Τα συστήματα σκίασης, ιδιαίτερα στις μέρες μας που η τεχνολογική πρόοδος όλο και πιο πολύ υποστηρίζει τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία, από τις απλούστερες παραδοσιακές λύσεις (μια τέντα ή μια πέργκολα) έως τις λύσεις συστημάτων κινούμενων περσίδων για παράδειγμα, οι οποίες υποστηρίζονται μηχανικά και με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Εάν τα συστήματα αυτά δεν αποτελούν αναπόσπαστο σύνολο στη σύνθεση της όψης, τότε μοιάζουν με επιπρόσθετα στοιχεία, τυχαία τοποθετημένα και λειτουργούν παρασιτικά στην αισθητική του κτιρίου. Ακόμα και το απλούστερο σύστημα σκίασης (μια τέντα), εάν δεν μελετηθεί σε σχέση με τη δομή και τη λογική σχεδιασμού της όψης, τότε θα αποφέρει ένα αποτέλεσμα αμφίβολο. Ο τρόπος που το φως προσπίπτει σ’ ένα κτίριο δεν είναι στατικός, αλλά μεταβάλλεται από εποχή σε εποχή, από την ώρα της ημέρας, το κλίμα και τον προσανατολισμό.

Ο έλεγχος του φωτός στο εσωτερικό ενός κελύφους είναι αρκετά πολύπλοκος και απαιτείται εξειδικευμένη γνώση για το σωστό χειρισμό του. Το μεγαλύτερο ίσως πρόβλημα που αντιμετωπίζει ένας μελετητής που σχεδιάζει ένα κτίριο σ’ έναν πυκνό αστικό ιστό είναι η χωροθέτηση του κτιρίου σε σχέση με το σωστό προσανατολισμό και το υπάρχον δομημένο περιβάλλον. Δεν είναι άλλωστε λίγες οι περιπτώσεις κατά τις οποίες ο ήλιος προκαλεί υπερθέρμανση στο εσωτερικό, ιδιαίτερα σε χώρες με θερμά κλίματα, όπως αυτό της Μεσογείου.

Σε ένα κτίριο, η ηλιακή ακτινοβολία θα πρέπει να εμποδίζεται από συστήματα ηλιοπροστασίας, όταν αυτή είναι δυσάρεστη. Τις ώρες που δεν υπάρχει ηλιοφάνεια, καλό είναι να μην υπάρχει οπτική αποκοπή από το εξωτερικό περιβάλλον. Και στις δύο περιπτώσεις, θα πρέπει να εξασφαλίζεται σωστός αερισμός και φωτισμός.

Χρήση συστημάτων ηλιοπροστασίας

Η μελέτη και η χρήση συστημάτων ηλιοπροστασίας καθίσταται ιδιαίτερα σημαντική, καθώς σχετίζεται άμεσα με την εξοικονόμηση ενέργειας και τη σωστή ένταξη του κτιρίου στο περιβάλλον.

Σχετίζεται άμεσα με τις αρχές του βιοκλιματικού σχεδιασμού, οι οποίες γίνονται όλο και πιο απαραίτητες με την πάροδο των χρόνων, λόγω της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Η μεγιστοποίηση των κερδών θερμότητας από τον ήλιο κατά τους χειμερινούς μήνες και η ελαχιστοποίηση κατά τους θερινούς, είναι το ζητούμενο στο σχεδιασμό και στη συνεργασία του αρχιτέκτονα με τους μηχανολόγους και τους μηχανικούς.

Ο Le Corbusier είχε προβληματιστεί ιδιαίτερα σε θέματα που αφορούν τον ηλιασμό και τις ποιότητες φωτισμού στο εσωτερικό, τη γεωμετρία και το σχεδιασμό των ανοιγμάτων, την ευρεία χρήση των υαλοπετασμάτων, τον αερισμό και την υπερθέρμανση κατά τη θερινή περίοδο. Δυστυχώς οι ιδέες του αυτές εφαρμόστηκαν μονομερώς από τη μαζική παραγωγή κτιρίων, τόσο στην εποχή του όσο και μετέπειτα. Το πρόβλημα της ενεργειακής κρίσης δεν ήταν άμεσα ορατό στις χώρες του “ανεπτυγμένου κόσμου” και όλα τα θέματα θερμικής άνεσης των κτιρίων λύνονταν με την ευρεία και αλόγιστη χρήση μηχανικών μέσων.

Υαλοπετάσματα και εξωτερική επιφάνεια

Τα υαλοπετάσματα στην εξωτερική επιφάνεια των κτιρίων περιλαμβάνουν συνήθως ελάχιστα ανοίγματα και στις περισσότερες περιπτώσεις δεν υπάρχει πρόβλεψη ηλιοπροστασίας.
Τα σύγχρονα γυάλινα κτίρια είναι κατασκευασμένα από ειδικά γυαλιά, τα οποία αποτρέπουν μέρος της θερμότητας του ήλιου να εισέλθει στο κτίριο. Το μέτρο όμως αυτό δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό και ο κλιματισμός, ιδιαίτερα κατά τη θερινή περίοδο, κρίνεται απαραίτητος. Στη Νότια Ευρώπη, η ενέργεια που καταναλώνεται ετησίως για κλιματισμό, είναι 2 έως και 3 φορές μεγαλύτερη από αυτήν που καταναλώνεται για θέρμανση. Επίσης, οι αντηλιακές μεμβράνες που τοποθετούνται στις γυάλινες επιφάνειες, δημιουργούν μια περίεργη χρωματική αίσθηση στους χρήστες τέτοιων κτιρίων για το εξωτερικό περιβάλλον.

Κριτήρια σκιασμού

Στις περιπτώσεις οικοδόμησης μακριά από τον πυκνό αστικό ιστό, συνήθως αναγνωρίζονται πρώτα οι οπτικές φυγές προς τις οποίες βρίσκονται οι πιο ενδιαφέρουσες και ευχάριστες θέες. Στη συνέχεια είναι καλό να επιλέγονται οι κατάλληλοι προσανατολισμοί για τις όψεις του κτιρίου, έχοντας πάντα υπ’ όψιν  ότι είναι περισσότερο δύσκολο να επιτευχθεί καλός σκιασμός σε ανατολικές και δυτικές όψεις παρά σε νότιες. Κατόπιν δίνεται προτεραιότητα σε χώρους που χρειάζονται περισσότερο ηλιακό φως και τ’ ανοίγματα σχεδιάζονται κατάλληλα για να εισβάλει το φως σε όποιους εσωτερικούς χώρους απαιτείται. Ταυτόχρονα όμως θα πρέπει να υπάρχει κατάλληλη πρόβλεψη για να μην υπερθερμαίνεται το εσωτερικό με την εισβολή του ήλιου και να δημιουργείται ένα είδος φίλτρου ανάμεσα στο εξωτερικό και εσωτερικό περιβάλλον.

Παράγοντες που επηρεάζουν το σκιασμό

Ποιοι παράγοντες όμως επηρεάζουν την ηλιοπροστασία; Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της κάθε θέσης του κτιρίου παίζουν σημαντικότατο ρόλο στο είδος και τη μορφή της ηλιοπροστασίας που θα επιλεγεί. Η ηλιακή γεωμετρία, το κλίμα και ο προσανατολισμός είναι οι σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τις επιλογές του μελετητή. Ηλιακή γεωμετρία είναι η πορεία που διαγράφει ο ήλιος πάνω από την περιοχή μελέτης κατά τη διάρκεια του έτους. Στο βόρειο ημισφαίριο, κατά τη χειμερινή περίοδο, ο ήλιος κινείται χαμηλά και η πορεία του είναι μικρότερη από αυτή που διαγράφει το καλοκαίρι. Κατά τη θερινή περίοδο, η ανατολή και η δύση του ήλιου μετατοπίζονται βορειότερα στον ορίζοντα και η πορεία που ακολουθείται είναι ψηλότερη. Τα αντίθετα ακριβώς ισχύουν για το νότιο ημισφαίριο. Η θέση του ηλίου κάθε φορά καθορίζεται από δύο μεγέθη, το αζιμούθιο και το ηλιακό ύψος.

Πολύ σημαντικός παράγοντας για τον τρόπο που δέχεται τον ήλιο ένα κτίριο, είναι ο προσανατολισμός του (η θέση του σε σχέση με τον ήλιο). Η ηλιακή ακτινοβολία όμως που φτάνει τελικά στο κτίριο, δεν προέρχεται μόνο απ’ ευθείας από τον ήλιο αλλά και έπειτα από πολλαπλές ανακλάσεις και διαθλάσεις στα στοιχεία της ατμόσφαιρας. Την ακτινοβολία λοιπόν τη διαχωρίζουμε σε άμεση και διάχυτη. Η άμεση ακτινοβολία έχει συγκεκριμένη διεύθυνση και για το λόγο αυτό είναι σχετικά εύκολος ο προσδιορισμός και ο έλεγχός της. Η διάχυτη προέρχεται από το τμήμα του ουράνιου θόλου που είναι ορατό από το σημείο αναφοράς και συνεπώς δεν έχει συγκεκριμένη διεύθυνση. Η έντασή της επηρεάζεται από τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα και την ηλιακή γεωμετρία. Η διάχυτη ακτινοβολία αυξάνεται, όταν το υψόμετρο του ήλιου μειώνεται. Η ανακλώμενη ακτινοβολία έχει ένταση ανάλογη με την ολική πρόπτωση στο περιβάλλον και τη γενική ανακλαστικότητά του. Προέρχεται γενικά από το έδαφος, αλλά σε αστικές συνθήκες οι κατακόρυφες επιφάνειες αποτελούν σημαντική πηγή ανακλώμενης ενέργειας. Εάν κάνουμε την παραδοχή ότι η ηλιακή ακτινοβολία είναι άμεση, τότε θα μπορούσαμε να πούμε  σε γενικές γραμμές, ότι όταν ο ήλιος βρίσκεται ψηλά χρειάζονται οριζόντια σκίαστρα, ενώ όταν βρίσκεται χαμηλά, μόνο τα κατακόρυφα σκίαστρα μπορούν να προστατέψουν από την υπερθέρμανση.

Ο ρόλος του προσανατολισμού
των κτιρίων

Αναλυτικότερα, μια όψη προσανατολισμένη στο βορρά, δέχεται κατά τη διάρκεια της ημέρας ενιαίο ηλιακό φως και μόνο κατά την ανατολή και δύση η ηλιακή ακτινοβολία είναι κάπως αυξημένη. Συνεπώς τα βόρεια ανοίγματα επηρεάζονται λιγότερο από την ηλιακή ακτινοβολία και συνεπώς το μέγεθός τους καθορίζεται από τις απαιτήσεις φωτισμού και αερισμού. Εάν κριθεί απαραίτητο, μπορούν να τοποθετηθούν κατακόρυφα σκίαστρα, κάθετα στην όψη, για προστασία από τον πρωινό και τον απογευματινό ήλιο.

Μια νότια προσανατολισμένη όψη δέχεται το χειμώνα τη μέγιστη ηλιακή θερμότητα και το καλοκαίρι την ελάχιστη. Για το λόγο αυτό, ο νότιος προσανατολισμός θεωρείται ιδεώδης. Κατά τη θερινή περίοδο, εξαιτίας της υψηλής θέσης του ήλιου, τα οριζόντια στέγαστρα παρέχουν αποτελεσματική ηλιοπροστασία στις νότιες επιφάνειες. Το χειμώνα που ο ήλιος βρίσκεται χαμηλότερα, μπαίνει ανεμπόδιστα στο εσωτερικό και βοηθάει στη θέρμανση του χώρου. Οι βορειοανατολικές και βορειοδυτικές όψεις χρειάζονται το καλοκαίρι ηλιοπροστασία, εφόσον τότε η ανατολή και η δύση του ήλιου μετατοπίζονται βορειότερα. Κατάλληλα σκίαστρα είναι τα κατακόρυφα, στραμμένα στον άξονα Β-Ν.

Οι νοτιοανατολικές και νοτιοδυτικές όψεις, δέχονται το καλοκαίρι το μέγιστο ημερήσιο άθροισμα θερμότητας και χρειάζονται για να προστατευθούν συνδυασμό οριζόντιων και κατακόρυφων σκιάστρων. Τα κατακόρυφα πρέπει να είναι στραμμένα στον άξονα Β-Ν και προστατεύουν, όταν ο ήλιος βρίσκεται χαμηλά κατά την ανατολή και τη δύση. Τα οριζόντια στέγαστρα προστατεύουν κατά τη διάρκεια του μεσημεριού που ο ήλιος βρίσκεται ψηλά. Κατάλληλα σκίαστρα για ανατολικούς και δυτικούς προσανατολισμούς είναι τα κατακόρυφα, στραμμένα στο βορρά, διότι η θέση του ήλιου βρίσκεται χαμηλά.

Τύποι σκίασης

Οι τρόποι ηλιοπροστασίας ποικίλουν και μπορούν να ταξινομηθούν σε διάφορες κατηγορίες αναλόγως των μέσων που χρησιμοποιούνται κάθε φορά. Η φύτευση για παράδειγμα, μπορεί να αποτελέσει έναν πολύ αποτελεσματικό τρόπο ηλιοπροστασίας. Τα φυλλοβόλα δέντρα είναι καταλληλότερα, διότι το χειμώνα πέφτουν τα φύλλα τους και επιτρέπουν στο φως να περάσει, ενώ το καλοκαίρι το φύλλωμά τους προστατεύει το κτίσμα σκιάζοντάς το. Εάν τα δέντρα συνδυαστούν με υδάτινα στοιχεία, τότε ο δροσισμός των όψεων των κτιρίων είναι αποτελεσματικότερος.

Στο αστικό περιβάλλον σκιά μπορεί να προκαλείται από το ίδιο το δομημένο περιβάλλον. Συχνά όμως αυτό δημιουργεί και ένα ασφυκτικό περιβάλλον. Οι ημιυπαίθριοι χώροι και τα μπαλκόνια μπορούν να παρέχουν ικανοποιητική σκίαση, αποτελώντας μεταβατικούς χώρους – φίλτρα της ηλιακής ακτινοβολίας. Τα σκίαστρα τα οποία ως επί το πλείστον βρίσκονται σε μικρή απόσταση από την επιφάνεια των ανοιγμάτων, μπορούν να ταξινομηθούν σε: εξωτερικά, εσωτερικά και ενδιάμεσα, σταθερά και κινητά οριζόντια και κατακόρυφα. Φυσικά μπορεί να υπάρξει και συνδυασμός όλων αυτών. Τα εξωτερικά, εσωτερικά και ενδιάμεσα σχετίζονται ως προς τη θέση τους με την επιφάνεια του γυαλιού. Τα εσωτερικά σκίαστρα είναι τις περισσότερες φορές βενετικές περσίδες και υφασμάτινα ή συνθετικά ρολά. Τα εξωτερικά είναι συνήθως παραθυρόφυλλα, τέντες, πρόβολοι, κατακόρυφες και οριζόντιες περσίδες.

Ενδιάμεσα τέλος, είναι αυτά που τοποθετούνται ανάμεσα σε δύο τζάμια και είναι συνήθως βενετικές περσίδες ή ρολά. Από τις τρεις περιπτώσεις θεωρείται ως πιο αποδοτική, αυτή του εξωτερικού σκιασμού, διότι δεν επιτρέπει στην ακτινοβολία να φτάσει στη γυάλινη επιφάνεια. Επειδή αυτός ο τύπος σκίαστρου, ιδίως όταν είναι μεταλλικός, θερμαίνεται από την ακτινοβολία και την εκπέμπει στην επιδερμίδα του κτιρίου, θα πρέπει να βρίσκεται σε απόσταση από αυτό για να λειτουργεί μια ζώνη κυκλοφορίας του αέρα (ανάμεσα στις περσίδες και την επιφάνεια του κτιρίου). Η εξωτερική θέση όμως συνεπάγεται και καταπόνηση από τις καιρικές συνθήκες, συνεπώς η χρησιμοποίηση ανθεκτικών υλικών είναι απαραίτητη. Περισσότερο οικονομική λύση κρίνεται αυτή του εσωτερικού σκιασμού. Σε αυτή την περίπτωση όμως ή ηλιακή ακτινοβολία έχει περάσει ήδη στο εσωτερικό, αυξάνοντας την εσωτερική θερμοκρασία. Τα ενδιάμεσα σκίαστρα θερμαίνουν και τις δύο επιφάνειες του γυαλιού, με αποτέλεσμα να πρέπει να χρησιμοποιούνται τζάμια υψηλής αντοχής. Στα εξωτερικά σκίαστρα, όσο το χρώμα τους είναι πιο σκούρο, η λειτουργία τους είναι αποτελεσματικότερη, διότι ανακλούν λιγότερη ακτινοβολία στο εσωτερικό. Τα παράθυρα φυσικά θα πρέπει να είναι κλειστά διότι η διεύθυνση του ανέμου μπορεί να μεταφέρει τη θερμότητα στο εσωτερικό.

Στα εσωτερικά σκίαστρα, όσο το χρώμα είναι πιο ανοιχτό, η αποτελεσματικότητα αυξάνει, διότι η ακτινοβολία ανακλάται προς τα έξω. Σταθερά σκίαστρα, οριζόντια ή κάθετα είναι αυτά που τοποθετούνται συνήθως στο εξωτερικό του κτιρίου. Μπορεί να κατασκευαστούν από μέταλλο, γυαλί, μπετόν αρμέ, πολυκαρβονικό κ.α. Τα πλεονεκτήματά τους είναι ότι δεν χρειάζονται ειδική συντήρηση και δεν απαιτείται ειδική τεχνογνωσία για τη σωστή συντήρησή τους. Τα κινητά σκίαστρα έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζονται χειροκίνητα, ηλεκτρικά ή αυτόματα με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Λόγω της δυνατότητάς τους να κινούνται, μπορούν να προσαρμόζονται κάθε φορά στις εκάστοτε συνθήκες. Μπορούν να αποτρέπουν μεγάλο μέρος της διάχυτης και ανακλώμενης ακτινοβολίας, ελαχιστοποιούν το ηλιακό κέρδος κατά την περίοδο του καλοκαιριού την ημέρα ενώ επιτρέπουν το δροσισμό κατά τη διάρκεια της νύχτας. Τη χειμερινή περίοδο συμβαίνει το αντίστροφο. Η συντήρησή τους όμως πρέπει να είναι συχνή για να λειτουργούν σωστά, με αποτέλεσμα να μην είναι τόσο οικονομικά. Επιπλέον ο χρήστης θα πρέπει να γνωρίζει το σωστό τρόπο λειτουργίας κάθε φορά. Φυσικά όταν αυτά ρυθμίζονται με αυτοματισμούς, δεν απαιτείται καμία ανθρώπινη επέμβαση, παρά μόνο σε περίπτωση βλάβης.

Ποικιλία υλικών

Στα συστήματα ηλιοπροστασίας χρησιμοποιείται μια μεγάλη ποικιλία υλικών που δίνει και διαφορετικούς τρόπους χρήσης. Περσίδες, για παράδειγμα, μπορούν να κατασκευαστούν από μέταλλο, ξύλο, γυαλί, μπετόν και από συνθετικά υλικά. Το μέταλλο θερμαίνεται εύκολα, αλλά παράλληλα έχει τη δυνατότητα να απελευθερώνει γρήγορα τη θερμότητα αυτή κατά τις βραδινές ώρες. Έτσι, δε μεταφέρεται η θερμότητα στο εσωτερικό κατά τις βραδινές ώρες του καλοκαιριού όπου τα παράθυρα μένουν ανοιχτά για τον αερισμό. Στο μπετόν αντίθετα, η υψηλή θερμοχωρητικότητα εγκλωβίζει τη θερμότητα και την αποβάλει πολύ αργά κατά τις βραδινές ώρες. Το ξύλο είναι περισσότερο ουδέτερο, αφού δε θερμαίνεται ιδιαίτερα από την ακτινοβολία, αλλά το κόστος συντήρησής του είναι υψηλό. Το γυαλί θερμαίνεται περισσότερο, αλλά έχει την ιδιότητα να μην αφήνει τη θερμότητα να εισέρχεται στο εσωτερικό. Το πανί, τέλος, αποδεικνύεται πολλές φορές αρκετά ικανοποιητικό ως προς τον σκιασμό. Στις φωτογραφίες του άρθρου παρουσιάζονται κάποια παραδείγματα κτιρίων, στα οποία εφαρμόζονται αρκετά από τα συστήματα ηλιοπροστασίας που περιγράφονται παραπάνω. Κοινό χαρακτηριστικό σε όλα τα παραδείγματα είναι ότι οι μέθοδοι προστασίας από τον ήλιο συνθέτουν και τη μορφολογία των όψεων στο κτίριο.

Έτσι πηγή έμπνευσης για το σχεδιασμό μπορεί να αποτελέσει ο τρόπος επίλυσης θεμάτων ηλιοπροστασίας και φωτιστικών συνθηκών στο εσωτερικό του κτιρίου. Η μορφολογία των σκιάστρων και τα υλικά που χρησιμοποιούνται κάθε φορά, συνθέτουν τη γενικότερη εικόνα και την αίσθηση που αποπνέει το κτίριο.

* Οι φωτογραφίες του άρθρου είναι του Μανώλη Ηλιάκη