδοση δύο κυμάτων στην ίδια περιοχή του μέσου στο οποίο μπορεί και μεταδίδεται το κύμα. Για να παρατηρηθούν φαινόμενα συμβολής θα πρέπει οι κυματικές πηγές να είναι σύμφωνες, δηλαδή να έχουν ίδια ακριβώς συχνότητα και μονοχρωματικές, δηλαδή να εκπέμπουν αποκλειστικά κύμα μίας συγκεκριμένης συχνότητας και μήκους κύματος. Η συμβολή συναντάται συχνά στις τηλεπικοινωνίες. Οι περιπτώσεις συμβολής στις ασύρματες επικοινωνίες είναι από τις κυριότερες αιτίες που οδηγεί σε διαλείψεις, δηλαδή αλλοιώσεις του λαμβανόμενου σήματος.

19

1.2 ιδιότητες του φωτός

Εικόνα 1.3 Απεικόνιση φαινομένου συμβολής φωτός.

2.Η βιολογική λειτουργία του ματιού

2.2 ανατομία του οφθαλμού

Όραση ή οπτική αντίληψη ονομάζεται μία από τις πέντε αισθήσεις. Το όργανο αντίληψης είναι τα μάτια, ενώ το αντικείμενο της αντίληψης είναι το φως. Θεωρείται η πιο σημαντική από τις υπόλοιπες αισθήσεις, γιατί με αυτήν γίνεται άμεσα αντιληπτός ο εξωτερικός χώρος. Περίπου το 30% του ανθρώπινου εγκεφάλου ασχολείται με την επεξεργασία και ερμηνεία των ερεθισμάτων της όρασης. Το φως ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ξεκινώντας από τον ήλιο, ταξιδεύει στο κενό του διαστήματος με ταχύτητα c και φτάνει στα ανώτερα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας. Από εκεί διαπερνά τα στρώματα που την αποτελούν(εξώσφαιρα, θερμόσφαιρα,μεσόσφαιρα,στρατόσφαιρα),φιλτράρεται και ένα τμήμα του φτάνει στο κατώτατο στρώμα(τροπόσφαιρα) και στο ανθρώπινο μάτι για να επεξεργαστεί ως πληροφορία από τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Το ανθρώπινο μάτι προστατεύεται από διάφορα χαρακτηριστικά του προσώπου και μικροόργανα όπως τα φρύδια, τις βλεφαρίδες, τα βλέφαρα και τον δακρυγόνο αδένα που βρίσκεται στην εξωτερική πλευρά του. Ο οφθαλμός έχει σφαιρική διάπλαση μεγέθους 2,5 εκατοστών για έναν φυσιολογικό ενήλικα. Περιβάλλεται επίσης από ένα προστατευτικό στρώμα λίπους καθώς και από μύες ώστε να τοποθετείται κατάλληλα μέσα στο κρανίο. Τα τοιχώματα του ματιού αποτελούνται από 3 διαφορετικά στρώματα. Πρώτο είναι ο ινώδης χιτώνας που περιβάλλει σχεδόν ολόκληρο το μάτι και περιλαμβάνει τον κερατοειδή χιτώνα στο μπροστινό τμήμα του οφθαλμού. Στο δεύτερο τμήμα και προς το εσωτερικό του ματιού υπάρχει ένα αγγειακό στρώμα το οποίο προμηθεύει όλα τα υπόλοιπα με αίμα καθώς και ένας ακτινωτός μυς που περιβάλλει τον φακό. Βασικά στοιχεία αυτού του στρώματος αποτελούν η ίριδα και η κόρη του ματιού. Το τρίτο στρώμα αποτελείται από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα,ο οποίος καλύπτει το πίσω εσωτερικό κομμάτι του

21

20

2.1 από τον ήλιο στο ανθρώπινο μάτι

22

εικόνα: 2.1 Η ανατομία του ματιού

Οι φωτοϋποδοχείς είναι δύο ειδών,τα ραβδία και τα κωνία. Τα ραβδία υπολογίζονται σε 110-125 εκατομμύρια, ενώ τα κωνία σε 6-7 εκατομμύρια. Επίσης, ο αμφιβληστροειδής περιλαμβάνει γαγγλιακά και διπολικά κύτταρα τα οποία, μαζί με τα ραβδία και τα κωνία αποτελούν το «μονοπάτι» των πληροφοριών της ηλιακής ακτινοβολίας για τον εγκέφαλο. Τα κωνία διακρίνονται σε μπλε,κίτρινο και κόκκινο φωτοευαίσθητο τύπο, δηλαδή, ο κάθε τύπος από αυτούς έχει ευαισθησία σε ένα διαφορετικό από αυτά τα τρία χρώματα. Τα διπολικά κύτταρα έχουν συνάψεις στις δυο τους άκρες,βρίσκονται ενδιάμεσα από τα γαγγλιακά κύτταρα και την στρώση των ραβδίων-κωνίων, ώστε να τα συνδέουν. Τα γαγγλιακά κύτταρα συνδέονται άμεσα με το οπτικό νεύρο, το οποίο μεταφέρει σε μορφή ηλεκτρικών παλμών την πληροφορία στον Θάλαμο του εγκεφάλου και από εκεί στο πίσω μέρος αυτού, στον οπτικό φλοιό .

Κάθε κωνίο συνδέεται με ένα μόνο γαγγλιακό κύτταρο,ενώ από την άλλη, εκατοντάδες ραβδία συνδέονται με ένα μόνο γαγγλιακό κύτταρο, με αποτέλεσμα τα κωνία να προσφέρουν τρομερά λεπτομερείς χρωματικές πληροφορίες σε αντίθεση με τα ραβδία,τα οποία συνεισφέρουν κυρίως στην περιμετρική όραση και δίνουν πληροφορίες σχετικά με το άσπρο-μαύρο,όγκο,σχήμα κτλ. Τέλος,ο σφαιρικός όγκος του ματιού γεμίζει με το υδατώδες υγρό, το οποίο αποτελείται από μόρια υαλουρονικού οξέος. Επομένως,η ηλιακή ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα αρχικά διέρχεται από τον κερατοειδή χιτώνα και τον φακό, συνεχίζει στα μόρια του υαλώδους σώματος, όπου υφίσταται σκέδαση ώστε να διαχέεται στον χώρο χωρίς να γίνεται αντιληπτός ο διασκορπισμός των φωτεινών ακτίνων, ύστερα φτάνει στον αμφιβληστροειδή χιτώνα όπου τα ραβδία και τα κωνία συνδέονται με τα διπολικά κύτταρα,αυτά με την σειρά τους συνδέονται με τα γαγγλιακά κύτταρα και αφού έχει ολοκληρωθεί η μετατροπή του οπτικού σήματος σε νευρικό (ηλεκτρικοί παλμοί), παραλαμβάνεται από το οπτικό νεύρο και από εκεί μεταφέρεται στον εγκέφαλο.

23

ματιού, φέρει εκατομμύρια φωτοϋποδοχέων και έχει πάρα πολύ σημαντικό ρόλο στην διαδικασία της όρασης, γιατί εκεί μετατρέπεται το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό για να το επεξεργαστεί ο εγκέφαλος.

24

Γνωρίζουμε ότι ο εγκέφαλος επεξεργάζεται το οπτικό σήμα ως νευρικό παλμό. Πώς όμως συμβαίνει αυτό; Ποια διαδικασία ακολουθείται στο εσωτερικό του ματιού και ειδικότερα, στο εσωτερικό των φωτοϋποδοχέων ώστε να γίνει η μετατροπή της ηλιακής ακτονοβολίας που φθάνει στο μάτι σε νευρικό παλμό; Με ποιον μηχανισμό συμβαίνει αυτή η μετατροπή; Ας εξετάσουμε την περίπτωση των ραβδίων. Ένα ραβδίο αποτελείται από τα εξής συμπλέγματα πρωτεινών: ροδοψίνη, τρανσντουσίνη και φωσφοδιεστεράση. Όταν ένα φωτόνιο της ηλιακής ακτινοβολίας που καταφθάνει στο μάτι προσπέσει πάνω στην ροδοψίνη–η οποία αποτελείται από την πρωτεϊνη οψίνη+ρετινόλη- τότε η ρετινόλη αλλάζει μορφή και γίνεται τρανσρετινόλη. Στην συνέχεια,η οψίνη χάνει την σύνδεσή της με την ρετινόλη (αφού αυτή έχει αλλάξει μορφή) και συνδέεται με την τρανσντουσίνη, καταλύοντας έτσι μια νέα αντίδραση. Τότε, το μόριο GDP της τρανσντουσίνης αλλάζει μορφή και γίνεται GTP, στην ουσία ανεβαίνει μια τάξη φωσφόρου και από δι-φωσφορικό γίνεται τρι-φωσφορικό. Μόλις αυτό συμβεί,το μόριο GΤP, συνδέεται με μία από τις δύο υπομονάδες της φωσφοδιεστεράσης που ονομάζεται α-υπομονάδα και την αποκολλά από αυτήν. Σκοπός για να συνεχιστεί η διαδικασία της οπτικής πληροφορίας είναι να απελευθερωθεί η φωσφοδιεστεράση και από τις δύο α-υπομονάδες της. Επομένως,το επόμενο φωτόνιο που θα προσκρούσει στο ραβδίο, έπειτα από όλη αυτή την διαδικασία θα απομακρύνει τελικά και αυτό με την σειρά του την άλλη α-υπομονάδα της

φωσφοδιεστεράσης, η οποία τώρα είναι ελεύθερη από τις δύο α-υπομονάδες της. Η απελευθέρωση της φωσφοδιεστεράσης από τις δύο α-υπομονάδες της, της επιτρέπει να αλλάξει την μορφή του μορίου GMP από κυκλική σε απλή. Δηλαδή το κυκλικό μόριο cGMP μετατρέπεται σε απλό GMP, με αποτέλεσμα οι δίοδοι νατρίου του φωτοϋποδοχέα να κλείσουν και το κύτταρο να παρουσιάσει υπερπόλωση ,αφού η σύστασή του πλεόν είναι μεγαλύτερη σε θετικά ιόντα καλίου,σε αντίθεση με το εξωτερικό του που είναι πλουσιότερο σε αρνητικά ιόντα νατρίου. Επομένως, δημιουργείται διαφορά δυναμικού μέσα και έξω από την κυτταρική μεμβράνη, άρα δημιουργούνται λόγω αυτού ηλεκτρικά σήματα τα οποία μεταφέρονται στην συνέχεια μέσω των συνάψεων στον θάλαμο του εγκεφάλου. Μολονότι όλα τα κύτταρα του σώματός μας είναι πολωμένα,έχουν δηλαδή μια διαφορά δυναμικού, στην κυτταρική τους μεμβράνη δεν είναι όλα τους διεγέρσιμα. Διεγέρσιμο κύτταρο είναι το κύτταρο εκείνο το οποίο μπορεί να ανταποκρίνεται σε ένα ερέθισμα που δέχεται με παραγωγή ηλεκτρικού σήματος που μεταφέρεται αμείωτο κατά μήκος της μεμβράνης με ταχύτητα περίπου 100m/sec. Διεγέρσιμα κύτταρα είναι τα νευρικά κύτταρα, τα μυϊκά κύτταρα και πολλά κύτταρα αισθητηρίων υποδοχέων. Τα διεγέρσιμα κύτταρα απαντούν σε ερεθίσματα που δέχονται, μεταβάλλοντας το δυναμικό της μεμβράνης τους είτε αυξάνοντάς το (υπερπόλωση), είτε μειώνοντάς το (εκπόλωση). Όταν ένα κύτταρο δεν δέχεται κανένα ερέθισμα τότε η διαφορά δυναμικού της κυτταρικής του μεμβράνης ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας. Το δυναμικό ηρεμίας εξαρτάται από το είδος του κυττάρου και κυμαίνεται από -50 μέχρι -150 mV με ηλεκτραρνητικότερο πάντα το εσωτερικό του κυττάρου. τότε η διαφορά δυναμ

25

2.3 Στο εσωτερικό του αμφιβληστροειδή

3.Φυσικός φωτισμός και αρχιτεκτονική

“Όλα όσα σχεδιάζει ένας αρχιτέκτονας πρέπει να δημιουργούνται φροντίζοντας για την αντοχή, την ωφέλεια και την ομορφιά: φροντίδα υπάρχει για την αντοχή όταν η εκσκαφή των θεμελίων φθάνει μέχρι το στερεό υπέδαφος και τα υλικά επιλέγονται με προσοχή αλλά και απλοχεριά. Για την ωφέλεια, όταν οι χώροι έχουν άμεμπτη διάταξη, που δεν παρακωλύει την χρήση τους, και είναι κατανεμημένοι προς τις αναλογίες κατάλληλες για το είδος τους, και για την ομορφιά, όταν το έργο έχει ευχάριστη και κομψή εμφάνιση και τα μέλη του είναι έμμετρα διαμορφωμένα βάσει σωστών αναλογικών σχέσεων.” Βιτρούβιος, Περί αρχιτεκτονικής Η μορφή των κτισμάτων και των ανοιγμάτων τους έχει περάσει πολλές αλλαγές στο πέρασμα των αιώνων. Οι αρχαίοι πολιτισμοί αποκαλύπτουν ενδιαφέροντες τρόπους με τους οποίους εισήγαγαν το φως μέσα στον χώρο. Στην αρχαία Αίγυπτο (3100 π.Χ.) τα ανοίγματα ήταν περιορισμένα, καθώς τόσο το κλίμα όσο και οι κατασκευαστικές τεχνικές δεν επέτρεπαν μεγάλη ελευθερία στον σχεδιασμό τους. Η ένταση του φωτός χρησιμοποιούνταν για να διαχωρίσει τις τρεις διαστάσεις του χώρου μέσω της αντίθεσης φωτός-σκιάς. Στην αρχαία Ελλάδα (1200 π.Χ.) οι ναοί ήταν προσανατολισμένοι στην ανατολή ώστε να επιτρέπουν στην ηλιακή ακτινοβολία να εισέρχεται στο εσωτερικό του ναού, φωτίζοντας τα αγάλματα. Ο διάχυτος φωτισμός και το φως μέσω των υπόλοιπων αντανακλάσεων αναδείκνυε τον διάκοσμο της κατασκευής και έδινε την αίσθηση του βάθους στο χώρο. Στην αρχαία Ρώμη (753 π.Χ.) η εξέλιξη στις κατασκευαστικές τεχνικές έδωσε την δυνατότητα για σχεδιασμό μεγαλύτερων ανοιγμάτων, φεγγιτών και ανοιγμάτων στο υψηλότερο σημείο του τοίχου ώστε να φωτίζονται οι κεντρικοί χώροι των ναών. Κατά την πρωτοχριστιανική περίοδο οι βασιλικές ήταν οι κυρίαρχες αρχιτεκτονικές μορφές, στις οποίες τα επίπεδα του φωτός είναι σχετικά χαμηλά, ώστε να διασφαλίζει τον θρησκευτικό χαρακτήρα

27

26

3.1 Ιστορική αναδρομή

Στα τέλη του 19ου αιώνα με την βιομηχανική επανάσταση,το μοντέρνο κίνημα και τη χρήση νέων υλικών όπως το μέταλλο και το μπετόν, ο αρχιτέκτονας έχει την ελευθερία να σχεδιάσει μεγάλα ανοίγματα από τα οποία διέρχεται άφθονο φως. Με την ανακάλυψη του ηλεκτρισμού, πλέον το εσωτερικό των κτιρίων δεν χρειαζόταν να είναι άμεσα συνδεδεμένο με τα ανοίγματα, τα οποία για λίγο άρχισαν να θεωρούνται περιττά. Η επάρκεια κατάλληλων συνθηκών στο εσωτερικό του κτιρίου μέσω του σωστού σχεδιασμού παραμελείται και η μηχανική υποστήριξη είναι αυτή που υπερισχύει. Η εκτεταμένη χρήση υαλοστασίων στην περίμετρο του κτιρίου οδηγούσε σε φαινόμενα θάμβωσης, συσσώρευσης θερμότητας τους θερμούς μήνες και μεγάλες απώλειες θερμότητας το χειμώνα. Τα επίπεδα του φωτισμού στις επιφάνειες εργασίες υπολογίζονταν αποκλειστικά μέσω των κατάλληλων μετρήσεων.

Η ανεξέλεγκτη χρήση ενέργειας κατά αυτήν την περίοδο οδήγησε σε μια μεγάλη ενεργειακή κρίση το 1973, καταλήγοντας στο συμπέρασμα πως πρέπει να βρεθεί μια χρυσή τομή στην αναλογία της μηχανικής υποστήριξης και του εξαρχής σωστού σχεδιασμού, ως χρέος του αρχιτέκτονα. Αρχιτέκτονες όπως ο F.L.Wright, o Le Corbusier και ο Alvar Aalto ήταν πρωτοπόροι στη χρήση των νέων τεχνολογιών ακολουθώντας τις αρχές του σωστού προσανατολισμού, του φυσικού αερισμού και του φυσικού φωτισμού. Έτσι, στα ήπια και ηλιόλουστα κλίματα τα κτίρια είναι στραμμένα με μεγάλα ανοίγματα προς τον ήλιο, με τμήματα του τοίχου πολλές φορές να εξέχουν σχηματίζοντας bay windows. Αντίθετα στα ψυχρά κλίματα τα ανοίγματα είναι λίγα και μικρότερα, οπότε και μέρος του φωτισμού ‘θυσιάζεται’ για την εξοικονόμηση της θέρμανσης. Μέσω του σωστού σχεδιασμού των ανοιγμάτων πρέπει να επιτυγχάνεται η χρυσή τομή μεταξύ της απώλειας ενέργειας το χειμώνα και της μεγάλης συγκέντρωση της ηλιακής ακτινοβολίας το καλοκαίρι. Όσο λιγότερη είναι η μηχανολογική υποστήριξη που θα χρειαστεί το κτίριο για να καλύψει τις ενεργειακές του ανάγκες, τόσο πιο επιτυχημένος ο σχεδιασμός του κτιρίου. Σχετικά με το φυσικό φωτισμό ο σχεδιασμός αυτός περνά από 3 στάδια: 1.βασικός σχεδιασμός: καθορισμός των ανοιγμάτων, του είδους του υαλοστασίου και την επιλογή των υλικών που απαρτίζουν τον εσωτερικό χώρο του κτιρίου 2.παθητικά συστήματα: σχεδιασμός συστημάτων φωτισμού όπως φεγγίτες, ράφια φωτισμού και πλευρικά ανοιγματα σε μεγάλο ύψος.

3.μηχανολογική υποστήριξη: καθορισμός των ηλε-κτρολογικών συστημάτων για την παροχή φωτός, όπως είναι το σημείο εγκατάστασης των φωτιστικών καθώς και το είδος τους. Σύμφωνα με μελέτες, με προσεκτικό σχεδιασμό των σταδίων 1 και 2 η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας περιορίζεται στο 50%, ενώ με πολύ σωστό σχεδιασμό έως και 90%.

29

28

του χώρου, δίνοντας περισσότερη έμφαση στην γραμμική/ευθύγραμμη προοπτική προς την Αγία Τράπεζα. Κατά την πρώιμη Βυζαντινή περίοδο (4ος6ος αι.) ήταν εκτεταμένη η κατασκευή θολωτών βασιλικών με ορισμένα μικρά ανοίγματα στη βάση του θόλου αλλά και στην περίμετρο της βασιλικής, διατηρώντας ωστόσο τον στοχαστικό χαρακτήρα του ναού. Το φως άλλωστε σε κάθε περίοδο φέρει έναν βαρύ συμβολικό χαρακτήρα και η αντίθεση του σε σχέση με το σκοτάδι και τις σκιές εκφράζει θρησκευτικές πεποιθήσεις και εμπνέει αφοσίωση. Την γοτθική περίοδο (12ος-15ος αι.) οι τοίχοι απελευθερώνονται από τον υποστηρικτικό τους ρόλο και σε αυτούς δημιουργούνται μεγάλα ανοίγματα, από τα οποία εισέρχεται περισσότερο φως. Κατά την περίοδο της Αναγέννησης (14ος-17ος αι.) δίνεται μεγαλύτερη έμφαση στην όψη των κτιρίων και όχι τόσο στην λειτουργία τους, οπότε και τα ανοίγματα αποκτούν έναν πιο διακοσμητικό ρόλο ακολουθώντας την επαναληπτικότητα που επιβάλλει ο ρυθμός.

31

30

3.2 Αρχιτεκτονική

O F. L. Wright κατά τον σχεδιασμό του Marin County Civic Center στην California, δημιούργησε έναν αίθριο χώρο πλάτους 24 μέτρων που συνδέει δυο κτίρια, έτσι ώστε κάθε χώρος να έχει φως τουλάχιστον από τη μία πλευρά. Στην αρχιτεκτονική του ο F.L.Wright έκανε εκτεταμμένη χρήση του διαφανούς τζαμιού, με το οποίο ασχολήθηκε ιδιαιτέρως και αργότερα δημιουργώντας light screens με patterns και γεωμετρίες που συνομιλούσαν με τη γεωμετρία του κτιρίου.

Το φως στο μοναστήρι of Saint Marie de la Tourette (1953-1960) είναι πιο διασκορπισμένο σε σχέση με το Ronchamp αλλά με ευθύγραμμη γεωμετρία. Λόγω του γεγονότος ότι όλοι οι διάδρομοι έχουν μια πλευρά εκτεθειμένη στο φως, οι πιστοί που το επισκέπτονται βιώνουν μια εμπειρία που θα μπορούσε να χαρακτηριστεί και ως μουσική. Ο ακανόνιστος ρυθμός του φωτός και της σκιάς εμφανίζεται σαν μια μουσική σύνθεση, όχι ορχηστρική μουσική, αλλά άσμα που οδηγεί σε μια περαιτέρω στοχαστική κατάσταση. Στο εσωτερικό της εκκλησίας επίσης αποκαλύπτεται ένας όγκος από μπετόν στον οποίο έχει δoθεί ιδιαίτερος στοχαστικός χαρακτήρας μέσω της χρήσης φυσικού φωτισμού και έντονων χρωμάτων. Γι αυτό έχουν δημιουργηθεί αγωγοί φωτός (light canons) που επιτρέπουν στο φως να διαχέεται στο εσωτερικό του.

33

32

Ένας από τους μεγάλους οραματιστές και πρωτοπόρους της σύγχρονης αρχιτεκτονικής, ο Le Corbusier, ήταν ένας δάσκαλός της ενσωμάτωσης του φυσικού φωτισμού, δηλώνοντας ότι το φως είναι θεμελιώδης βάση της αρχιτεκτονικής και παράλληλα το κλειδί για την προσωπική ευημερία. Παραδείγματα αποτελούν το παρεκκλήσι του στο Ronchamp, το μοναστήρι Saint Marie de la Tourette και ο ενοριακός ναός Firminy στο Saint Pierre. Σε κάθε μια από αυτές τις περιπτώσεις ο Le Corbusier έπαιξε αριστοτεχνικά με τον προσανατολισμό, τα ανοίγματα και τις υφές ώστε να δημιουργήσει μια δυναμική αρχιτεκτονική με τον φυσικό φωτισμό και να δώσει στους χώρους αυτούς μια ιδιαίτερα θρησκευτική ατμόσφαιρα.

35

34

Η σκηνογραφία της εκκλησίας SaintPierre at Firminy (1960-2006) περιγράφεται σε τρεις σκηνές. Από τα μικρά ανοίγματα στην ανατολική όψη του κτιρίου παράγονται κουκίδες φωτός που μετέπειτα μετατρέπονται σε κύματα φωτός. Αυτά τα κύματα παρουσιάζουν μια κίνηση σύμφωνα με την πορεία του ήλιου δημιουργώντας pattern στο εσωτερικό του υπόλοιπου χώρου.

37

36

Το παρεκκλήσι της Notre Dame du Haut στο Ronchamp (1950-1955) χαρακτηρίζεται από το συνεχή κύκλο των ηλιακών γεγονότων. Το ξημέρωμα ο ήλιος φωτίζει την κόγχη του παρεκκλησίου και το κόκκινο-ζωγραφισμένο παράθυρο που γίνεται ακόμη πιο κόκκινο, κάτι το οποίο από πολλούς μεταφράζεται ως μια σαφής αναλογία για την ανθρώπινη γέννηση. Αργότερα, ο ήλιος διαχέεται στον χώρο μέσω μιας σχισμής ανάμεσα στα ανατολικά και νότια τοιχώματα. Η μικρή οριζόντια ρωγμή των δέκα εκατοστών που υπάρχει ανυψώνει τη στέγη από τον τοίχο και δημιουργεί μια σκληρή αντίθεση με τη λάμψη του κάθετου ανοίγματος (Brise-Soleil) στη νοτιοανατολική γωνία. Ο κύκλος του φωτός κλείνει με τη δύση του ηλίου και καταλήγει τελικά σε μια ζεστή λάμψη από ένα άνοιγμα σε μια άλλη πλευρά του παρεκκλήσιου.

39

38

Ο Louis I. Kahn θεωρούσε ότι ο κόσμος ολόκληρος είναι φτιαγμένος από φως, δηλαδή το φως δημιουργεί τα αντικείμενα και αυτά με τη σειρά τους οφείλουν να παράγουν σκιά. Πίστευε ακόμα ότι ένα δωμάτιο δεν είναι δωμάτιο χωρίς την ύπαρξη φυσικού φωτός. Για τον Kahn μια ακτίνα φωτός αναδείκνυε το σκοτάδι ενός χώρου. Συχνά “έκρυβε” την πηγή φωτός πίσω από τοίχους ώστε να δώσει έμφαση στο φως και όχι στο σημείο από το οποίο εισέρχεται. Αν και πολλά κτίρια του ήταν εκτεθειμμένα σε έντονη ηλιακή ακτινοβολία ο Kahn περισσότερο ήθελε να διαφυλάξει την ‘ιερότητα’ της σκιάς στο εσωτερικό του χώρου, οπότε και σχεδίαζε βαθιές εισόδους που διαφύλασαν τη σκιά.

To 1972 σχεδίασε το Kimbell Art Museum στο Teas, δίνοντας πάντα έμφαση στον φυσικό φωτισμό κατά τον σχεδιασμό, αλλά με τρόπο που δεν θα έβλαπτε τα εκθέματα του μουσείου. Γι’αυτό, ενσωμάτωσε στην καμπύλη οροφή του μουσείου ανακλαστήρες από αλουμίνιο, οι οποίοι έφερναν το φυσικό φως στο εσωτερικό διάχυτο και σε ελεγχόμενα επίπεδα, τονίζοντας παράλληλα αυτή την καμπυλότητα της οροφής. Το διάχυτο φως συμπληρώνει την απλότητα των υλικών και την απλή γεωμετρία βασισμένη στην αίσθηση των αναλογιών.

41

40

Επηρεασμένος από τον Le Corbusier και τον Louis Kahn, o Tadao Ando έδωσε ανάλογη σημασία στην χρήση του φυσικού φωτός στην αρχιτεκτονική, με ιδιαίτερα λεπτούς χειρισμούς. Τα κτίρια του Ando, με τον αυστηρό γεωμετρικό τους χαρακτήρα, και με τις απλές χωρικές τους συνθέσεις, εκφράζουν μια πνευματικότητα που ολοκληρώνεται με τις στρατηγικές φυσικού φωτισμού που ακολουθεί. Χαρακτηριστικό του έργο είναι το Church of the light, που για τον ίδιο εκφράζει τη διττή φύση της συνύπαρξης στερεών-κενών και φωτόςσκοταδιού. Οι συνυπάρχουσες αυτές διαφορές δημιουργούν μια ένταση που καλύπτει την ανάγκη για σχεδιασμό διακόσμου στο εσωτερικό του ναού και παράλληλα δημιουργούν μια πιο πνευματική ατμόσφαιρα. Η ένταση με την οποία εισέρχεται το φως στο εσωτερικό του ναού δίνει έμφαση στην ιερή φύση του χώρου. Το άνοιγμα στην ανατολική όψη του κτιρίου, σε σχήμα σταυρού, φωτίζεται έντονα και συνδέει το συμβολισμό του με τους παχείς τοίχους σκυροδέματος που το πλαισιώνουν.

*Atmospheres, Peter Zumthor, Birkhauser (2006)

43

42

Η άποψή του Peter Zumthor για την αρχιτεκτονική – και για αυτό που θεωρεί ότι πρέπει να είναι η αρχιτεκτονική γενικότερα – είναι απλή, σχεδόν απλοϊκή. Για τον ίδιο η απάντηση στο ερώτημα “τι είναι αυτό που καθορίζει την αρχιτεκτονική ποιότητα” είναι η “ατμόσφαιρα”, η αίσθηση που σου προκαλεί ένας χώρος μόλις εισέρχεσαι σε αυτόν. “Για 5 λεπτά παρατήρησα προσεκτικά την όψη των αντικειμένων στο σπίτι μου. Πως ήταν το φως. Και ήταν υπέροχος ο τρόπος με τον οποίον διαχέονταν και σχημάτιζε σκιές στο χώρο. Και ο τρόπος που οι επιφάνειες έλαμπαν και αποκτούσαν βάθος μέσω των σκιών τους.” “Προφανώς όταν χτίζουμε κάτι πρέπει να αναρωτιόμαστε για το πως θα φωτιστεί ο χώρος από την αρχή της κατασκευής και όχι όταν θα έχει ολοκληρωθεί.” “Μια από τις αγαπημένες μου ιδέες είναι η εξής: να βλέπω το κτίριο ως μια μάζα σκιάς κι έπειτα να ρίχνω ακτίνες φωτός που αρχίζουν σιγά σιγά να διώχνουν το σκοτάδι έξω απ’το κτίριο. Η δεύτερη ιδέα μου είναι ότι πρέπει να ασχολούμαι συστηματικά με την επιλογή των υλικών και να δίνω προσοχή στον τρόπο που ανακλούν το φως, θέτοντας το ως βάση για την δημιουργία ενός αρμονικού συνόλου.” “Όταν σκέφτομαι την έννοια του φυσικού φωτισμού, νιώθω να με συγκινεί η πνευματική ποιότητα που παρέχει. Όταν ο ήλιος ανατέλλει και ρίχνει το φως του στα αντικείμενα, μοιάζει σαν να μην ανήκει σε αυτόν τον κόσμο. Δεν το καταλαβαίνω. Μου δίνει την αίσθηση ότι είναι κάτι σπουδαιότερο από κάθε νόηση. Και είμαι πολύ ευγνώμων που υπάρχει. Και έχω και την εξής αίσθηση: για την αρχιτεκτονική το φυσικό φως είναι χίλιες φορές καλύτερο απ΄τό τεχνητό.”

Σκίτσο 4.1 από έρευνα της εταιρείας Velux σε χώρους γραφείων

45

44

4.Οφέλη φυσικού φωτισμού

Με τον όρο “φυσικός φωτισμός” αναφερόμαστε είτε στον διάχυτο φυσικό φωτισμό μιας ηλιόλουστης ημέρας, είτε σε αυτόν μιας νεφοσκεπούς. Σε κάθε περίπτωση, ο φυσικός φωτισμός μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο μέρος των απαιτήσεων των χρηστών ενός κτιρίου σε φωτισμό και να δημιουργήσει συνθήκες οπτικής και θερμικής άνεσης που συνδέονται άμεσα με τις εξωτερικές συνθήκες. Παράλληλα, τα ενεργειακά οφέλη από την αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού, αντικαθιστώντας σε ένα βαθμό τον τεχνητό, είναι αξιοσημείωτα. Σύμφωνα με το σχέδιο δράσης ενεργειακής απόδοσης του Υπ. Ανάπτυξης και άλλες έρευνες, σε δημόσια κτίρια γραφείων περίπου το 46% της ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνεται στο φωτισμό. Τα οφέλη ωστόσο του φυσικού φωτισμού δεν περιορίζονται στα ποσοτικά κριτήρια, αλλά συνδέονται με διάφορους τρόπους με την ποιότητα ζωής του ατόμου, επιδρώντας στην ψυχολογική αλλά και βιολογική του λειτουργία.

46

-ο φυσικός φωτισμός αυξάνει την απόδοτικότητα των εργαζομένων: Η εργασία σε χώρο με έντονο φυσικό φωτισμό αποδείχτηκε πως είναι ο τρίτος πιο σημαντικός παράγοντας που σχετίζεται με την αποδοτικότητα των εργαζομένων, ενώ οι ώρες λειτουργίας του γραφείου και η συνολική διαμόρφωση του χώρου καταλαμβάνουν τις δυο πρώτες. Το συμπέρασμα μιας άλλης έρευνας (Skylighting and retail sales, 1999), στην οποία συμμετείχαν 108 καταστήματα σχεδιασμένα με τον ίδιο τρόπο, εκ των οποίων τα 2/3 διέθεταν φεγγίτες, ήταν ότι η προσθήκη φεγγίτη σε ένα κατάστημα οδηγεί σε έως και 49% αύξηση των κερδών του.

-ο φυσικός φωτισμός επιταχύνει την ανάρρωση: Το 1984 παρατηρήθηκε σε σχετικές μελέτες ότι οι ασθενείς που διέμεναν σε νοσοκομείο μετά την εγχείρηση και είχαν θέα από το παράθυρο τους, ανάρρωναν 8.5% πιο γρήγορα και κατανάλωναν λιγότερα παυσίπονα από τους υπόλοιπους που δεν είχανε επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον. Το φαινόμενο αυτό έχει γίνει κοινώς αποδεκτό με τον όρο βιοφιλία.

-ο φυσικός φωτισμός αυξάνει την απόδοση των μαθητών: υπάρχει άμεση σχέση της απόδοσης των μαθητών σε σχέση με την ύπαρξη φυσικού φωτισμού στα σχολεία, με θετικά αποτελέσματα, ειδικά αν υπάρχει θέα από τα παράθυρα και σύνδεση με τη φύση.

κασιών που ρυθμίζουν τον κύκλο ύπνου-ξυπνήματος. Η λειτουργία αυτού του συστήματος οφείλεται στο κεντρικό νευρικό σύστημα αλλά και στην νευροορμόνη μελατονίνη που παράγεται στον εγκέφαλο και ρυθμίζει τον κύκλο του ύπνου προκαλώντας χημικά υπνηλία και μειώνοντας τη θερμοκρασία του σώματος. Αν για δυο 24ωρα ο άνθρωπος δεν εκτεθεί σε φυσική ηλιακή ακτινοβολία ο κύκλος του ύπνου του μπορεί να αποκλίνει μέχρι και 2 ώρες την ημέρα. Aν το φαινόμενο αυτό συσσωρευτεί, ενδέχεται να έχει σημαντικές επιπτώσεις, όπως χρόνιες διαταραχές στον κύκλο του ύπνου, μόνιμη κόπωση και μείωση της παραγωγικότητας. Η παραγωγή μελατονίνης από την επίφυση του εγκεφάλου παρεμποδίζεται από το φως, ιδίως το κυανό (γαλάζιο) φως που προσπίπτει στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού, και επάγεται από το σκοτάδι. Η έναρξη της εκκρίσεώς της κάθε βράδυ αποκαλείται dim-light melatonin onset (DLMO). Έτσι πλέον έχει εισαχθεί ο όρος κιρκαδιανή αρχιτεκτονική, αποτέλεσμα της οποίας είναι οι χώροι να προάγουν την ανθρώπινη υγεία (βιολογική και ψυχική), συγχρονίζοντας τους κιρκαδιανούς ρυθμούς των χρηστών τους με τον 24ωρο κύκλο της ημέρας και τις εποχιακές μεταβολές. Καθώς ο κιρκαδιανός ρυθμός επηρεάζεται άμεσα από την ακτινοβολία, στρατηγικές όπως η άμεση οπτική επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον, η προσαρμογή του χώρου στις εποχιακές μεταβολές, η δυνατότητα εξασφάλισης πλήρης έλλειψης φωτός τις ώρες ξεκούρασης και κατάλληλων επιπέδων (φυσικού) φωτισμού τις υπόλοιπες ώρες, κρίνονται απαραίτητες.

-Ο φυσικός φωτισμός καθορίζει τον κύκλο ύπνου : Ένα περιβάλλον με διάχυτο φυσικό φωτισμό αυξάνει τις συνθήκες άνεσης στο χώρο και παράλληλα διασφαλίζει την ομαλή εκτέλεση του κιρκαδιανού ρυθμού του ατόμου,δηλαδή των βιολογικών διαδιΕικόνα 4.2 Μεταβολή θερμοκρασίας φωτός κατά τη διάρκεια μιας ημέρας

47

Έρευνες έχουν δείξει ότι:

Η κιρκαδιανός κύκλος του και η επιρροή του είναι και ο λόγος που έχουν αρχίσει να αναπτύσσονται συστήματα τεχνητού φωτισμού όπως το LIFX που προσαρμόζει τη θερμοκρασία του φωτός (άρα και το χρώμα του) καθώς και την ένταση του ανάλογα με την ώρα της ημέρας. Παρ’όλες αυτές τις έρευνες, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ποσοτικά η επιρροή του φυσικού φωτισμού στην υγεία και την απόδοση του ανθρώπου. Αυτό οφείλεται εν μέρει στη δυναμική μεταβολή του φυσικού φωτός, που καθιστά τις μελέτες πιο δύσκολες. Δεν είναι σαφές αν αυτό που το κάνει τόσο ωφέλιμο είναι η ποσότητα του φυσικού φωτισμού, η μεταβλητότητα του ή η σύνδεση του εσωτερικού του κτιρίου με τον εξωτερικό περιβάλλοντα χώρο. Ωστόσο, έχει γίνει σαφές ότι η εναλλαγή που σχετίζεται με τον κύκλο του φωτός ημερησίως και εποχιακά, επηρεάζει την υγεία και την ψυχολογία του ατόμου. Γι’αυτό και εταιρείες παγκοσμίως έχουν στραφεί στον σχεδιασμό νέων συστήματων φωτισμού που μιμούνται τον κύκλο του φυσικού φωτός ή στην προσπάθεια να εντείνουν την επιρροή του.

49

48

Εικόνα 4.3 Σύστημα τεχνητού φωτισμού LIFX

Το φυσικό φως περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα μήκους κυμάτων από τα οποία, ορισμένα επιδρούν πιο δραστικά στο ανθρώπινο νευρικό σύστημα, όπως αυτό γίνεται εύκολα αντιληπτό από την φωτοπική και σκοτοπική καμπύλη. Επομένως,εισάγεται αυτόματα και ένας ψυχο-φυσιολογικός παράγοντας για την μελέτη του φωτός, ο οποίος σχετίζεται και με την επιρροή που έχει κάθε μήκος κύματος στην όραση. Στην πραγματικότητα κάθε μάτι διαφέρει στην αντίληψη της φωτεινής λειτουργίας. Ωστόσο, οι φωτομετρικές μονάδες καθορίζονται με ακρίβεια και είναι ακριβώς μετρήσιμες.

5. Βασικά μεγέθη φωτισμού

φωτομετρικά

μεγέθη

παρατίθενται

-φωτεινή ισχύς ή φωτεινή ροή (μονάδα μέτρησης:lumen) το ψυχο-φυσιολογικό αντίστοιχο της γνωστής μονάδας μέτρησης της Ισχύος (P), Watt. Ένα lumen εκφράζει σε γενικές γραμμές την συνολική ποσότητα του ορατού φωτός που προσπίπτει πάνω σε μια επιφάνεια,από μια πηγή.

-ένταση φωτισμού,I (μονάδα μέτρησης:lux=lumen/m2) εκφράζει την φωτεινή ροή ανά περιοχή. Σε αντίθεση με το lumen, αυτή η μονάδα εκφράζει την φωτεινή ροή που προσπτίπτει σε μια επιφάνεια ως προς το εμβαδό αυτής. Για παράδειγμα, 1000 lumen φωτεινής ροής που προσπίπτουν πάνω σε επιφάνεια 1m2 δίνουν 1000 lux. Ενώ, μια φωτεινή ροή 1000 lumen που προσπίπτει σε επιφάνεια 100 m2 δίνει ένταση φωτισμού 10 lux σε αυτήν την επιφάνεια. Ουσιαστικά από το πηλίκο της φωτεινής ροής προς την προσπίπτουσα επιφάνεια προκύπτει ένα μέγεθος που λέγεται ένταση φωτισμού(I) το οποίο μετράται σε lux.

-φωτεινή ένταση,i (μονάδα μέτρησης:candela) είναι το πηλίκο της φωτεινής ροής προς την στερεά γωνία εκπομπής αυτής από μια πηγή.

51

50

Τα βασικά παρακάτω:

Δίνεται απ’τον τύπο: L= I/(A*συνθ), όπου I η φωτεινή ένταση, Α το εμβαδόν της φαινόμενης φωτιστικής επιφάνειας και θ η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στην διεύθυνση παρατήρησης και στην κάθετο στην επιφάνεια.

-λαμπρότητα, L (μονάδα μέτρησης: candela/m2 ) είναι ο λόγος της φωτεινής ροής της ακτινοβολίας προς το γινόμενο της στερεάς γωνίας επί το εμβαδόν της προβαλλόμενης στοιχειώδους επιφάνειας που βρίσκεται το σημείο μέτρησης. Η λαμπρότητα χαρακτηρίζει το πώς αντιλαμβάνεται ένας παρατηρητής πόσο φωτίζει ένα φωτιστικό σώμα, ή ισοδύναμα πόση θάμβωση προκαλεί το φωτιστικό στον παρατηρητή. Όσο μεγαλύτερη είναι η φαινόμενη επιφάνεια, η φωτεινή ένταση διαχέεται σε μεγαλύτερο μέρος του οπτικού πεδίου του παρατηρητή, οπότε το φωτιστικό φαίνεται λιγότερο λαμπρό. Αντίθετα, αν ο παρατηρητής αντιλαμβάνεται ότι δέχεται όλη τη φωτεινή ένταση από μια πολύ μικρή επιφάνεια, τότε η λαμπρότητα αυτής της επιφάνειας αυξάνεται πολύ και ενδεχομένως να προκαλέσει θάμβωση. Η λαμπρότητα είναι ένα μέγεθος που γίνεται αντιληπτό μόνο μετά από ανάκλαση της ακτινοβολίας,δηλαδή του φωτός. Επομένως,σημαντική επίδραση έχει και η ανακλαστικότητα κάθε επιφάνειας.

-φωτεινή δραστικότητα, K (μονάδα μέτρησης:lumen/watt) είναι το πηλίκο της φωτεινής ροής προς την ισχύ της ακτινοβολίας. Για παράδειγμα, ένα φωτιστικό εκπέμπει 250 lm/W, από τα οποία μόνο το 37% βρίσκεται στο ορατό τμήμα του φάσματος, με αποτέλεσμα η φωτεινή δραστικότητα του φωτιστικού να είναι εν τέλη 90 lm/W. Συνεπώς, μας ενδιαφέρει από τεχνικής άποψης να υπάρχουν πηγές με το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας να εκπέμπεται στο ορατό.

ματα φυσικού φωτισμού

53

52

Eίναι το φυσικό μέγεθος μέτρησης του φωτός ανά κάποια κατεύθυνση. Άν για παράδειγμα,μια πηγή στείλει φωτεινή ροή παντού, η φωτεινή ένταση μετρά το φως σε μια επιλεγμένη κατεύθυνση.Η φωτεινή ένταση μιας στερεάς γωνίας, της οποίας η κορυφή είναι στο φωτιστικό, ορίζεται ως η φωτεινή ροή που στέλνει το φωτιστικό εντός της γωνίας διά τη στερεά γωνία. Είναι πολύ σημαντικό μέγεθος για την μελέτη των φωτομετρικών διαγραμμάτων των φωτιστικών. Η μονάδα μέτρησης της φωτεινής έντασης είναι η καντέλα (γνωστό και ως κηρίο). Η φωτεινή ένταση χαρακτηρίζει το φωτιστικό ανά κατεύθυνση και είναι ανεξάρτητη από την απόσταση του παρατηρητή από το φωτιστικό. Με άλλα λόγια η φωτεινή ροή ενός φωτιστικού ως προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση θα είναι ίδια αν εξαιρέσουμε την εξασθένιση που υφίσταται το φως εξαιτίας του μέσου διάδοσης, ανεξάρτητα από την απόσταση, θεωρώντας πάντα στις μετρήσεις τα φωτιστικά ως σημειακά. Επειδή η φωτεινή ένταση εξαρτάται από την στερεά γωνία εκπομπής της ροής,όσο μικραίνει η γωνία τόσο πιο “έντονη” είναι η ένταση του φωτός.

6. Συστήματα φυσικού φωτισμού

To 1881 ο Whilliam Wheeler σχεδίασε ένα πρότυπο σύστημα φυσικού φωτισμού (εικ.6.1) για τη μεταφορά του φωτός στο εσωτερικό ενός κτιρίου, δίνοντας το έναυσμα για την κατασκευή των σημερινών συστημάτων φυσικού φωτισμού. Τα κύρια συστήματα φυσικού φωτισμού που θα αναλυθούν στη συνέχεια είναι το ράφι φωτισμού, ο ηλιοστάτης, οι φωτοσωλήνες και τα συστήματα οπτικών ινών.

εικόνα 6.1

Τα συστήματα που έχουν αναπτυχθεί είναι ποικίλα και αρκετές φορές πρόκειται για συνδυασμούς των παραπάνω κατηγοριών ώστε να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση στη μεταφορά φυσικού φωτισμού.

55

54

Η κατανόηση της σημασίας του φυσικού φωτισμού είχε άμεσο αντίκτυπο στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό των κτιρίων. Έτσι άρχισαν να σχεδιάζονται περισσότερα ανοίγματα, λαμβάνοντας υπόψη τον προσανατολισμό, και φεγγίτες με σκοπό να εισαχθεί μεγαλύτερο ποσοστό φυσικού φωτισμού στο εσωτερικού του κτιρίου. Ωστόσο, μεγαλύτερα επίπεδα φυσικού φωτισμού συνεπάγονται αύξηση των επιπέδων της ηλιακής ακτινοβολίας (αύξηση θερμοκρασίας) στο εσωτερικό του κτιρίου, γεγονός που δεν είναι θεμιτό όλες τις εποχές του χρόνου, σε όλες τις γεωγραφικές περιοχές. Επομένως, όσο περισσότερα είναι τα ανοίγματα ενός κτιρίου, τόσο πιο επιτακτική είναι η ανάγκη για τον σχεδιασμό και των κατάλληλων συστημάτων σκίασης.

εικόνα 6.2 Ράφια φυσικού φωτισμού στο εσωτερικό του κτιρίου

57

56

Ένα από τα πλέον απλούστερα συστήματα φυσικού φωτισμού είναι το ράφι φωτισμού. Πρόκειται για μια οριζόντια ανακλαστική επιφάνεια που τοποθετείται στο παράθυρο, πάνω από το ύψος του ματιού, και αντανακλά την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία μεταφέροντας την έτσι σε μεγαλύτερο βάθος στο εσωτερικό του κτιρίου. Η απόδοση του συστήματος αυτού βελτιώνεται σημαντικά αν τοποθετηθεί στην πλευρά του κτιρίου που είναι προσανατολισμένη προς τον νότο (για κτίριο που βρίσκεται στο βόρειο ημισφαίριο) και αν η επικάλυψη του ταβανιού στο οποία αντανακλά η ηλιακή ακτινοβολία έχει αυξημένη ανακλαστικότητα. Υπολογίζεται ότι η ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται σε απόσταση έως και 2.5 φορές μεγαλύτερη από την απόσταση δαπέδου-οροφής. Αν τα ράφια φωτισμού τοποθετηθούν στην εσωτερική πλευρά του παραθύρου περιορίζουν ταυτόχρονα τη θάμβωση και παρέχουν σκίαση κοντά στο άνοιγμα του παραθύρου, ενώ αν τοποθετηθούν στην εξωτερική πλευρά λειτουργούν σε μεγαλύτερο βαθμό ως σκίαστρα. Ο συνδυασμός εσωτερικού-εξωτερικού ραφιού φωτισμού είναι ο πιο αποδοτικός. Η χρήση του ενδείκνυται για σχολικές αίθουσες και γραφεία, βελτιώνοντας σε μεγάλο βαθμό τις συνθήκες άνεσης στο χώρο καθώς και την αποδοτικότητα. Ωστόσο, το συγκεκριμένο σύστημα δεν είναι επιθυμητό σε τροπικά κλίμακα, καθώς απαιτεί μεγάλα ανοίγματα και θα αυξήσει σημαντικά την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία, άρα και την θερμοκρασία στο εσωτερικό του κτιρίου. Επίσης, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος ορίζεται και η βέλτιστη κλίση του ραφιού από τη σχέση 40μοιρες-(γεωγραφικό πλάτος/2). Aν η επιφάνεια του ραφιού δεν είναι λεία είναι πιθανόν να παραχθούν pattern στην οροφή λόγω της ανάκλασης, ενοχλητικά για τον χρήστη του κτιρίου. (εικ.6.2)

εικόνα 6.3 Περιγραφή λειτουργίας ραφιού φωτισμού

Ενδιαφέρουσα παραλλαγή του συστήματος αυτού είναι το σύστημα VALPRA (Variable Area Light Reflecting Assembly) του 1986, στο οποίο η κλίση της επιφάνειας του ραφιού μπορεί να προσαρμοστεί χειροκίνητα σε δυο θέσεις, επιτυγχάνοντας καλύτερη απόδοση. Μπορεί να τοποθετηθεί είτε στην οροφή είτε στον τοίχο ενός κτιρίου.

Μια επιπλέον παραλλαγή έχει αντικαταστήσει τα επίπεδα ράφια φωτισμού με ανειδωλικά, στα οποία το προφίλ είναι τμήμα παραβολής ώστε να συγκεντρώνει μεγαλύτερη ποσότητα φυσικού φωτισμού και να την διοχετεύει σε κάποιο βάθος στο εσωτερικό του κτιρίου. Τέτοιου τύπου συστήματα αξιοποιούν σε έναν βαθμό και τον διάχυτο φωτισμό. Το σύστημα πρέπει να προστατεύεται από την έκθεση στις εξωτερικές συνθήκες με υαλοπίνακα, για να αποφευχθεί η μείωση την ανακλαστικότητας της επιφάνειας με την πάροδο του χρόνου και να είναι πιο εύκολη η συντήρηση του. Τέτοιο είναι το σύστημα Anidolic Integrated Ceilings (AIC) (σχ. 6.5). Η ηλιακή ακτινοβολία αντανακλάται στο ανειδωλικό ράφι φωτισμού, διέρχεται από έναν σωλήνα πάνω από την ψευδοοροφή του κτιρίου και ανακλώμενη σε ένα άλλο ανειδωλικό στοιχείο στο τέλος του σωλήνα, διαχέεται στο χώρο συνήθως σε βάθος 4-6 μέτρων. Στο σημείο εισόδου της ηλιακής ακτινοβολίας υπάρχει roller blind για να μπορεί να την περιορίσει όποτε αυτό κρίνεται απαραίτητο.

εικόνα 6.4 Επεξήγηση λειτουργίας συστήματος ραφιού φωτισμού της Heliobus Σκίτσο 6.5 Επεξήγηση λειτουργίας ανειδωλικού συστήματος

Εικονες 6.6 Οι παραπάνω γραφικές παραστάσεις προέρχονται από μελέτες στην απόδοση των κτιρίων με ή χωρίς τη χρήση του ανειδωλικού συστήματος στην Σιγκαπούρη και το Sheffield της Αγγλίας. πηγή: An experimental setup to evaluate the daylighting performance of an advanced optical light pipe for deep plan office buildings, 2005

59

58

Η εταιρεία Heliobus εξειδικεύεται στην κατασκευή ειδικών ραφιών φωτισμού τα οποία τοποθετούνται στο παράθυρο εξαερισμού (cour-anglaise) ημιυπόγειων χώρων και ανακατευθύνουν μια σημαντική ποσότητα φυσικού φωτός στο εσωτερικό του χώρου. Το σύστημα προστατεύεται από υαλοστάσιο στο πάνω τμήμα του κουραγκλέ, επιτρέποντας όμως από μικρές οπές τον παράλληλο εξαερισμό. Η εγκατάσταση και η συντήρηση του συστήματος έχουν πολύ μικρό κόστος.

Το σύστημα τύπου Louver, είναι ενσωματωμένο στην εσωτερική πλευρά του παραθύρου,στο πάνω τμήμα του, ώστε να ανακατευθύνει την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία στην οροφή και στο βάθος του εσωτερικού χώρου. Έτσι καταφέρνει να μειώσει την φωτεινότητα των παραθύρων, αλλά να αυξήσει την φωτεινότητα στο εσωτερικό των χώρων, ενώ παράλληλα οι απαιτήσεις για ηλεκτρικό φωτισμό και μηχανική ψύξη μειώνονται. Η εγκατάσταση του είναι πολύ εύκολη και γρήγορη, καθώς ενσωματώνεται στα κουφώματα των παραθύρων. Υπολογίζεται ότι σε μια τυπική άιθουσα γραφείων, στην οποία έχουν τοποθετηθεί τα συστήματα αυτά, θα υπάρξει 50% μείωση στην κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος για φωτισμό και το κόστος τους θα έχει αποσβεσθεί σε 6-8 χρόνια.

61

60

Παρομοίως με τα ράφια φωτισμού λειτουργούν και ειδικά σχεδιασμένες περσίδες που ανακατανέμουν την ηλιακή ακτινοβολία, ώστε να μην προκαλεί θάμβωση στον χρήστη κατά την ανάκλασή της. Γι’αυτό,αφού ανακλαστεί στο σύστημα των περσίδων,καταλήγει σε ένα άλλο στο πίσω μέρος του δωματίου, όπως η οροφή, και διαχέεται στο χώρο, αυξάνοντας τα επίπεδα φωτισμού. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του συστήματος αυτού (αποστάσεις μεταξύ περσίδων, σημείο τοποθέτησης στο παράθυρο) και τη γεωμετρία των περσίδων προκύπτουν πολλές παραλλαγές που εστιάζουν περισσότερο στον τρόπο διάχυσης του φωτισμού στο βάθος του κτιρίου. Το κόστος εγκατάστασης και συντήρησης τέτοιων συστημάτων είναι πολύ μικρό.

εικόνες 6.7 Εφαρμογή ανακλαστικών περσιδών στο πλαίσιο παραθύρου (επάνω) Μεταβολή επιπέδων φωτισμού πριν και μετά την εφαρμογή των περσιδών της εταιρείας Louver (κάτω)

Technical Data Sheet

Με παρόμοιο τρόπο λειτουργούν και τα συστήματα Koester, με την διαφορά ότι οι κατασκευαστές τους μελετούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τον κάθε χώρο στον οποίο θα τοποθετηθούν, τις ανάγκες του χρήστη, τις κλιματικές συνθήκες και την τροχιά του ηλίου καθ’ολη τη διάρκεια του χρόνου και προσαρμόζουν ανάλογα το σύστημα φυσικού φωτισμού/σκίασης για τη συγκεκριμένη περίπτωση. Αυτό συνεπάγεται και αύξηση του συνολικού κόστους.

®

SunCentral

SunBeame

Sunlight from all angles

1

Collimated light

2

SunShade™

SunLuminaire™

Light from th intercepted the SunShad floor of the concentrate SunSpandre SunLuminai

63

62

SunSpandrel™ Light from SunBeamer™

3 εικόνα 6.8 τρόπος ανάκλασης ηλιακής ακτινοβολίας από το σύστημα Retro Lux pattent, Koester

Το σύστημα SunCentral αρχικά ανιχνεύει την ηλιακή ακτινοβολία μέσω του SunBeamer, ενός συστήματος με περιστρεφόμενες περσίδες που έχουν ρυθμιστεί να κινούνται και να στρέφονται, ώστε να ανακλούν σε συγκεκριμένη διεύθυνση το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτές. Το παραβολικής διατομής ράφι φωτισμού SunShade δέχεται, συγκεντρώνει και διοχετεύει την ηλιακή ακτινοβολία στο κατακόρυφο στοιχείο SunSpandrel. Έπειτα, διαχέεται στο χώρο σε βάθος έως και 15 μέτρα μέσω αγωγών που συνδέονται με σύστημα LED, το οποίο και ενεργοποιείται όταν τα επίπεδα φυσικού φωτισμού που φτάνουν στο εσωτερικό του χώρου δεν επαρκούν. Το σύστημα μπορεί να τοποθετηθεί σε κάθε όροφο σε πολυόροφα κτίρια και να μειώσει έως και 75% την κατανάλωση σε ηλεκτρική ενέργεια για φωτισμό σε χώρους γραφείων.

The SunBea autonomou collimated b side of the b side, or thro

SunShade™

SunLumin Είναι πολύ θεμιτή η σύνδεση οπιουδήποτε συστήματος φυσικού φωτισμού με ένα τεχνητό,ώστε να αλληλοσυμπληρώνονται.

Self-dimming LEDs

Evenly distributed light

The SunLum fixture that sunlight from 50 feet with LED lighting automatical when sunlig

εικόνα 6.9 Λειτουργία συστήματος SunCentral

Description

Key Features

A true multi-storey sunlighting solution.

Full-Spectrum Sunlight • Sunlight delivered up to 50 feet horizo • Improved lighting quality and occupan

εικόνα 6.10 Δομή τυπικού ηλιοστάτη

Αποτελούνται από 5 βασικά τμήματα: τη βάση-υποστήλωμα, τον οδηγό που στρέφει τον ηλιοστάτη, τον σωλήνα περιστροφής και την υποστηρικτική δομή του καθρέφτη. Η επιφάνεια του καθρέφτη αποτελείται από μια λεπτή στρώση επασημωμένου γυαλιού, που μπορεί να έχει και ένα μικρό ποσοστό σιδήρου, για περισσότερη αντανάκλαση. Έχουν χρησιμοποιηθεί επίσης φιλμ αλουμινίου ειδικά για εφαρμογές σχετικές με την ηλιακή ενέργεια, αλλά η διάρκεια ζωής τους φαίνεται να είναι πιο περιορισμένη (περίπου 2025 χρόνια). Οι ηλιοστάτες συνήθως τοποθετούνται στην οροφή ενός πολυόροφου κτιρίου, αλλά μπορούν να τοποθετηθούν και εξωτερικά είτε στο επίπεδο του ορόφου στον οποίο πρόκειται να στείλουν την ακτινοβολία, είτε σε χαμηλότερο. Πολλοί κατασκευάζουν οι ίδιοι απλούς ηλιοστάτες που τους τοποθετούν στην νότια αυλή τους ώστε να εισάγουν την ακτινοβολία από το παράθυρο στο εσωτερικό του σπιτιού. Το πρόβλημα με τέτοιες απλές ιδιοκατασκευές ωστόσο είναι ότι η αντανάκλαση του φωτός στο εσωτερικό του κτιρίου μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητη θάμβωση ή ενοχλητικά patterns. Ένα άλλο μειονέκτημα τους είναι ότι δεν μπορούν να επωφεληθούν του διάχυτου φωτισμού μιας συννεφιασμένης ημέρας, γιατί ενώ θα ανακλαστεί στην επιφάνεια του ηλιοστάτη στη συνέχεια θα διασκορπιστεί και δεν θα καταλήξει στην επιθυμητή επιφάνεια. Άρα η απόδοση τους δεν είναι αρκετά αξιόπιστη ώστε να αντικαταστήσει μια κύρια πηγή φωτισμού ενός κτιρίου. Μπορούν όμως να χρησιμοποιηθούν για συμπληρωματικό φωτισμό ή σε συνδυασμό με αισθητήρες φωτός που ενεργοποιούν τον ηλεκτρικό φωτισμό όταν τα επίπεδα φωτός δεν είναι επαρκή, παρουσιάζοντας μάλιστα μια πολύ καλή απόδοση τις ημέρες με καθαρό ουρανό.

65

64

Οι ηλιοστάτες είναι ανακλαστικές επιφάνειες ελεγχόμενες από ειδικό αλγόριθμο ώστε να αντανακλούν κάθε φορά την ηλιακή ακτινοβολία σε συγκεκριμένο σημείο, καθιστώντας έτσι δυνατή τη μεταφορά της ηλιακής ακτινοβολίας σε μεγάλο μήκος στο εσωτερικό κτιρίων, με πολύ μικρές απώλειες ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, περιστρέφονται ελαφρώς σε 2 άξονες ανάλογα με το ηλιακό ύψος και το αζιμούθιο του ήλιου ώστε η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία να σχηματίζει την κατάλληλη γωνία με την επιφάνεια του ηλιοστάτη και να ανακλάται στην επιθυμητή επιφάνεια που μπορεί να είναι ένα παράθυρο, το αίθριο κτιρίου ή οποιαδήποτε άλλη επιφάνεια. Δεν παρακολουθούν την πορεία του ήλιου, αλλά ένα σημείο ενδιάμεσο του ήλιου και του σημείου στο οποίο πρόκειται να ανακλάσουν την ηλιακή ακτινοβολία. Στην πιο απλή μορφή τους χρησιμοποιήθηκαν πρώτα στην αρχαία Αίγυπτο από τους υπηρέτες ή τους σκλάβους με χειροκίνητο τρόπο.

εικόνα 6.11 Σχηματική απεικόνιση λειτουργίας ηλιοστατών στο Genzyme Center (επάνω), φωτογραφία από το εσωτερικό αίθριο του χώρου (δεξιά)

67

66

Χαρακτηριστική εφαρμογή του συστήματος ηλιοστατών στην αρχιτεκτονική είναι αυτή στο Genzyme Center, Cambridge (Bennisch architects). Στην οροφή του κτιρίου έχουν τοποθετηθεί ηλιοστάτες, που οποιαδήποτε χρονική στιγμή της ημέρας ανακατευθύνουν την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν άλλο καθρέφτη κ αυτός την διοχετεύει στο εσωτερικό αίθριο 13 ορόφων. Στον αίθριο χώρο αναρτάται ένα φωτιστικό σύστημα με ανακλαστήρες, ενώ τα υλικά των επιφανειών που βρίσκονται στο αίθριο έχουν επιλεγεί με προσοχή ώστε να αντανακλούν περισσότερο το φως, περιορίζοντας παράλληλα τα επίπεδα της θάμβωσης στους χώρους εργασίας. Το 90% των χώρων αυτών φωτίζεται με φυσικό φωτισμό. Το κτίριο έχει κερδίσει την πιστοποίηση LEED, αξιοποιώντας με λεπτούς χειρισμούς τις φυσικές πηγές ενέργειας, και έχει εξασφαλίσει τις βέλτιστες συνθήκες για τους εργαζομένους σε αυτό. Χάρη σε αυτό το σύστημα φυσικού φωτισμού υπολογίζεται ότι καταναλώνει 42% λιγότερη ενέργεια σε σχέση με τα συμβατικά κτίρια στις ΗΠΑ.

Παρόμοια στρατηγική ακολουθεί και το σύστημα Sun Sill, το οποίο διαθέτει μια σειρά από μικρούς ηλιοστάτες προσαρμοσμένους στο περβάζι του παραθύρου, οι οποίοι ανακλούν το φως σε έναν καθρέφτη στο εσωτερικό της κατοικίας. Έτσι ο χρήστης ρυθμίζει χειροκίνητα που θέλει να καταλήξει το ίχνος της ηλιακής ακτινοβολίας.

Οι ηλιοστάτες έχουν χρησιμοποιηθεί και για φωτισμό μεγάλων εκτάσεων. Ο οικισμός Viganella της Ιταλίας, είναι χτισμένος στους πρόποδες των ιταλικών Άλπεων με προσανατολισμό που δεν επέτρεπε την ηλιακή ακτινοβολία να φτάσει στον οικισμό καθόλου, για 84 ημέρες κάθε χρόνο. Έτσι, τo 2004 τοποθετήθηκε ένας ηλιοστάτης διαστάσεων 8m.x 6m. στο κατάλληλο υψόμετρο, ρυθμισμένος ώστε να μπορεί να δεχτεί και να ανακλάσει την ηλιακή ακτινοβολία στον οικισμό.

Το σχήμα του καθρέφτη του ηλιοστάτη μπορεί να είναι και παραβολικό. Σε αυτήν την περίπτωση η ηλιακή ακτινοβολία συγκεντρώνεται σε πολύ στενή δέσμη, άρα και πολύ πιο ισχυρή, η οποία μπορεί να προκαλέσει και υπερθέρμανση η ανάφλεξη ανάλογα με την επιφάνεια στην οποία θα ανακλαστεί. Επίσης το σύστημα με το οποίο στρέφεται ένας παραβολικός ηλιοστάτης χρειάζεται μεγαλύτερη ακρίβεια, άρα υπάρχει και μεγαλύτερη πιθανότητα αστοχίας. Γι’αυτό και η χρήση του απαιτεί μια πιο εξειδικευμένη μελέτη συγκριτικά με τον τυπικό ηλιοστάτη.

69

68

Μια άλλη πρόταση ηλιοστάτη είναι η “Lucy”,της Solenica, ένα κινητό σύστημα φυσικού φωτισμού. Τοποθετείται στο εσωτερικό ή στο εξωτερικό του κτιρίου και ανιχνεύοντας συνεχώς τη θέση του ηλίου, ανακλά μια ισχυρή δέσμη φωτός στο εσωτερικό του κτιρίου, ανάλογα με το σημείο που έχει επιλέξει να το τοποθετήσει κάθε φορά ο χρήστης.

Ο φωτοσωλήνας μπορεί να είναι κατακόρυφος, με το σημείο εισόδου στην οροφή του κτιρίου (sunpipes) ή οριζόντιο, σε επίπεδο λίγο χαμηλότερα από την οροφή και κρυμμένο με γυψοσανίδα. Σε κάθε περίπτωση όσο μικρότερο το μήκος του φωτοσωλήνα, τόσο λιγότερες οι ανακλάσεις που συμβαίνουν στο εσωτερικό του και άρα τόσο καλύτερη η απόδοση του συστήματος. Η κατασκευή και τα υλικά του φωτοσωλήνα πρέπει να είναι τέτοια που να ενισχύουν τη συγκέντρωση ηλιακής ακτινοβολίας στην αρχή του σωλήνα, αποτρέποντας όμως την υπερθέρμανση του συστήματος. Στην περίπτωση των οριζόντιων φωτοσωλήνων μεγάλη σημασία έχει το αστικό τοπίο γύρω από το κτίριο στο οποίο θα τοποθετηθεί και αν το πρώτο αποτελεί εμπόδιο στη δίοδο του ηλιακού φωτός στον φωτοσωλήνα.

71

70

Ο φωτοσωλήνας ή ηλιακός σωλήνας είναι από τα συστήματα φυσικού φωτισμού, η λειτουργία του οποίου είναι αρκετά απλή. Πρόκειται για έναν σωλήνα κυκλικής διατομής, μέσω του οποίου μεταφέρονται οι ακτίνες φωτός στο εσωτερικό του κτιρίου. Οι ηλιακοί αυτοί σωλήνες συνήθως είναι επικαλυμμένοι εσωτερικά με ανακλαστικά υλικά, όπως μεταλλική επικάλυψη αλουμινίου ή έχουν προκύψει από μηχανική επεξεργασία πολλαλών στρώσεων (Physical Vapor Deposition Process), δίνοντας στο σωλήνα μεγάλες χημικές και μηχανικές αντοχές, άρα και μεγάλη διάρκεια ζωής. Χάρη στη μεγάλη ανακλαστικότητα επιτυγχάνεται η όσο το δυνατόν μικρότερη απώλεια ενέργειας, από τη στιγμή που το φως προσπίπτει στην αρχή του σωλήνα, μέχρι την τελική διάχυση του στον χώρο. Συνήθως συνδυάζονται με κάποιο σύστημα συγκέντρωσης της ηλιακής ακτινοβολίας στο σημείο εισόδου, όπως ένας θόλος, ανακλαστήρες ή φακοίFresnel lens. Στην άλλη άκρη του συστήματος υπάρχει ένα σύστημα διάχυσης της ηλιακής ακτινοβολίας που εξέρχεται του σωλήνα. Οι φωτοσωλήνες αυτού του επιπέδου ποιότητας είναι αποδοτικοί όλες τις εποχές του χρόνου ακόμα και κάτω από δυσμενείς καιρικές συνθήκες όπως συννεφιά. Αντί για πλήρως ανακλαστικοί μπορεί να αποτελούνται από διαφανές πρισματικής διατομής,όπως το Optical Light Film της 3Μ. Το πάχος του υλικού είναι αυτό που σχηματίζει τους σωλήνες. Η λειτουργία αυτού του συστήματος βασίζεται στην ολική ανάκλαση των ακτίνων που εισέρχονται στο σύστημα υπό συγκεκριμένη γωνία, σύμφωνα με το δείκτη διάθλασης του υλικού. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, όσες γωνίες προσπίπτουν στο σωλήνα με γωνία μικρότερη από 27,6 μοίρες ανακλώνται, ενός οι υπόλοιπες διαφεύγουν του σωλήνα.

σκίτσο: παραδείγματα εφαρμογής φωτοσωλήνων σε χώρους γραφείων- χώρους κατοικιών

Όλο και περισσότερες εταιρείες κατασκευάζουν τέτοια συστήματα φυσικού φωτισμού, βελτιώνοντας συνεχώς την απόδοση τους. Ορισμένα παραδείγματαπαραλλαγές τέτοιων συστημάτων είναι:

-το σύστημα Solatube, το οποίο διαθέτει πολλές παραλλαγές ανάλογα με το κτίριο στο οποίο θα τοποθετηθεί ο ηλιοσωλήνας και τις απαιτήσεις του χώρου. Ενδιαφέρον αποτελεί και το σύστημα Solatube Smart LED, συνδυασμός φωτοσωλήνα και τεχνητού φωτισμού LED. Η καινοτομία που παρουσιάζει είναι ότι διαθέτει αισθητήρα υπολογισμού των επιπέδων φωτισμού στο εσωτερικό του κτιρίου, με αποτέλεσμα την σταδιακή ενεργοποίηση του ενσωματωμένου συστήματος LED, όταν ο φυσικός φωτισμός πάψει να είναι επαρκής. Ανάλογα με το χώρο στον οποίο θα τοποτετηθεί ο φωτοσωλήνας (τύπος χώρου και τετραγωνικά) υπάρχει η κατάλληλη πρόταση. Επίσης, μεταξύ άλλων ο χρήστης του κτιρίου μπορεί να επιλέξει και τον τύπο θόλου ή διαχύτη που επιθυμεί, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του και το χρηματικό ποσό που θα διαθέσει. Η τιμή τέτοιων συστημάτων για κατοικίες ξεκινά από τα 200 ευρώ.

73

72

-ο κατακόρυφος ηλιοσωλήνας τύπου Diamont, ο οποίος χάρη στην πολυπρισματική του επιφάνεια και τα κάθετα πρίσματα γύρω από την επιφάνεια του θόλου, καταφέρνει να συλλέγει μεγάλη ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας, ακόμα και το απόγευμα του χειμώνα, που ο ήλιος βρίσκεται στο χαμηλότερο επίπεδο. Ο θόλος είναι κατασκευασμένος από πολυκαρμπονικό υλικό στην κορυφή, με προστασία έναντι της υπεριώδους ακτινοβολίας και σφραγίζει τον ηλιοσωλήνα, εμποδίζοντας την είσοδο της σκόνης στο σύστημα.

Εικόνα 6.12 Παραδείγματα φωτοσωλήνων

75

74

Εφαρμογές συστήμάτων φωτοσωλήνων πραγματοποιούνται και σε δημόσιους χώρους. Στο Potsdamer Platz στο Βερολίνο (2000), η εταιρεία Heliobus τοποθέτησε 3 ακρυλικούς φωτοσωλήνες ύψους 14, 17 και 21 μέτρων με διάμετρο 1 μέτρου, μέσω των οποίων μεταφέρεται φυσικός φωτισμός στο σταθμό των τρένων, κάτω από το έδαφος. Οι φωτοσωλήνες συνδυάζονται με μικρό ηλιοστάτη στο πάνω τμήμα τους που αντανακλά περισσότερο φως στο εσωτερικό τους. Μέσω αυτού του project στόχος ήταν κυρίως να δημιουργήσει μια διαφορετική αίσθηση μέσω του φυσικού φωτισμού στον υπόγειο χώρο, η οποία θα μεταβάλλεται ανάλογα με τις συνθήκες του εξωτερικού περιβάλλοντος.

εικόνες 6.13 Φωτογραφίες από το εξωτερικό και το εσωτερικό του σταθμού

εικόνα 6.13 Άποψη από το εσωτερικό του χώρου όπου έχει εφαρμοστεί το σύστημα lightguide (αριστερά), περιγραφή λειτουργίας συστήματος (δεξιά)

Ένα ακόμη πιο εξελιγμένο σύστημα φυσικού φωτισμού είναι αυτό των οπτικών ινών. Η λειτουργία του επίσης βασίζεται στην ολική ανάκλαση και τη διάθλαση του φωτός στο εσωτερικό της οπτικής ίνας. Οποιοσδήποτε χώρος παρουσιάζει δυσκολίες φωτισμού µε συµβατικό τρόπο, µπορεί να φωτιστεί µε οπτικές ίνες: στενά δωµάτια, µικροί χώροι, ανεπαρκώς αεριζόµενοι χώροι, µικρές προσθήκες, έργα τέχνης, πίνακες, αρχαιολογικά ευρήµατα, εµπορικά εκθέµατα και πάσης φύσεως αντικείµενα και υλικά ευαίσθητα στην θερµοκρασία ή την υπεριώδη ή υπέρυθρη ακτινοβολία, χώροι υγροί, εύφλεκτοι ή µε προβλήµατα ηλεκτρικής µόνωσης κλπ. βρίσκουν πλέον την λύση που τους πρέπει στην τεχνολογία των οπτικών ινών. Τέτοια συστήματα αποτελούνται απο 3 μέρη: εναν συγκεντρωτήρα της φωτεινής δέσμης, καθώς η απόδοση μιας μόνο οπτικής ίνας είναι πολύ μικρή, μια δεσμίδα οπτικών ινών και τερματικό φωτιστικό σώμα, μέσω του οποίου το φως θα καταλήγει εν τέλη στο εσωτερικό του κτιρίου. Οι οπτικές ίνες ανάλογα µε τον τρόπο που φωτίζουν είναι 2 ειδών : -Σ η µ ε ι α κ ο ύ φ ω τ ι σ µ ο ύ , όπου το φως εισέρχεται στην ίνα και εξέρχεται κατευθυνόµενο σαν σποτ από το τέλος της ίνας. Αυτές οι οπτικές ίνες είναι καλυµµένες µε αδιαφανές υλικό και καταλήγουν σε κάποιο φακό ή κάποιο φωτιστικό -Π λ ά γ ι ο υ φ ω τ ι σ µ ο ύ , όπου το φως εισέρχεται από την συσκευή στην ίνα και εξέρχεται συνεχώς από τα τοιχώµατα καθ’όλο το µήκος της ίνας σαν νέον. Αυτές οι οπτικές ίνες επικαλύπτονται από διάφανο υλικό διοτι ο σκόπός είναι να µη παγιδεύουν πλήρως τις συνεχείς ανακλάσεις αλλά να διαφεύγει καποιο φως και να φωτίζει όλο το µήκος τους. Τα maximum µήκη της ίνας δίδονται από τους κατασκευαστές και ποικίλουν ανάλογα µε την ποιότητα,το υλικό και τον τρόπο που είναι κατασκευασµένες.

Aνάλογα µε το υλικό που είναι κατασκευασµένες οι οπτικές ίνες διακρίνονται σε γυάλινες ή πλαστικές.

77

76

Το σύστημα Lightguide της ίδιας εταιρείας έχει σχεδιαστεί ώστε να μεταφέρει φυσικό φωτισμό στους χώρους που υστερούν αυτού, κατασκευάζοντας ‘οδηγούς’ φωτός μέσα στο κτίριο, από υψηλής ανακλαστικότητας καθρέφτες. Το φως μπορεί να εισέρχεται είτε από την οροφή είτε από κάποιο άνοιγμα της όψης.

Οι γ υ ά λ ι ν ε ς κατασκευάζονται µε εξέλαση εξαιρετικά καθαρού γυαλιού, µέχρι την παρασκευή μιας πολύ λεπτή ίνα. Ακολούθως, οι πολύ λεπτές ίνες γίνονται δέσµες διαφορετικών διαµετρηµάτων, τα οποία µε την σειρά τους περιβάλλονται µε µαύρο PVC κάλλυµα για να µπορεί να µεταφερθεί το φως στην άλλη άκρη τους και να εξασφαλισθεί η µεγαλύτερη ελαστικότητα και η καλύτερη προστασία των οπτικών ινών. Αυτά τα «καλώδια» πλέον, ενώνονται στην µία άκρη τους όλα µαζί σε έναν κοινό κονέκτορα που θα προσαρµοστεί στην συσκευή, και στην άλλη άκρη τους ενώνονται ξεχωριστά το καθένα µε κάποιο τερµατικό φωτιστικό. Οι ενώσεις πρέπει να γίνονται µε ειδικές πυρίµαχες (250°) κόλλες. Φυσικά ο συνολικός αριθµός των «καλωδίων» ποικίλει ανάλογα µε το διαµέτρηµά τους, τα επιθυµητά σηµεία φωτισµού, τις φωτιστικές δυνατότητες της συσκευής κλπ. Οι γυάλινες οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται κυρίως για σηµειακό φωτισµό σε ένα ή περισσότερα σηµεία, σε σχετικά µικρές αποστάσεις (1-10 µέτρα). Παρουσιάζουν ελάχιστες απώλειες φωτός, υψηλή αγωγιµότητα του φωτεινού σήµατος, και παραµένουν αναλλοίωτες

στον χρόνο, γι’αυτό και είναι ακριβότερες από τις πλαστικές. Απαιτείται φωτιστική συσκευή προορισµένη για υάλινες οπτικές ίνες. Ενδιαφέρουσα παραλλαγή των υαλίνων ινών είναι οι ινες SIDE-GLOW οπου το περίβληµα από PVC είναι διαφανές επιτρέποντας πλάγιο φωτισµό σε διάφορα σηµεία της ίνας. Οι ίνες αυτές χρησιµοποιούνται για κατασκευή πολυελαίων, φωτεινών κουρτινών κλπ µε εντυπωσιακά απότελέσµατα. Οι γυάλινες οπτικές ίνες εξασφαλίζουν τα καλύτερα φωτιστικά αποτελέσµατα χωρίς να βλάπτουν στο παραµικρό τις φωτιζόµενες επιφάνειες ή τα αντικείµενα. Χρησιµοποιούνται κάτω από οποιεσδήποτε ατµοσφαιρικές συνθήκες ακόµη και υποβρυχίως. Στο τερµατικό τους δεν υπάρχει θερµοκρασία, ηλεκτρισµός, υπεριώδης ή υπέρυθρη ακτινοβολία, συνεπώς δεν τίθεται θέµα ασφάλειας.

79

78

Οι π λ α σ τ ι κ έ ς οπτικές ίνες κατασκευάζονται από συνθετικό ΡΜΜΑ (ακρυλικές) και ανάλογα µε τον τρόπο κατασκευής τους διακρίνουµε τρία είδη: -Σ υ µ π α γ ε ί ς (Solidcore) διαμέτρου Φ 6-15 mm : φτιάχνονται από εξέλαση ενός συνθετικού πυρήνα µε διάφανο κάλυμµα για συνεχές πλάγιο φως ή µαύρο κάλυμµα για σηµειακό φως. Ειδικής κατασκευής συµπαγείς (UV protect) πρέπει να χρησιµοποιούνται σε εξωτερικούς χώρους αν είναι εκτεθειµένες στον ήλιο.

-Μ ο ν έ ς (Mono) σχετικά λεπτές( Φ 0,75-2 mm), είτε γυµνές, είτε προστατευµένες µε µαύρο κάλλυµα για επίτευξη διακοσµητικών σηµειακών εφέ (πχ.έναστρος ουρανός) -Π ε ρ ι π λ ε γ µ έ ν ε ς , αποτελούµενες από µερικές µονές καλυμµένες µε διαφανές υλικό για συνεχές διακοσµητικό πλάγιο φως.

εικόνα 6.14 Δέσμη οπτικών ινών

Coelux

81

80

Μια αξιόλογη εφαρμογή του συστήματος αυτού είναι της σουηδικής εταιρείας Parans που επιτρέπει τη μεταφορά φωτός μέχρι τα 100 μέτρα βάθος στο εσωτερικό ενός κτιρίου και πρωτοξεκίνησε το 2004. Στην οροφή του κτιρίου υπάρχει ένας μεγάλος ηλιακός συλλέκτης (της ίδιας εταιρείας) 1 m2, ο οποίος περιλαμβάνει 62 φακούς Fresnel, οι οποίοι συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία σε πολύ μικρές οπτικές ίνες διαμέτρου 0.75 χιλιοστών. Οι οπτικές ίνες είναι κατασκευασμένες από PMMA, επικαλυμμένες με πολυμερές και είναι χωρισμένες σε 4 δέσμες 6 χιλιοστών η καθεμία, μέσω των οποίων καταλήγει το φως σε χαμηλότερα επίπεδα στο εσωτερικό του κτιρίου. Η ίδια η δέσμη είναι επίσης επικαλυμμένη με μονωτικό υλικό, συνήθως πλαστικό. Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές αυτού του συστήματος. Μια από αυτές, η SP2, περιλαμβάνει στον ηλιακό συλλέκτη συσκευές που ρυθμίζουν την κίνηση του σύμφωνα με την τροχιά του ηλίου. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται ηλεκτρική ενέργεια για την λειτουργία αυτών των συσκευών, αλλά η κατανάλωση τους είναι μικρή, λιγότερο απο 2 Watt. Ειδικότερα, η παρακολούθηση της τροχιάς του ηλίου γίνεται μέσω φωτοαισθητήρων που μεταφέρουν τις πληροφορίες σε μικροεπεξεργαστές και έτσι ο ηλιακός συλλέκτης γνωρίζει και απομνημονεύει την κίνηση που πρέπει να κάνει. Οι δέσμες των οπτικών ινών μπορούν να διατρέχουν στο κτίριο μέσω των τοίχων και των οροφών. Βέβαια, όσο μεγαλύτερο το μήκος των οπτικών ινών, τόσο μεγαλύτερες θα είναι και οι απώλειες του συστήματος. Σε απόσταση 10 μέτρων διατηρείται το 64% της ενέργειας, ενώ στα 20 μέτρα μόλις το 40% (δεδομένα της εταιρείας Parans του 2010).

εικόνα 6.15 Επεξήγηση λειτουργίας συστήματος Parans

Έχοντας αντιληφθεί πλέον ποια είναι τα οφέλη του φυσικού φωτισμού κατασκευάστηκε το σύστημα Coelux, το οποίο βασισμένο στη νανοτεχνολογία αναπαράγει με τεχνητό τρόπο το φυσικό φως, δίνοντας την εντύπωση ότι πρόκειται για κάποιο παράθυρο ή φεγγίτη. Υπάρχουν παραλλαγές του συστήματος ανάλογα με το μέγεθος που επιθυμείς, το σημείo τοποθέτησης και τη γεωγραφική περιοχή της οποίας τον ήλιο επιθυμείς να αναπαράγεις, αλλά σκοπός της κάθε μιας είναι να μιμηθεί την λειτουργία του παραθύρου και να δώσει την ψευδαίσθηση του μεγαλύτερου βάθους στο χώρο. Ο ήλιος και ο ουρανός του συστήματος φαίνονται να είναι σε μεγάλη απόσταση, όπως ακριβώς αν κοιτάξουμε κι έξω από το παράθυρο μας. Εγκαθίσταται τόσο σε κατοικίες και γραφεία αλλά και σε κτίρια δημοσίου χαρακτήρα όπως νοσοκομεία, γυμναστήρια και υπόγειες εγκαταστάσεις. Το κόστος αγοράς και εγκατάστασης ενός τέτοιου συστήματος είναι πολύ υψηλό, φτάνοντας το ποσό των 60.000 Ε.

83

82

Σχεδιασμός τέτοιων συστημάτων έχουν γίνει και σε μεγαλύτερα project όπως το The lowline, στη Νέα Υόρκη, που συνδυάζει παραβολικούς ηλιοστάτες με σύστημα οπτικών ινών, ώστε να σύγκεντρώσει μεγάλη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας και να την μεταφέρει κάτω από το επίπεδο της γης, σε έναν εγκαταλελειμμένο σταθμό, δίνοντας μια τελείως διαφορετική αίσθηση στο χώρο. Το έργο αυτό πρόκειται να ολοκληρωθεί το 2021.

-A framework to support the development of manually adjustable light self technologies,Shamim Javed,2014 -Peter Zumthor,Atmospheres,Birkhauser 2006 -Circadian house,principles and guide lines for healthy homes,velux,2013 -Φυσικός Φωτισμός,Α.Τσαγκρασούλης,2016 -A study of the caracteristics of natural light in selected buildings designed by Le Corbusier,Luis Kahn and Tadao Ando,Sukhtej Singh Gill,2006 -Heating,cooling and lighting as form givers in architecture -Performance study of a daylight guiding system in an office building,Tony Chun Yu Leung,2011 -Skylighting and retail sails,an investigation into the relationship between<3 daylighting and human performance,California board for energy efficiency third party programme,1999 -The design of daylight-transporting systems for deep space illumination,Indhava Kunjaranaayudhya,2005 -Architectural mirrors,Brahm Van Hemmen,2013 -Introduction_to_Nonimaging_Optics,Julio Chaves,2008 -Daylighting - Natural Light in Architecture - D. Phillips (2004) -ch13-Information_processing_in_retina.pdf -Daylighting Architecure and Health,Mohamed Boubekri,2008 -www.archdaily.com -www.archlighting.com/technology/the-benefits-of-natural-light_o -www.lrc.rpi.edu/programs/futures/lf-daylighting/index.asp -www.veluxstiftung.ch/downloads/Innovation_Daylight_Scartezzini.pdf, Innovation and Daylight in Buildings Prof. Dr Jean-Louis Scartezzini Solar Energy and Building Physics Laboratory Institute of Infrastructures, Resources and Environment Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne -www.lightlouver.com/project-portfolio -www.koester-lichtplanung.de/index.html -www.heliobus.com -www.suncentralinc.com/products/suncentral-system-new -www.treehugger.com/sustainable-product-design/sun-sill-smartphone-controlled-mirrors-reflect-sunlight-into-home-lucy-norman. html -www.inhabitat.com/solar-powered-lucy-tracks-the-sun-to-brightenany-indoor-space

-www.velux.com -www.solatube.com -www.news.bbc.co.uk/2/hi/europe/6189371.stm#map -www.parans.com -http://www.wascoskylights.com/product-category/fiber-optic-daylighting -www.coelux.com -www.thelowline.org/about/project -www.lifx.com/blogs/light-matters/19034143-the-lighter-side-ofcircadian-rhythms -http://users.auth.gr/agelaker/index_htm_files/Simvoli-Angelakeris.pdf -http://photon-fysikos.blogspot.gr/2009/01/blog-post_26.html www.metal.ntua.gr/uploads/3108/2a_ATMOSFAIRA.pdf

85

84

Βιβλιογραφία

87

86

Κεφάλαιο II

7.1 Εισαγωγή

7. Έρευνα και ανάπτυξη συστήματος φυσικού φωτισμού σε χώρο γραφείου

Σκοπός της έρευνας ήταν να βρεθεί η βέλτιστη λύση για την αύξηση των επιπέδων του φυσικού φωτισμού, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας στον εσωτερικό χώρο των γραφείων και προσφέροντας στους εργαζόμενους τα πλεονεκτήματα του φυσικού φωτισμού που ήδη αναλύσαμε σε προηγούμενο κεφάλαιο. Η τελική επιλογή προκύπτει από έναν συνυπολογισμό διαφόρων παραγόντων, όπως η τελική απόδοση του συστήματος, η σχεδιαστική απλότητα, το κόστος κατασκευής, το κόστος συντήρησης ή οι επιμέρους ανάγκες ανά επιφάνεια για φωτισμό.

7.2 Επιλογή χώρου μελέτηςΕπιλογή χώρου ε

Επιλέχθηκε για την εφαρμογή του συστήματος ένας τυπικός χώρος γραφείων open plan διαστάσεων 17m*11m, διότι τέτοιου τύπου χώροι σπαταλούν αποδεδειγμένα μεγάλα ποσά ενέργειας στο σύνολό τους όλη την διάρκεια της ημέρας κατά την διάρκεια της λειτουργίας τους,δηλαδή μεταξύ των ωρών 8:00-18:00. Ο φωτισμός ενός τέτοιου χώρου διακρίνεται σε δύο κατηγορίες: 1.Γενικός φωτισμός ή διάχυτος, ο οποίος χρησιμεύει στην επιτέλεση γενικότερων λειτουργιών και καθηκόντων μέσα στον εργασιακό χώρο και πρέπει να κυμαίνεται στα 300 lux.

2.Ειδικός φωτισμός, ο οποίος αφορά τις επιφάνειες εργασίας ενός χώρου ξεχωριστά και υπολογίζεται πως πρέπει να είναι στα 500-750 lux στην επιφάνεια εργασίας για την επίτευξη της επιθυμητής άνεσης, ανάλογα με τον τύπο εργασίας.

89

88

Η έρευνά μας είχε ως αφετηρία τη χρήση συστήματων οριζόντιων φωτοσωλήνων ως σύστημα μεταφοράς φυσικού φωτισμού σε εργασιακό κτίριο μεγάλων διαστάσεων. Επιλέξαμε να ασχοληθούμε και να αναλύσουμε εκτενέστερα τους οριζόντιους και όχι τους κάθετους φωτοσωλήνες, διότι είναι ένα σύστημα που δεν έχει μελετηθεί όσο το δεύτερο μέχρι σήμερα, ενώ παράλληλα οι φωτοσωλήνες έχουν καλή σχέση τιμήςαπόδοσης σε σχέση με άλλα πιο πολύπλοκα συστήματα..2 Στόχος

90

Πώς θα μπορούσε λοιπόν ένα σύστημα εισαγωγής φυσικού φωτισμού σε βάθος μεγαλύτερο από 5 μέτρα να μειώσει τον τεχνητό φωτισμό; 4

7.3 Μεθοδολογίαεθοδολογία-Οργάνωση της έρευνας

Εικ. : Κατανομή φυσικού φωτός στην χώρο του γραφείου όπως υπολογίστηκε μεσω του Dialux

Μετά την σύλληψη της ιδέας σε θεωρητικό επίπεδο και την αρχική απόφαση να ασχοληθούμε με φωτοσωλήνες, σχεδιάσαμε τα αντικείμενα μελέτης (σωλήνας και άλλες συμπληρωματικές επιφάνειες) με την βοήθεια τρισδιάστατου προγράμματος και εισαγάγαμε τα δεδομένα στο πρόγραμμα TracePro, που εξειδικεύεται στην μελέτη των συστημάτων φυσικού φωτισμού, ώστε να γίνουν οι απαραίτητες μετρήσεις και να εξάγουμε από κάθε περίπτωση συμπεράσματα τα οποία εν τέλει συγκρίνουμε. Στην συνέχεια, έπειτα από τα πρώτα βασικά συμπεράσματα, οδηγηθήκαμε στην τελική πρόταση η οποία περιλαμβάνει το σχεδιασμό συστήματος εισαγωγής της ακτινοβολίας στο ύψος της ψευδοοροφής, αν υπάρχει, και την απόληξη της σε ένα φωτιστικό-ανακλαστήρα, το οποίο σχεδιάσαμε και μετρήσαμε με την βοήθεια διάφορων λογισμικών τρισδιάστατης απεικόνισης, ανάλυσης φωτομετρικών αποτελεσμάτων κτλ. Τελευταίο κομμάτι της έρευνας,αποτέλεσε η δημιουργία μακέτας και ερωτηματολογίου, μέσω των οποίων μπορέσαμε να βγάλουμε συμπεράσματα σχετικά με την μεταβολή των επιπέδων φωτισμού και της αίσθησης στον χώρο.

91

Ο επιλεγμένος χώρος γραφείων της διπλανής φωτογραφίας διαθέτει δυο παράθυρα στην νότια όψη του, τα οποία όμως δεν επαρκούν για την εισαγωγή του φυσικού φωτισμού στο βάθος του κτιρίου. Κρίνεται απαραίτητο έτσι ένα σύστημα τεχνητού φωτισμού όλες τις ώρες λειτουργίας του γραφείου. Παρακάτω, φαίνεται στην κάτοψη του συγκεκριμένου χώρου πώς επηρεάζει τα επίπεδα του φωτός η ύπαρξη παραθύρων και μέχρι ποιό βάθος στο χώρο: σε απόσταση έως 2.5 μέτρα μπροστά από τα ανοίγματα, τα επίπεδα φυσικού φωτισμού είναι αυξημένα. Στο κέντρο όμως του κτιρίου αντιστοιχούν περίπου 50 lux, ενώ η επιθυμητή τιμή για χώρους γραφείων κυμαίνεται στα 500-750 lux.

Οι κάθετοι φωτοσωλήνες τοποθετούνται στη στέγη ενός κτιρίου, μεταφέροντας άμεσα τον φυσικό φωτισμό στον όροφο που ακολουθεί. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μεταφορά φυσικού φωτισμού κατακόρυφα και σε περισσότερους από έναν ορόφους, ωστόσο αυτό αυτομάτως σημαίνει ότι η κατασκευή αυτού του συστήματος θα πρέπει να έχει προβλεφθεί από την αρχή, θα είναι πιο δαπανηρή και ίσως λιγότερο αποτελεσματική. Ένα σύστημα οριζόντιου φωτοσωλήνα μπορεί να ενταχθεί πιο εύκολα σε ένα υπάρχον κτίριο και να προσαρτιστεί στο επάνω τμήμα της οροφής με την προσθήκη γυψοσανίδας. Κάποιες βασικές έννοιες που μελετήθηκαν κατα το σχεδιασμό αυτού του συστηματος είναι: το πλήθος των ανακλάσεων,το υλικό, η διάμετρος και το μήκος του φωτοσωλήνα. Η επίτευξη όσο το δυνατόν λιγότερων ανακλάσεων είναι ο βασικός στόχος στον σχεδιασμό ενός συστήματος φωτοσωλήνα με καλή απόδοση. Το εσωτερικό του σωλήνα αποτελείται από ανακλαστικά υλικά όπως αλουμίνιο, ανακλαστικά φιλμ (όπως αυτά της εταιρείας 3Μ) ή ανωδιωμένα φύλλα αλουμινίου της εταιρείας Alanod με ανακλαστικότητες περισσότερο από 90%. Το ποσοστό της ανακλαστικότητας είναι πολύ βασικό. Χρησιμοποιώντας υλικό ανακλαστικότητας 95%, κάθε φορά που οι ακτίνες της ηλιακής ακτινοβολίας ανακλώνται, το 5% της ενέργειας τους χάνεται, με αποτέλεσμα μετά απο 5 ανακλάσεις, παραδείγματος χάρη, να έχει απομείνει το 77% της αρχικής ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας. Εκτός από το ποσοστό της ανακλαστικότητας, το είδος του υλικού επίσης καθορίζει τον τρόπο διάχυσης της ακτινοβολίας. Συγκρίνοντας δυο υλικά της εταιρείας Alanod, το Miro2 και το Miro8, με ποσοστά ανακλαστικότητας 95% και 94% αντίστοιχα παρατηρούμε ότι ενώ η διαφορά στην τιμή ανακλαστικότητας είναι πολύ μικρή, ο τρόπος με τον οποίο διαχέεται η ακτινοβολία μετά την ανάκλαση έχει σημαντική διαφορά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στον μικρόκοσμο τα δυο αυτά υλικά έχουν διαφορετική δομή, με την επιφάνεια του Miro8 να δημιουργεί μικρές κοιλότητες που εν τέλει στέλνουν την ακτινοβολία σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

miro 2

miro 8

Εφαρμόσαμε τα δυο αυτά υλικά λοιπόν στο ίδιο σύστημα φωτοσωλήνα. Το σύστημα αποτελείται από μια πηγή φωτός (grid source) στο δεξί του άκρο, προσομειώνοντας τον ήλιο, και από μια απορροφητική επιφάνεια (exit absorber), η οποία χρησιμεύει στις μετρήσεις. Τα συμπεράσματα από κάθε δοκιμή βγαίνουν με βάση το πλήθος και την ενέργεια των ακτίνων που προσπίπτουν σε αυτή την απορροφητική επιφάνεια στο τέλος του φωτοσωλήνα. Η περίπτωση ενός 100% ανακλαστικού υλικού ‘perfect mirror’ μελετήθηκε αλλά στην πράξη λόγω κατασκευαστικών λαθών ένα μικρό ποσοστό ακτινοβολίας θα χάνεται σε κάθε ανάκλαση. Παρακάτω απεικονίζεται η ροή ηλιακής ακτινοβολίας στο φωτοσωλήνα με γωνία πρόσπτωσης 30 μοιρών. Κόκκινες ακτίνες: 66-100% ενέργειας, πράσινες: 33-66% ενέργειας, μπλε: <33% της ενέργειας

Τα αποτελέσματα από το λογισμικό Trace Pro ήταν τα εξής:

exit absorber

Miro8, σχετική απόδοση συστήματος 0.02%

exit absorber

Miro 2, σχετική απόδοση 37%

93

92

7.4 Μετρήσεις σε οριζόντια συστήματα μεταφοράς φωτισμού

95

Παραδείγματως χάρην, το χειμώνα το ηλιακό ύψος του ηλίου είναι μικρό, με αποτέλεσμα η γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας στο σύστημα να είναι επίσης μικρή (περίπτωση α), οπότε και οι ανακλάσεις στο εσωτερικό του φωτοσωλήνα είναι λίγες. Το καλοκαίρι όμως το ηλιακό ύψος είναι μεγαλύτερο με μέγιστη γωνία πρόσπτωσης τις 73 μοίρες. Σε αυτήν την περίπτωση οι ανακλάσεις είναι πολλές και οι ακτίνες που θα φτάσουν στην έξοδο του σωλήνα θα έχουν μικρή ενέργεια.

94

Συνεχίζοντας τη μελέτη μας και χρησιμοποιώντας πλέον το Miro2 ως ανακλαστικό υλικό, έγιναν μετρήσεις σε όμοια συστήματα φωτοσωλήνων με διαμέτρους από 10 εκ. εως και 40 εκ., σημειώνοντας κάθε φορά την αποδοτικότητα. Στο διάγραμμα παρακάτω απεικονίζεται αυτή η μεταβολή.

Έτσι επιλέξαμε το σύστημα που θα σχεδιάσουμε να έχει διάμετρο 30εκ. που έχει μια ικανοποιητική απόδοση. Μεγαλύτερη διάμετρος θα δυσκόλευε την ενσωμάτωση του συστήματος στο χώρο, δεδομένω ότι θα τοποθετηθεί πάνω από την ψευδοοροφή σε χώρους γραφείων, μειώνοντας έτσι το συνολικό καθαρό ύψος του χώρου. Με παρόμοιο τρόπο μεταβάλλεται η απόδοση του φωτοσωλήνα σε σχέση με το μήκος του. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος του, τόσες περισσότερες θα είναι οι ανακλάσεις της ακτινοβολίας μέχρι αυτή να φτάσει στην έξοδό του. Φωτοσωλήνες με μήκος μικρότερο από 3 μέτρα δεν εξυπηρετούν στην περίπτωση μας, αφού ο φυσικός φωτισμός από το παράθυρο της όψης είναι αρκετός ώστε να φωτίσει το χώρο. Το μήκος του οριζόντιου φωτοσωλήνα που μελετάμε πρέπει να είναι τέτοιο ώστε να οδηγεί το φως πέρα από εκεί που επαρκούν τα παράθυρα. Η λειτουργία του φωτοσωλήνα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κάθε εποχή (δηλαδή το ηλιακό ύψος) και γι’αυτο και μελετήθηκε σύμφωνα με την κίνηση του ηλίου.

Εικόνα: Ανακλάσεις στο εσωτερικό του φωτοσωλήνα με γωνίες πρόσπτωσης 30, 45 και 73 μοιρών.

Πιο αναλυτικά, κάνοντας μια μέτρηση με ένα πλήθος ακτίνων κατά προσωμοίωση της ηλιακής ακτινοβολίας, σε μια μέση τιμή μήκους κύματος λ=505 nm και ενέργεια 1000 W/ray προκύπτουν τα εξής αποτελέσματα:

Με γωνία πρόσπτωσης 73 μοίρες, μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που εισάγεται στο σωλήνα καταλήγει στην επιφάνεια εξόδου. Πιο συγκεκριμένα μόνο 29 ακτίνες από τις 500.000 καταλήγουν στην επιφάνεια εξόδου και η απόδοση του συστήματος είναι μηδενική.

97

96

Στην περίπτωση γωνίας πρόσπτωσης 30 μοιρών, από τις 500.000 ακτίνες που θεωρήσαμε ότι εισάγονται στον φωτοσωλήνα, οι 495.621 έπειτα από ανακλάσεις οδηγούνται έως στο τέλος του σωλήνα (αριστερό άκρο) ώστε να διαχυθούν στο εσωτερικό του χώρου που επιθυμούμε να φωτίσουμε. Η απόδοση του συστήματος (ισχύς της ηλιακής ενέργειας που εισάγεται στο φωτοσωλήνα/ισχύς ηλιακής ενέργειας που εξάγεται από αυτόν) υπολογίζεται στο 37,45%,όπως υπολογίζεται μέσω του Trace Pro.

7.5 Συμπεράσματα Οπότε, από την μελέτη των οριζόντιων φωτοσωλήνων συμπεραίνουμε τα εξής: -Η απόδοση του συστήματος δεν είναι τόσο ικανοποιητική για την μεταφορά του φωτός σε μεγάλο βάθος.

-Η απόδοση πέφτει ραγδαία τους καλοκαιρινούς μήνες εξαιτίας της υψηλής θέσης του ήλιου και των πολλών ανακλάσεων που συμβαίνουν στον σωλήνα. Επομένως,η μελέτη στράφηκε στην ανάπτυξη ενός συστήματος το οποίο θα ελαχιστοποιεί τις ανακλάσεις και θα είναι κατάλληλα προσαρμοσμένο στις καιρικές συνθήκες της Ελλάδας.

8.1

99

98

Για να λειτουργήσει ωστόσο σωστά το σύστημα του φωτοσωλήνα υπάρχουν κάποιοι ακόμα παράμετροι: το σημείο εισόδου της ηλιακής ακτινοβολίας πρέπει να προστατεύεται με υαλοπίνακα για την αποφυγή συγκέντρωσης σκόνης και πιθανής εισχώρησης πτηνών. Στο σημείο εξόδου είναι προσαρμοσμένο σύστημα διάχυσης του φωτός για την ομοιόμορφη κατανομή του κατά την είσοδο του στο εσωτερικό του χώρου. Αυτό κρίνεται απαραίτητο για την αποφυγή δημιουργίας ενοχλητικών αποτυπωμάτων στην οροφή/τοίχο του γραφείου καθώς και του ενδεχομένου θάμβωσης. Κάθε ένα όμως από τα παραπάνω συστήματα μειώνει ακόμη περισσότερο την συνολική απόδοση, καθιστώντας το ελάχιστα αποδοτικό για εισαγωγή φυσικού φωτισμού σε μεγάλο βάθος. Συνήθως χρησιμοποιούνται οι κατακόρυφοι φωτοσωλήνες με μικρό μήκος που λειτουργούν πιο αποδοτικά, αλλά κυρίως για την μεταφορά φωτός στον όροφο που βρίσκεται κάτω από το δώμα. Το σύστημα φωτοσωλήνα μπορεί να συνδυαστεί με ανειδωλικό ράφι για την βελτίωση της απόδοσης του, αξιοποιώντας και τον διάχυτο φωτισμό. Όμως και σε αυτή την περίπτωση δεν είναι αποτελεσματικό για τη μεταφορά φωτός σε μεγάλο βάθος, αλλά θα μπορούσε να έχει καλύτερα αποτελέσματα σε χώρες με μειωμένα επίπεδα συνολικής ηλιοφάνειας. Στην χώρα μας ωστόσο, λόγω των αυξημένων επιπέδων ηλιοφάνειας, ένας απλός ηλιοστάτης μπορεί να λειτουργήσει πολύ καλύτερα.

πηγή:www.meteo.gr

8. Πρόταση συστήματος εισαγωγής φυσικού φωτισμού σε εργασιακό χώρο τύπου open plan

Το συμπέρασμα από την μελέτη των φωτοσωλήνων μας ώθησε στον σχεδιασμό ενός συστήματος με όσο το δυνατόν λιγότερες ανακλάσεις κατά τη λειτουργία του- άρα και καλύτερη απόδοση. Ένας άλλος βασικός παράγοντας που λήφθηκε υπόψην είναι η πολυπλοκότητα του συστήματος. Έπειτα από την έρευνα των συστημάτων φυσικού φωτισμού, έχουμε συμπεράνει ότι συνήθως συστήματα που έχουν καλή απόδοση, απαιτούν μεγάλη ακρίβεια στο σχεδιασμό τους, ενώ το κόστος κατασκευής, εγκατάστασης και συντήρησης τους μπορεί να γίνει ασύμφορο. Τέτοια συστήματα φυσικού φωτισμού επιλέγουν συνήθως μεγάλες εταιρείες για να ενισχύσουν το οικολογικό τους προφίλ. Επίσης, η κατασκευαστική απλότητα ήταν ένας ακόμη παράγοντας που μας οδήγησε στην τελική πρόταση, καταλήγοντας στο σχεδιασμό ενός συστήματος ηλιοστάτη. Ένα τέτοιο σύστημα στρέφεται ανάλογα με την κίνηση του ηλίου(όπως ένα ηλιοτρόπιο), ώστε να εισάγει πάντοτε στον χώρο την ηλιακή ακτινοβολία με συγκεκριμένο τρόπο και να γίνονται όσο το δυνατόν λιγότερες ανακλάσεις. Συγκεκριμένα,πρόκειται για ένα σύστημα ηλιοστάτη,το οποίο παρακολουθώντας την κίνηση του ήλιου ανακλά την ηλιακή ακτινοβολία στοχεύοντας σε συγκεκριμένο σημείο στο εσωτερικό του χώρου,με αποτέλεσμα να γίνεται μόνο μ ί α α ν ά κ λ α σ η , αυτή που συμβαίνει στην επιφάνεια του ηλιοστάτη. Ο ηλιοστάτης είναι τοποθετημένος στο ύψος της ψευδοροφής (εάν υπάρχει) στο εξωτερικό του κτιρίου στην άκρη του πεζοδρομίου,προσανατολισμένος προς τον βορρά. Αν για παράδειγμα το σημείο στο οποίο στοχεύει ο ηλιοστάτης είναι στον τοίχο (σε βάθος 17 μέτρων), υπολογίζεται ότι το ίχνος ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλά είναι περίπου 800 lux.

8.1επεξηγηματικό σκίτσο λειτουργίας ηλιοστάτη

101

100

8.1 Περιγραφή νέου συστήματος υστήματος

8.2 Εφαρμογή συστήματος στο χώρο μελέτης Η διάμετρος του ηλιοστάτη προτείνεται να είναι 80 εκατοστά, ώστε να έχουμε ικανοποιητικά αποτελέσματα από την ποσότητα του φωτός που εισέρχεται στο εσωτερικό του χώρου, χωρίς όμως οι διαστάσεις του να προκαλούν προβλήματα θάμβωσης στους εργαζόμενους. Στον χώρο μελέτης που έχουμε επιλέξει ο ηλιοστάτης τοποθετείται μπροστά από την νότια όψη του κτιρίου, σε απόσταση 2,5m από αυτή και σε ύψος 2,5m. Για την εισαγωγή του φωτός στον επιλεγμένο χώρο μελέτης, είναι απαραίτητη η δημιουργία φεγγίτη στο αντίστοιχο ύψος του ηλιοστάτη με διαστάσεις ανοίγματος 0,5m*8,5m. Από τον φεγγίτη επίσης εισάγεται φως στο εσωτερικό του γραφείου, το οποίο όμως, όπως φαίνεται στα παραπάνω σχέδια δεν μπορεί να συνεισφέρει από μόνο του στην αύξηση των επιπέδων φωτισμού στο βάθος του χώρου.

Εξελίσσοντας την σκέψη αυτή και τροποποιώντας κατάλληλα το σύστημα κίνησης του ηλιοστάτη, καταλήξαμε στην εξής ιδέα: η ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται αρχικά στον ηλιοστάτη και αυτός την κατευθύνει πάντα σε συγκεκριμένο σημείο στην οροφή του χώρου, σε βάθος 8-11 μέτρων, όπου παρατηρήσαμε μέσω της κατανομής του φυσικού φωτός από τα υπάρχοντα ανοίγματα (εικ. σελ.90) πως σε κάθε περίπτωση η συγκεκριμένη ζώνη (εικ. 8.4) είναι αποκλειστικώς εξαρτημένη από τον τεχνητό φωτισμό του γραφείου και οι εργαζόμενοι δεν επωφελούνται καθόλου του φυσικού φωτισμού. Όπως προαναφέρθηκε, μία τυπική επιφάνεια εργασίας χρειάζεται να φωτίζεται με περίπου 500 lux για να επιτυγχάνεται η οπτική άνεση του εργαζομένου.

σκίτσο 8.3 επεξήγηση λειτουργίας προτεινόμενου συστήματος

103

102

εικόνες 8.2 αναπαράσταση φωτεινού ίχνους από ηλιοστάτη στο βάθος του χώρου μελέτης (πάνω)και αναπαραστατικό σχέδιο της κατανομής της φωτεινής ροής(κάτω)

8.2 Μαθηματική ανάλυση κίνησης νέου συστήματος

105

104

8.2 Μαθηματική ανάλυση κίνησης νέου σ

Ερμηνεύοντας γεωμετρικά το πρόβλημα και λύνοντας τα απαραίτητα μαθηματικά,καταλήξαμε σε ορισμένες εξισώσεις με βάση τις οποίες μπορέσαμε να καθορίσουμε την ακριβή κίνηση του ηλιοστάτη, ώστε να ακολουθεί την κίνηση του ηλίου. Με την βοήθεια του προγράμματος Excel, διαμορφώσαμε τις εξισώσεις, συστηματοποιήσαμε τις πράξεις και εισάγοντας κάθε φορά έναν συνδυασμό αριθμών αζιμουθίου και ηλιακού ύψους (χρησιμοποιώντας τα αντίστοιχα στοιχεία για το γεωγραφικό πλάτος της Αθήνας) μπορούμε να βρούμε τις ακριβείς συντεταγμένες του κάθετου διανύσματος στο κέντρο του ηλιοστάτη, ώστε να προσδιορίσουμε την θέση του στον χώρο. Για τις ώρες λειτουργίας ενός τυπικού χώρου γραφείων, δηλαδή 8:0017:00, ο ηλιοστάτης θα είναι ρυθμισμένος να στρέφεται καταλλήλως κάθε 5 λεπτά, ανάλογα με τον συνδυασμό αζιμουθίου- ηλιακού ύψους.

σχέδιο8.4 κάτοψη χώρου μελέτης

107

106

9.1 Σχεδιασμός φωτιστικού χεδιασμός φωτιστικού

9. Σχεδιασμός φωτιστικού συστήματος

8.50 109

108

Η δέσμη φωτός που προσπίτει πάνω στον ηλιοστάτη όπως προαναφέραμε, ανακλάται,εισχωρεί στο εσωτερικό του χώρου και προσπίπτει σε συγκεκριμένη ζώνη της οροφής, την οποία έχουμε σχεδιάσει κατάλληλα, ώστε να την ανακλά και να την διαχέει στον χώρο. Στόχος είναι η αλλαγή της αίσθησης εξαιτίας του φυσικού φωτισμού εσωτερικά,η οποία είναι πολύ σημαντική και επηρεάζει ποικιλοτρόπως τον άνθρωπο. Πολλαπλές μελέτες και αναφορές υπάρχουν στην παγκόσμια βιβλιογραφία οι οποίες αναφέρονται στην επίδραση του φυσικού φωτός στο εργασιακό περιβάλλον,όπως ήδη έχουμε αναφέρει.

10.52

1.50

Σχήμα 9.1 Τοποθέτηση του φωτιστικού συστήματος στην οροφή του χώρου μελέτης.

111

110

12 cm

9 cm

Το φωτιστικό είναι κατασκευασμένο από μεταλλικά ισοσκελή τρίγωνα ανακλαστικού υλικού Miro 8 (εταιρεία Alanod), το οποίο σε σχέση με άλλα ανακλαστικά υλικά δημιουργεί λιγότερο έντονες ανακλάσεις, ώστε να μην προκαλεί ενόχληση. Είναι ορθογωνίου σχήματος και έχει μήκος 8,5m και πλάτος που μπορεί να τροποποιηθεί ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες φωτισμού ξεκινώντας από το 1m, ένα ενδιάμεσο πλάτος 1,5m και ένα μεγαλύτερο στα 2m. Αυτό συμβαίνει ώστε ο χρήστης με την χρήση τηλεκοντρόλ να μπορεί να προσαρμόσει την διανομή του φωτός στην κάτοψη, ανάλογα με την εργασία του. Οι πολύ μικρές διαφοροποιήσεις στις κλίσεις των τριγώνων είναι αυτές που καθορίζουν την φωτομετρική κατανομή του φωτιστικού συστήματος, δηλαδή τον τρόπο που διαχέεται το φως στο χώρο.

Παρατηρώντας τα παρακάτω σκίτσα διαπιστώνουμε εύκολα ότι εάν για παράδειγμα μεταβληθεί κατά 1 εκατοστό η μεγάλη πλευρά του τριγώνου τότε η διεύθυνση της ανακλώμενης ακτίνας μεταβάλλεται πάρα πολύ (σχεδόν 15 μοίρες). Επομένως, πολύ μικρές μεταβολές της μεγάλης πλευράς του τριγώνου έχουν ως αποτέλεσμα να αλλάζει η διεύθυνση της ανακλώμενης, άρα να διανέμεται το φως κάθε φορά σε διαφορετική ζώνη του χώρου. Με αυτόν τον τρόπο,ο χρήστης έχει την δυναντότητα να προσαρμόζει το σύστημα ανάλογα με τις ανάγκες φωτισμού και εργασίας.

Θέση Ι: πλάτος φωτιστικού: 1 m

1.60 m σχήμα 9.2 υπολογισμός διεύθυνσης ανακλάσεων φωτιστικού ανακλαστικού συστήματος στη θέση Ι, μέσω της αρχή ανάκλασης

113

112

Στη θέση αυτή η ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας αλλάζει τα επίπεδα φωτός σε μια περιοχή πλάτους 1.6 μέτρων, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

σχήμα 9.3 προοπτικό σχέδιου φωτιστικού

σχήμα 9.4 κατανομή δέσμης στην περίπτωση 1 με την χρήση Trace Pro

Θέση ΙΙΙ: πλάτος φωτιστικού: 2 m

Θέση ΙΙ: πλάτος φωτιστικού: 1.5 m

2m αρχή ανάκλασης

114

Στη θέση αυτή η ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας αλλάζει τα επίπεδα φωτός σε μια περιοχή πλάτους 2 μέτρων, διαχέοντας το ομοιόμορφα ακριβώς κάτω από το φωτιστικό σύστημα.

σχήμα 9.8 υπολογισμός διεύθυνσης ανακλάσεων φωτιστικού ανακλαστικού συστήματος στη θέση ΙΙI, μέσω της αρχή ανάκλασης

Στη θέση αυτή η ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας αλλάζει τα επίπεδα φωτός σε μια περιοχή πλάτους 2,5 μέτρων, στρέφοντας την ηλιακή ακτινοβολία σε λίγο μεγαλύτερο βάθος.

σχήμα 9.9 προοπτικό σχέδιο φωτιστικού σχήμα 9.6 προοπτικό σχέδιου φωτιστικού

σχήμα 9.7 κατανομή δέσμης στην περίπτωση 2 με την χρήση Trace Pro

σχήμα 9.10 κατανομή δέσμης στην περίπτωση 3 με την χρήση Trace Pro

115

σχήμα 9.5 υπολογισμός διεύθυνσης ανακλάσεων φωτιστικού ανακλαστικού συστήματος στη θέση ΙΙ, μέσω της

10.1 Σχεδιασμός 1 Στόχος

Σ κ ο π ό ς της κατασκευής της μακέτας είναι να γίνουν οι μετρήσεις στο ηλιακό φως,ώστε να εξάγουμε και με αυτόν τον τρόπο συμπεράσματα σχετικά με το σύστημά μας. Επίσης,η μακέτα είναι ένα εργαλείο που επιτρέπει την άμεση διάδραση μεταξύ παρατηρητή και χώρου στο φυσικό φως. Η μακέτα έχει ακριβείς διαστάσεις 1m x 1m x 0.60m(ύψος), είναι κατασκευασμένη σε κλίμακα 1:6 και αναπαριστά τη ζώνη ενδιαφέροντος του χώρου μελέτης ώστε να κατανοήσουμε την επίδραση του φωτιστικού μας συστήματος υπό το ηλιακό φως. Η νότια όψη είναι κατασκευασμένη από γκρι χαρτόνι 3 χιλιοστών. Οι υπόλοιπες 3 όψεις είναι κατασκευασμένες από εξηλασμένη πολυστερίνη πάχους 3 εκ. Στην ανατολική όψη υπάρχει ένα άνοιγμα το οποίο εξυπηρετεί την παρατήρηση και την τοποθέτηση της φωτογραφικής μηχανής για την λήψη στιγμιοτύπων και την ανάλυση αυτών στην πορεία.

117

116

10. Κατασκευή μακέτας

εικ.10.1 προοπτικό σκίτσο μακέτας

Επεξεργασία υλικών -Όλα τα κομμάτια εξηλασμένης πολυστερίνης (DAU) αρχικά λειάνθηκαν με γυαλόχαρτο και στην συνέχεια βάφτηκαν με υδατοδιαλυτά χρώματα. Η οροφή και οι πλαϊνοί τοίχοι βάφτηκαν με λευκό χρώμα, ενώ το δάπεδο με γκρι.

-Για τους ηλιοστάτες χρησιμοποιήθηκαν δυο καθρέφτες διαμέτρου 14 εκ. που προσομοιάζουν τις πραγματικές διαστάσεις.

119

118

Η συγκεκριμένη έρευνα πραγματοποιήθηκε την ημέρα 02/02, που οι καιρικές συνθήκες ήταν κατάλληλες για να διεξαχθεί επιτυχώς. Συμμετείχαν σε αυτή 10 άτομα,τα οποία παρατήρησαν τις 2 καταστάσεις της μακέτας (με ή χωρίς το προτεινόμενο σύστημα) και στην συνέχεια προχώρησαν στην συμπλήρωση ειδικού ερωτηματολογίου, ώστε να συλλέξουμε τα συμπεράσματα. Βασικός στόχος του ερωτηματολογίου ήταν να διευκρινιστεί εάν το σύστημα συμβάλλει ή όχι στην αύξηση των επιπέδων φυσικού φωτισμού, εάν η διανομή του φωτός είναι κατανεμημένη ομοιόμορφα ώστε να μην προκαλεί προβλήματα θάμβωσης και εάν το σύστημα αυτό είναι κατάλληλο για χώρο γραφείων.

121

Φωτογράφηση

120

10.2

εικόνα 10.2 Φωτογραφία από το εσωτερικό της μακέτας χωρίς την επίδραση του ηλιοστάτη. Μέτρηση φωτόμετρου: 300 lux

εικόνα 10.3 Φωτογραφία από το εσωτερικό της μακέτας με την τοποθέτηση ενός ηλιοστάτη στο εξωτερικό της. Μέτρηση φωτόμετρου: 1100 lux

123

122

εικόνα 10.4 Φωτογραφία από το εσωτερικό της μακέτας με την τοποθέτηση δυο ηλιοστατών στο εξωτερικό της. Μέτρηση φωτόμετρου: 1800 lux

125

124

εικόνα 10.5 Φωτογραφία από το εσωτερικό της μακέτας χωρίς την επίδραση του ηλιοστάτη. Μέτρηση φωτόμετρου : 300 lux

εικόνα 10.6 Φωτογραφία από το εσωτερικό της μακέτας με την τοοθέτηση δυο ηλιοστατών καθώς και συστήματος διαχύτη στο φωτιστικό. Μέτρηση φωτόμετρου : 1200 lux Μετρώντας δυο φορές με το φωτόμετρο, τη μια υπό το ηλιακό φως και τη δεύτερη τοποθετώντας το φωτόμετρο κάτω από το διαχύτη, υπολογίστηκε η διαπερατότητα του στο 70%.

127

126

Φωτογράφηση της μακέτας πραγματοποιήθηκε και σε τεχνητό ήλιο, με λήψη HDR, ώστε μέσω του προγράμματος HDRscope, να εξάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τα επίπεδα λαμπρότητας σε κάθε περίπτωση. Λόγω του τεχνητού ήλιου, οι τιμές των λαμπροτήτων είναι μικρές και δεν αντιπροσωπεύουν τις κανονικές. Οι παραπάνω εικόνες χρησιμοποιούνται για να οπτικοποιηθούν οι σχετικές διαφορές στην κατανομή λαμπρότητας στις τρεις περιπτώσεις: χωρίς τους ηλιοστάτες, με τους ηλιοστάτες και με την εφαρμογή του διαχύτη. Η κλίμακα των μεγεθών είναι σε cd/m2.

10.3 Συμπεράσματα από την κατασκευή της μακέτας

Από το ερωτηματολόγιο που συμπληρώθηκε: -σχετικά με τη μεταβολή της αίσθησης του φυσικού φωτισμού στο χώρο με την εφαρμογή του συστήματος ηλιοστάτη: 1/10 έκρινε την μεταβολή ως μικρή, 1/10 αρκετή, 5/10 ως μεγάλη και 3/10 ως πολύ μεγάλη.

-στην ερώτηση αν θεωρούν το pattern που σχηματίζεται στο δάπεδο ενοχλητικό 5/10 απάντησαν καθόλου, 1/10 αρκετά και 4/10 λίγο.

-στην ερώτηση αν θεωρούν το σύστημα κατάλληλο για χώρο εργασίας 6/10 έδωσαν αρνητική απάντηση, 2/10 θετική και 2/10 δεν απάντησαν.

Με την εφαρμογή του διαχυτικού συστήματος: -στην ερώτηση αν αυξάνονται τα επίπεδα φωτισμού 1/10 απάντησε λίγο, 5/10 απάντησαν αρκετά, 2/10 πολύ και 2/10 πάρα πολύ.

-στην ερώτηση αν θεωρούν το σύστημα με το διαχύτη κατάλληλο για χώρο γραφείων 10/10 απάντησαν θετικα! Τα σχόλια σχετικά με την εξομάλυνση του pattern στο δάπεδο, λόγω του διαχύτη ήταν τα εξής: “Τεράστια διαφορά”, “Πολύ καλύτερο”, “Δεν υπάρχει πλέον pattern, δεν κουράζεται το μάτι”, “Είναι πιο ομοιόμορφο” και “Σίγουρα καλύτερο”. Άρα, ο συνδυασμός του φωτιστικού συστήματος με σύστημα διαχύτη είναι ο καταλληλότερος για χώρο εργασίας, ενώ χωρίς τον διαχύτη το σύστημα προτείνεται για δημόσιους χώρους και κοινόχρηστους χώρους (π.χ. εμπορικά κέντρά, κατάστήματα, διάδρομοι κ.λπ.).

129

128

Παρατηρώντας την εφαρμογή του συστήματος υπό το ηλιακό φως συμπεράναμε τα εξής: -Τα επίπεδα φωτισμού και η συνολική αίσθηση του χώρου μεταβλήθηκαν σημαντικά, δημιουργώντας έντονα patterns φωτός στο δάπεδο της μακέτας.

-Τα έντονα patterns μας προβλημάτισαν σχετικά με την πιθανή πρόκληση οπτικής δυσφορίας στους εργαζομένους.

-Επομένως, μελετήθηκε και η περίπτωση εφαρμογής διαχυτικού συστήματος (ριζόχαρτο) σε συνδυασμό με το φωτιστικό, για την πιο ομοιόμορφη κατανομή του φωτισμού στο χώρο.

-Η διάμετρος των ηλιοστατών προτείνεται να είναι μικρότερη της εφαρμοσμένης (80 εκ.), ώστε να μην δημιουργεί ανακλάσεις στην οροφή εκτός της περιοχής του φωτιστικού.

Η εφαρμογή συστημάτων φυσικού φωτισμού θεωρείται από τις πιο καινοτόμες λύσεις για να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας και να αυξηθεί η ποιότητα εσωτερικού χώρου, στο εργασιακό -ή όχιπεριβάλλον. Έπειτα από την έρευνα που πραγματοποιήσαμε καταλήξαμε σε ορισμένα συμπεράσματα: -Όσο πιο περίπλοκος είναι ο σχεδιασμός ενός συστήματος φυσικού φωτισμού, τόσο πιο ακριβή είναι η κατασκευή του.

130

11. Συμπεράσματα

-Σε κάθε περίπτωση, ο σχεδιασμός ενός συστήματος φυσικού φωτισμού πρέπει να προσαρμόζεται στο συγκεκριμένο χώρο, ώστε να λαμβάνονται υπόψη όλοι οι παράγοντες που τον επηρεάζουν (κλιματικές συνθήκες, προσανατολισμός, διαστάσεις χώρου και χρήση). Για παράδειγμα, στην περίπτωση εφαρμογής του προτεινόμενου συστήματος σε πολυόροφο κτίριο, οι ηλιοστάτες μπορούν να προσαρτώνται στην νότια εξωτερική όψη (για το βόρειο ημισφαίριο). Μια τέτοια μελέτη απαιτεί την κατασκευή μακέτας, τρισδιάστατου μοντέλου και in-situ δοκιμές.

-Τα συστήματα αυτά μπορεί να έχουν υψηλό κόστος, αλλά τα μακροπρόθεσμα οφέλη και η ποιότητα του φυσικού φωτισμού είναι ικανά να επισκιάσουν τα μειονεκτήματα τους.

-Το 2016 ο σχεδιασμός κτιρίων με έμφαση στον φυσικό φωτισμό θεωρήθηκε από τις ισχυρότερες σχεδιαστικές τάσεις. Το ενδιαφέρον για το σχεδιασμό τέτοιων συστημάτων υπάρχει τα τελευταία 15 χρόνια και αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά μέσα στην επόμενη δεκαετία, καθιστώντας το φυσικό φωτισμό βασικό παράγοντα στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό.

131

-Γενικώς, η χρηματική απόσβεση αυτών των συστημάτων είναι αμφιλεγόμενη, ενδεχομένως και αδύνατη, συγκριτικά με το πολύ μικρό κόστος των τυπικών λαμπτήρων.

133

132

135

134