Τα επόμενα υποκεφάλαια είναι άμεσα συνυφασμένα με την ποιότητα ζωής των χρηστών μιας κατασκευής. Η εξέλιξη των μηχανολογικών συστημάτων μπορεί να αναπληρώσει το κενό του ανεπαρκούς σχεδιασμού, δίνοντας ικανοποιητικά αποτελέσματα όσον αφορά τον τεχνητό φωτισμό και τον κλιματισμό του, χωρίς όμως να μπορεί να φτάσει την άνεσης ενός χώρου που φωτίζεται και δροσίζεται επαρκώς με φυσικό τρόπο.
Φυσικός φωτισμός
Η εξασφάλιση του επαρκούς φυσικού φωτισμού και ελέγχου της ποσότητάς του ώστε να υπάρχει επάρκεια και ομαλή κατανομή του μέσα στους χώρους είναι ιδιαίτερα σημαντική για τρείς κυρίως λόγους. Αφενός αποτελεί σημαντικό κριτήριο επίτευξης ποιότητας διαβίωσης για οποιαδήποτε κατηγορία χρήσης χώρου καθότι ο ελεγχόμενος φυσικός φωτισμός είναι πάντοτε πιο ευχάριστος συγκρινόμενος με τον τεχνητό, αφετέρου η όσο το δυνατόν μείωση χρήσης του τεχνητού, συντελεί στην -έστω και μικρή- μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας του κτιρίου άρα και το κόστος διατήρησής του σε συνδυασμό με την τρίτη παράμετρο που είναι η μείωση των εσωτερικών θερμικών κερδών, ειδικά εάν δεν χρησιμοποιούνται λαμπτήρες οικονομίας.
Η μονάδα μέτρησης της ποσότητας του φωτός που έρχεται σε επαφή με μια επιφάνεια για να απορροφηθεί ή να ανακλαστεί είναι το Lux (Lx) ενώ η ποσότητα του φωτός που αποδεσμεύεται από ένα σώμα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση είναι το Candella (Cd) που πρωτοδιατυπώθηκε το 1948 και καθορίσθηκε ως ορισμός το 1967. Η επάρκεια του φυσικού φωτισμού εξετάζεται συνήθως ελέγχοντας την έντασή του στο ύψος της επιφάνειας εργασίας (80-100 εκατοστά από το δάπεδο) και πάντοτε σε συσχετισμό με τα ελάχιστα επίπεδα προτεινόμενου φωτισμού αναλόγως χρήσης. Για παράδειγμα αποθήκες και βοηθητικοί χώροι καλύπτονται με 100 έως 150 Lux, κύριοι χώροι κατοικίας αντίστοιχα με 200 έως 300 Lux, χρήσεις όπως εργαστήρια, γραφεία, βιβλιοθήκες χρειάζονται ιδανικά 500 Lux ενώ για χώρους εργασίας υψηλής ακρίβειας όπως χειρουργεία απαιτούνται 1000 Lux. Επίσης είθισται να χρησιμοποιείται η μέγιστη βαθμίδα φωτισμού σε χώρους έκθεσης και προβολής προϊόντων.
Μια άλλη μέθοδος ποιοτικής μέτρησης του φωτός είναι ο παράγοντας φυσικού φωτισμού (daylight factor) που εκφράζει το λόγο της έντασης φωτισμού σε ένα σημείο του χώρου προς την ένταση φωτισμού στον εξωτερικό χώρο. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι μια βασική αρχή ελέγχου της επάρκειας του φυσικού φωτός σε χώρους κατοικίας είναι για την μικρότερη μέρα του έτους, την 21η Δεκεμβρίου, η επίτευξη μέσου παράγοντα φυσικού φωτισμού ενός ενιαίου χώρου μεγαλύτερου ή ίσου του 2% για νεφοσκεπή ουρανό.
Ιδιαίτερα σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την ποσότητα και ποιότητα του φωτός είναι το γεωγραφικό ύψος της τοποθεσίας. Οι εξωτερικές συνθήκες φωτεινότητας μειώνονται σημαντικά όσο υψηλότερα στο βόρειο ημισφαίριο βρίσκεται το κτίσμα, ή αντίστοιχα όσο χαμηλότερα στο νότιο. Η φωτεινότητα του εξωτερικού περιβάλλοντος και του ουράνιου θόλου στο Λονδίνο είναι σημαντικά χαμηλότερη από την αντίστοιχη της Αθήνας. Εξίσου νευραλγικό ρόλο διαδραματίζει ο προσανατολισμός των ανοιγμάτων. Αυτά που βρίσκονται στο βορρά δέχονται μόνο έμμεσο φωτισμό άρα και πιο σταθερό σε ένταση αλλα και ευκολότερα ελεγχόμενο. Τα νότια, ανατολικά και δυτικά κουφώματα δέχονται άμεσο και έμμεσο φωτισμό που ποικίλλει σε ένταση και διάρκεια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα μικρά ανοίγματα στις παραδοσιακές κατοικίες των Κυκλάδων, που δεν οφειλόταν σε κατασκευαστική επιλογή αλλα στο ότι η φωτεινότητα του ουρανού, η εκτεταμένη ετήσια ηλιοφάνεια και το κυρίαρχο λευκό του περιβάλλοντος πολεοδομικού ιστού, παρείχαν στο εσωτερικό επαρκή φωτισμό (Εικόνα 2).
Το μέγεθος και η θέση των ανοιγμάτων, που εξαρτάται από την αναλογία επιφάνειας ανοιγμάτων προς επιφάνεια τοίχου που θα επιλέξει ο μελετητής, είναι σχετιζόμενα με τις υπόλοιπες παραμέτρους. Σε αυτό το σημείο ο μελετητής καλείται να ισορροπήσει στη λήψη των αποφάσεών του τρείς βιοκλιματικούς και τρείς αρχιτεκτονικούς παράγοντες. Το ιδανικό μέγεθος και θέση των κουφωμάτων για το θερμικό ισοζύγιο απωλειών και κερδών του κελύφους, τη διαπερατότητα του τζαμιού που επηρεάζει τον παθητικό ηλιασμό και την δυνατότητα σκίασης, την ποσότητα του επιθυμητού φυσικού φωτισμού στο χώρο αλλα ταυτόχρονα την ανάγκη για ιδιωτικότητα, θέα, την εξωτερική αισθητική και τις αναλογίες του κτίσματος. Η τεχνολογία στις μέρες μας έχει προχωρήσει σε σημείο που υπάρχουν ιδανικοί συνδυασμοί παραμέτρων για κάθε κατηγορία κτίσματος αναλόγως των αναγκών του σε ψύξη και θέρμανση. Μπορεί για παράδειγμα να χρησιμοποιηθεί για κτίριο γραφείων με θέσεις εργασίας κοντά στην πρόσοψη που έχει ανάγκη κυρίως από ψύξη λόγω αυξημένων εσωτερικών φορτίων, υαλοπίνακας με χαμηλό δείκτη θερμοδιαπερατότητας (Uvalue), χαμηλό συντελεστή ηλιακού θερμικού κέρδους g (solar heat gain coefficient) και υψηλό συντελεστή φωτοδιαπερατότητας (VT). Ανοίγματα με υψηλότερο πρέκι δίνουν βέλτιστους συντελεστές φωτισμού καθότι επιτρέπουν βαθύτερη διείσδυση την άμεσης και έμμεσης ακτινοβολίας στο χώρο και θέαση των φωτεινότερων τμημάτων του ουράνιου θόλου από μεγαλύτερο τμήμα του χώρου. Είναι χαρακτηριστικό ότι η φωτεινότητα στο ζενίθ του ουρανού είναι σχεδόν τρείς φορές υψηλότερη από την αντίστοιχη του ορίζοντα, εξ’ ου και η εξαιρετική διάχυση φωτός που προσφέρουν σε ένα χώρο τα ανοίγματα οροφής. Ακόμα ένας παράγοντας που επηρεάζει την ποσότητα του φωτός είναι οι σκιάσεις, εξωτερικές και εσωτερικές, σταθερές ή κινητές, ακόμα και οι προερχόμενες από φυσικά στοιχεία όπως δέντρα ή το γεωγραφικό ανάγλυφο.
Από την χωροθέτηση και τον προσανατολισμό του κτιρίου στο οικόπεδο πρέπει να λαμβάνεται υπόψιν η πιθανή παρεμπόδιση από υπάρχοντα εμπόδια. Σε ορισμένες χώρες αποτελεί τμήμα των μελετών για την έκδοση οικοδομικής άδειας η ανάλυση του ποσοστού μείωσης φυσικού φωτισμού στις γειτονικές ιδιοκτησίες λόγω της ανέγερσης του νέου κτίσματος. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η ανακλαστικότητα των εξωτερικών επιφανειών πλησίον του κτιρίου αλλα και των εσωτερικών. Οι οροφές, οι περιμετρικοί τοίχοι και το δάπεδο μπορούν να απορροφήσουν την ακτινοβολία ή να την ανακλάσουν επιτρέποντας ομοιόμορφη κατανομή στο χώρο και υψηλότερο παράγοντα φυσικού φωτισμού. Εκτός αυτού οι πιο ανοιχτόχρωμες επιφάνειες δημιουργούν την εντύπωση πιο φωτεινού περιβάλλοντος. Ένα συχνά εμφανιζόμενο φαινόμενο είναι η θάμβωση. Πρόκειται για παρεμπόδιση στην καθαρότητα της όρασης και ενόχληση στο χρήστη λόγω ανομοιόμορφης κατανομής και υπερβολικής αντίθεσης του φυσικού φωτισμού στο χώρο. Παρατηρείται σε σημεία με πρόσβαση στο νότο οπου υπάρχει άμεση προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε συνδυασμό με σκοτεινά σημεία του χώρου. Η θάμβωση λύνεται με χρήση συστημάτων σκίασης η ανάκλασης του φωτός στην οροφή. Σε χρήσεις όπως σχολεία, βιβλιοθήκες και γραφεία, που τα επίπεδα φωτισμού είναι σημαντικότατα για την εύρυθμη λειτουργία του χώρου αλλα η άμεση ηλιακή ακτινοβολία είναι ανεπιθύμητη, τα ράφια ανάκλασης στο υψηλότερο σημείο του κάθε ορόφου παρέχουν ταυτόχρονα σκίαση αλλα και ανάκλαση με πρόσβαση του φωτός στο βάθος του χώρου (Εικόνες 3,4). Σαν γενική αρχή, χώροι που τείνουν προς τις αναλογίες τετραγώνου έχουν καλύτερη κατανομή φωτισμού σε σχέση με επιμήκεις, όπως επίσης η ομοιόμορφη κατανομή των ανοιγμάτων στην πρόσοψη ενός κτιρίου συντελεί στην καλύτερη κάλυψη των αναγκών του στο εσωτερικό. Υπάρχουν στο εμπόριο προγράμματα υπολογισμού όπως για παράδειγμα το Radiance του Lawrence Berkeley National Laboratory (Εικόνα 5). Που ξεκίνησε την εξέλιξή του το 1985, που προσφέρουν μια πολύ ακριβή προεκτίμηση των επιπέδων φυσικού φωτισμού σε ένα υπο μελέτη χώρο και μπορούν να συνδράμουν στην βελτιστοποίηση του σχεδιασμού από τα πρώτα κιόλας στάδια.
Φυσικός αερισμός
Ένας ευχάριστος και οικονομικός τρόπος δροσισμού ενός χώρου γίνεται μέσω του φυσικού αερισμού. Η θερμότητα που το καλοκαίρι συσσωρεύεται μέσα στο κτίριο, είτε λόγω εξωτερικών κλιματολογικών συνθηκών, είτε λόγω των εσωτερικών θερμικών κερδών, απομακρύνεται με φυσικό τρόπο προς το εξωτερικό περιβάλλον με συστήματα και τεχνικές φυσικού αερισμού συντελώντας στην καλύτερη ποιότητα ζωής των χρηστών αλλα και την μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης σε σημαντικό βαθμό.
Ταυτόχρονα, βελτιώνεται η αίσθηση της υψηλότερης από τα όρια θερμικής άνεσης εσωτερικής θερμοκρασίας, καθότι αυξάνει την ταχύτητα ψύξης του σώματος μέσω της εξάτμισης του ιδρώτα και την ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.
Είναι χαρακτηριστικό ότι με τη χρήση ενός ανεμιστήρα οροφής, που ουσιαστικά μετακινεί την ήδη υπάρχουσα στο χώρο αέρια μάζα, επεκτείνεται η ζώνη θερμικής άνεσης κατά 3 CO από τους 26 CO στους 29 CO. Σαν εφαλτήριος για την ορθή χρήση του φυσικού αερισμού είναι η ενδελεχής μελέτη του μικροκλίματος όσον αφορά την ισχύ αλλά και την κατεύθυνση των τοπικών ανέμων όπως και την παρουσία άλλων κτιρίων, βλάστησης ή ακόμα και περιφράξεων που μπορεί να επηρεάζει την κίνηση τους προς και από το κτίριο.
Αρχικά ο μελετητής οφείλει να αποφασίσει τη χωροθέτηση του κτιρίου σε σημείο που να διευκολύνεται η πρόσβαση των επικρατούντων ανέμων στην κατασκευή εάν είναι επιθυμητός ο φυσικός δροσισμός (Εικόνα 6). Σε δεύτερο στάδιο με τη μελέτη του ψυχρομετρικού διαγράμματος, καλείται να καθορίσει τη χρονική περίοδο εφαρμογής κατά τη διάρκεια του έτους του φυσικού αερισμού, αποκλείοντας τον σε περιόδους με πολύ χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες και σε μέρες με εξαιρετικά υψηλές κατά το θέρος.
Βιβλιογραφία
1. Goulding J. R, Lewis J. O., Steemers T, C. (Επιμ.), “Energy in Architecture, The European Passive Solar Handbook”, Commission of the European Communities, 1994. Ελληνική έκδοση: “Ενέργεια στην Αρχιτεκτονική. Το Ευρωπαϊκό εγχειρίδιο για τα Παθητικά ηλιακά κτήρια”, μεταφρ. Ε. Τσίγκας, Μαλλιάρης Παιδεία για την Ευρωπαϊκή Ένωση, 1996.
2. M. Santamouris and D. Asimakopoulos (eds) “Passive cooling of buildings”, James + James Publishers, (Sciences Publishers) Ltd, London 1996.
3. R. Colombo, A. Landabaso, A. Sevilla, “Εγχειρίδιο σχεδιασμού. Παθητική αρχιτεκτονική για την περιοχή της μεσογείου”. Κοινό κέντρο ερευνών Ευρωπαϊκής επιτροπής. Ινστιτούτο μηχανικής συστημάτων και πληροφορικής. Βρυξέλλες, 1995.
4. Παπαδόπουλος Μιχάλης, Αξαρλή Κλειώ. “Ενεργειακός σχεδιασμός και παθητικά ηλιακά συστήματα κτιρίων”. Εκδοτικός οίκος Αδελφών Κυριακίδη. Θεσσαλονίκη, 1982.
5. Givoni, B., “Passive and low energy cooling of buildings”, Van Nostrand Reinhold, New York, 1994.
To άρθρο συνεχίζεται στην ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού.
[the_magazine id=”265″]
