Confortul vizual. Optimizarea luminarii naturale in interiorul spatiului arhitectural. Analize documentare

IntroducereIn contextul preocuparii tot mai accentuate asupra controlului emisiilor de carbon,

incalzirii globale si prelungirii duratei de viata a cladirilor, precum si asupra unei eficiente energetice superioare a cladirilor, conceptia iluminatului trebuie sa tina seama de criteriile de imbunatatire a eficientei energetice prin eficientizarea iluminatului electric si utilizarea luminii naturale, capabila sa contribuie la reducerea necesarului de iluminat electric, precum si la reducerea necesarului de incalzire si de racire. Prin implementarea tehnicilor si sistemelor de iluminat avansate, se poate reduce considerabil consumul de energie electrica, concomitent cu o crestere semnificativa a calitatii mediului luminos interior. De asemenea, utilizarea iluminatului electric prezinta consecinte directe sau indirecte asupra mediului, ca rezultat al productiei de energie electrica, al consumului de energie si de resurse naturale, sau al eliminarii produselor uzate. Iluminatul poate avea influente directe si din punct de vedere fizic, biologic sau social, datorate poluarii luminoase. Din aceste motive iluminatul trebuie sa se incadreze in diverse norme si coduri. Conceptia iluminatului este obligatoriu sa se realizeze prin integrarea cu conceptia arhitecturala a cladirilor, pentru o imbinare armonioasa cu forma si structura interioara, capabila sa concure la obtinerea mediului luminos interior care sa asigure confortul vizual, precum si functionalitatea si estetica spatiului interior.

Necesitatea integrarii iluminat natural – iluminat electric

Utilizarea eficienta a luminii naturale ca o componenta necesara prin calitatile sale in iluminatul interior a devenit un aspect extrem de important in tratarea moderna a conceptiei sistemelor de iluminat, pentru care trebuie realizata o integrare dinamica a componentei artificiale cu cea naturala, tinand seama de criteriile caracteristice destinatiei interiorului, in conexiune cu aspectele cantitative si calitative ale mediului luminos interior confortabil, functional si estetic.

Lumina naturala se distinge ca o sursa de lumina cu modificari unice si continue de distributie si spectru. Ea poate mari satisfactia vizuala a persoanelor si conserva energia, daca se iau in considerare aspecte cum ar fi vederea, controlul orbirii, factorii umani si integrarea sistemelor functionale ale cladirilor. Este necesar ca efectele luminii naturale sa fie analizate in toate spatiile in care este admisa, chiar daca este folosita ca o sursa de lumina, cu scopul de a evita probleme de orbire sau de pagube produse asupra materialelor cu care intra in contact.In ciuda faptului ca evolutia tehnologica a civilizatiei umane a condus la aparitia unor activitati ce trebuie desfasurate cu preponderenta in spatiul interior, se impune totusi in continuare asigurarea accesului luminii naturale in acest spatiu, pentru cresterea satisfactiei ocupantilor prin efectele pozitive pe care aceasta le prezinta.

O serie de studii au analizat efectul luminii naturale asupra performantei activitatii umane. Spre exemplu, cercetarea realizata de California Board for Energy Efficiency in 1999 asupra a trei scoli din state diferite (si cu clima diferita – California, Washington si Colorado) si a unui lant de 108 centre comerciale, a demonstrat influentele pozitive ale accesului luminii naturale asupra observatorilor.

In primul caz, observatorii au fost aproximativ 21.000 elevi de ciclu primar, deoarece monitorizarea rezultatelor acestora era mai exacta si activitatea lor de invatamant se desfasura in aceeasi sala si sub indrumarea aceluiasi cadru didactic pentru intreaga perioada. Rezultatele obtinute au aratat ca elevii din salile cu accesul cel mai mare de lumina naturala au progresat cu 20% mai repede la matematica si cu 26% mai repede la citire intr-un an decat cei din salile cu accesul cel mai mic de lumina naturala; elevii din salile de clasa cu suprafata cea mai mare de ferestre au progresat cu 15% mai repede la matematica si cu 23% mai repede la citire intr-un an decat cei din salile cu suprafata cea mai mica de ferestre; elevii din salile prevazute cu luminator corect conceput, care difuza lumina naturala uniform in incapere si cu posibilitate de control a accesului luminii, au progresat cu 19-20% mai repede decat elevii din sali fara luminator. De asemenea, s-a remarcat si efectul posibilitatii de deschidere a ferestrelor asupra rezultatelor elevilor: cei din sali cu ferestre care se puteau deschide au progresat in medie cu 7-8% mai repede decat cei din sali cu ferestre fixe, indiferent daca salile aveau sau nu instalatie de climatizare.

Explicatiile pentru aceste rezultate constau intr-un nivel de iluminare mai mare ce conduce la o crestere a vizibilitatii sarcinii vizuale, intr-o distributie mai buna a luminii care, fiind de regula cu acces lateral, contribuie la cresterea vizibilitatii sarcinilor verticale (panouri, figura umana), intr-o redare mai buna a culorilor, o imbunatatire a sanatatii si a formei, toate aceste aspecte fiind in stransa legatura cu confortul vizual.

Al doilea studiu a analizat cifra de vanzari din 108 centre comerciale similare dintre care doua treimi prezentau o structura cu utilizarea luminatoarelor, iluminatul electric fiind realizat cu lampi fluorescente si prevazut cu elemente de control. In conditiile in care alte variabile, precum programul de lucru, marimea si vechimea magazinului, considerente economice ale zonei in care era amplasat, erau mentinute la acelasi nivel, s-a constatat o crestere medie cu 40% a cifrei de vanzari pentru centrele comerciale prevazute cu luminatoare. Acest rezultat a fost posibil datorita efectelor pozitive pe care lumina naturala le prezinta asupra psihicului clientului si vanzatorului, precum si asupra aspectului produselor.

Un alt studiu realizat de Kuller si Lindsten asupra a 90 de elevi de ciclu primar a aratat variatii ale comportamentului, sanatatii si nivelului de cortizol in functie de accesul luminii naturale. Cei 90 de elevi invatau in patru sali de clasa cu diferite combinatii de sisteme de iluminat natural si sisteme de iluminat electrice fluorescente. Elevii din salile cu iluminat natural prezentau ritmuri comportamentale zilnice si in functie de anotimp, in timp ce elevii din salile prevazute numai cu iluminat electric fluorescent (de culoare aparenta neutra-calda) prezentau stari comportamentale aberante si niveluri foarte variabile de cortizol. Astfel, lumina naturala prezinta efecte pozitive asupra capacitatii elevilor de a se concentra si a coopera.

Un aspect extrem de important este reprezentat de capacitatea deschiderilor pentru accesul luminii naturale (in special ferestrele) de a asigura comunicarea vizuala a ocupantilor cu spatiul exterior. Aceasta preferinta a fost demonstrata de numeroase studii, dar nu s-a inteles pe deplin modul in care o fereastra poate asigura o vedere buna si daca o vedere buna este necesara. Intr-un studiu realizat de Markus asupra a 400 observatori din mai multe cladiri de birouri a aratat ca 88% dintre acestia prefera o vedere panoramica asupra orasului sau asupra unui peisaj, in timp ce numai 12% sunt multumiti cu o vedere a cerului sau catre nivelele inferioare ale cladirilor vecine. De asemenea, s-a constatat si o dorinta a observatorilor situati la o distanta relativ mare fata de ferestre de a se apropia de acestea.

Un studiu realizat de Cooper tot asupra unui grup de observatori constituit din functionari din cladiri de birouri a aratat ca numai 3% din acestia au simtit ca o vedere buna catre exterior este cea mai importanta caracteristica a unui mediu de lucru placut. Majoritatea a aratat ca o

vedere buna este aceea in care se pot vedea cat mai multe obiecte situate la distanta. Variabilitatea luminii naturale s-a dovedit recent ca reprezinta un aspect pozitiv pentru organismul uman, atat din punct de vedere fiziologic cat si psihologic. Prin aceasta variabilitate, lumina naturala capata un aspect dinamic, schimbandu-si intensitatea (prin urmare nivelul de iluminare pe retina) si temperatura de culoare pe parcursul ciclului zi-noapte si conferind mediului luminos o capacitate de stimulare a observatorilor, prin mentinerea creierului in stare activa. Lumina naturala, prin caracterul ei dinamic, creeaza o dimensiune temporala, schimband nivelul de iluminare al diverselor suprafete si culoarea si aparenta mediului, oferind o informatie indirecta asupra timpului din zi.

Desi rezultatele cercetarilor si experienta arata clar avantajele pe care lumina naturala le prezinta, este posibil ca utilizarea necorespunzatoare a acesteia sa aiba efecte inverse, contribuind la un mediu luminos dezechilibrat, capabil sa produca inconfortul vizual.

Pentru evitarea acestei situatii, este necesara analiza aspectelor cantitative si calitative ale mediului luminos interior cu referire la accesul luminii naturale. Realizarea unui iluminat exclusiv electric capabil sa creeze mediul luminos confortabil nu ridica probleme din cauza aspectului sau static. In schimb, lumina naturala prezinta o variabilitate extrema, care trebuie sa fie luata in calcul, controlata si echilibrata atunci cand este cazul cu iluminat electric suplimentar.

Toate aceste studii arata ca lumina naturala creeaza o stare emotionala pozitiva. Confortul vizual presupune realizarea unui mediu luminos care sa asigure parametrii corecti din punct de vedere luminotehnic, cum ar fi redarea corecta a contrastelor, distributia uniforma a luminantelor, evitarea orbirii sau echilibrul cromatic. Lumina naturala nu determina in mod direct influente pozitive asupra confortului vizual, poate mai degraba efecte negative prin variabilitatea sa daca aceasta nu este tratata corespunzator. Insa efectele de ordin psihologic pe care aceasta le prezinta asupra omului contribuie la inducerea unei stari sufletesti pozitive care este in stransa legatura si cu confortul vizual.

S-a incercat mai sus doar evidentierea necesitatii prevederii deschiderilor pentru accesul luminii naturale din punct de vedere al asigurarii confortului vizual, in conditiile in care exista o preferinta clara, desi nu suficient demonstrata teoretic, a observatorilor pentru asigurarea unei vederi catre spatiul exterior si pentru constientizarea existentei unui contact cu exteriorul. Un alt aspect extrem de important al integrarii dintre iluminatul natural si cel electric il reprezinta imbunatatirea eficientei energetice a cladirilor prin reducerea necesarului de iluminat electric, incalzire si racire. Prin implementarea tehnicilor si sistemelor de iluminat natural avansate, se poate reduce considerabil consumul de energie electrica, concomitent cu o crestere semnificativa a calitatii mediului luminos interior.

Parametrii mediului luminos interior integrat

Iluminatul corespunzator al unui spatiu interior nu se poate realiza doar prin utilizarea luminii naturale. Exista multe situatii in care fie contributia naturala in interior este prea scazuta si nu asigura nivelul de iluminare suficient (pe timpul serii sau al noptii, in zilele cu cer acoperit, iarna etc.), fie contributia naturala este prea mare si trebuie echilibrata, fie variatia contributiei naturale in raport cu adancimea spatiului interior este puternic descrescatoare si deci neuniforma ca nivel de iluminare si distributie a luminantelor (de regula pentru accesul lateral al luminii naturale). In toate aceste situatii se impune utilizarea unui iluminat electric suplimentar permanent, menit sa functioneze continuu astfel incat combinatia dintre iluminatul natural si cel electric formeaza un sistem integrat care ofera un control mult mai bun al confortului vizual decat un iluminat exclusiv natural, mai multa dinamica si deci mai putina monotonie decat un iluminat exclusiv electric, un nivel de iluminare adecvat permanent activitatilor si o ambianta

vizuala placuta. De asemenea, introducerea sistemului de iluminat electric permanent suplimentar concura si la reducerea costurilor cladirilor, daca se analizeaza corect toate aspectele energetice.

Utilizarea iluminatului electric permanent suplimentar trebuie insa prevazuta atunci cand sistemele de iluminat natural nu mai pot asigura parametrii necesari de confort vizual. Exista o gama variata de structuri si tipuri de cladiri care permit un acces mai mare sau mai scazut, mai uniform sau mai putin uniform al luminii naturale, precum si o serie de sisteme noi, de inalta tehnologie, destinate controlului intensitatii si distributiei luminii naturale (de la soare, de la cer, sau ambele componente) in zonele de interes din spatiul interior pentru a raspunde cerintelor activitatilor fara aparitia orbirii. Un sistem avansat de iluminat natural distribuie uniform lumina naturala in zonele care altfel ar fi iluminate total electric si unde in aceste conditii sistemul de control variaza sau reduce fluxul luminos electric ca raspuns la contributia componentei naturale. ceste sisteme avansate de iluminat natural au rolul de a crea un mediu vizual confortabil, estetic, chiar functional, si in care nu se produce orbirea, precum si de a creste eficienta energetica a cladirilor pe care le echipeaza. Ele presupun si integrarea unor tehnici avansate de iluminat natural cu iluminatul electric pentru optimizarea distributiei luminii in interior, tinand seama de impactul energetic asupra intregii cladiri, prin reducerea consumului global de energie si integrarea iluminat natural – iluminat electric – sisteme de control. Aceste lucruri sunt posibile prin inglobarea tehnicilor de ecranare cu reglaj fin sau a tehnologiilor de vitrare de inalta performanta care controleaza intensitatea si distributia spectrala a radiatiilor naturale admise in spatiul interior, minimizand aportul termic in timpul sezonului cald si pierderile de caldura in timpul sezonului rece.

Sisteme de iluminat natural

O clasificare generala a sistemelor de iluminat natural in functie de directia din care provine lumina naturala conduce la doua categorii de astfel de sisteme: cu acces superior si cu acces lateral, prezentand caracteristici diferite in ceea ce priveste distributia luminii si uniformitatea nivelului de iluminare din interior.

Sistemele de iluminat natural cu acces superior prezinta avantajul de a distribui relativ uniform lumina naturala in planul util si de a permite amplasarea deschiderilor chiar deasupra zonelor de interes. De asemenea, pot reduce probabilitatea aparitiei orbirii relativ usor, prin mentinerea sursei de lumina naturala in afara directiei de privire .

In deschiderile pentru accesul superior al luminii naturale pot fi amplasate aparate de iluminat sau surse de lumina electrice pentru realizarea iluminatului suplimentar permanent (in special pe timpul serii si al noptii), avand grija sa nu se reduca accesul luminii naturale (in timpul zilei). In functie de structura si tipul de sistem de iluminat natural utilizat, aceste surse de lumina electrice pot fi amplasate astfel incat sa asigure si o mai buna uniformitate a distributiei iluminarii si luminantelor in spatiul interior.

Orbirea este redusa la aceste sisteme prin utilizarea elementelor structurale sau a unei geometrii menite sa reduca perceptia vizuala a sursei de lumina pentru diverse directii de privire. Inconfortul vizual provocat de contrastul dintre plafon si deschiderile pentru accesul luminii naturale poate fi eliminat prin diminuarea acestui contrast, daca se prevad deschideri largi catre exterior sau prin distributia luminii catre pereti, coroborate cu o reflectanta crescuta a plafonului care va primi lumina naturala prin interreflexie de la pereti si pardoseala.

Pentru acest tip de sisteme, orice scadere a nivelului de iluminare naturala sub valoarea iluminarii necesare activitatii desfasurate, poate fi compensata prin utilizarea iluminatului electric

suplimentar, printr-un control automat fin (solutia optima), tinandu-se seama de adaptarea vizuala umana.

Avantajul sistemelor de iluminat naturale cu acces lateral, care permit accesul luminii naturale prin suprafete vitrate (de regula) verticale amplasate in peretii exteriori, il reprezinta capacitatea de a asigura vederea catre exterior si de a putea ilumina natural toate etajele unei cladiri. Dar prezinta o dificultate sporita in ceea ce priveste controlul orbirii si distributia uniforma a luminii in interior. [1]

Suprafeţele vitrate

Cu ajutorul suprafeţelor vitrate se realizează iluminatul natural, trecerea parţială a ventilaţiei solare şi ventilarea naturală a încăperilor. Acestea sunt: tâmplăria exterioară(ferestre, uşi), pereţii vitraţi şi iluminatoarele.

Tâmplăria exterioară este compusă din ansamblul ramă (toc şi cercevea) şi folie de geam. Profilele ramei pot fi din lemn, din lemn stratificat, din PVC, din aluminiu fără sau cu baterie termica.  Ca tip de deschidere ramele pot fi cuplate, simple şi duble. În figura 1 este prezentat geamul termopan, care este denumirea populară pentru un sandwich format din două foi de sticlă lipite perimetal prin intermediul unei baghete de aluminiu si al unor sigilanţi de tip membrană cauciucată. Rezultatul este un geam cu caracteristici de izolare termică deosebită, care păstrează transparenţa necesara spatiilor vitrate. Sticla folosită poate fi trasă sau float. Cea trasă se obţine printr-un proces mai primitiv şi are mult mai multe deficienţe de claritate, fiind des întâlnite deformările de imagine sau efectul de curcubeu. Sticla float este mai scumpă, însă elimină aceste neajunsuri.  Grosimea foilor de sticlă influenţează şi ea caracteristicile termice, dar mai ales cele de rezistenţă la impact ale geamului termopan. Cel mai des folosit este geamul de 4 mm suficient de rezistent pentru ferestrele uzuale ale unei case. Pentru vitrine, terase sau ochiuri de geam de peste 2 m2 este indicat să se utilizeze măcar geam de 6 mm sau chiar tip duplex. Rezistenţa la efracţie poate fi mărită şi prin intermediul unei folii speciale antiefracţie aplicată pe interiorul foii exterioare de geam înaintea sigilării. În cazul în care tâmplăria este montată înclinat sau în medii cu risc sporit (grădiniţe, spitale, instituţii publice), sticla folosită trebuie securizată în prealabil astfel încât în cazul spargerii cioburile rezultate să nu pună în pericol viaţa celor aflaţi în apropiere.

Figura 1. Tâmplărie exterioară: fereastră cu ramă din PVC şi geam termopan

Una dintre căile cele mai eficace de îmbunătăţire a izolaţiei clădirii este aceea de a îmbunătăţi eficienţa suprafeţelor vitrate. Acestea sunt părţile cele mai sensibile ale clădirii întrucât au valori ale coeficientului de transfer termic de 4 pana la 5 ori mai mari decât celelalte suprafeţe.

Se măreşte la maximum suprafaţa vitrata de pe partea de sud a clădirii . Daca ferestrele nu sunt eficiente, noaptea si iarna pierderea de căldură va fi mai mare.

Ferestrele cu geam termopan au valori ale rezistenţei termice cu până la 55% mai mari decât cele cu un singur geam (0,4 faţă de 0,18 m2 °K/W). Cele mai eficiente ferestre cu geam termopan permit pătrunderea a până la 80% din lumina solară şi au valori ale rezistenţei termice de aproximativ 0,5 m2 °K/W. Ferestrele cu valori ale rezistenţei de 0,7 m2 °K/W sau mai mult sunt denumite uneori "supraferestre". Multe dintre ferestrele cu geam dublu sunt umplute cu un gaz foarte bun izolator şi au acoperiri invizibile care transmit doar radiaţia cu lungimi de undă specifice. Figura 2 prezintă valorile coeficientului de transfer termic k pentru diverse tipuri de ferestre.

Vitrarea trebuie să permită pătrunderea a cât mai multa lumină solară, dând întotdeauna prioritate iluminării naturale. Aceasta reduce şi costul utilităţilor.

Figura 2. Valoarea coeficientului de transfer termic pentru diferite tipuri de ferestre

Normativul C 107/0-02 recomandă pentru condiţiile climatice din România şi pentru respectarea cerinţelor de economie de energie şi de izolare termică, utilizarea ferestrelor cu trei rânduri de geam, prevăzute cu măsuri de etanşare pe contur sau ferestrelor duble echipate pe cerceveaua interioară cu un geam termoizolant realizat din sticlă obişnuită, iar pe cerceveaua exterioară cel puţin cu o foaie de geam simplu sau utilizarea ferestrelor cu un singur geam termoizolant, din sticle specială, de joasă emisivitate şi eventual cu spaţiul dintre sticle umplut cu gaze mai izolante decât aerul (Argon, Kripton). [2]

Sporirea iluminarii naturale

Pozitia casei; este mai bine ca fatadele casei sau orientarea ei sa fie spre nord sau spre sud. Lumina nu este uniforma in timpul zilei la apus si la rasarit. In plus lumina directa a soarelui va incalzi casa, mai ales in timpul verii. Orientarea nordica sau sudica a casei creste sansele unei iluminari uniforme. Culoarea; lumina colorata pe tavan si pe pereti reflecta mai mult lumina si camera pare mai stralucitoare. Partea de jos a peretilor si podeaua ar trebui sa fie mai inchise, mai putin luminate.

Reflectii ale draperiilor: reduc contrastul. Nu sunt recomandate in locurile unde se executa operatii ce necesita acuratete mare (spre exemplu, intr-o camera unde se executa design grafic).

Cantitatea de lumina: de obicei se recomanda a fi cat mai multa si introdusa cat mai adanc in interiorul cladirii. Un caz particular ar fi atunci cand reflectiile draperiilor sunt foarte mari.

Stralucirea: stralucirile prea mari sau lumina prea puternica din campul vizual pot crea disconfort. Contastul mare dintre obiectele apropiate si cele din fundal pot reduce abilitatea ochiului de a percepe detaliile. Se recomanda a folosi un oarecare contrast, insa a se evita extremele. Uniformitatea poate crea o senzatie de oboseala, care desi nu face rau omului, ii scade productivitatea. Stralucirea este un element subiectiv si de aceea este relativ greu de cuantificat. Aceasta se realizeaza de obicei supunand un numar mare de persoaneunor aceleasi conditii de stralucire. Totusi, factorii de disconfort pot fi estimati

Reflectarea luminii naturale: suprafetele reflectante pot reflecta si imprasia lumina naturala prin incapere. Spre exemplu, un raft amplasat deasupra ferestrei ar putea creste luminozitatea din camera si scade stralucirea ferestrei.

Tunele solare: in multe locuinţe există bai, holuri sau scari interioare în care accesul luminii naturale este imposibil. Singura modalitate de iluminare în aceste spaţii întunecoase este doar lumina artificială. Cu ajutorul tunelului solar, aceste inconveniente sunt depăşite. Prin intermediul sistemului de elemente reflectorizante, lumina naturală este condusă în încăperi în care nu există posibilitatea instalării de ferestre. [3]

Ferestrele; o fereastra inalta faciliteaza o patrundere mai mare a luminii, o fereastra larga sau deschisa permite o difuzare mai buna. Lumina naturala este mai influientata de partea vizibila a cerului. Marimea ideala a ferestrei ar trebui sa fie 10% din suprafata podelei.

Ferestre pentru acoperis tip terasa:  produsele pentru acoperiş tip terasă sunt recomandate oricărui tip de încăpere - combinând funcţionalitatea şi designul indiferent de locul

unde sunt amplasate. Datorită posibilităţii de acţionare cu telecomanda, fereastra model CVP aduce lumina naturală şi aerul proaspăt în mijlocul casei. Ferestrele pentru acoperiş tip terasă pot fi folosite atât ca o nouă sursă de iluminare naturală acolo unde iluminarea naturală prin intermediul ferestrelor de faţadă este limitată sau acolo unde nu se pot instala ferestre de faţadă. [3]

Evitarea patrunderii razei de lumina solara directa pe suparafetele de observatie:aceasta ar putea crea o luminozitate prea mare de disconfort. Daca nu sunt alte solutii, se vor folosi concepte legate de amplasarea ferestrelor pentru evitarea acestei situatii.

Folosirea cu grija a luminii solare in zonele nefolosite: ele pot aduce o crestere a temperaturii camerei fara a crea efecte dinamice sau de buna-stare (deoarece sunt amplasate in zone de interes redus).

Filtrarea luminii naturale: atunci cand este dorita, se poate obtine folosind plante, draperii sau obloane. [6]

Faţadele bioclimatice: Având ca punct central dezvoltarea sustenabilă, obiectivul este reducerea ratei consumului de energie necesară pentru exploatarea clădirii, folosind elemente naturale cum sunt aerul şi în special soarele. Pentru a se îndeplini ambele obiective, chiar dacă par contradictoriii (confort vs. economii de energie), la proiectarea de soluţii bioclimatice trebuie stabiliţi câţiva parametri, cum ar fi:

- cerinţele referitoare la diversele tipuri de utilizare a clădirii( birouri, şcoală, locuinţe)- parametrii climatici şi microclimatici: nivelul de lumină solară în funcţie de anotimpuri

şi orientarea clădirii, de clădirile din preajmă şi de vegetaţie. [5]

Foi duble de fatada: Principiul de functionare: a doua foaie de fatada dinspre exterior este alcatuita din trei benzi, care corespund (1) parapetului – collector solar/fotovoltaic, si golului din fatada initiala (2) (3) si anume o banda situata imediat deasupra parapetului, destinata ventilarii directe (panouri mobile) si cea de la partea superioara – un sistem deflector de lumina controlat computerizat in functie de traiectoria soarelui, temperature exterioara si perioada zilei. [7]

Elemente de proiectare: Cel mai important element este geometria peretilor cladirii, a tavanelor, planseelor, ferestrelor, si a relatiilor dintre ele. Proiectantii trebuie sa manipuleze configuratii si sa calculeze iluminarile rezultate inainte de a intelege relatiile cantitative legate de geometria cladirii. Aceasta se realizeaza folosind modele fizice de test si/sau simulari pe calculator.

Consolele pot fi elemente importante in arhitectura de iluminare. Ele ajuta la reducerea luminii solare admisa in incapere. De asemenea, acestea pot redirectiona lumina reflectata de planseu inapoi spre interior. Rafturile de iluminare sunt dispozitive care se amplaseaza la sau langa o fereastra si reflecta sau imprastie lumina solara pe tavan si pe pereti. Se folosesc pentru a micsora iluminarea excesiva de langa unele ferestre si pentru a mari cantitatea de lumina ce penetreaza interiorul camerei. Ele creaza o impresie puternica de orizontalitate exteriorului cladirii.

Controlul umbrelor de interior : pot atat elimina stralucirile prea mari, cat si adauga lumina naturala. Jaluzelele sunt eficiente deoarece pot bloca lumina directa, dar pot fi si inchise partial. Draperiile adauga textura, culoarea si flexibilitate spatiului si sunt mai utilizate din acest notiv. Pot avea si modele variate sau in gradient pentru a aduce lumina la nivelele dorite.Obloanele cu rola au nivele diferite de opacitate si pot ajuta la reducerea penetratiei directe. Avantajul lor este ca pot fi retrase integral atunci cand se doreste mai multa lumina.

Fara protectie solara Cu protectie solara

Jaluzelele orizontale sunt dispozitive eficiente pentru blocarea luminii solare cand unghiurile sunt ascutite, lasand insa ptina lumina pe perioada primaverii si toamnei. Ele pot fi controlate mecanic sau electric pentru a raspunde pozitiei soarelui si acoperirii cerului din fiecare moment.

Obloanele sau jaluzelele verticale sunt avantajoase cand cladirea este orientata spre est sau vest pentru a bloca raza directa si a o difuza in interior. Pot fi fixe sau mobile.Dispozitivele de inregistrare a luminii naturale capteaza aceasta lumina si o reflecta printr-un gol in incapere. Ele pot statice (folosind oglinzi), sau dinamice (miscandu-se dupa soare).Acest dispozitiv se foloseste pentru a mari numarul de ore iluminate dintr-o zi, precum si numarul de luni cu zile lungi dintr-un an.

Funcţia de urmărire a soarelui: unele comenzi ale dispozitivelor de umbrire oferă funcţia de Urmărire a soarelui care poziţionează lamelele jaluzelei veneţiene în funcţie de razele soarelui. Pentru folosirea optimă a dispozitivelor de umbrireEle trebuie să fie automate: Dispozitivele de umbrire reglate manual sunt folosite mai rar decât cele automate. Se întâmplă mai ales în cazul ferestrelor greu accesibile sau al jaluzelelor sau rulourilor care nu se acţionează uşor manual din cauza greutăţii mari sau a dimensiunilor mari.Automatizarea este cheia, este unul dintre cele mai eficienta moduri de utilizare a dispozitivelor de umbrire, deoarece acţionează independent, prin intermediul senzorilor sau al temporizatoarelor de climă atunci când ocupanţii nu se află în clădire

Materiale transparenteMetoda folosita in trecut este aceea de a folosi materiale transparente in anvelopa cladirii.

Aceasta insa introducea o incalzire suplimentara a acesteia, nu intotdeauna dorita. Pentru a intelege elementele actuale trebuiesc definite intai trei caracteristici ale acestor elemente. Transmitanta vizibila (VT) a unei straluciri este fractiunea din energia luminii vizibile transmisa prin stralucire. Geamul dublu fara striatiuni transmite 89% din lumina primita si are deci VT = 0,89. Coeficientul de umbrire (SC) este raportul dintre incalzirea datorata folosirii unui sistem cu straluciri si incalzirea datorata folosirii unui geam dublu fara striatiuni.Valoarea U este rata de transfer de caldura pe ora pentru cate un ft² (picior patrat) pentru fiecare grad diferenta intre cele doua parti ale unui material. Performantele geamului simplu pot fi alterate folosind patru metode sau combinatii intre acestea. Geamurile colorate reduc radiatia solara care trece printr-un geam, dar si cantitatea de lumina. Relatia dintre acestea pot fi controlata prin alegerea culorii. Vitrajele gri reduc atat lumina, cat si caldura emise la o intensitate destul de mare. Cele de bronz reduc mai multa lumina decat caldura. Cele albastru-verzui reduc caldura, mentinand o oarecare lumina vizibila.

Tratamentele de suprafata cu pulberi de metale pot reduce atat lumina, cat si caldura prin reflectia acestora. Unele dintre acestea au o emisivitate redusa. Acestea din urma pot reduce lumina, insa nu mai sunt la fel de eficiente impotriva radiatiilor infra-rosii care incalzesc.Invelisurile foarte subtiri pot fi aplicate si unui film de plastic suspendat pe cele doua parti ale unui geam, reducand astfel conductivitatea si deci stralucirea.

Invelisurile pirolitice pot fi integrate intr-un geam (cand este inca fierbinte) creandu-se o suprafata foarte rezistenta la abraziuni si coroziuni problemele apar in folosirea acestei metode in momentul in care invelisul incepe sa se descompuna.

Ferestrele multiple au putin aer intre geamuri, marindu-se astfel rezistenta termala a ferestrei. De obicei se folosesc ferestre cu doua geamuri, insa rezistenta termala creste pe masura ce se folosesc mai multe straturi. In locul aerului dintre geamuri se foloseste si gazul, precum argon, crypton, hexafluor de sulf. Acesta pate reduce si mai mult transferul de caldura.

Iluminarea laterala se foloseste de goluri pe peretii laterali pentru a introduce razele in cladire.Acestea pot servi de asemenea si ca elemente de ventilatie, dinamizand design-ul cladirii. Lumina patrunsa prin aceste goluri este ideala pentru suprafetele plane.Ca dezavantaj, acest model de iluminare poate produce stralucirea prea mare din cauza contrastului dintre gol si pereti pentru evitarea acesteia se folosesc de obicei diverse elemente de umbrire, fie exterioare, fie interioare. [6]

Luminatoarele : se folosesc la iluminarea naturala a halelor, muzeelor,bibliotecilor, incaperilor industriale sau a depozitelor. Vitrarea se executa din policarbonat celular, luminatoarele putand fi realizate cu sectiune triunghiulara sau semicirculara. [8]

Luminatoarele sunt ferestre orizontale sau verticale amplasate deasupra inaltimii ochiului uman, dar dedesuptul tavanului. Multe dintre acestea au geamul netransparent.Principalul avantaj al luminatoarelor este ca de cele mai multe ori ele nu introduc straluciri in incapere datorita pozitiei lor inalte. De asemenea, ele pot admite o penetratie mai puternica si mai adanca a luminii din camera. Luminatoarele sunt foarte eficiente atat pentru suprafetele de lucru orizontale, cat si pentru suprafetele verticale. Lumina ce patrunde printr-un luminator suficient de inalt de obicei atinge direct peretii verticali, evitad astfel crearea de noi umbre. De asemenea, iluminarea este mult mai constanta pe timpul unei zile fata de o fereastra obisnuita.Singurul dezavantaj al luminatoarelor este ca necesita inaltimi mari de la planseu la tavan pentru a functina corect. Ele sunt foarte adecvate pentru biblioteci, galerii, muzee. [6]

Ferestrele verticale sunt un element clasic de proiectare pentru iluminarea laterala. Cativa factori trebuiesc luati in considerare cand se proiecteaza cu acest gen de elemente: pe masura ce creste dimensiunea ferestrei, creste si cantitatea de lumina ce patrunde in incapere, inaltimea

ferestrei fata de planseu va dicta adancimea la care este luminata camera. Pe masura ce dimensiunea tocului ferestrei creste, punctul de maxima iluminare se departeaza de fereastra.Contributia luminii data de la sol si de la alte suprafete exterioare ce reflecta lumina poate fi destul de mare pe timpul unor zile insorite. Ferestrele pot fi amplasate pe unul, doi sau mai multi pereti. Camerele ce au o singura fereastra primesc lumina doar de pe un singur perete. Cele cu doua ferestre primesc de obicei lumina de pe doi pereti opusi, iar cele cu mai multe ferestre de la cel putin doi pereti care nu sunt opusi. [6]

Nivelul de iluminare produs de lumina naturala este mare in apropierea ferestrelor si scade dramatic cu adancimea incaperii, fiind considerat acceptabil pana la adancimea maxima egala cu de 1,5-2,5 ori inaltimea ferestrei, in functie de structura incaperii si a suprafetei vitrate. Acest fapt ar impune o inaltime mare a plafonului si sectiuni inguste ale cladirilor pentru un iluminat aproape in intregime natural, cu deschideri laterale. O posibilitate de a preveni aceasta necesitate este inclinarea plafonului de-a lungul conturului exterior al incaperii pentru a permite accesul mai adanc al luminii naturale.

De asemenea, acest efect de variere a distributiei luminii naturale poate fi eliminat prin combinarea luminii provenind din directii diferite (opuse de regula) pentru a echilibra nivelul de iluminare din spatiul interior, fie prin deschideri laterale diametral opuse, fie prin alimentarea zonelor slab iluminate natural ale incaperilor de pe conturul cladirii dintr-o zona centrala iluminata natural, structura centrala de tip atrium . Alte solutii pot fi reprezentate de utilizarea elementelor de directionare a luminii naturale catre plafon, de unde prin reflexie lumina naturala va fi dirijata mai adanc in incapere, sau de utilizarea sistemelor de transport al luminii naturale catre zonele de interes (cu tuburi de lumina).

Daca structura cladirii nu permite aceste solutii, atunci trebuie asigurat iluminatul electric suplimentar permanent, capabil sa compenseze variatia luminii naturale in adancimea incaperii pentru a realiza echilibrul distributiei iluminarii in planul util si al distributiei luminantelor in campul vizual.

Iluminatul electric suplimentar permanent, pe langa faptul ca mentine nivelul de iluminare necesar in absenta luminii naturale, are rolul determinant de a echilibra distributia luminantelor in campul vizual. Astfel se poate ajunge la o situatia paradoxala, ca tocmai atunci cand contributia naturala este maxima, sa fie nevoie de un iluminat electric suplimentar maxim in zona lipsita de acces al luminii naturale, tocmai pentru a echilibra mediul luminos. Aceasta situatie insa poate fi controlata si prin sisteme de control al accesului luminii naturale, care pot diminua contributia luminii naturale astfel incat sa nu se ajunga la un consum exagerat de energie si de asemenea sa nu se influenteze negativ confortul vizual al ocupantilor.

Astfel, este necesara conceptia integrata a sistemelor de iluminat natural si electric , care sa permita analiza deschiderilor pentru accesul luminii naturale nu numai din punct de vedere al fluxului luminos admis, ci si din punct de vedere al evitarii orbirii. Un alt aspect al utilizarii iluminatului electric suplimentar este reducerea contrastului de luminanta dintre mediul luminos interior si cer, reducand astfel orbirea psihologica si deci sporind confortul vizual. El trebuie sa fie proiectat si realizat cu circuite distribuite pe zone (sistem de iluminat zonat) care sa urmeze zonele de lumina naturala (acele zone caracterizate printr-o valoare relativ constanta a nivelului de iluminare produsa de lumina naturala), deci prin alinierea paralela a circuitelor sistemului de iluminat electric cu liniile izolux determinate de contributia luminii naturale in interior. Se impune o trecere fina de la zonele iluminate natural la cele iluminate electric si integrarea din punct de vedere al culorii luminii a celor doua sisteme de iluminat. Astfel, sunt recomandate sursele de culoare aparenta neutra-calda sau neutra (avand o temperatura de culoare corelata de 3300–4000 K) pentru spatiile cu aport normal sau mare de lumina naturala si cele de culoare

aparenta neutra sau neutra-rece (avand o temperatura de culoare corelata de 4000–5300 K) pentru spatiile cu aport mare sau foarte mare de lumina naturala. Sursele de culoare aparenta rece (avand o temperatura de culoare corelata de peste 5300 K) se pot folosi numai pentru spatiile cu vitrare totala care functioneaza doar in timpul zilei. Prin temperatura de culoare [K] se intelege temperatura la care trebuie incalzit radiatorul integral (corpul negru) ca sa prezinte o emisie radiativa de aceeasi cromatica ca si aceea a stimulului de culoare dat.

Temperatura de culoare corelata [K], utilizata in cazul tuturor surselor de lumina diferite de sursa de lumina cu incandescenta, reprezinta temperatura radiatorului integral (corpul negru) incalzit, a carui culoare perceputa se aseamana cel mai mult, in conditii de observare precizate, cu culoarea perceputa a unui stimul de culoare dat, de aceeasi stralucire.

Exista multe situatii (in functie de amplasament, ora, conditii meteorologice si atmosferice etc.) cand lumina naturala prezinta o intensitate suficienta sa asigure nivelul de iluminare pentru sarcina vizuala si sa creeze ambianta spatiului interior. In acelasi timp, exista la fel de multe cazuri cand toate aceste sarcini trebuie indeplinite exclusiv de iluminatul electric. De unde rezulta o integrare perfecta a celor doua componente, astfel incat orice variatie a luminii naturale sa fie corectata imediat (automat) in sens pozitiv sau negativ de catre iluminatul electric si sistemele de control al accesului luminii naturale, cu maxim de eficienta energetica. Se impune astfel o analiza extrem de riguroasa si detaliata inca din stadiul de conceptie a cladirii.

Mai sus a fost accentuata ideea mentinerii uniformitatii nivelului de iluminare in planul util si a distributiei luminantelor in campul vizual, precum si integrarea cromatica a luminii electrice cu cea naturala. O problema aparte o reprezinta variatia valorii nivelului de iluminare si a temperaturii de culoare a luminii naturale. Variabilitatea luminii naturale s-a dovedit ca prezinta efecte pozitive la nivelul organismului uman. Intrebarea care se poate pune este daca si in interior trebuie prevazut un nivel de iluminare variabil, care sa urmeze evolutia de-a lungul unei zile a nivelului de iluminare produs de lumina naturala, acelasi lucru fiind valabil si pentru temperatura de culoare.

O cercetare in aceasta directie a fost efectuata de specialistii de la iGuzzini Illuminazione si Lighting Research Center – Polytechnic Institute Troy (New York), materializata prin realizarea sistemului de iluminat electric dinamic Sivra . Astfel, ei au aratat cresterea confortului ocupantilor si a productivitatii in conditiile unui iluminat dinamic, produs de o lumina a carei intensitate (deci nivelul de iluminare in planul util) si temperatura de culoare variaza in timp. Pe de o parte, lumina de o intensitate mare determina un nivel de iluminare mare si, datorita stoparii secretiei anumitor hormoni (inclusiv melatonina), creste gradul de atentie si de concentrare a observatorului. Pe de alta parte, lumina dinamica respecta un program zilnic cu care organismul este obisnuit din experienta expunerii la lumina naturala si prin care se regleaza activitatile fiziologice si mentale ale organismului si psihicului uman. Studiile au fost efectuate asupra unui numar de 20 observatori, care au fost expusi timp de 12 nopti la patru scenarii luminoase diferite: a – nivel de iluminare constant de 250 lx; b – nivel de iluminare constant de 2800 lx; c – nivel de iluminare crescator de la 200 lx la 2800 lx; d – nivel de iluminare descrescator de la 2800 lx la 200 lx. Prima situatie corespunde unei valori recomandate a nivelului de iluminare, a doua situatie corespunde unei valori ridicate a nivelului de iluminare, specifice luminii biologice (cu proprietatea de a mentine activ psihicul uman), in timp ce ultimele doua situatii caracterizeaza o evolutie dinamica a nivelului de iluminare. Rezultatele cercetarii au aratat ca performanta si confortul observatorilor au fost mai mari pentru situatiile de lumina dinamica, iar preferinta cea mai mare s-a manifestat pentru situatia d, cand nivelul de iluminare are ca valoare initiala valoarea maxima, specifica luminii biologice. Aceste studii au aratat prin urmare imbunatatirea confortului si performantei celor care lucreaza pe timpul noptii, putandu-se modifica si alti

parametri ai organismului uman, cum ar fi temperatura corpului, aflati in stransa legatura cu efectele luminii.

Extinzand rezultatele acestor cercetari si asupra activitatii obisnuite din timpul zilei, s-ar putea afirma ca organismul uman are nevoie de o lumina dinamica, nu statica, capabila sa determine un mediu luminos atractiv si stimulant, si nu monoton. Astfel, dimineata nivelul de iluminare prezinta o crestere fina catre valoarea maxima din jurul pranzului, dupa care scade spre seara, declansand secretia melatoninei, hormon responsabil pentru producerea somnului. Variatia diurna a nivelului de iluminare si a temperaturii de culoare specifica luminii naturale reprezinta conditiile carora organismul uman s-a adaptat de-a lungul timpului, si numai in aceste circumstante el poate atinge performanta si confortul maxim. Ca atare, si sistemul de iluminat electric suplimentar permanent trebuie sa fie capabil sa asigure aceste varieri, dar in masura in care ele respecta criteriile calitative evidentiate mai sus. [1]

Concluzii

Lumina naturala creeaza un mediu mult mai stimulant si mai reconfortant decat cea artificiala, datorita fluctuatiilor sale graduale.Ea nu este constituita numai di simple raze solare, ci si din caldura, straluciri, umbre, penetrarea soarelui intr-o cladire. Arta iluminarii naturale nu consta atat in crearea de spatii astfel iluminate, ci din combinarea umbrelor si a materialelor astfel incat sa nu se obtina efecte adverse omului. Iluminarea naturala are efect maxim in timpul dupa-amiezelor insorite. Ea reduce nu numai consumul mediu de energie electrica a unei cladiri, dar si consumul de varf pe timpul unei zile.

S-au realizat mai multe studii pentru obtinerea unor algoritmi de optimizare a iluminarii cladirilor. Aceasta poate influienta serios confortul, satisfactia si productivitatea angajatilor unei institutii.

Solutiile alese pentru luminare pot avea un rol important si in reducerea poluarii, deoarece reducandu-se consumul de energie electrica se reduc si noxele (oxid de azot, dioxid de carbon, dioxid de sulf) emise de centralele care produc aceasta energie.

Iluminarea naturala imbina cunostintele de arhitectura, mecanica si electricitate. Specialistii in aceste domenii trebuiesc adusi inca de cand se face design-ul constructiei (amplasare ferestre, pereti, etc.) si tinuti pana cand aceasta este data in folosinta. Este foarte important si dialogul intre acestia, astfel incat o cladire sa fie la fel in proiecte, in faza de constructie si in cea operationala.

Prezenta luminii naturale in spatiul interior a devenit o necesitate nu numai prin prisma realizarii unei importante economii de energie electrica pentru iluminat si, in cazul unei analize corecte a influentelor energetice dintre structura cladirii, iluminat si climatizare, a unei economii de energie globala pentru diverse tipuri de cladiri, ci in primul rand datorita efectelor pozitive pe care le prezinta asupra organismului uman, atat din punct de vedere psihologic, cat si fiziologic. Impactul luminii naturale trebuie insa sa fie analizat cu mare atentie astfel incat sa se evite aparitia efectelor negative, cum ar fi pe de o parte orbirea fiziologica sau psihologica a observatorilor, iar pe de alta parte dezechilibrul termic al cladirii.

Cu anumite exceptii, datorate tipului activitatii desfasurate, conceptia iluminatului trebuie prin urmare sa se realizeze pe baza unui iluminat natural integrat cu iluminatul electric suplimentar permanent, care are rolul de a compensa scaderea contributiei naturale si de a realiza o uniformitate a iluminarii in planul util si a distributiei luminantelor in campul vizual. In functie de tipul si structura cladirii, precum si de utilizarea unui anumit tip de sistem modern de iluminat

natural, capabil sa directioneze lumina catre anumite suprafete din interior, determinand o uniformitate mai mare a iluminarii si un echilibru mai bun de luminante, sau sa transporte lumina naturala in spatiile interioare unde altfel nu ar putea ajunge, se poate ca mediul luminos interior confortabil sa fie realizat doar prin contributia luminii naturale. Dar cladirea moderna trebuie prevazuta cu sisteme de control automate care sa preia orice variatie a componentei naturale si sa regleze fin fluxul luminos al surselor electrice. Acest proces trebuie sa tina seama de adaptarea vizuala a sistemului vizual uman si sa se realizeze fara sa perturbe prin variatii mai putin fine activitatea vizuala. Conectarea si deconectarea iluminatului electric fara un reglaj fin contribuie la senzatii suparatoare si la inconfort vizual.

Mentinerea constanta a confortului vizual nu presupune mentinerea la acelasi nivel a componentelor cantitative si calitative ale mediului luminos interior. Dimpotriva, caracterul dinamic al luminii, specific luminii naturale, prezinta efecte pozitive asupra activitatii fiziologice si psihologice umane. Astfel, datorita variatiilor intensitatii luminii naturale, deci ale nivelului de iluminare din interior, organismul isi regleaza activitatile specifice dupa un program propriu bine stabilit. Acest ritm, numit ritm circadian, contribuie la mentinerea sanatatii organismului, dar datorita adaptarii la situatii noi, acesta poate fi modificat prin expunerea la niveluri ridicate de iluminare pentru a spori sau a mentine starea de atentie specifica anumitor activitati vizuale sau in cazul lucrului pe timpul noptii. Totusi, aceste adaptari si schimbari mai mult sau mai putin continue sau fortate pot conduce la dezechilibru fiziologic sau psihologic si la aparitia unor boli.Influenta variatiei nivelului de iluminare asupra creierului si organismului uman in ansamblu este clara, cercetarile dovedind adaptarea de-a lungul timpului a acestora la lumina naturala si deci preferinta pentru lumina naturala sau o imitare cat mai exacta a acesteia prin iluminat electric. Trebuie insa mare grija la temperatura de culoare, al carei efect asupra observatorilor difera categoric. Astfel, daca lumina naturala are o temperatura de culoare ridicata, compozitia spectrala a acesteia si influenta psihologica asupra omului ii mentin atractivitatea; nu la fel se intampla cu sursele electrice cu temperaturi de culoare de peste 5000 K in medii destinate activitatilor intelectuale. De aceea toate aceste aspecte trebuie analizate cu atentie, iar integrarea iluminatului natural cu iluminatul electric suplimentar permanent trebuie sa se realizeze si din acest punct de vedere.

Pentru a mentine constant confortul vizual in mediul luminos interior integrat, dinamic datorita variabilitatii luminii naturale, este necesara obtinerea, pentru orice intensitate si directie a luminii naturale, a aspectelor cantitative si calitative din structura mediului luminos interior, care sa asigure redarea corecta a sarcinii vizuale si a contrastelor, evitarea orbirii fiziologice si psihologice si a reflexiilor de voal, precum si echilibrul de luminante si cromatic al spatiului interior, elemente caracteristice confortului vizual. [1]

Bibliografie[1] www.tehnicainstalatiilor.ro - Drd. Ing. Cosmin Ticleanu „Utilizarea luminii naturale in sistemele de iluminat interior integrate”

[2] Roxana Grigore – „Cladirea, vazuta din punct de vedere al asigurarii microclimatului interior”

[3] http://www.velux.ro/

[4] http://protehnicus.ro/lumina-naturala

[5] “Tratat de arhitectură şi urbanism bioclimatic”, Alain Liébard & André de Herde, Editura Observer.

[6] http://danmihalake.wordpress.com - Criterii de performanta specifice iluminatului natural si controlului solar

[7] Prof. dr. arh. Cristina Ochinciuc – notite de curs : “Eco-tech - Tehnologii pentru cladiri ecologice”

[8] http://www.kingspan.ro - Panouri-luminatoare-de-acoperis