ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΟΠΤΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΕ ΤΥΠΙΚΟ ΚΤΙΡΙΟ ΓΡΑΦΕΙΩΝ

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΟΠΤΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΕ ΤΥΠΙΚΟ ΚΤΙΡΙΟ ΓΡΑΦΕΙΩΝ ΡΟΜΙΝΑ-ΚΑΤΕΡΙΝΑ ΜΠΕΡΕΤΑ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2017

2 Περίληψη Η ανάγκη για περιορισμό στην κατανάλωση ενέργειας και χρήσης νέων τεχνολογιών περισσότερο φιλικών στο περιβάλλον ως απάντηση στην κλιματική αλλαγή έχει φέρει στο προσκήνιο την έννοια του βιοκλιματικού σχεδιασμού στον τομέα των κατασκευών. Ωστόσο, η εναρμόνιση των κτιρίων στο περιβάλλον δε θα πρέπει να συνδέεται με μείωση των συνθηκών άνεσης. Ιδίως στους χώρους εργασίας, όπως είναι τα γραφεία, στα οποία οι απαιτήσεις για παραγωγικότητα ολοένα και αυξάνονται, η επίτευξη συνθηκών άνεσης είναι συνυφασμένη με τη μεγιστοποίηση της απόδοσης των χρηστών των χώρων. Ο φυσικός φωτισμός θα πρέπει να βρίσκεται στο επίκεντρο κάθε μελέτης σχεδιασμού εσωτερικών χώρων, καθώς συνδέεται τόσο με την οπτική άνεση, όσο και με τη θερμική και κατ επέκταση με τη βελτιστοποίηση των συνθηκών άνεσης στους χώρους εργασίας, ενώ με τη σωστή εκμετάλλευσή του μπορεί να επιτευχθεί σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας από τον τεχνητό φωτισμό των χώρων, μειώνοντας αισθητά το ενεργειακό αποτύπωμα των κτιρίων. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι αφενός η εξέταση όλων των σχετικών παραμέτρων εκτίμησης του φυσικού φωτισμού που εμπλέκονται στον σχεδιασμό των χώρων γραφείων, και αφετέρου η σύγκριση με την αντίληψή τους από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα με άξονα την επίτευξη συνθηκών οπτικής άνεσης σε χώρους γραφείων. Για τον σκοπό αυτό επιλέχθηκε ως αντικείμενο μελέτης ένα τυπικό κτίριο γραφείων, στο οποίο πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των επιπέδων φωτισμού και αποτύπωση των χώρων του, προκειμένου να γίνει εκτίμηση των παραμέτρων φυσικού φωτισμού, βάσει προσομοίωσης, με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού μελέτης φωτισμού. Ταυτόχρονα, διερευνήθηκε η οπτική άνεση των χρηστών του κτιρίου με τη βοήθεια κατάλληλου ερωτηματολογίου που συντάχθηκε γι αυτό το σκοπό. Στο τέλος, συγκρίθηκαν τα ποσοτικά μεγέθη και αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα από την υπολογιστική ανάλυση και την αποτύπωση της αντίληψης του οπτικού περιβάλλοντος των χρηστών. Συμπερασματικά, η επίτευξη συνθηκών οπτικής άνεσης αποτελεί συνδυασμό δυναμικών και υποκειμενικών παραμέτρων και δεν θα πρέπει να γίνεται εστίαση μόνο στην ικανοποίηση των μεγεθών βάσει οδηγιών. Κρίνεται απαραίτητη η διερεύνηση των αναγκών, προτιμήσεων και γενικότερα των χαρακτηριστικών των εκάστοτε χρηστών, κατά το στάδιο μελέτης και σχεδιασμού του κτιρίου, στο βαθμό βεβαίως που αυτό είναι εφικτό, προκειμένου να επιτευχθούν πραγματικές συνθήκες οπτικής άνεσης. i

3 Abstract The need to reduce the energy consumption of buildings and use new, environmentally friendly, technologies in response to climate change has brought to the fore of the buildings construction the concept of bioclimatic design. Designing energy efficient buildings should not mean a downgrading in indoor comfort, especially in workplaces where productivity requirements are constantly increasing, with a corresponding increase in working hours. Increased indoor comfort conditions in workspaces and offices can assist in maximizing the performance of the users. A main part of the advanced indoor comfort is visual comfort. Natural lighting should be at the heart of every architectural study, as it can contribute both to visual and thermal comfort. Additionally, a good use of day-lighting can provide energy savings, through the reduction of electric lighting demands. The aim of this master thesis is to estimate all the relevant factors of day-lighting and then examine how these parameters used for the assessment of natural lighting levels in office spaces reflect the human perception of visual comfort. For this purpose, a typical office building was selected as a case study in which illumination levels measurements and architectural designs were made in order to assess all the natural lighting relevant parameters. Through the use of Dialux software the different visual comfort level affecting parameters were analyzed. Simulation results were then compared to human visual comfort perception data collected from the users of that space. User data was collected through a questionnaire based survey. The results of the research project indicated that achieving visual comfort within a building is the result of both dynamic and subjective parameters. It became apparent that mathematical simulation models alone may not accurately predict the visual comfort experienced by the building users. Mathematical model results should be informed by real life, qualitative data, obtained from building user surveys relating to the needs, preferences and more generally the characteristics of the different building users. ii

4 Πρόλογος Η επιστροφή μου στις αίθουσες του τμήματος Πολιτικών μηχανικών, τμήμα από το οποίο αποφοίτησα και κατά τις προπτυχιακές μου σπουδές, προκειμένου να παρακολουθήσω το μεταπτυχιακό πρόγραμμα της Προστασίας Περιβάλλοντος και Βιώσιμης Ανάπτυξης ήταν αποτέλεσμα της προσωπικής μου ανάγκης για περαιτέρω διερεύνηση και εμβάθυνση στα θέματα του επαγγέλματος πολιτικού μηχανικού που σχετίζονται με το περιβάλλον. Η προσπάθειά μου αυτή υποκινήθηκε αρχικά από την κυρία Αντιγόνη Ζαφειράκου, την οποία θέλω να ευχαριστήσω, καθώς αποτελεί για εμένα εκτός από πρότυπο καθηγητή, έναν ευχάριστο λόγο να περνάω με χαρά την πόρτα της σχολής για να λάβω τις συμβουλές της και την καθοδήγησή της, εντός ή εκτός του πλαισίου των πανεπιστημιακών θεμάτων. Επίσης, θέλω να ευχαριστήσω των κύριο Θεόδωρο Θεοδοσίου, καθώς θαυμάζω το έργο του και την προσφορά του στα θέματα της ενεργειακής αναβάθμισης των κτιριακών κατασκευών. Η δυνατότητα που μου δόθηκε στα πλαίσια τόσο του μεταπτυχιακού προγράμματος όσο και της εξέτασης της διπλωματικής αυτής εργασίας, να εισπράξω την άποψη και τις παρατηρήσεις του, με χαροποίησε ιδιαίτερα. Ιδιαίτερα, θέλω να ευχαριστήσω την επιβλέπουσα της διπλωματικής μου εργασίας, κυρία Αικατερίνη Τσικαλουδάκη για την καθοδήγησή της, την υπομονή και την εμπιστοσύνη που μου έδειξε όλο αυτό το διάστημα της εκπόνησης της εργασίας. Η συνεργασία μαζί της αποτέλεσε για μένα επιδίωξη, καθώς η συμβολή της στην επιστήμη, γύρω από τα θέματα της ενεργειακής θεώρησης των κτιρίων αλλά και τον φυσικό φωτισμό που ήταν και το επίκεντρο της παρούσας ερευνητικής εργασίας, ήταν ακόμη ένα κίνητρο για την παρακολούθηση του συγκεκριμένου μεταπτυχιακού προγράμματος. Κλείνοντας, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους καθηγητές που συμμετείχαν με χαρά και προθυμία στην έρευνα της παρούσης διπλωματικής εργασίας. Είχα την ευκαιρία να συνομιλήσω μαζί τους και να τους ευχαριστήσω προσωπικά. Εύχομαι να συνεχίσουν να επιτελούν το σπουδαίο έργο τους στην εκπαίδευση, ακόμη και με τις παρούσες δύσκολες συνθήκες που επιβάλλουν οι καιροί. Τέλος, ευχαριστώ την οικογένειά μου και ιδιαίτερα τον αδελφό μου Γιώργο που αν και οι συνθήκες τον θέλουν μακριά, είναι πάντα φωτεινό παράδειγμα για μένα, καθώς επίσης τον συνάδελφό μου Γιάννη Κωστούλα που με εμπιστεύτηκε και με καθοδήγησε στα πρώτα μου επαγγελματικά βήματα. iii

5 Περιεχόμενα Περίληψη Abstract Πρόλογος i ii iii 1 Εισαγωγή Ανθρώπινο οπτικό σύστημα Επίδραση φωτισμού στον ανθρώπινο οργανισμό Ο φυσικός φωτισμός στον σχεδιασμό εσωτερικών χώρων Βασικά φωτομετρικά μεγέθη Παράμετροι φωτισμού Φωτεινή ροή-φωτεινή ισχύς, Φ v Φωτεινή ένταση, Ι Φωτισμός, ένταση φωτισμού, Ε Λαμπρότητα, L Συσχετισμένη θερμοκρασία χρώματος (CCT) Δείκτης χρωματικής απόδοσης (Color Rendering Index, CRI, Ra) Πηγές φωτισμού Ήλιος-Άμεση ηλιακή ακτινοβολία Τύποι ουρανού Διαθεσιμότητα φυσικού φωτισμού Οπτική άνεση Δείκτες ανάλυσης-εκτίμησης συνθηκών οπτικής άνεσης Τιμή έντασης φωτισμού Παράγοντας φυσικού φωτισμού Daylight factor Θάμβωση Αυτονομία σε φυσικό φωτισμό Daylight autonomy Ετήσια έκθεση σε ηλιακό φωτισμό Annual sunlight exposure UDI Daylight dashboard LEED Υποκειμενική αντίληψη παραμέτρων οπτικής άνεσης iv

6 4 Μελέτη εφαρμογής Παρουσίαση μεθοδολογίας Αποτελέσματα έρευνας Εξαγόμενα ερωτηματολογίων Εξαγόμενα των επί τόπου μετρήσεων Εξαγόμενα των υπολογισμών βάσει προσομοίωσης (Dialux) Συμπεράσματα 77 Βιβλιογραφία 79 v

7 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Ανθρώπινο οπτικό σύστημα Το ανθρώπινο σύστημα όρασης έχει μεγάλη σπουδαιότητα καθώς είναι αυτό που ουσιαστικά μεταφέρει τις εικόνες του έξω κόσμου στον εγκέφαλο ικανοποιώντας την ανάγκη του ανθρώπου για ερμηνεία και επεξεργασία. Επίσης, σπουδαίος είναι ο ρόλος του οπτικού συστήματος στον συντονισμό του οργανισμού, καθώς με την συνεχόμενη και σταθερή εναλλαγή μέρας-νύχτας βάσει του φυσικού φωτισμού, ο οργανισμός ρυθμίζεται στον λεγόμενο κιρκαδιανό-βιολογικό ρυθμό. Κύριο όργανο σε αυτή τη διεργασία είναι το μάτι, μια σφαίρα διαμέτρου 2,5 εκατοστών περίπου, το οποίο με τη σειρά του αποτελείται από το φακό που συγκεντρώνει τις φωτεινές ακτίνες στον αμφιβληστροειδή, το υαλώδες σώμα και το υδάτινο υγρό. Το υαλώδες σώμα, αποτελούμενο από δίκτυο κολλαγόνων ινών (τα διάκενα των οποίων είναι γεμάτα από μόρια υαλουρονικού οξέος), βρίσκεται πίσω από τον φακό. Αποτέλεσμα αυτής της μορφολογίας είναι ένα μέρος του φυσικού φωτός που διαπερνά το υαλώδες σώμα να απορροφάται και ένα μέρος να σκεδάζεται πράγμα που με τη σειρά του οδηγεί σε μείωση της αντίθεσης. Σχήμα 1.1: Σχηματική απεικόνιση των βασικών ανατομικών στοιχείων του οφθαλμού 1

8 Στον αμφιβληστροειδή φτάνει ακτινοβολία με μήκη nm. Στο φάσμα του ορατού φωτός η διαπερατότητα είναι ανάλογη του μήκους κύματος σε ποσοστά που κυμαίνονται από 70 έως 85%. Με το πέρας των χρόνων και σε μεγάλες ηλικίες η διαπερατότητα ελαττώνεται καθώς ο φακός κιτρινίζει. O αμφιβληστροειδής διαθέτει δύο τύπους φωτοϋποδοχέων, τα κωνία (6-7 *10 6 ) και τα ραβδία ( *10 6 ). Τα κωνία παρουσιάζουν συγκέντρωση σε μια μικρή περιοχή του αμφιβληστροειδούς, τη λεγόμενη ωχρά κηλίδα και χρησιμοποιούνται κυρίως για την όραση της ημέρας, παρουσιάζοντας ευαισθησία σε διαφορετικά μήκη κύματος. Τα ραβδία εμφανίζουν αύξηση της συγκέντρωσης όσο μεγαλώνει η απόσταση από την ωχρά κηλίδα. Λόγω της εξαιρετικής ευαισθησίας τους στο φως λειτουργούν σε πολύ χαμηλές τιμές λαμπρότητας, δηλαδή κατά την όραση νύχτας, ενώ λόγω της χαμηλότερης συγκέντρωσης σε σχέση με αυτή των κωνίων παρέχουν και χαμηλότερη οπτική ανάλυση. Το ανθρώπινο σύστημα όρασης έχει διαφορετική ευαισθησία ανάλογα με το μήκος κύματος. Μάλιστα, δύο φωτεινές πηγές ίδιου μήκους κύματος αλλά διαφορετικής λαμπρότητας, που αποτελεί αντικειμενικό μέγεθος, παρουσιάζουν διαφορετική φωτεινότητα, που αποτελεί κατ εξοχήν υποκειμενικό μέγεθος. Είναι όμως δυνατός ο προσδιορισμός μιας ισοδύναμης φωτεινότητας για δύο φωτεινές πηγές που διαφέρουν και ως προς το μήκος κύματος και ως προς τη λαμπρότητα. Εξετάζοντας την ισοδύναμη φωτεινότητα για διάφορα μήκη κύματος προκύπτει και η καμπύλη της σχετικής φασματικής ευαισθησίας που αποτελεί έκφραση της ευαισθησίας του οπτικού συστήματος σε κάθε μήκος κύματος σε σχέση με το μήκος κύματος που παρουσιάζεται η μέγιστη ευαισθησία. Στατιστικά έχει προκύψει ότι στην όραση σε συνθήκες μέρας (φωτοπική) η μέγιστη ευαισθησία εμφανίζεται σε μήκος κύματος 550nm ενώ σε συνθήκες νύχτας (σκοτοπική) στα 505nm. Η μετατόπιση ανάμεσα στη φωτοπική και σκοτοπική όραση πραγματοποιείται μέσω μιας ενδιάμεσης κατάστασης που ονομάζεται μεσοπική, όπως συμβαίνει για παράδειγμα στις συνθήκες νυχτερινού φωτισμού των δρόμων. Για τους υπολογισμούς που πραγματοποιούνται στη φωτομετρία χρησιμοποιείται κυρίως η φωτοπική καμπύλη, ωστόσο στην περίπτωση που χρειάζεται να ληφθούν υπόψη διαφορετικά φαινόμενα, χρησιμοποιούνται άλλες καμπύλες ευαισθησίας όπως η σκοτοπική. 2

9 Σχήμα 1.2: Φωτοπική και σκοτοπική φασματική καμπύλη ευαισθησίας (CIE 1951, Sharpe, L. T., Stockman, A., Jagla, W. & Jägle, H.,2005) 1.2 Επίδραση φωτισμού στον ανθρώπινο οργανισμό Η ηλιακή ακτινοβολία έχει άμεση επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό καθώς σε αυτή βασίζεται η σύνθεση της βιταμίνης D, ενώ μπορεί να αποδειχθεί εξαιρετικά επιβλαβής η υπερέκθεση του δέρματος σε αυτήν. Στο εσωτερικό των κτιρίων λόγω της ύπαρξης των υαλοπινάκων πραγματοποιείται φασματική τροποποίηση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και στο ορατό φάσμα αλλά και στα υπέριωδες και υπέρυθρο. Η διείσδυση της υπεριώδους ακτινοβολίας μπορεί να μειωθεί αισθητά με τη χρήση κατάλληλων υαλοπινάκων σε χώρους με ευαίσθητα αντικείμενα όπως είναι τα μουσεία. Η δράση όμως του ορατού-υπέρυθρου τμήματος είναι διαφορετική καθώς είναι δυνατόν μέσω του διαπερατού υαλώδους σώματος να φτάσει στον αμφιβληστροειδή. Η απορρόφηση κάποιου μέρους UV ακτινοβολίας όπως και η μακροχρόνια έκθεση στην υπέρυθρη ακτινοβολία μπορούν να οδηγήσουν στην πρόκληση θολότητας καταρράκτη. Ανάλογα με τα μήκη κύματος και ανάλογα με την ένταση και τη φασματική του κατανομή, ο φωτισμός μπορεί να προκαλέσει ανάλογες φωτοχημικές βλάβες στον αμφιβληστροειδή. Εκτός από την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας στο ανθρώπινο οπτικό σύστημα, ο φυσικός φωτισμός επηρεάζει και άλλες δραστηριότητες ανάλογα με την επάρκειά του στο χώρο για κάποια εργασία, την κατανομή των λαμπροτήτων των επιφανειών, την ύπαρξη θέας ως επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον κ.ά. 3

10 Ο ανεπαρκής φωτισμός, η εστίαση στο ίδιο σημείο για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ύπαρξη θάμβωσης μπορεί να προκαλέσει οπτική κόπωση με αντίστοιχη μείωση της απόδοσης στους χώρους εργασίας. 1.3 Ο φυσικός φωτισμός στον σχεδιασμό εσωτερικών χώρων Ανέκαθεν η χρήση του φυσικού φωτισμού είχε καταλυτικό ρόλο στη μελέτη κτιρίων καθορίζοντας τη θέση και τις διαστάσεις των ανοιγμάτων καθώς έπρεπε να εξασφαλίζεται ταυτόχρονα ο φυσικός φωτισμός και αερισμός των χώρων. Η τεχνολογική εξέλιξη με τις δυνατότητες για μηχανικό φωτισμό και αερισμό απέκοψαν τη σχέση αλληλεξάρτησης του εσωτερικού με το εξωτερικό περιβάλλον. Η κορύφωση του φαινομένου επήλθε με τη χρήση του κλιματισμού σε συνδυασμό με την εξαιρετικά αποδοτική χρήση λαμπτήρων φθορισμού όπου υποβάθμισε πλήρως την σπουδαιότητα χρήσης του φυσικού φωτισμού. Η ενεργειακή κρίση έθεσε το ζήτημα της αειφορίας και κατά συνέπεια της βελτιστοποίησης της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Πλέον κατά τον βιοκλιματικό σχεδιασμό κτιρίων ο φυσικός φωτισμός διακατέχει πρωταγωνιστικό ρόλο εφόσον με τη σωστή χρήση του μπορεί να εξοικονομηθεί ενέργεια τόσο με την επερχόμενη μείωση της χρήσης του τεχνητού φωτισμού όσο και με τη μείωση αναγκών για θέρμανση και ψύξη. Η ολοένα αυξανόμενη χρήση του υπολογιστή που ουσιαστικά προσθέτει το κάθετο επίπεδο εργασίας ως επιφάνεια μελέτης, θέτει και την ύπαρξη φαινομένων θάμβωσης ως μια σημαντική παράμετρο κατά τον σχεδιασμό εσωτερικών χώρων, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα στον υπολογισμό ανταγωνιστικών παραμέτρων για την επίτευξη των κατάλληλων συνθηκών οπτικής άνεσης. Τα τελευταία χρόνια οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις για βελτίωση της αποδοτικότητας των εργαζομένων και της παραγωγικότητας σε χώρους γραφείων έθεσαν το ζήτημα βελτίωσης και των συνθηκών άνεσης στους χώρους εργασίας. Επιπρόσθετα, οι περιβαλλοντικές δεσμεύσεις και οι κανονισμοί ενεργειακής απόδοσης κτιρίων που αποσκοπούν στην ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας μειώνοντας τις δυσμενείς επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής καθιστούν την πρόσοψη των κτιρίων σαν ένα μηχανισμό δυναμικής αλληλεπίδρασης του εσωτερικού με το εξωτερικό περιβάλλον. Η ανάπτυξη προσαρμοστικών μοντέλων υπολογισμού παραμέτρων της θερμικής άνεσης με τη δυνατότητα εκμετάλλευσης του φυσικού αερισμού έχει ήδη αναδείξει τη σημασία της προσαρμογής, αλλάζοντας την αυστηρή αντίληψη για το σχεδιασμό προσόψεων. Πλέον γίνονται προσπάθειες για την εύρεση αντίστοιχων μοντέλων 4

11 επίτευξης της οπτικής άνεσης καθώς υπάρχουν ασυμφωνίες ανάμεσα στην πρόβλεψη των συνθηκών και στην πραγματική κατάσταση, όπως φυσικά είναι επόμενο για ένα δυναμικό μέγεθος όπως είναι ο φυσικός φωτισμός. Μία τέτοια περίπτωση είναι η ύπαρξη θέας σε αντίθεση με την πρόβλεψη φαινομένων θάμβωσης βάσει της κατανομής λαμπροτήτων από τα μοντέλα προσομοίωσης φωτισμού, όπου στην πραγματικότητα αποδεικνύεται αρκετά μεγάλη ανοχή. H ανάγκη εύρεσης και υπολογισμού νέων δυναμικών παραμέτρων πέραν του Παράγοντα Φυσικού Φωτισμού (Daylight Factor) αυξάνει και την πολυπλοκότητα των υπολογισμών για την εκτίμηση των συνθηκών φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους κατά τον σχεδιασμό των κτιρίων. Το γεγονός αυτό υποκρύπτει τον κίνδυνο της εστίασης στην επίτευξη των σχετικών κριτηρίων αγνοώντας τη γενικότερη επίδραση που έχει ο φυσικός φωτισμός στην αισθητική αλλά και στον χρήστη του χώρου. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι αφενός η εξέταση όλων των σχετικών παραμέτρων εκτίμησης του φυσικού φωτισμού που εμπλέκονται στον σχεδιασμό των χώρων γραφείων και αφετέρου η σύγκριση με την αντίληψη τους από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα. 5

12 Κεφάλαιο 2 Βασικά φωτομετρικά μεγέθη 2.1 Παράμετροι φωτισμού Βάσει λογικής θα ήταν αναμενόμενο, οι μονάδες μέτρησης που αφορούν το φως να είναι ίδιες με αυτές της μέτρησης της ακτινοβολίας. Όσον αφορά όμως την ανθρώπινη όραση, το μάτι αντιδρά διαφορετικά στα διάφορα μήκη κύματος, όπως γίνεται αντιληπτό και από τη φωτομετρική καμπύλη (Σχήμα 1.2). Επομένως είναι απαραίτητη η χρήση νέων μεγεθών που λαμβάνουν υπόψη τέτοιου είδους διαφορές. Οι μονάδες των μεγεθών που σχετίζονται με το φως αποτελούν συνδυασμό της αντίληψης του φωτός και της ροής ενέργειας που το συνοδεύει. Τα βασικά φωτομετρικά μεγέθη αναλύονται πιο διεξοδικά στη συνέχεια Φωτεινή ροή Φωτεινή ισχύς, Φv Μονάδα μέτρησής της είναι το Lumen και είναι το αντίστοιχο της ισχύος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται ή λαμβάνεται από κάποιο σώμα-επιφάνεια. Δίνει την δυνατότητα εκτίμησης των επιπέδων φωτισμού σε μια επιφάνεια εφόσον διαιρεθεί με το εμβαδόν αυτής, με την προϋπόθεση ότι στην επιφάνεια αυτή προσπίπτει το σύνολο της φωτεινής ροής. Για την μετατροπή της ισχύος ακτινοβολίας σε φωτεινή ροή χρησιμοποιείται η φωτεινή απόδοση (Luminous efficacy) [K]. Εκφράζει το λόγο της φωτεινής ροής προς την ισχύ της ακτινοβολίας, μονάδα μέτρησής της είναι το lumen/watt και εξαρτάται άμεσα από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Η φωτεινή αποδοτικότητα του άμεσου ηλιακού φωτός εμφανίζει μία μέση τιμή 110lm/W για συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού, ενώ παρουσιάζεται μειωμένη (50-110lm/W) σε συνθήκες υψηλής περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας σε υδρατμούς, θόλωση και χαμηλά ύψη ηλίου και αυξημένη ( lm/W) όπως είναι αναμενόμενο σε συνθήκες αίθριου ουρανού. Όσον αφορά στον τεχνητό φωτισμό, οι συνήθεις τύποι λαμπτήρων εκκένωσης εμφανίζουν δραστικότητα >90lm/W. Tο ανθρώπινο μάτι παρουσιάζει τη μέγιστη ευαισθησία σε μήκος κύματος 555nm, στο οποίο η φωτεινή δραστικότητα είναι K m=683 lm/w και με την παραδοχή της ύπαρξης μονοχρωματικού φωτός, σε μήκος κύματος λ, ισχύος Φ e σε Watt, υπολογίζεται η φωτεινή ροή: 6

13 Φ ν = 683 * Φ e * V λ (lm) [2.1] όπου η τιμή του Vλ εκτιμάται από τη φωτοπική φασματική καμπύλη ευαισθησίας για το αντίστοιχο μήκος κύματος, λαμβάνοντας τιμές από 0 έως 1. Στην περίπτωση που δεν υπάρχει μονοχρωματική ακτινοβολία, η σχέση μετατρέπεται ως εξής: Φ ν = 683 Φ e(λ) * V(λ)*dλ [2.2] όπου Φ e(λ) η φασματική κατανομή ισχύος, V(λ) η φωτοπική φασματική συνάρτηση ευαισθησίας του ματιού και λ το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Με την υπόθεση πως περιορίζεται η ακτινοβολία στο ορατό τμήμα της και το ανθρώπινο οπτικό σύστημα την αντιλαμβάνεται ως λευκή, η μέγιστη τιμή φωτεινής απόδοσης προκύπτει 250 lm/w Φωτεινή ένταση, Ι Εκφράζει τη φωτεινή ροή που διοχετεύεται προς συγκεκριμένη διεύθυνση του χώρου από την φωτεινή πηγή και ως μονάδα μέτρησής της ορίζεται η Candela (cd). Ι = Φ/ω [2.3] όπου Φ η φωτεινή ροή συγκεκριμένης διεύθυνσης και ω η στερεά γωνία που περιέχει τη συγκεκριμένη φωτεινή ροή. Η σχέση αυτή στην περίπτωση ισοτροπικής πηγής όπου η στερεά γωνία είναι 4π καθώς η εκπομπή είναι ίδια προς όλες τις διευθύνσεις, μετατρέπεται σε: Ι = Φ/4π [2.4] Η φωτεινή ένταση αποτελεί καθοριστικό μέγεθος για τη δημιουργία φωτομετρικών διαγραμμάτων φωτιστικών ή ακόμη και συστήματα φυσικού φωτισμού και υπολογισμών σκίασης. Ωστόσο, λόγω της δυναμικής φύσης του μεγέθους, ένα τέτοιο διάγραμμα θα είναι χρονικά μεταβαλλόμενο και για αυτό το λόγο σε υπολογισμούς θεωρείται μία σταθερή κατανομή λαμπρότητας χαρακτηριστική για τυπικές καταστάσεις ουρανού όπως για παράδειγμα ο νεφοσκεπής ή ο αίθριος ουρανός σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές όπου λαμβάνεται υπόψη συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης. 7

14 2.1.3 Φωτισμός, ένταση φωτισμού, Ε Αποτυπώνει το λόγο της φωτεινής ροής που προσπίπτει σε ένα σημείο μίας επιφάνειας προς τη στοιχειώδη επιφάνεια που περικλείει το εν λόγω σημείο και έχει μονάδα μέτρησης το lux = Lumen/m 2. Εκτός από τις τιμές έντασης που οφείλονται στο φωτισμό που προσπίπτει σε κάποιο επίπεδο, υπάρχουν και άλλες μετρήσεις μεγεθών όπως ο διανυσματικός, σφαιρικός, κυλινδρικός φωτισμός των οποίων ο υπολογισμός αξιοποιείται σε ειδικές εφαρμογές όπως η τρισδιάστατη ανάδειξη. Ο διανυσματικός φωτισμός είναι η μέγιστη διαφορά της έντασης φωτισμού σε δύο αντιδιαμετρικές θέσεις, ο σφαιρικός φωτισμός αποτυπώνει τη μέση τιμή του φωτισμού στην επιφάνεια μιας σφαίρας ελαχίστων διαστάσεων γύρω από το σημείο που μας ενδιαφέρει και ο λόγος του διανυσματικού προς τον σφαιρικό φωτισμό, λαμβάνει τιμές από 0, για πλήρη διάχυση, έως 4, για φωτισμό συγκεκριμένης κατεύθυνσης και είναι εκείνος που καθορίζει την τρισδιάστατη ανάδειξη των αντικειμένων στο χώρο. Η ένταση φωτισμού ως μέγεθος συμβάλλει στην εκτίμηση της ανακλαστικότητας διάχυτων επιφανειών καθώς επίσης στην ημισφαιρική διαπερατότητα των υαλοπινάκων Λαμπρότητα, L Oρίζεται ως ο λόγος της φωτεινής ροής που περιέχεται σε στοιχειώδη στερεά γωνία ορισμένης κατεύθυνσης προς το γινόμενο της στερεάς γωνίας επί το εμβαδόν της προβαλλόμενης στοιχειώδους επιφάνειας που βρίσκεται στο σημείο μέτρησης και μονάδα μέτρησης έχει την cd/m 2. Λόγω του ότι ο φωτισμός αποτελεί φωτεινή ροή, για να μετατραπεί σε λαμπρότητα πρέπει να υποστεί ανάκλαση. Αυτός είναι και ο λόγος που αυτό που γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα σε ένα χώρο είναι η κατανομή λαμπρότητας και όχι η κατανομή φωτισμού. Η λαμπρότητα υπολογίζεται: L = I/(A*cosθ) [2.5] όπου Α το εμβαδό της επιφάνειας της φωτεινής ροής, Ι η ένταση και θ η γωνία ανάμεσα στη διεύθυνση παρατήρησης και στην κάθετο στην επιφάνεια. 8

15 Στην περίπτωση που έχουμε πλήρως διαχυτική επιφάνεια, η φωτεινή ένταση προκύπτει: Ι θ = Ι 0*sinθ [2.6] Και σε αυτή την περίπτωση η λαμπρότητα είναι ίδια ασχέτως από την κατεύθυνση παρατήρησης. Στην περίπτωση πλήρους διαχυτικής ανάκλασης, για την εκτίμηση της λαμπρότητας επιφάνειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ο τύπος: L = E*ρ/π [2.7] όπου E ο προσπίπτων φωτισμός και ρ η ανακλαστικότητα. Βέβαια τα περισσότερα υλικά ανακλούν το φως με πιο πολύπλοκο τρόπο κάνοντας απαραίτητη για τον υπολογισμό τη χρήση άλλων συναρτήσεων όπως η BDRF (BiDirectional Reflection Function). Η λαμπρότητα λοιπόν είναι ένα μέγεθος μετρήσιμο, μπορεί να μετρηθεί ακόμη και με τη βοήθεια μιας κάμερας λαμπρότητας ωστόσο, η υποκειμενική αίσθησή της που ονομάζεται φωτεινότητα, εξαρτάται τόσο από τη λαμπρότητα της επιφάνειας αλλά και από αυτήν του υποβάθρου κάνοντας έτσι πιο δύσκολη την εκτίμησή της. Επίσης, ρόλο παίζει στην φωτεινότητα και το σχήμα, οι διαστάσεις και η θέση των επιφανειών του υποβάθρου Συσχετισμένη θερμοκρασία χρώματος (CCT) Αποτελεί ουσιαστικά έναν δείκτη φασματικής κατανομής της ακτινοβολίας. Εκφράζει τη θερμοκρασία μέλανος σώματος το οποίο σε κάποια δεδομένη θερμοκρασία εκπέμπει φως που μοιάζει ως προς το χρώμα με την εξεταζόμενη φωτεινή πηγή, ίδιας δηλαδή λαμπρότητας. Κατά το πρότυπο ΕΝ (2011) οι πηγές φωτισμού μπορούν να καταταχθούν σύμφωνα με τη θερμοκρασία χρώματος ως εξής: Θερμές Ουδέτερες Ψυχρές CCT < 3300 o K 3300 < CCT < 5300 o K CCT > 5300 o K Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η ενεργός θερμοκρασία του ήλιου ως μέλαν σώμα είναι 5800 ο Κ, του νεφοσκεπή ουρανού 7000 ο Κ, ενώ του διάχυτου φωτός σε αίθριο ουρανό >25000 ο Κ. 9

16 2.1.6 Δείκτης χρωματικής απόδοσης (Color Rendering Index, CRI, Ra) Εκφράζει την πιστότητα των χρωμάτων σε σχέση με το πως φαίνονται υπό το φως μιας πρότυπης πηγής φωτισμού. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη σύγκριση φωτεινών πηγών βάσει του συγκεκριμένου δείκτη αποτελεί η ύπαρξη ίδιας συσχετισμένης θερμοκρασίας χρώματος, CCT. Κατά την εξέταση χρωμάτων στο εξωτερικό των κτιρίων υπό φυσικό φωτισμό, ο συγκεκριμένος δείκτης δεν έχει τόση σημασία, ωστόσο η χρησιμότητά του κορυφώνεται στην περίπτωση χρήσης έγχρωμων υαλοπινάκων. Λαμβάνει τιμές μέχρι 100, με ψηλότερες τιμές (>90) να αντιστοιχούν σε πολύ καλή χρωματική απόδοση. Αξίζει να σημειωθεί πως η τεχνολογία LED συνέβαλε αισθητά στην τροποποίηση του συγκεκριμένου δείκτη. 2.2 Πηγές φωτισμού Βάση του φυσικού φωτισμού στο εσωτερικό των κτηρίων φυσικά είναι ο ήλιος, καθώς ο διάχυτος φωτισμός προκαλείται από τη σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας στα μόρια της ατμόσφαιρας και στα αιωρούμενα σωματίδια. Ωστόσο γίνεται ο διαχωρισμός των πηγών φυσικού φωτισμού εσωτερικών χώρων σε τρεις, ως εξής: 1. Ήλιος-άμεση ηλιακή ακτινοβολία (Direct sunlight) 2. Ουρανός Σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας (SC, sky component) 3. Ανάκλαση από το έδαφος και άλλα φυσικά εμπόδια (ERC, externally reflected component) Σχήμα 2.1: Σχηματική απεικόνιση πηγών φυσικού φωτισμού 10

17 Στο σχήμα 2.1 απεικονίζεται ο τρόπος εισροής του φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους. Παρατηρείται η εισροή από άμεση ακτινοβολία του ηλίου (direct sunlight), από τη διάθλαση της ακτινοβολίας στα μικροσωματίδια της ατμόσφαιρας (SC) και από την τρίτη συνιστώσα που αφορά στην ανάκλαση της ακτινοβολίας στις διάφορες επιφάνειες (ERC), του εδάφους και άλλων εξωτερικών εμποδίων όπως μπορεί να είναι κτίρια, δέντρα και άλλα. Φαίνεται επίσης πως υπολογίζοντας αθροιστικά την ακτινοβολία από τον ουρανό, από τις εξωτερικές ανακλάσεις αλλά και από τις ανακλάσεις του φυσικού φωτός στις επιφάνειες του εσωτερικού χώρου, εκτιμάται ο Daylight factor, δείκτης εκτίμησης της επάρκειας φωτισμού εσωτερικών χώρων, ο οποίος αναλύεται διεξοδικά σε επόμενη παράγραφο Ήλιος-Άμεση ηλιακή ακτινοβολία Είναι γνωστό πως η περιστροφική πορεία της γης γύρω από τον ήλιο ακολουθεί ελλειπτική τροχιά και η πλήρης περιστροφή διαρκεί 365,25 ημέρες. Το επίπεδο περιστροφής της γης σχηματίζει γωνία 23,5 ο με τον άξονα περιστροφής της και αυτός είναι ο λόγος ύπαρξης των εποχών. Έχει οριστεί το χειμερινό ηλιοστάσιο για τη χρονική στιγμή όπου ο άξονας της Γης είναι στραμμένος πιο μακριά από τον ήλιο (21/12) και το θερινό ηλιοστάσιο για την στιγμή που ο άξονας είναι στραμμένος προς τον ήλιο (21/6). Η απόσταση της Γης από τον Ήλιο είναι μικρότερη κατά το χειμερινό ηλιοστάσιο. Κατά τον σχεδιασμό και τη μελέτη εσωτερικών χώρων όσον αφορά στη διαχείριση του φυσικού φωτισμού, η τροχιά του ήλιου έχει ιδιαίτερη βαρύτητα και επομένως είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός της ακριβής θέσης του. Για τον υπολογισμό της θέσης του ήλιου υπολογίζονται δυο γωνίες: 1. Η ζενίθια γωνία Ζ (γωνιακή απόσταση από την κατακόρυφο), που εξαρτάται από το ύψος του ήλιου, προσδιορίζοντας τη γωνία θ που αντιστοιχεί στη γωνιακή απόσταση από τον ορίζοντα. Ζ = 90 ο θ [2.8] 2. Το αζιμούθιο φ που αντιστοιχεί στη γωνιακή απόσταση από το Βορρά. Βορράς: φ = 0 ο Ανατολή: φ = 90 ο Νότος: φ = 180 ο Δύση: φ = 270 ο 11

18 Για τον ακριβή προσδιορισμό της τροχιάς του ηλίου σε κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα θα πρέπει να βρεθεί η σχέση ύψους-αζιμούθιου του ήλιου με το χρόνο. Λόγω της δυναμικότητας του φαινομένου και της δυσκολίας των υπολογισμών γίνεται χρήση των ηλιακών διαγραμμάτων όπου η θέση του ήλιου εκτιμάται με τον ηλιακό χρόνο θεωρώντας ότι στις 12:00 ο ήλιος μεσουρανεί. Για τη διόρθωση σφαλμάτων αλλά και την απλούστευση υπολογισμών, η γη χωρίζεται σε 24 μεσημβρινούς, που αντιστοιχούν σε ζώνες των 15 ο, και ο τοπικός χρόνος για κάθε χώρα εξαρτάται από τη ζώνη στην οποία βρίσκεται που αντιστοιχεί σε μια γωνιακή απόσταση από τον πρώτο μεσημβρινό (Greenwich). Σχήμα 2.2: Σχηματική απεικόνιση για την κατανόηση του υπολογισμού της ζενίθιας γωνίας και του αζιμουθίου Στο παραπάνω σχήμα (Σχ:2.2) φαίνεται η απόκλιση του άξονα περιστροφής της γης από το επίπεδο της περιστροφής της. Επίσης, είναι κατανοητό πώς από τη θέση του ηλίου υπολογίζεται κάθε χρονική στιγμή, το αζιμούθιο φ, ως η γωνιακή απόσταση από το Βορρά και η ζενίθια γωνία Ζ θ Τύποι ουρανού Η εκτίμηση της επίδρασης του φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους απαιτεί τη γνώση του διαθέσιμου φωτισμού. Η γνώση της ποσότητας αλλά και της κατανομής λαμπρότητας στον ουράνιο θόλο δίνει τη δυνατότητα εκτίμησης της άμεσης και έμμεσης συνεισφοράς των τμημάτων του ουρανού στο φωτισμό του χώρου μελέτης. Όπως είναι εύκολα αντιληπτό, η δυσκολία να εξεταστούν όλα τα πραγματικά σενάρια κατανομής λαμπροτήτων του φυσικού φωτισμού στον ουράνιο θόλο κατά τη 12

19 μελέτη σχεδιασμού των εσωτερικών χώρων είναι μεγάλη λόγω της δυναμικής φύσης του φαινομένου. Καθώς η κατανομή λαμπρότητας του πραγματικού ουρανού αποτελεί ένα δυναμικό μέγεθος και μεταβάλλεται συνεχώς δημιουργεί δυσκολία στην εξαγωγή ασφαλών και σταθερών αποτελεσμάτων καθώς επίσης και στη σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ διαφορετικών εξεταζόμενων σεναρίων. Για το λόγο αυτό, κατά την αρχική προσέγγιση σε επίπεδο μελέτης αλλά και εξέτασης εναλλακτικών σεναρίων σχεδιασμού γίνεται χρήση κάποιων «τυπικών ουρανών». Σύμφωνα με το πρότυπο ISO 15469:2003 (CIE S011/E:2003) σήμερα χρησιμοποιούνται 15 διαφορετικές τυπικές κατανομές λαμπρότητας. Σχήμα 2.3: Πίνακας τύπων ουρανού σύμφωνα με το ISO 15469:2003 (CIE S011/E:2003) Διακρίνονται οι τέσσερις βασικοί τύποι ουρανού για τις μελέτες φυσικού φωτισμού 13

20 Επίσης, το ορθό θα ήταν, ο «τυπικός ουρανός» να ανταποκρίνεται στις συνθήκες που επικρατούν συνήθως όταν γίνεται η εξέταση του υπό μελέτη κτηρίου. Ωστόσο, συνήθως εξετάζεται το κτήριο σε ένα εύρος χαρακτηριστικών συνθηκών ώστε να ελέγχονται και τα όρια συνθηκών στις οποίες θα βρεθεί. Οι συνήθεις συνθήκες του ουράνιου θόλου που εξετάζουμε για τη μελέτη φυσικού φωτισμού ενός χώρου είναι: Πλήρης νεφοσκεπής ουρανός Αίθριος ουρανός Χειμερινό ηλιοστάσιο Αίθριος ουρανός Θερινό ηλιοστάσιο Ο νεφοσκεπής ουρανός που λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς αντιστοιχεί στον πρώτο τύπο του παραπάνω πίνακα του σχήματος 2.3. Η κατανομή φωτεινότητας του νεφοσκεπούς ουρανού εμφανίζει αζιμουθιακή ομοιομορφία ενώ προς το ζενίθ παρατηρείται απότομη διαβάθμιση με την τιμή της να είναι τριπλάσια σε σχέση με τον ορίζοντα. Σε συνθήκες πλήρως νεφοσκεπούς ουρανού, η σχέση της λαμπρότητας (L) σε κάποιο σημείο του ουράνιου θόλου με ζενίθια απόσταση (Ζ) σε σχέση με τη ζενίθια λαμπρότητα (L Z), ορίζεται: L=(1+2*cosZ)*L z/3 [2.9] Όπου L η λαμπρότητα σε κάποιο σημείο, Ζ η ζενίθια απόσταση του σημείου και L z λαμπρότητα στο ζενίθ. Η σχέση 2.9, αποτυπώνει τα αποτελέσματα μελέτης του συγκεκριμένου τύπου ουρανού και τα οποία συνοψίζονται στο ότι: Ο ουρανός αυτός εμφανίζει αζιμουθιακή συμμετρία και η λαμπρότητα του ορίζοντα είναι τρεις φορές μικρότερη από τη λαμπρότητα στην κατακόρυφη. Από τη ζενίθια λαμπρότητα L Z είναι δυνατός ο υπολογισμός της έντασης φωτισμού σε οριζόντιο επίπεδο: E h,ov= 2.44*L z (lux) [2.10] Όσο και σε κάθετο επίπεδο, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι ανακλάσεις του εδάφους: Ε v,ov=0.968*l z (lux) [2.11] 14

21 Η κατανομή της λαμπρότητας διατηρείται σταθερή στις συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού αλλά η τιμή έντασης του οριζόντιου φωτισμού είναι μεγαλύτερη τις μεσημεριανές ώρες. Η σχέση που συνδέει την ένταση φυσικού φωτισμού σε οριζόντιο επίπεδο από πλήρη νεφοσκεπή ουρανό, με το ύψος του ήλιου (γ), ορίζεται: E h,ov= 0,3+21*sin(γ) (klux) [2.12] Διαθεσιμότητα φυσικού φωτισμού Για τον σχεδιασμό κτηρίων, η δυνατότητα στατιστικής επεξεργασίας του φωτισμού είναι άλλη μία παράμετρος βαρύνουσας σημασίας. Η απουσία σταθμών για τη συστηματική μέτρηση φωτισμού αποτελεί πρόβλημα σε αυτόν τον τομέα, ωστόσο υπάρχουν πλέον ηλεκτρονικά κλιματικά αρχεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όπως αυτό του σχήματος 2.4 που ακολουθεί. Στην εικόνα φαίνεται η πλατφόρμα άντλησης πληροφοριών κλιματικών δεδομένων της ASHRAE και πιο συγκεκριμένα φαίνονται οι εγγραφές στο σταθμό της Θεσσαλονίκης όπου ανέρχονται στις 577 ανά μήνα, αριθμός πολύ ικανοποιητικός για την περαιτέρω εξαγωγή χρήσιμων δεδομένων και συμπερασμάτων. Σχήμα 2.4: Μάσκα άντλησης κλιματικών αρχείων από το πρόγραμμα International Weather for Energy Calculations (IWEC) της ASHRAE ( IWEC2) 15

22 Tα μεγέθη που αφορούν την εκτίμηση των συνθηκών φυσικού φωτισμού είναι: Η χρονική κατανομή του ολικού, άμεσου και διάχυτου φωτισμού Τα ποσοστά νεφοκάλυψης Στα σχήματα που ακολουθούν φαίνονται διαγραμματικά οι τιμές ολικού και διάχυτου οριζόντιου φωτισμού όπως προέκυψαν από τα κλιματικά δεδομένα του προγράμματος IWEC για την περιοχή της Αθήνας (Σχ: 2.4) καθώς επίσης, η ωριαία κατανομή έντασης φωτισμού στο κατακόρυφο επίπεδο στους τέσσερις κύριους προσανατολισμούς Βορρά, Νότου, Δύσης και Ανατολής και στο οριζόντιο επίπεδο (Σχ:2.5) Σχήμα 2.4: Διαγραμματική απεικόνιση της ωριαίας κατανομής τιμών ολικού και διάχυτου φυσικού φωτισμού σε συνθήκες αίθριου ουρανού για δύο διαφορετικές εποχές του χρόνου Φωτισμός (lux) Φωτισμός (lux) Ώρα Σχήμα 2.5: Διαγραμματική απεικόνιση ωριαίας κατανομής ολικού στο οριζόντιο και στους τέσσερις κύριους προσανατολισμούς στο κατακόρυφο επίπεδο 16

23 Είναι φανερή η διαφορά στις τιμές φωτισμού από τα νότια ανοίγματα ίσων διαστάσεων από τη θερινή στη χειμερινή περίοδο καθώς επίσης και στο οριζόντιο (Σχ:2.5). Τα νότια ανοίγματα αφήνουν κατά πολύ μεγαλύτερες τιμές έντασης φωτισμού να περάσουν στο εσωτερικό κατά τη χειμερινή περίοδο σε σχέση με τη θερινή περίοδο. Η μέγιστη ένταση φωτισμού κατά τη χειμερινή περίοδο φαίνεται να είναι σχεδόν διπλάσια από εκείνη της θερινής περιόδου στα νότια ανοίγματα. Τα βορείου προσανατολισμού ανοίγματα εμφανίζουν μικρότερες διαφορές στις τιμές έντασης φωτισμού ανάμεσα στις δύο εποχές. Ως εκ τούτου, γίνεται εύκολα αντιληπτή η σημασία της επιλογής τόσο του μεγέθους των ανοιγμάτων όσο και των χαρακτηριστικών των υαλοπινάκων ή των συστημάτων σκίασης. 17

24 Κεφάλαιο 3 Οπτική άνεση 3.1 Δείκτες ανάλυσης-εκτίμησης συνθηκών οπτικής άνεσης Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός κτιρίων έχει ως στόχο την επίτευξη συνθηκών θερμικής, ακουστικής και οπτικής άνεσης για τους χρήστες ελαχιστοποιώντας τις αρνητικές επιβαρύνσεις στο περιβάλλον. Όσον αφορά στην οπτική, συνήθως κατά τον σχεδιασμό εξασφαλίζεται η ελαχιστοποίηση των συνθηκών οπτικής δυσφορίας χωρίς αυτό να σημαίνει όμως πως επιτυγχάνεται η πλήρωση των συνθηκών οπτικής άνεσης. Για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών φωτισμού συνήθως πραγματοποιούνται μελέτες και έρευνες με επίκεντρο τον τεχνητό φωτισμό. Ο συνδυασμός φυσικού φωτισμού με τα τεχνητά συστήματα προς ικανοποίηση των προσδοκιών των χρηστών είναι αποτέλεσμα ποιοτικού σχεδιασμού φωτισμού. Κατά τον σχεδιασμό αυτό χρειάζεται να ληφθούν υπόψη παράγοντες και παράμετροι, οι οποίες μπορούν να εκτιμηθούν είτε αντικειμενικά με μετρήσεις, όπως είναι η αντίθεση, η φωτεινότητα, τα επίπεδα έντασης φωτισμού, είτε με αναλύσεις στην ψυχολογία του χρήστη όπως είναι η επίδραση από την ύπαρξη ή μη της θέας. Η παροχή φυσικού φωτισμού σε ένα χώρο δεν είναι από μόνη της αρκετή για να εξασφαλιστούν συνθήκες οπτικής άνεσης καθώς η οπτική δυσφορία είναι συνάρτηση πολλών παραμέτρων που περιέχουν μεταξύ άλλων και υποκειμενικές-ψυχολογικές προεκτάσεις. Έτσι, είναι απαραίτητο να υπάρχει απόλυτη συνάφεια της μελέτης σχεδιασμού με το είδος χρήσης του υπό μελέτη χώρου και ακόμη καλύτερα με τις προσδοκίες των χρηστών. Ο φωτισμός είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με την οπτική επαφή με το περιβάλλον και όπως είναι αναμενόμενο οποιαδήποτε αποκοπή μπορεί να έχει ως συνέπεια τη δημιουργία της αίσθησης δυσφορίας. Φαινόμενα οπτικής δυσφορίας παρατηρούνται με την έντονη διαφοροποίηση των κατανομών λαμπρότητας που προκαλείται από τον φωτισμό και την ανακλαστικότητα των αντικειμένων, όπως είναι οι έντονες διαφορές με τη χρήση συστημάτων σκίασης. Μία ακόμη παράμετρος που πρέπει να εξετάζουμε κατά τον σχεδιασμό είναι η αποφυγή του φαινομένου της θάμβωσης. Θάμβωση, είναι η αίσθηση που προκαλείται όταν η λαμπρότητα στο οπτικό πεδίο είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τη λαμπρότητα στην οποία είναι προσαρμοσμένα τα μάτια και προκαλεί ενόχληση, δυσφορία ή μείωση της απόδοσης ή ακόμη και της ορατότητας. Για την εκτίμηση της θάμβωσης πρέπει να 18

25 χρησιμοποιούνται μεθοδολογίες που συσχετίζουν υποκειμενικές αντιδράσεις με αντικειμενικές παραμέτρους. Στις παραγράφους που ακολουθούν γίνεται ανάλυση των επί μέρους δεικτών για την ανάλυση και την εκτίμηση των συνθηκών οπτικής άνεσης Τιμή έντασης φωτισμού Αποτελεί τυπικό δείκτη εκτίμησης της επάρκειας φωτισμού. Μετριέται στο επίπεδο της επιφάνειας εργασίας όπου πραγματοποιείται η κάθε δραστηριότητα προκειμένου να εκτιμηθούν τα επίπεδα φωτισμού και να συγκριθούν με τα ελάχιστα απαιτούμενα από τους κανονισμούς ανάλογα της κάθε δραστηριότητας. Αποδεικνύεται χρήσιμος ο υπολογισμός του στο επίπεδο του ματιού ώστε να οριστούν οι ώρες της ημέρας όπου υπάρχει άμεση επαφή με την ηλιακή ακτινοβολία καθώς επίσης στην οροφή για την εκτίμηση της αίσθησης φωτεινότητας του χώρου. Στους τυπικούς χώρους γραφείων οι μετρήσεις λαμβάνονται στην επιφάνεια εργασίας των γραφείων σε ύψος 0.80 μ. από το έδαφος, ενώ πλέον η αυξημένη χρήση των υπολογιστών καθιστά σχεδόν απαραίτητη την εκτίμηση επιπέδων φωτισμού και στο κάθετο επίπεδο της οθόνης του υπολογιστή. Στο σχήμα 3.1 που ακολουθεί οριοθετούνται οι απαραίτητες περιοχές εκτίμησης των επιπέδων φωτισμού, της επιφάνειας εργασίας, της περιβάλλουσας επιφάνειας και του υποβάθρου, οι οποίες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό και τη μελέτη φωτισμού των χώρων με χρήση γραφείου. Σχήμα 3.1: Σχηματική απεικόνιση των σημείων μέτρησης για την εκτίμηση επιπέδων φωτισμού σε τυπικό χώρο γραφείου 19

26 Όπως ήδη αναφέρθηκε, οι προτιμήσεις των χρηστών όσον αφορά στα επίπεδα φωτισμού είναι κάτι το υποκειμενικό καθώς παρουσιάζουν διαφοροποιήσεις ανάλογα με την ηλικία, το φύλλο και άλλα. Ωστόσο, είναι απαραίτητη η εκπλήρωση κάποιων ελάχιστων τιμών της στάθμης έντασης φωτισμού προκειμένου να είναι δυνατή η εκτέλεση της εκάστοτε εργασίας. Στην Ελλάδα δεν υπάρχει κάποια διάταξη σχετική με τις απαιτούμενες συνθήκες φωτισμού πέραν του Κτιριοδομικού Κανονισμού, ο οποίος όμως προβλέπει μόνο την ύπαρξη ενός ποσοστού επιφάνειας ανοιγμάτων αναλογικά με την επιφάνεια της κάτοψης του χώρου, χωρίς ωστόσο να λαμβάνει υπόψη άλλες σημαντικές παραμέτρους όπως τη γεωμετρία των ανοιγμάτων, τη θέση και προσανατολισμό τους ή τον τύπο και τις ιδιότητες του υαλοπίνακα. Σε άλλες χώρες του εξωτερικού έχουν από χρόνια θεσπιστεί κανονισμοί σχετικά με τις ελάχιστες απαιτήσεις έντασης φωτισμού ανάλογα με τη δραστηριότητα που εκτελείται. Στον πίνακα του σχήματος 3.2 που ακολουθεί, φαίνονται οι ελάχιστες τιμές έντασης φωτισμού που αφορούν κτίρια εκπαίδευσης, σύμφωνα με το Ινστιτούτο Βρετανικών Προτύπων (R. Perez et al., 1993). Η ελάχιστη ένταση φωτισμού που απαιτείται για την εκτέλεση των τυπικών εργασιών γραφείου, όπως η γραφή, η ανάγνωση, δακτυλογράφηση είναι 500 lux και είναι η τιμή έντασης που λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς κατά τη μελέτη φωτισμού χώρων γραφείων. Στις περιπτώσεις διενέργειας πιο σύνθετων εργασιών, όπως είναι ο σχεδιασμός, οι τιμές της απαιτούμενης έντασης φωτισμού μπορεί να φτάσουν μέχρι και τα 1000 lux. Κύρια δραστηριότητα Τύπος κτιρίου Ένταση φωτισμού (lux) Αίθουσες διδασκαλίας Πανεπιστήμια Αμφιθέατρα Πανεπιστήμια 500 Γραφεία Κτίρια γραφείων, εκπαίδευσης 500 Δακτυλογράφηση Σχεδιαστήρια Κτίρια γραφείων, εκπαίδευσης Χρήση Η/Υ Κτίρια γραφείων, εκπαίδευσης Βοηθητικοί χώροι Διάδρομοι Κτίρια γραφείων, εκπαίδευσης Σχήμα 3.2: Πίνακας ελάχιστων απαιτήσεων έντασης φωτισμού κατά το Ινστιτούτο Βρετανικών Προτύπων 20

27 3.1.2 Παράγοντας φυσικού φωτισμού Daylight factor Εκφράζει το λόγο της τιμής φωτισμού στο εσωτερικό κάποιου χώρου προς την τιμή του οριζόντιου φωτισμού στο εξωτερικό σε συνθήκες πλήρως νεφοσκεπούς ουρανού και χωρίς εμπόδια τα οποία συμβάλλουν στη μείωση του εξωτερικού φωτισμού. Λόγω της αζιμουθιακής συμμετρίας της κατανομής λαμπρότητας στις συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού, η τιμή του ΠΦΦ είναι αμετάβλητη ασχέτως του προσανατολισμού των ανοιγμάτων και του χρόνου, έτσι είναι χαρακτηριστική η σταθερότητά του επιτρέποντας την εκτίμηση της ποιότητας του εσωτερικού χώρου όσον αφορά στον φυσικό φωτισμό. Προκειμένου να υπάρξει μία διόρθωση και διαφοροποίηση των αποτελεσμάτων αναλόγως του προσανατολισμού, από διάφορες έρευνες έχει προταθεί ο πολλαπλασιασμός του ΠΦΦ με τις τιμές 0,97 για Βόρειο, 1,15 για Ανατολικό, 1,55 για Νότιο και 1,21 για Δυτικό προσανατολισμό. Η επίτευξη ορισμένης τιμής φωτισμού στο εσωτερικό του κτιρίου, είναι εξαρτώμενη από τις τιμές φωτισμού στο εξωτερικό, οι οποίες εξαρτώνται άμεσα από την τοποθεσία και διαφέρουν ανάλογα με την περιοχή. Όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενη παράγραφο και φαίνεται σχηματικά παρακάτω (Σχ:3.3), ο ΠΦΦ επιμερίζεται σε τρεις παράγοντες, τον οφειλόμενο στον ουρανό ΠΦΦ S (SC), τον οφειλόμενο σε ανακλάσεις σε εξωτερικά εμπόδια ΠΦΦ e (ERC) και τον λόγω εσωτερικών ανακλάσεων ΠΦΦ i (IRC). ΠΦΦ = ΠΦΦ S + ΠΦΦ e + ΠΦΦ i [3.1] Σχήμα 3.3: Σχηματική απεικόνιση των παραμέτρων υπολογισμού του Παράγοντα φυσικού φωτισμού Daylight factor 21

28 Για τον υπολογισμό της μέσης τιμής του παράγοντα φυσικού φωτισμού, λαμβάνονται υπόψη οι διαστάσεις των ανοιγμάτων και δομικών στοιχείων του κτιρίου και οι ιδιότητές τους όπως αποτυπώνεται μαθηματικά στην παρακάτω σχέση: Μέση τιμή ΠΦΦ = ( ) (%) [3.2] όπου: τ, η διαπερατότητα του υαλοπίνακα σε φυσικό φως, Α w, το εμβαδόν επιφανείας του υαλοπίνακα, Α, το συνολικό εμβαδόν των επιφανειών οροφής, δαπέδου και τοίχων συμπεριλαμβανομένων των ανοιγμάτων Ρ, η μέση ανακλαστικότητα των επιφανειών του χώρου, ρ=(α1 ρ1+α2 ρ+ Αn ρn)/(a1+a2+ An) [3.3] και θ, η γωνία θέασης του ουρανού από το κέντρο του ανοίγματος, η οποία ορίζεται με τη βοήθεια σχηματικής αναπαράστασης όπως φαίνεται στο σχήμα (Σχ:3.4) που ακολουθεί. Στην περίπτωση απουσίας εξωτερικού εμποδίου, η μέτρηση της γωνίας ξεκινά από τον ορίζοντα. Σχήμα 3.4: Σχηματική αναπαράσταση για τον υπολογισμό της γωνίας θ του μέσου Παράγοντα φυσικού φωτισμού 22

29 Η συμβολή του φυσικού φωτισμού στην εξοικονόμηση ενέργειας κρίνεται σημαντική για τιμές μεγαλύτερες του 2-3%. Η τιμή 2% είναι αντιπροσωπευτική του ΠΦΦ σε χώρους γραφείων, χωρίς να σημαίνει ότι δεν υπάρχουν διαφοροποιήσεις στα επίπεδα φωτισμού στο εσωτερικό των κτιρίων. Η ανάλυση κατανομής του ΠΦΦ είναι ενδεικτική ως προς την επάρκεια φυσικού φωτισμού και βοηθητική ως προς την επιλογή κατά το σχεδιασμό κατάλληλων τύπων υαλοπινάκων, τύπων σκίασης κ.ά. Ορίζοντας μία τιμή για τον ΠΦΦ μπορεί να γίνει προσδιορισμός της απαιτούμενης έκτασης του υαλοπίνακα, λαμβάνοντας πάντα υπόψη την αντίστοιχη διαπερατότητα. Η περιοχή όπου ο Παράγοντας Φυσικού Φωτισμού μηδενίζεται στο επίπεδο εργασίας χαρακτηρίζεται ως η περιοχή όπου δεν έχει επαφή με τον ουρανό και τα επίπεδα φυσικού φωτισμού, όπως είναι λογικό, είναι πολύ χαμηλά. Σχήμα 3.5: Σχηματική αναπαράσταση υπολογισμού της περιοχής θέασης του ουρανού στην περίπτωση ύπαρξης εξωτερικού εμποδίου Κατά το σύστημα περιβαλλοντικής αξιολόγησης BREEAM ορίζεται ως στόχος η επίτευξη της εμφάνισης μέσης τιμής του ΠΦΦ > 2% και ελάχιστη τιμή ομοιομορφίας 0,4 για το 80% των χώρων. Βάσει των αποτελεσμάτων του CEN/TC 169/WG 11 «Daylight», μπορεί να γίνει μία κατηγοριοποίηση των συνθηκών φυσικού φωτισμού στους εσωτερικούς χώρους ανάλογα με τις τιμές του ΠΦΦ. Ορίζονται δύο τιμές για τις οποίες θα πρέπει η μία να ικανοποιείται για το 50% της επιφάνειας εργασίας (σε ύψος 0,8 μ. από το δάπεδο) για 23

30 το 50% του χρόνου (4380 ώρ/έτος) και η δεύτερη να ικανοποιείται στο 100% της επιφάνειας εργασίας στο 100% του χρόνου. Συγκεκριμένα για την Ελλάδα (Αθήνα) πρέπει να επιτυγχάνεται ΠΦΦ>1,5% στο 50% και ΠΦΦ>0,5% στο 100% του χώρου για να αντιστοιχούν στην Πρώτη κατηγορία Θάμβωση Η ύπαρξη ή όχι φαινομένων θάμβωσης σε ένα χώρο είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την ποιότητα φωτισμού και την πλήρωση συνθηκών οπτικής άνεσης σε έναν εσωτερικό χώρο. Η κακή κατανομή του φωτισμού και οι μεγάλες διαφορές στις λαμπρότητες των επιφανειών μπορεί να οδηγήσουν σε ενόχληση ή αδυναμία όρασης αντικειμένων και δυσκολία στην διενέργεια της εργασίας, γεγονός που έχει ιδιαίτερα μεγάλη σημασία ιδίως στους επαγγελματικούς χώρους όπως είναι και οι χώροι γραφείων. Ωστόσο, η εκτίμηση των φαινομένων θάμβωσης είναι μία περίπλοκη διαδικασία καθώς εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους όπως είναι η διάρκεια, η αναλογία λαμπροτήτων των περιβαλλουσών επιφανειών αλλά και η υποκειμενική αντίληψη του κάθε χρήστη. Τα είδη θάμβωσης διαχωρίζονται ως εξής: Θάμβωση ανικανότητας Disability glare: Χαρακτηρίζεται ως φυσιολογική θάμβωση καθώς εμποδίζεται η όραση χωρίς απαραίτητα να προκαλείται δυσφορία. Συνδέεται με άμεση τροποποίηση της θέσης εργασίας, δηλαδή με τροποποίηση της διεύθυνσης παρατήρησης. Θάμβωση δυσφορίας Discomfort glare: Χαρακτηρίζεται και ως ψυχολογική θάμβωση, καθώς παρατηρείται δυσφορία χωρίς αναγκαστικά να συνοδεύεται από ανικανότητα εκτέλεσης κάποιας εργασίας. Το συγκεκριμένο είδος μπορεί να μην είναι εύκολα ανιχνεύσιμο, ωστόσο λειτουργεί συσσωρευτικά προκαλώντας έμμεσες αντιδράσεις, όπως για παράδειγμα πονοκεφάλους. Συνήθως υπάρχει ταυτόχρονη ύπαρξη και των δύο τύπων, πράγμα που κάνει δύσκολο το διαχωρισμό και την εύρεση της αιτίας. Αν και έχει προσδιοριστεί η αιτία πρόκλησης της θάμβωσης ανικανότητας, που οφείλεται στη σκέδαση του φωτός στο υαλώδες τμήμα του ματιού με αποτέλεσμα να μειώνεται η αντίθεση στην εικόνα του αμφιβληστροειδούς, δε συμβαίνει το ίδιο με τη θάμβωση δυσφορίας, η οποία φαίνεται να είναι αποτέλεσμα συνδυασμού της αντίθεσης και του κορεσμού του οπτικού συστήματος. 24

31 Σχήμα 3.6: Σχηματική αναπαράσταση πρόκλησης φαινομένων θάμβωσης από άμεση ακτινοβολία ή από ανακλάσεις στις επιφάνειες Στην προσπάθεια προσδιορισμού της θάμβωσης δυσφορίας έχουν αναπτυχθεί δείκτες, ο υπολογισμός των οποίων βασίζεται κυρίως στις τέσσερις ακόλουθες παραμέτρους: τη λαμπρότητα της πηγής, τη λαμπρότητα του υποβάθρου, το μέγεθος και τον αριθμό των πηγών, τη σχετική τους θέση ως προς τον παρατηρητή. Οι παράμετροι αυτοί συνδυάζονται με τη βοήθεια μιας σταθεράς προκειμένου να εκτιμηθεί η αίσθηση θάμβωσης Σταθερά θάμβωσης = m*(n/x)*y [3.4] όπου: m, η λαμπρότητα της πηγής, n, η γωνιακή έκταση της πηγής, x, η λαμπρότητα του υποβάθρου, y, η γωνιακή απόσταση της πηγής από τη διεύθυνση παρατήρησης. Από την παραπάνω σχέση γίνεται εμφανές πως η αύξηση της αίσθησης θάμβωσης είναι ανάλογη της αυξημένης λαμπρότητας της πηγής και με την ύπαρξη πηγών μεγάλων διαστάσεων, κεντρικά, στο πεδίο όρασης. Δείκτες θάμβωσης: DGI Daylight Glare Index Ο υπολογισμός του δείκτη θάμβωσης (GI) από πηγές μεγάλων διαστάσεων προέκυψε μέσω πειραμάτων ως εξής: 25

32 GI=10 log 0.478(.... ) [3.5] Όπου: GI, ο δείκτης θάμβωσης, L S, η μέση λαμπρότητα της πηγής (cd/m2), L b, η μέση λαμπρότητα του υποβάθρου (cd/m2), Ω, η στερεά γωνία θέασης της πηγής θάμβωσης τροποποιημένη με τον συντελεστή θέσης (sr), ω, η στερεά γωνία θέασης της πηγής θάμβωσης από το σημείο παρατήρησης (sr). Ωστόσο, ο δείκτης GI υπολογίζεται συνήθως όταν κύρια πηγή θάμβωσης αποτελεί σύστημα τεχνητού φωτισμού. Λαμβάνοντας υπόψη τα ανοίγματα έχει προκύψει ο δείκτης Daylight Glare Index, ο οποίος βασίζεται στον δείκτη θάμβωσης από τεχνητό φωτισμό και λαμβάνει υπόψη ως φωτεινή πηγή το τμήμα του ουράνιου θόλου που είναι ορατό από έναν εσωτερικό χώρο. Ο δείκτης θάμβωσης τότε υπολογίζεται:.. DGI=10 log ( ) [3.6].. όπου: DGI ο δείκτης θάμβωσης για φυσικό φως, L S, η μέση λαμπρότητα κάθε περιοχής του οπτικού πεδίου που προκαλεί θάμβωση (cd/m2) L b, η μέση λαμπρότητα του υποβάθρου χωρίς να συμπεριλαμβάνεται η λαμπρότητα της περιοχής που προκαλεί θάμβωση (cd/m2) Ω, η στερεά γωνία θέασης κάθε περιοχής (πηγής) θάμβωσης τροποποιημένη με τον συντελεστή θέσης (sr) ω: Η στερεά γωνία κάθε περιοχής (πηγής) θάμβωσης από το σημείο παρατήρησης (sr) n: Ο αριθμός των περιοχών θάμβωσης Από πειράματα έχει προκύψει το συμπέρασμα ότι το ανθρώπινο μάτι δείχνει μεγαλύτερη ανοχή στη θάμβωση που προέρχεται από τα παράθυρα σε σχέση με αυτή από τεχνητό φωτισμό. Για να ληφθεί αυτή η ανοχή υπόψη προκύπτει ο τροποποιημένος δείκτης DGI, ο οποίος εκφράζει αυτή την τάση που έχει παρατηρηθεί, πως οι χρήστες εμφανίζουν μεγαλύτερη ανεκτικότητα στα φαινόμενα θάμβωσης όταν 26

33 αυτή προκαλείται από φυσικό φωτισμό, με την προϋπόθεση φυσικά πως ο δείκτης θάμβωσης δεν είναι πολύ υψηλός. = 2 [3.7] Η συσχέτιση ανάμεσα στις διάφορες τιμές του DGI και στην αίσθηση θάμβωσης που προκαλεί στον χρήστη προκύπτει ως εξής (Σχ:3.7): DGI Αίσθηση θάμβωσης 16 Ελάχιστη, μόλις αντιληπτή 20 Ελάχιστα αποδεκτή 22 Οριακά μεταξύ άνεσης-δυσφορίας 24 Ενοχλητική 28 Ανυπόφορη Σχήμα 3.7: Πίνακας συσχέτισης των τιμών του δείκτη θάμβωσης DGI με την αντίληψη-επίπεδο όχλησης του ατόμου SR Subjective Rating Αποτελεί έναν απλό τρόπο εκτίμησης της θάμβωσης από μεγάλων διαστάσεων πηγές και μπορεί να υπολογιστεί με τη βοήθεια του φωτισμού σε κάθετο επίπεδο στο ύψος του ματιού ως εξής: = [3.8] H αντίστοιχη συσχέτιση με την αίσθηση της θάμβωσης αποτυπώνεται στον παρακάτω πίνακα (Σχ:3.8): SR Αίσθηση θάμβωσης 0,5 Ελάχιστη Μόλις αντιληπτή 1,5 Οριακά μεταξύ άνεσης - δυσφορίας 2,5 Ενοχλητική-Αφόρητη Σχήμα 3.8: Πίνακας συσχέτισης των τιμών του δείκτη θάμβωσης SR με την αντίληψηεπίπεδο όχλησης του ατόμου Οι δείκτες θάμβωσης αποτελούν ένα σημαντικό σχεδιαστικό εργαλείο ωστόσο πρέπει να γίνεται αντιληπτή η πολυπλοκότητα των πραγματικών συνθηκών. Στην πράξη μπορούν να εξετάζονται επιμέρους παράμετροι ώστε να αποφευχθούν ή έστω να περιοριστούν τα προβλήματα θάμβωσης: 27

34 Ισορροπημένη κατανομή λαμπροτήτων Για τη μελέτη της κατανομής λαμπροτήτων εξετάζονται οι λαμπρότητες του αντικειμένου εργασίας, όπως κάποιο έγγραφο ή ακόμα και η οθόνη, του εγγύς περιβάλλοντος στο αντικείμενο, όπως η επιφάνεια εργασίας και του υποβάθρου, όπως είναι οι τοίχοι. Οι λόγοι λαμπροτήτων που προτιμώνται για το σχεδιασμό εργασιακών χώρων είναι 3:1 ή 1:3 για το λόγο του αντικειμένου προς το εγγύς του περιβάλλον και 10:1 ή 1:10 για το λόγο του αντικειμένου προς το υπόβαθρο. Ωστόσο, το ανθρώπινο οπτικό σύστημα μπορεί να δεχθεί λόγους λαμπροτήτων μέχρι και 1:1.000 και σε τμήματα του οπτικού πεδίου μέχρι 1: Κάποιες μικρές περιοχές στο οπτικό πεδίο που εμφανίζουν μεγαλύτερους λόγους λαμπροτήτων από τους συνιστώμενους προκαλούν ενδιαφέρον και επιδιώκεται να επιτυγχάνονται καθώς πρέπει να περιορίζεται η δημιουργία μονότονων ομοιόμορφων κατανομών λαμπρότητας. Από την άλλη, όποια υπερβολή στη μέγιστη τιμή λαμπρότητας μιας περιοχής του οπτικού πεδίου μπορεί να την μετατρέψει σε πηγή θάμβωσης, επομένως δεν υπάρχει κάποιος εμπειρικός κανόνας για τον ορθότερο σχεδιασμό σε αυτό το κομμάτι. Λαμπρότητα επιφανειών Εκτός από την επάρκεια φωτισμού στο επίπεδο της επιφάνειας εργασίας που μας ενδιαφέρει, είναι σημαντική η λαμπρότητα των επιφανειών του χώρου για την αντίληψη που δημιουργείται. Το νέο ευρωπαϊκό πρότυπο (ΕΝ /2011, Light and lighting- Lighting for work places-part1:indoor work places) ορίζει μαζί με τις συνήθεις απαιτήσεις, για φωτισμό, ομοιομορφία, θάμβωση κλπ, νέες απαιτήσεις για τα επίπεδα φωτισμού τοίχων και οροφής μαζί με μια σχετικά μικρή ομοιομορφία. Έχει παρατηρηθεί πως επιφάνειες με μεγάλες τιμές λαμπρότητας αποσπούν την προσοχή και περιοχές με επαναλαμβανόμενες εναλλαγές υψηλών-χαμηλών τιμών λαμπρότητας, όπως μπορεί να προκληθεί από σκίαστρα, οδηγούν σε προβλήματα εκτέλεσης εργασιών και ειδικά αν βρίσκονται στην επιφάνεια εργασίας, επομένως πρέπει να αποφεύγονται. Επίσης, είναι γεγονός ότι υπάρχει ανεκτικότητα σε μεγαλύτερες τιμές λαμπροτήτων από πηγές που βρίσκονται σε μεγάλη γωνιακή απόσταση από την κατεύθυνση παρατήρησης. Επομένως πρέπει να αποφεύγονται περιοχές με μεγάλες τιμές λαμπροτήτων στο οπτικό πεδίο ιδίως στους χώρους γραφείων καθώς δημιουργούν και προβλήματα θέασης στις οθόνες υπολογιστών. Η μέγιστη τιμή λαμπρότητας στο οπτικό πεδίο λόγω ύπαρξης ανοιγμάτων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα cd/m2 (Osterhaus, 2002), στην πραγματικότητα βέβαια παρατηρούνται τιμές μεγαλύτερες όπως λόγω άμεσης θέασης κάποιων τμημάτων του ουρανού που οδηγούν σε τιμές cd/m2. Όταν οι χρησιμοποιούμενοι υαλοπίνακες εκτείνονται σε μεγάλο ύψος, συνηθίζεται η μείωση της διαπερατότητάς 28

35 τους. Άλλες αναφορές προτείνουν πώς οι μέγιστες τιμές λαμπρότητας από διάφορες πηγές δεν πρέπει να ξεπερνούν τα cd/m2 ή τα 500 cd/m2 όταν γίνεται χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή (M.C. Dubois, 2001), ενώ σαν τιμή λαμπρότητας πάνω από την οποία υπάρχει 50% πιθανότητα να κατεβάσουν τα σκίαστρα οι χρήστες του χώρου προς μείωση της θάμβωσης, είναι τα cd/m2 (Clear et al., 2006). Το γενικότερο συμπέρασμα είναι πως ανοίγματα με τιμές λαμπρότητας >2.500 cd/m2 αποτελούν πηγές θάμβωσης. Λαμπρότητα προσαρμογής Ορίζεται ως η λαμπρότητα στην οποία το οπτικό μας σύστημα προσαρμόζεται με μεταβολή της ευαισθησίας του και αποτελεί καθοριστικό μέγεθος για τον υπολογισμό θάμβωσης καθώς οι πηγές που την προκαλούν έχουν λαμπρότητα πολλαπλάσια της λαμπρότητας προσαρμογής. Οι τιμές λαμπρότητας που αντιμετωπίζουμε καθημερινά έχουν ένα μεγάλο εύρος, από cd/m2 τη νύχτα μέχρι cd/m2 για μια μέρα χωρίς σύννεφα και νέφος, επομένως υπάρχουν άνω και κάτω όριο για τα οποία είναι δυνατή η προσαρμογή του ματιού σε κάποια κατάσταση. Όταν οι λαμπρότητες των περιοχών παρατήρησης ξεπεράσουν το άνω όριο προκαλείται θάμβωση. Η σχέση μεταξύ της λαμπρότητας προσαρμογής και της λαμπρότητας μιας περιοχής παρατήρησης απεικονίζεται παρακάτω: Σχήμα 3.9: Διαγραμματική συσχέτιση μεταξύ της λαμπρότητας προσαρμογής και της λαμπρότητας μιας περιοχής Παρατηρείται πως η ίδια τιμή λαμπρότητας προσαρμογής μπορεί να δημιουργηθεί από διαφορετικές κατανομές λαμπροτήτων στο οπτικό πεδίο. Ο ορθός υπολογισμός 29

36 της λαμπρότητας προσαρμογής είναι μια πολύπλοκη διαδικασία καθώς πρέπει να εκτιμηθεί η κατεύθυνση παρατήρησης και η οποία συνήθως δεν είναι σταθερή καθώς το βλέμμα κινείται μέσα στο χώρο. Μια απλή προσέγγιση (για περιπτώσεις με μικρή διακύμανση της λαμπρότητας) πραγματοποιείται με τη μέτρηση του φωτισμού στο επίπεδο του ματιού (Εν). Η λαμπρότητα προσαρμογής υπολογίζεται: L adaptation = E ν/π [3.9] Γίνεται η αποδοχή πως η κατανομή λαμπρότητας είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη στο οπτικό πεδίο, πράγμα το οποίο δεν ισχύει στην πραγματικότητα. Το όριο της φωτοπικής όρασης είναι περίπου 3 cd/m2 και σε συνθήκες αίθριου ουρανού η λαμπρότητα προσαρμογής ξεπερνά τα cd/m2, ενώ στους εσωτερικούς χώρους όπως είναι φυσικό, είναι μικρότερη. Ένας σχετικά καλά φωτισμένος χώρος έχει τιμή κοντά στα 100 cd/m2. Ιδιαίτερη σημασία πρέπει να δίνεται όταν υπάρχει έντονη διαφοροποίηση στις τιμές λαμπρότητας προσαρμογής σε γειτονικούς χώρους, λαμβάνοντας υπόψη πως η προσαρμογή είναι ταχύτερη για μετακίνηση από χώρους με μικρή σε χώρους με μεγάλη λαμπρότητα προσαρμογής παρά το αντίθετο. Μία συνθήκη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό του βάθους των χώρων και έχει εφαρμογή στις περιπτώσεις που υπάρχει συχνή μετακίνηση από ένα χώρο σε κάποιον άλλο είναι ο λόγος της μέσης τιμής των παραγόντων φωτισμού σε αυτούς να είναι μικρότερος του 3. Γενικά, η υποκειμενική αίσθηση της λαμπρότητας ονομάζεται φωτεινότητα και ενώ είναι δυνατόν να μετρηθεί αντικειμενικά στις επιφάνειες με τη βοήθεια κάποιας κάμερας λαμπρότητας, εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως τη λαμπρότητα του υποβάθρου, και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των επιμέρους επιφανειών που απαρτίζουν το υπόβαθρο. Ο Hopkinson διατύπωσε μία αυθαίρετη κλίμακα για την εκτίμηση της σχετικής φωτεινότητας και για την οποία τα δεδομένα που χρειάζονται είναι η λαμπρότητα προσαρμογής και μια λαμπρότητα μιας περιοχής που βρίσκεται στο οπτικό πεδίο. Παρακάτω φαίνεται η συσχέτιση αυτής της κλίμακας και την αίσθηση φωτεινότητας της επιφάνειας: Σχήμα 3.10: Συσχέτιση της κλίμακας Hopkinson με την αίσθηση φωτεινότητας 30

37 Ύπαρξη θέας Οπτική επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον Η προτίμηση του ανθρώπου, ως χρήστη ενός χώρου, για την ύπαρξη παραθύρων είναι αδιαμφισβήτητη καθώς, όπως έχει ήδη προαναφερθεί, είναι άμεση η σύνδεση με το εξωτερικό περιβάλλον. Η δυναμική φύση του φυσικού φωτισμού προκαλεί το αντίστοιχο ενδιαφέρον με την επιρροή στις συνθήκες οπτικής άνεσης στο εσωτερικό περιβάλλον, το οποίο όμως περιορίζεται όταν γίνονται αντιληπτά φαινόμενα οπτικής δυσφορίας εξαιτίας της θάμβωσης. Από έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί έχει διαπιστωθεί πως κύρια αιτία αυτής της προτίμησης για την ύπαρξη παραθύρων αποτελεί ή θέα. Σε περιπτώσεις όπου εξετάσθηκε η προτίμηση των χρηστών ανάμεσα σε ανοίγματα παροχής φυσικού φωτός και θέας και σε ανοίγματα με παροχή περιορισμένου φωτισμού αλλά επίσης θέας δεν εντοπίστηκαν σημαντικές διαφορές. Εάν ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι σε πολλούς χώρους γραφείων που δεν διαθέτουν ανοίγματα, χρησιμοποιούνται εικόνες με φυσικά τοπία μπορεί να γίνει σύνδεση με την έμφυτη ανάγκη σύνδεσης του ανθρώπου με τις μορφές ζωής και το περιβάλλον. Ως εκ τούτου, είναι υψίστης σημασίας η ορθή επιλογή στο μέγεθος και τη θέση των ανοιγμάτων για την εξασφάλιση επαρκούς θέασης. Δεν ενδείκνυνται οριζόντια ανοίγματα μικρού ύψους ή κατακόρυφα ανοίγματα μικρού πλάτους. Το ύψος της ποδιάς των ανοιγμάτων θα πρέπει να βρίσκεται κάτω από το ύψος του ματιού για τους χρήστες των γραφείων όταν είναι σε καθιστή θέση. Σύμφωνα με το BS , Lighting for buildings. Code of practice for daylighting, έχει οριστεί το ελάχιστο μέγεθος των ανοιγμάτων σε αναλογία με το βάθος του χώρου προκειμένου να εξασφαλίζεται επαρκής θέα όπως φαίνεται στον πίνακα (Σχ: 3.11) που ακολουθεί: Βάθος χώρου (m) Ποσοστό ανοίγματος επί του τοίχου (%) < > >14 35 Σε χώρους με ανοίγματα σε ένα τοίχο συστήνεται το πλάτος του ανοίγματος να είναι τουλάχιστον το 35% του μήκους του τοίχου Σχήμα 3.11: Πίνακας ορισμού ελάχιστων ποσοστών ανοίγματος επί τοίχου αναλογικά με το βάθος του χώρου σύμφωνα με το BS , Lighting for buildings. Code of practice for daylighting 31

38 3.1.4 Αυτονομία σε φυσικό φωτισμό Daylight autonomy Λόγω της δυνατότητας δημιουργίας τρισδιάστατων κτηριακών μοντέλων προσδιορίζοντας επαρκώς τα φωτομετρικά στοιχεία των επιφανειών τους, είναι δυνατός πλέον ο υπολογισμός με αξιοπιστία των επιπέδων φωτισμού, ακόμη και σε ωριαία βάση, για το τυπικό μετεωρολογικό μοντέλο μιας περιοχής, λαμβάνοντας υπόψη διάφορους τύπους ουρανού συμπεριλαμβανομένης της παρουσίας ηλίου, σε αντίθεση με τον προαναφερόμενο παράγοντα φυσικού φωτισμού που υπολογίζεται αποκλειστικά σε συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού. Υπάρχουν διάφορα μοντέλα προσέγγισης και υπολογισμών από τα οποία με περαιτέρω στατιστική επεξεργασία των δεδομένων μπορούν να εκτιμηθούν διάφοροι χρήσιμοι δείκτες στο σχεδιασμό, όπως είναι κ ο δείκτης αυτονομίας φυσικού φωτισμού (DA, Daylight Autonomy). Ο δείκτης αυτός, αποτυπώνει το ποσοστό των ωρών ανά έτος στο οποίο η τιμή φωτισμού σε συγκεκριμένο σημείο του χώρου είναι μεγαλύτερη από κάποια τιμή που ορίζεται βάσει σχεδιασμού. Για παράδειγμα, στην περίπτωση των γραφείων η τιμή αυτή μπορεί να είναι τα 500 lux (Σχ:3.12). Η τιμή της αυτονομίας φυσικού φωτισμού εξαρτάται και από το ωράριο λειτουργίας. Σχήμα 3.12: Εκτίμηση της αυτονομίας σε φυσικό φωτισμό από τις ωριαίες τιμές του φωτισμού σε δεδομένο σημείο στο χώρο μελέτης Μία χρήσιμη παραλλαγή της DA είναι η συνεχόμενη DA (cda) η οποία λαμβάνει υπόψη και το ποσοστό που χρειάζεται για να συμπληρωθεί η απαιτούμενη. Εάν για παράδειγμα μετρηθεί κάποιο σημείο με 250 lux ενώ η απαιτούμενη είναι 500 lux, όπως στο χώρο γραφείων, η DA προκύπτει μηδενική (0), ενώ η cda ισούται με 0,5(= 250/500), που αντιστοιχεί στο ποσοστό που χρειάζεται για να συμπληρωθεί η απαιτούμενη. 32

39 3.1.5 Ετήσια έκθεση σε ηλιακό φωτισμό Annual sunlight exposure Ο δείκτης sda που προαναφέρθηκε, μπορεί να συνδυαστεί με την εκτίμηση της έκθεσης σε άμεσο ηλιακό φως, να εκτιμηθεί δηλαδή το ποσοστό του χώρου το οποίο δέχεται άμεσο ηλιακό φως, για τιμές >1000 lux, για περισσότερες από 250 ώρες ετησίως UDI Ερμηνεύεται ως χρήσιμες τιμές φωτισμού και προκύπτει από την στατιστική επεξεργασία των τιμών φωτισμού σε ωριαία βάση. Πιο συγκεκριμένα διαχωρίζονται και υπολογίζεται το ποσοστό για παρατηρήσεις τιμών στα διαστήματα των <100 lux, lux και για >2000 lux. Χρήσιμες είναι οι τιμές του διαστήματος lux καθώς μικρότερες τιμές δεν επαρκούν για την πραγματοποίηση οποιασδήποτε εργασίας και μεγαλύτερες τιμές μπορεί να οδηγήσουν σε θάμβωση Daylight dashboard Πρόκειται για ένα σύστημα το οποίο εφαρμόζεται στα αρχικά στάδια του σχεδιασμού και εξετάζει 8 επιμέρους παραμέτρους σχετιζόμενες με το φυσικό φωτισμό: 1. Επάρκεια φωτισμού 2. Κάλυψη από φυσικό φωτισμό του μεγαλύτερου μέρους του εξεταζόμενου χώρου 3. Έλεγχο του άμεσου φωτισμού και διαχείριση του διάχυτου φωτισμού 4. Εξοικονόμηση ενέργειας 5. Επίδραση στον κιρκαδιανό ρυθμό 6. Μέγεθος ανοιγμάτων 7. Θέα 8. Ηλιακά κέρδη Για την κάθε παράμετρο έχει οριστεί ένας δείκτης, ο υπολογισμός του οποίου πραγματοποιείται στο επίπεδο της επιφάνειας εργασίας, 0.8 μ από τη στάθμη δαπέδου, για αίθριο και νεφοσκεπή ουρανό σε συγκεκριμένες μέρες και ώρες που ταιριάζουν με το είδος και τη χρήση του χώρου. (Οι ενδεικνυόμενες μέρες και ώρες ορίστηκαν ως οι 21/3, 21/6, 21/9, 21/12 και 9:00, 12:00 και 15:00) Η προσέγγιση για την εκτίμηση των παραμέτρων έχει ως εξής: 1. Επάρκεια φωτισμού Εκτιμάται η μέση τιμή φωτισμού στο επίπεδο εργασίας και συγκρίνεται με την ελάχιστη τιμή που απαιτείται για τη δραστηριότητα και με μία μέγιστη (5000 lux, ορίζεται από το κριτήριο IEQ 8.1, LEED 2009). 33

40 2. Κάλυψη από φυσικό φωτισμό του μεγαλύτερου μέρους του χώρου Εκτιμάται το ποσοστό της επιφάνειας εργασίας με τιμή φωτισμού μεγαλύτερη από την ελάχιστη (στην περίπτωση των γραφείων για παράδειγμα, 500 lux). 3. Έλεγχος του άμεσου φωτισμού και διαχείριση του διάχυτου φωτισμού Εκτιμάται το ποσοστό των σημείων μέτρησης για τα οποία ο φωτισμός εμφανίζει μεγαλύτερες τιμές από τον άμεσο φωτισμό λόγω ήλιου. Για κάθε εποχή αλλάζει και η τιμή του άμεσου φωτισμού. 4. Εξοικονόμηση ενέργειας Γίνεται υπολογισμός της αυτονομίας του φυσικού φωτισμού, όπως περιγράφηκε παραπάνω). 5. Επίδραση στον κιρκαδιανό ρυθμό Πρόκειται για δείκτη με τιμές από 0 έως 24, για τον οποίο λαμβάνονται υπόψη η τιμή φωτισμού, η φασματική του σύσταση και η διάρκεια. 6. Μέγεθος ανοιγμάτων Προκύπτει από τον υπολογισμό του λόγου της επιφάνειας των ανοιγμάτων προς την επιφάνεια δαπέδου. 7. Θέα Εκτιμάται η οπτική επαφή με τμήμα του ουρανού ή και με το έδαφος 8. Ηλιακά κέρδη Εκτιμάται η ημερήσια ηλιακή ακτινοβολία (W) που εισέρχεται στο χώρο προς το εμβαδό του χώρου (W/m 2 /ημέρα). Τα αποτελέσματα συνοψίζονται σε κυκλικό διάγραμμα (Σχ: 3.13) με κάθε μία από τις παραμέτρους να ανάγεται σε τρεις κατηγορίες ανάλογες της ποιότητας. Για παράδειγμα το τμήμα που αφορά το μέγεθος των ανοιγμάτων χρωματίζεται πράσινο για λόγο ανοιγμάτων/δαπέδου>20%, κίτρινο για λόγο 10-20% και κόκκινο για λόγο<10%. Σχήμα 3.13: Ενδεικτικό διάγραμμα εκτίμησης συνθηκών φυσικού φωτισμού σύμφωνα με το σύστημα Daylight dashboard 34

41 3.1.8 LEED 2009 Κατά το σύστημα αυτό της περιβαλλοντικής και ενεργειακής αξιολόγησης, η έκταση ζώνης του φυσικού φωτισμού είναι δυνατόν να εκτιμηθεί είτε με χρήση μιας απλοποιημένης μεθόδου, είτε με προσομοιώσεις, είτε με μετρήσεις μετά την ανέγερση του κτιρίου. Κατά την απλοποιημένη μέθοδο εκτίμησης λαμβάνονται υπόψη μόνο τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του χώρου και η διαπερατότητα του υαλοπίνακα, αγνοούνται όμως η ανακλαστικότητα, η σκίαση και τα εξωτερικά εμπόδια. Σύμφωνα με το σύστημα LEED, θεωρείται ότι υπάρχει επάρκεια φωτισμού στην περίπτωση ικανοποίησης της σχέσης: 0,15<Tvis*WWR<0.18 [3.10] όπου: Tvis, η διαπερατότητα του υαλοπίνακα στο ορατό τμήμα του φάσματος και WWR (Window to Wall Ratio), ο λόγος ανοίγματος προς την επιφάνεια τοίχου. Η παραπάνω σχέση θα πρέπει να ικανοποιείται στο 75% της έκτασης των συχνά χρησιμοποιούμενων χώρων, εξαιρώντας τους βοηθητικούς χώρους, όπως τους διαδρόμους. Κατά τη μέθοδο της προσομοίωσης γίνεται χρήση της κατανομής λαμπρότητας του αίθριου ουρανού και πάλι απαιτεί την ικανοποίηση της αντίστοιχης συνθήκης που παρατίθεται παρακάτω στο 75% της συνολικής έκτασης των συχνά χρησιμοποιούμενων χώρων του κτιρίου (2 σημεία). Στην περίπτωση που το ποσοστό που θα επιτευχθεί είναι 90% απονέμονται 3 σημεία. Πρακτικά, για δυο μέρες που βρίσκονται σε διάστημα δεκαπέντε ημερών γύρω από την 21/9 και 21/3 και για δύο ώρες 9:00 και 15:00 οι τιμές του φυσικού φωτισμού θα πρέπει να βρίσκονται στο διάστημα τιμών lux. Στον κανονισμό IES LM 83:2012, Approved Method: Ies Spatial Daylight Autonomy (Sda) And Annual Sunlight Exposure (Ase), παρουσιάζεται η αλλαγή που έχει προκύψει στον τρόπο υπολογισμού της επάρκειας του φυσικού φωτισμού. Πρόκειται για μια μεθοδολογία πολύπλοκη που βασίστηκε κυρίως στην υπολογιστική ισχύ και τις δυνατότητες χρήσης αλγορύθμων. Σύμφωνα με τον κανονισμό, παράμετροι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό είναι: Α) sda 300 lux/50%: Το ποσοστό της επιφάνειας εργασίας στο οποίο οι τιμές φωτισμού είναι μεγαλύτερες από 300 lux στο 50% του χρόνου λειτουργίας σε διάρκεια ενός έτους 35

42 (ώρες 8:00-16:00). Προτιμώμενη τιμή της παραμέτρου είναι το 75% ενώ η ελάχιστη αποδεκτή είναι το 55%. Ο υπολογισμός με τη συγκεκριμένη μέθοδο γίνεται πολύπλοκος καθώς λαμβάνει υπόψη τη δυναμική λειτουργία τυχόν σκιάστρων. Β) ASE 1000 lux/250h: Αναφέρεται στην ετήσια έκθεση σε ηλιακό φως και ο υπολογισμός γίνεται σε ωριαία βάση λαμβάνοντας όμως υπόψη μόνο τον άμεσο ηλιακό φωτισμό και όχι τυχόν εσωτερικές ανακλάσεις ή τον διάχυτο φωτισμό του ουρανού. Αποδεκτή τιμή του δείκτη είναι το 7% που αντιστοιχεί στο γεγονός πως δεν παρατηρείται άμεσος ηλιακός φωτισμός (>1000 lux), για περισσότερες από 250 ώρες σε ετήσια βάση, σε ποσοστό μικρότερο από 7% της επιφάνειας εργασίας. Σύμφωνα με το σύστημα περιβαλλοντικής αξιολόγησης Leed v.4 ελέγχονται για την επάρκεια σχεδιασμού όσον αφορά τον φυσικό φωτισμό οι δύο παραπάνω παράμετροι (sda και ASE) ως εξής: Για χώρους γραφείων θα πρέπει να πετυγχάνεται για τον sda 300 lux/50% τιμές 55% και 75% για 2 και 3 σημεία αντίστοιχα και για ASE 1000 lux/250h <10%. Επισημαίνεται πως για να είναι αξιόπιστα τα αποτελέσματα, θα πρέπει να χρησιμοποιείται κάναβος υπολογισμού μικρότερος των 60 εκατοστών. 3.2 Υποκειμενική αντίληψη παραμέτρων οπτικής άνεσης Έχει γίνει σαφές πως όταν πρόκειται για το σχεδιασμό εσωτερικών χώρων και ιδίως για τους επαγγελματικούς, όπως είναι τα γραφεία, που οι απαιτήσεις ποιότητας φωτισμού αυξάνονται, δεν είναι δυνατό να μη λαμβάνεται υπόψη η υποκειμενική αντίληψη του ανθρώπου ως προς τις διάφορες παραμέτρους και την επίδραση που έχει ο φυσικός φωτισμός στην ψυχολογία και κατ επέκταση στην αποδοτικότητα των εργαζομένων. Στο Σχήμα 3.14 φαίνεται χαρακτηριστικά ο βασικός ρόλος του φωτισμού στην ψυχολογία των εργαζομένων όπως την αποτύπωσε ο Vischer J., που τον τοποθετεί στην βάση του κύβου με απώτερο σκοπό την αύξηση της παραγωγικότητας. Έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές έρευνες κατά καιρούς με σκοπό την αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού σε χώρους γραφείων, βελτιστοποίηση των συνθηκών οπτικής άνεσης και εξοικονόμηση της ενέργειας, επιδιώκοντας να προσδιοριστούν οι προτιμήσεις και η γενικότερη αντίληψη των παραμέτρων που επηρεάζουν την οπτική άνεση των χρηστών. 36

43 Σχήμα 3.14: Εσωτερικός χώρος και χαρακτηριστικά άνεσης (Vischer J. 2007) Όπως έχει προκύψει από τις έρευνες, οι περισσότεροι άνθρωποι πιστεύουν πως το φως της ημέρας είναι πολύ πιο αποδοτικό από τον τεχνητό φωτισμό. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα έρευνας στην Αγγλία και τη Νέα Ζηλανδία (C. Cuttle,1983) που αφορούσε την σημαντικότητα ύπαρξης παραθύρων στο χώρο εργασίας, σχεδόν καθολικά (99%) εξέφρασαν την άποψη πως είναι απολύτως αναγκαία η ύπαρξη παραθύρων, ενώ επίσης μεγάλο ποσοστό (86%) θεωρεί το φως της ημέρας ως την καταλληλότερη πηγή φωτισμού. Οι επιλογές αποδόθηκαν στην πεποίθηση ότι ο φυσικός φωτισμός προκαλεί λιγότερο στρες αλλά κυρίως στον φόβο για τις επιβλαβείς συνέπειες του τεχνητού φωτισμού. Σε αντίστοιχες έρευνες που πραγματοποιήθηκαν στο Seattle (Heerwagen,1986) και στον Καναδά (Veitch et al.,1993), τα αποτελέσματα ήταν ανάλογα. Οι περισσότεροι άνθρωποι θεωρούν το φυσικό φως ανώτερο από το τεχνητό καθώς εξασφαλίζει ψυχική ανάταση και ευχάριστο περιβάλλον εργασίας και έχει γενικότερα θετική επίδραση στην υγεία. Για την εκτίμηση της οπτικής αντίληψης όσον αφορά στην επάρκεια φυσικού φωτισμού, ενδιαφέρον προκαλούν τα αποτελέσματα έρευνας που διεξήχθη σε κτίριο γραφείων της Μεγάλης Βρετανίας (Wells, 1965). Ζητήθηκε από τους χρήστες να 37

44 εκτιμήσουν την ένταση φυσικού και τεχνητού φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας τους ενώ πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της συνολικής έντασης φωτισμού και στη συνέχεια υπολογισμός των επιμέρους εντάσεων που οφείλονταν σε φυσικό και τεχνητό φωτισμό. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν πως υπάρχει μία τάση υπερεκτίμησης του φυσικού φωτισμού καθώς οι χρήστες θεωρούσαν πως έχουν στη διάθεσή τους επαρκή ποσότητα φυσικού φωτισμού ακόμη και όταν αυτή ήταν ελάχιστη και όλη ουσιαστικά η ένταση φωτισμού προερχόταν από τεχνητό φωτισμό. Μάλιστα η τάση αυτή υπερεκτίμησης της αναλογίας του φυσικού φωτός στο περιβάλλον του γραφείου τους φάνηκε ανάλογη της απόστασης από τα παράθυρα. Συμπερασματικά προέκυψε πως ο εκτιμήσεις των χρηστών σχετικά με τις ανάγκες σε φυσικό φωτισμό και ύπαρξη θέας είναι ανεξάρτητες από το πραγματικό φυσικό περιβάλλον και της παρουσίας του φυσικού φωτός ως πηγή φωτισμού, ενώ θεωρήθηκε πως οι εκτιμήσεις των χρηστών συνδέονται με υποκειμενικούς και ψυχολογικής φύσης παράγοντες όπως αποτελούν η κριτική ικανότητα αναφορικά με την κατανομή φωτισμού και η προτίμηση για την ύπαρξη θέας. Σχετικά με τα προτιμώμενα επίπεδα φυσικού φωτισμού σε χώρους γραφείων πραγματοποιήθηκε μία έρευνα με τη μέθοδο συνέντευξης στη Γαλλία (S. Escuyer, M. Fontoyonnt,2001). Οι ερωτήσεις διερευνούσαν την προτίμηση των χρηστών σχετικά με το περιβάλλον εργασίας τους, το σύστημα ελέγχου φωτισμού του γραφείου τους και τα σκίαστρα. Επίσης, λήφθηκαν μετρήσεις της έντασης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας και φωτογραφίες των χώρων. Ένα σεβαστό ποσοστό αυτών (44%) εξέφρασε την πεποίθηση ότι η ύπαρξη υψηλών επιπέδων φυσικού φωτός είναι υψηλής σημασίας για ένα χώρο γραφείου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι στην περίπτωση των χρηστών που εργάζονταν σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, τα προτιμώμενα επίπεδα φωτισμού κυμαίνονταν από 100 έως 300 lux, ενώ στους υπόλοιπους που χρησιμοποιούσαν λιγότερο ή καθόλου ηλεκτρονικούς υπολογιστές, οι προτιμώμενες στάθμες φωτισμού κυμαίνονταν σε υψηλότερα επίπεδα μεταξύ 300 και 600 lux. Αντίστοιχη παλιότερη έρευνα στην Ολλανδία (Begemann,1997) είχε καταλήξει σε σημαντικά υψηλότερα ποσοστά απαιτούμενου φωτισμού, όπου οι χρήστες χρησιμοποιούσαν 300 με 1200 lux τεχνητού φωτισμού ανεξαρτήτως των διαθέσιμων επιπέδων φυσικού φωτισμού κατά τη διάρκεια του έτους. Σαφώς υπήρχε σύνδεση μεταξύ των προτιμώμενων επιπέδων τεχνητού φωτισμού με τα επίπεδα φωτισμού από το φως της ημέρας και τον τύπο των καιρικών συνθηκών. Διαπιστώθηκε επίσης μία σχέση ανάμεσα στην ένταση του φυσικού φωτισμού και την προτιμώμενη θερμοκρασία χρώματος. Πιο συγκεκριμένα, χαμηλά επίπεδα φυσικού φωτισμού συνδέονταν με μία προτιμώμενη θερμοκρασία σώματος της τάξης των 3300 Κ, ενώ για υψηλότερα επίπεδα φυσικού φωτισμού η τιμή της προτιμώμενης θερμοκρασίας χρώματος 38

45 αυξανόταν σε 4300 Κ. Τέλος εκτιμήθηκε πως τα κάθετα επίπεδα και οι λόγοι έντασης φωτισμού επηρεάζουν την επίτευξη του βέλτιστου οπτικού περιβάλλοντος, διαπιστώνοντας πως η διατήρηση μιας συνεχούς έντασης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας δεν ικανοποιεί τις προτιμήσεις των χρηστών. Σε έρευνα που έγινε στη Γαλλία, με σκοπό να συσχετιστούν τα επιθυμητά επίπεδα έντασης φωτισμού με την απόσταση από τα παράθυρα (Laurentin et.al., 1998), έδειξε πως πράγματι οι άνθρωποι συνηθίζουν να εργάζονται υπό διαφορετικές συνθήκες φωτισμού αναλόγως της θέσης τους στο χώρο και της απόστασής τους από τα παράθυρα. Τα γραφεία που βρίσκονταν κοντά στα παράθυρα προτιμήθηκαν από τους χρήστες παρόλο που τα επίπεδα φωτισμού ήταν πολύ υψηλά, φτάνοντας τα 1200 lux, σε σχέση με τα γραφεία που βρίσκονταν πιο μακριά από τα παράθυρα και η μέγιστη τιμή έντασης έφτανε τα 500 lux. Εστιάζοντας στην επιρροή του τύπου της φωτεινής ροής στην κρίση του ανθρώπου γύρω από την οπτική άνεση πραγματοποιήθηκε έρευνα σε κτίριο γραφείων (Laurentin et.al., 2000), όπου οι υπάλληλοι γραφείου αποτίμησαν τις συνθήκες οπτικής άνεσης κατά την ανάγνωση ενός κειμένου, αρχικά υπό το φως ημέρας, στη συνέχεια με τεχνητό φωτισμό και τέλος με συνδυασμό των δύο. Αποδείχθηκε πως τα 300 lux ως ένταση φωτισμού κρίθηκαν ευχάριστα όταν πηγή αποτελούσε το φυσικό φως αλλά η ίδια ένταση κρίθηκε ανεπαρκής και δυσάρεστη στην περίπτωση του τεχνητού φωτός ως πηγή φωτισμού. Για την περίπτωση που ως αποκλειστική πηγή φωτισμού ήταν ο φυσικός φωτισμός, το μέσο επίπεδο έντασης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας ήταν 300 lux. Στην περίπτωση του τεχνητού φωτισμού ως αποκλειστική πηγή φωτισμού η μέση τιμή έντασης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας ανερχόταν στα 500 lux και για τον συνδυασμό των δύο η αντίστοιχη τιμή ήταν 560 lux. Ο μέσος παράγοντας φυσικού φωτισμού (ADF) αποδείχθηκε πως αποτελεί επίσης ένα χρήσιμο μέσο πρόβλεψης των γενικών επιπέδων φωτισμού, τόσο από φυσικό φως όσο και από τον συνδυασμό φυσικού-τεχνητού φωτισμού, σε εσωτερικούς χώρους σύμφωνα με έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε κτίρια γραφείων της Μεγάλης Βρετανίας (Roche et. al., 2001). Τα ιδανικότερα επίπεδα έντασης φωτισμού συνδέθηκαν με τιμές του ADF ανάμεσα σε 2% και 5%, όταν η τιμή του ADF ξεπερνούσε το 5% εκφραζόντουσαν αισθήματα δυσαρέσκειας λόγω θάμβωσης. Επίσης παρατηρήθηκε μεγαλύτερη προτίμηση για χρήση συνδυασμού φυσικού και ηλεκτρικού φωτισμού κατά τους χειμερινούς μήνες, ωστόσο η προτίμηση αυτή έδειχνε μειούμενη κατά την απομάκρυνση από το παράθυρο. Γενικά, τα υψηλά επίπεδα φωτισμού αποδείχθηκαν δυσμενέστερα από τα χαμηλότερα εκφράζοντας την επίδραση της ψυχολογίας του χρήστη και τη σύνδεση με φαινόμενα θάμβωσης ή υπερθέρμανσης. 39

46 Μια παράμετρος που είναι δύσκολο να εκτιμηθεί είναι αυτή του αισθήματος δυσφορίας λόγω θάμβωσης από φυσικό φωτισμό καθώς υπάρχει μεγάλη υποκειμενικότητα ανά άτομο και επίσης συνδέεται με την ύπαρξη θέας, επίσης μεταβλητό παράγοντα. Ο Hopkinson ( ), θέλοντας να αξιολογήσει τον δείκτη εκτίμησης θάμβωσης από φυσικό φωτισμό DGI, ζήτησε από διάφορες ομάδες ατόμων να κρίνουν τα επίπεδα δυσφορίας από θάμβωση στο χώρο. Κατέληξε στο ότι τα άτομα ανέχονταν σε μεγαλύτερο βαθμό τη θάμβωση που οφειλόταν σε φυσικό φωτισμό από εκείνη που προερχόταν από άλλες πηγές τεχνητού φωτισμού. Δεν υπήρξε ενόχληση για θάμβωση προερχόμενη από τον φυσικό φωτισμό που εισερχόταν μέσω των παραθύρων, γεγονός που αποδόθηκε στο ότι οι άνθρωποι είναι συνηθισμένοι σε αυτού του είδους ήπιας θάμβωσης καθώς επίσης στην βαρύτητα που δίνουν στην ύπαρξη εξωτερικής θέας σε σχέση με την ενόχληση από θάμβωση. Συμπερασματικά διατυπώθηκε η άποψη ότι όταν υπάρχει πρόσβαση σε μια ευχάριστη θέα, υπάρχει μεγαλύτερη ανοχή σε υψηλότερα επίπεδα θάμβωσης. Μία παράμετρος που περιορίζει τη χρήση συστημάτων εκμετάλλευσης φυσικού φωτισμού, είναι η διακύμανση των επιπέδων έντασης φυσικού φωτός και η επακόλουθη πρόκληση φαινόμενων οπτικής δυσφορίας, λόγω της προσπάθειας του ανθρώπινου οπτικού συστήματος να προσαρμοστεί στις μεταβαλλόμενες συνθήκες φωτισμού. Στην προσπάθεια προσδιορισμού των ορίων μέσα στα οποία οι αυξομειώσεις της έντασης φωτισμού είναι ανεκτές από το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, διενεργήθηκε έρευνα (Soo-Young Kim & Jong-Jin Kim, 2006) με τη χρήση ερωτηματολογίων στο πανεπιστήμιο Michigan Ann Arbor (USA), όπου μεταξύ άλλων τέθηκαν ερωτήσεις για την ενόχληση λόγω των μεταβλητών-διακυμαινόμενων συνθηκών έντασης φωτισμού. Αναφορικά με τη διακύμανση, παρατηρήθηκε πως το απόλυτο ποσό μεταβολής της έντασης φωτισμού δεν είχε απόλυτη αντιστοιχία με τον βαθμό οπτικής όχλησης των χρηστών αλλά ότι ο βαθμός αυτός δυσφορίας είχε άμεση εξάρτηση από την αρχική ένταση φωτισμού που επικρατούσε στα πλαίσια διενέργειας της εκάστοτε εργασίας των εργαζομένων. Η μικρότερη ενόχληση σημειώθηκε στις περιπτώσεις όπου υπήρχε υψηλότερη αρχική ένταση φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας των χρηστών. Επίσης κατέληξαν στην προτεινόμενη στάθμη φωτισμού για γραφεία, η οποία δε θα πρέπει να είναι λιγότερο από 650 lux όταν πρόκειται για συστήματα φωτισμού που διαθέτουν αυτόματο ελεγκτικό μηχανισμό (dimmer systems) και προκαλούν συχνή διακύμανση των εντάσεων φωτισμού. 40

47 Κεφάλαιο 4 Μελέτη εφαρμογής 4.1 Παρουσίαση μεθοδολογίας Στόχος της παρούσας εργασίας είναι να διερευνηθεί η ανθρώπινη αντίληψη αναφορικά με τους διάφορους παράγοντες που συντελούν στην επίτευξη των συνθηκών οπτικής άνεσης σε χώρους γραφείων. Ως αντικείμενο-κτίριο μελέτης επιλέχθηκε το Κτίριο γραφείων του Τομέα Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος του τμήματος Πολιτικών μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Σχήμα 4.1: Γεωγραφική απεικόνιση θέσης κτιρίου μελέτης Η διερεύνηση των παραμέτρων οπτικής άνεσης πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια ερωτηματολογίων που συμπληρώθηκαν από τους χρήστες του κτιρίου (ποιοτική ανάλυση) προς σύγκριση με τα εξαγόμενα ποσοτικά μεγέθη που προέκυψαν από τις μετρήσεις με τη βοήθεια λουξομέτρου, καθώς επίσης την προσομοίωση φωτισμού του χώρου με τη βοήθεια του σχεδιαστικού προγράμματος φωτισμού Dialux Εvo. Για τη στατιστική ανάλυση και την εξαγωγή συμπερασμάτων χρησιμοποιήθηκε επίσης αρχείο υπολογιστικών φύλλων (excel). Πιο συγκεκριμένα, συντάχθηκε ερωτηματολόγιο με σκοπό να αποτυπωθεί η αντίληψη του χρήστη αναφορικά με τις επιμέρους παραμέτρους οπτικής άνεσης στους χώρους γραφείων. Εξετάστηκαν οι επικρατούσες συνθήκες κατά την ώρα της επίσκεψης αλλά και γενικότερα κατά τις ώρες εργασίας στο χώρο, όσον αφορά στην επάρκεια και ποιότητα φυσικού και τεχνητού φωτισμού, η παρουσία φαινομένων θάμβωσης και οι απαιτήσεις-προτιμήσεις των χρηστών. 41

48 1 ος όροφος: 2 ος όροφος: Σχήμα 4.2: Κατόψεις 1 ου και 2 ου ορόφου του κτιρίου μελέτης. Με κόκκινη διαγράμμιση επισημαίνονται τα γραφεία που συμμετείχαν στην έρευνα. Στην έρευνα συμμετείχαν δέκα γραφεία, τέσσερα στον πρώτο όροφο και έξι στον δεύτερο όροφο του κτιρίου, εκ των οποίων τα έξι διαθέτουν ανοίγματα με προσανατολισμό στο Νότο και τα τέσσερα στο Βορρά (Σχ:4.2). Tο δείγμα αποτελούν πέντε άντρες και πέντε γυναίκες ηλικίας από 40 έως 60 ετών, με κοινές ανάγκες όσον αφορά στις συνθήκες εργασίας τους, καθώς είναι όλοι καθηγητές. Οι διεργασίες που πραγματοποιούνται και επηρεάζουν προφανώς τις απαιτούμενες συνθήκες οπτικής άνεσης στους χώρους αυτούς είναι η ανάγνωση, γραφή και χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή. Στη συνέχεια παρατίθεται το ερωτηματολόγιο που συντάχθηκε για τους σκοπούς της παρούσας έρευνας. 42

49 ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΟΠΤΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ ΧΩΡΩΝ ΓΡΑΦΕΙΩΝ 1. Το επίπεδο οπτικής άνεσης αυτή τη στιγμή στο χώρο μου είναι: Καθόλου ικανοποιητικό Απόλυτα ικανοποιητικό-ιδανικό 2. Αναφορικά με το οπτικό περιβάλλον στο γραφείο μου, είμαι: Καθόλου ικανοποιημένος Απόλυτα ικανοποιημένος 3. Αναφορικά με την επάρκεια φωτισμού στο γραφείο μου, είμαι: Καθόλου ικανοποιημένος Απόλυτα ικανοποιημένος 4. Tα επίπεδα φυσικού φωτισμού στο γραφείο μου, είναι: Πολύ χαμηλά Πολύ υψηλά 5. Ο φυσικός φωτισμός στο γραφείο μου, κατά τη διάρκεια της ημέρας, είναι: Σταθερός Με πολλές διακυμάνσεις 6. Η κατανομή του φυσικού φωτισμού στο γραφείο μου είναι: Ομοιόμορφη Ανομοιόμορφη 7. Τα επίπεδα τεχνητού φωτισμού στο γραφείο μου είναι: Πολύ χαμηλά Πολύ υψηλά 8. Ο τεχνητός φωτισμός στο γραφείο μου είναι: Σταθερός Με πολλές διακυμάνσεις 9. Η κατανομή του τεχνητού φωτισμού στο γραφείο μου είναι: Ομοιόμορφη Ανομοιόμορφη 10. Όταν εργάζομαι στο γραφείο προτιμώ να χρησιμοποιώ: Μόνο φυσικό φωτισμό Μόνο τεχνητό φωτισμό Συνδυασμό Αιτιολογήστε: 43

50 11. Εντοπίζετε φαινόμενα θάμβωσης κατά την εργασία σας στο γραφείο; Καθόλου Πολύ έντονα 12. Που αποδίδετε την αιτία θάμβωσης; Στην άμεση ακτινοβολία από τον ήλιο Στην άμεση ακτινοβολία από τεχνητό φωτισμό Σε ανακλάσεις της ακτινοβολίας σε επιφάνειες (τοίχοι, γραφεία, οθόνες κ.ά.) Άλλο, παρακαλώ προσδιορίστε: 13. Θεωρείτε πως το μέγεθος των ανοιγμάτων του γραφείου σας σε αναλογία με το εμβαδόν του, είναι: Πολύ μικρό Πολύ μεγάλο 14. Ποιες από τις παρακάτω παρεμβάσεις θεωρείτε πως θα συντελούσαν στη βελτίωση των συνθηκών οπτικής άνεσης του χώρου γραφείου σας (Προσδιορίστε): Αλλαγή υαλοπινάκων Προσθήκη συστημάτων σκίασης.. Αλλαγή τύπου λαμπτήρων. Δυνατότητα ελέγχου φυσικού φωτισμού Δυνατότητα ελέγχου τεχνητού φωτισμού.. Αλλαγή περιβάλλοντος (χρώμα, επιφάνειες) Άλλο Βάλτε σε σειρά προτεραιότητας, 1-6, τις παρακάτω παραμέτρους οπτικής άνεσης για το χώρο εργασίας σας: Ένταση φωτισμού Απουσία θάμβωσης Ύπαρξη παραθύρων Εξωτερική θέα Γενικότερο περιβάλλον εργασίας (Διακόσμηση, Χρώμα κλπ) Άλλο 44

51 Κατά τη διάρκεια απάντησης του ερωτηματολογίου από τους χρήστες του κτιρίου πραγματοποιήθηκε αποτύπωση του χώρου και λήψη μετρήσεων της υπάρχουσας στάθμης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας. Στόχος της ενέργειας αυτής ήταν να υπολογίσουμε με γνωστές μαθηματικές σχέσεις τις παραμέτρους οπτικής άνεσης ώστε να γίνει συσχέτιση με τις απαντήσεις των χρηστών. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια λουξομέτρου (Σχ: 4.3) που παραχωρήθηκε από το τμήμα της σχολής. Σχήμα 4.3: Roline Digital Lux Meter RO1332 Η αποτύπωση των γραφείων έγινε με τη βοήθεια του σχεδιαστικού προγράμματος AutoCad ώστε να καταγραφούν τα τεχνικά χαρακτηριστικά του χώρου αλλά και ο θέσεις των γραφείων και κατά συνέπεια των σημείων μέτρησης στην επιφάνεια εργασίας του καθενός (Σχ:4.4). Σχήμα 4.4: Αποτύπωση χώρου μελέτης στο Autocad 45

52 Στη συνέχεια έγινε η εισαγωγή των χαρακτηριστικών-δεδομένων των χώρων στο πρόγραμμα Dialux Evo 7, προς περαιτέρω επεξεργασία, το οποίο αποτελεί ένα από τα πιο σύγχρονα και ελεύθερα προγράμματα μελέτης και σχεδιασμού φωτισμού. Παρέχει πολλές δυνατότητες τόσο όσον αφορά στις επιλογές τεχνητού φωτισμού όσο και την εκτίμηση ποικίλων παραμέτρων που επηρεάζουν τις τελικές συνθήκες φωτισμού και οπτικής άνεσης σε διαφόρους χώρους. Επιλέγοντας το πρότυπο εργασίας που αντιστοιχεί στους χώρους γραφείων στους οποίους τις ανάγκες των χρηστών αποτελούν ο συνδυασμός εργασιών γραφής, ανάγνωσης και επεξεργασίας δεδομένων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, οι απαιτούμενες συνθήκες φωτισμού, είναι: Ένταση φωτισμού στο επίπεδο εργασίας (Εm): 500 lx Ένταση φωτισμού στον περιβάλλοντα χώρο (Em): 300 lx Ένταση φωτισμού στην περιοχή του φόντου (Em): 100 lx Ομοιομορφία φωτισμού Emin/Em: 0,6 Δείκτης θάμβωσης UGR: <19 Με την εισαγωγή του αρχείου DWG από το Autocad, καταχωρήθηκαν τα γενικότερα χαρακτηριστικά του κτιρίου, όπως ο προσανατολισμός Βορρά-Νότου και η τοποθεσία του κτιρίου. Συγκεκριμένα ορίστηκαν οι γεωγραφικές συντεταγμένες (40,62 ο, 22,96 ο ) που αντιστοιχούν στο γεωγραφικό μήκος και πλάτος του κτιρίου Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος του τμήματος Πολιτικών μηχανικών του Α.Π.Θ (Google Maps). Tο εξωτερικό περιβάλλον του κτιρίου χαρακτηρίζεται από ήπια κυκλοφορία πεζών και επιβατικών οχημάτων. Αν και δε λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς του φωτισμού στο εσωτερικό του χώρου είναι ενδεικτικό για την εκτίμηση της σκέδασης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Σχεδιάζοντας τα εξωτερικά και εσωτερικά περιγράμματα των χώρων, τα γραφεία στα οποία έγινε η έρευνα παρουσιάζουν κοινά χαρακτηριστικά όσον αφορά στις διαστάσεις: Μήκος γραφείων με Νότιο προσανατολισμό: 5,70 m Μήκος γραφείων με Βόρειο προσανατολισμό: 6,80m Πλάτος: 3,60 m Καθαρό ύψος ορόφου: 3,95 m Προστέθηκαν επίσης έπιπλα γραφείων στις ενδεικτικές θέσεις σύμφωνα με την αποτύπωση ώστε να οριστούν στη συνέχεια και τα σημεία λήψης μετρήσεων για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων. 46

53 Εισήχθησαν τα ανοίγματα των παραθύρων καθορίζοντας τις διαστάσεις και τη θέση τους στο χώρο: Διαστάσεις ανοιγμάτων: 3*(1,2*2,4) m Ύψος ποδιάς κουφωμάτων: 0,85 m Επίσης, προστέθηκαν εσωτερικά σκίαστρα τα οποία εισάγονται από ηλεκτρονικούς καταλόγους εταιρειών συνεργαζόμενες με το πρόγραμμα. Το κτίριο μελέτης διαθέτει εξωτερικές, κάθετες, μεταλλικές περσίδες σκίασης, σταθερής κλίσης, καθ όλο το μήκος της Νότιας πρόσοψης, οι οποίες σχεδιάστηκαν προκειμένου να ληφθούν υπόψη στους υπολογισμούς και εφόσον δεν ήταν δυνατή η εύρεση αντίστοιχου συστήματος σκίασης από τους περιεχόμενους στο πρόγραμμα καταλόγους. Εφόσον δημιουργήθηκε ο χώρος εργασίας, εισήχθησαν τα δεδομένα για τη μελέτη φωτισμού(σχ:4.5). Σχήμα 4.5: Σχηματική απεικόνιση του χώρου μελέτης στο πρόγραμμα Dialux evo Επιλέγοντας το αντίστοιχο μοντέλο ουρανού, δημιουργώντας Φωτεινές σκηνές, το Dialux υπολογίζει τις παραμέτρους για καθαρό, μέσο και νεφοσκεπή ουρανό και για απουσία φωτός ημέρας όταν υπολογίζει τον τεχνητό φωτισμό. 47

54 Στη συγκεκριμένη μελέτη καταγράφηκαν αποτελέσματα για καθαρό ουρανό προκειμένου να υπολογιστεί το ποσοστό θάμβωσης και για νεφοσκεπή ουρανό προκειμένου να εκτιμηθεί η επάρκεια φυσικού φωτισμού στο χώρο. Καταχωρώντας ημερομηνία και ώρα λαμβάνεται υπόψη η μεταβολή στο ύψος του ηλίου, της γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας και η κατανομή φωτεινότητας στον ουράνιο θόλο, υπολογίζοντας τη διακύμανση στα επίπεδα φωτισμού κατά τη διάρκεια της ημέρας ή των εποχών. Πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί για τις ημέρες 21/12 (χειμερινό ηλιοστάσιο) σε συνθήκες νεφοσκεπούς ουρανού και 21/06 (θερινό ηλιοστάσιο) σε συνθήκες καθαρού ουρανού, προκειμένου να εκτιμηθούν τα ελάχιστα και μέγιστα ποσά έντασης φωτισμού, δείκτη θάμβωσης UGR, ομοιομορφίας και κατά συνέπεια η ικανοποίηση των συνθηκών οπτικής άνεσης κατά τη διάρκεια του έτους. Επίσης, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί για την ακριβή ημερομηνία και ώρα της επίσκεψης προκειμένου να προσεγγιστούν οι πραγματικές συνθήκες οπτικής άνεσης τη στιγμή συμπλήρωσης του ερωτηματολογίου από τον χρήστη. Για την κάθε μία κατάσταση ουρανού και για κάθε χώρο υπολογίστηκαν και καταγράφηκαν, η οριζόντια ένταση φωτισμού, ο δείκτης θάμβωσης UGR, ο παράγοντας φυσικού φωτισμού Daylight Factor και η ομοιομορφία φυσικού φωτισμού. Για τους υπολογισμούς λήφθηκαν υπόψη: Ύψος επιφάνειας εργασίας: 0,80 m Ύψος μέτρησης των κυλινδρικών εντάσεων φωτισμού: 1,20 m Δείκτης αναπαραγωγής χρώματος (Ra): 80 Σημαντικούς παράγοντες για την ορθή εκτίμηση των παραμέτρων φυσικού φωτισμού αποτελούν ο τύπος και οι ιδιότητες του υαλοπίνακα. Στην προκειμένη περίπτωση, λήφθηκαν υπόψη διπλοί υαλοπίνακες και έγινε αντίστοιχη διόρθωση (μείωση) των βαθμών διαπερατότητας και ανάκλασης λόγω ύπαρξης ελαφριάς σκόνης. Πιο συγκεκριμένα, οι τιμές που συμμετείχαν στον υπολογισμό, είναι: Βαθμός ανάκλασης: 15 % Βαθμός μεταβίβασης-διαπερατότητα: 80 % Δείκτης διάθλασης: 1,5 Για τις υπόλοιπες επιφάνειες λήφθηκαν υπόψη τα επιμέρους υλικά και χρωματισμοί για την εκτίμηση των συντελεστών ανάκλασης. Όλοι οι χώροι εμφανίζουν ανοιχτόχρωμους τόνους του μπεζ-γκρι στον χρωματισμό των τοίχων-οροφών και διαθέτουν μωσαϊκό δάπεδο ανοιχτού τόνου (ξανθό-κίτρινο). Οι επιφάνειες εργασίας είναι μελαμίνης, ματ σε ανοιχτό χρωματισμό, οι εσωτερικές περσίδες σε ανοιχτό γκρι, ματ, χρωματισμό και οι εξωτερικές περσίδες είναι μεταλλικές γκρι-ασημί, με ελάχιστο 48

55 ποσοστό κατοπτρισμού (2%). Οι εκτιμώμενες τιμές συντελεστών ανάκλασης, οι οποίες συμμετείχαν στον υπολογισμό είναι: Οροφή-Τοίχοι: 77 % Δάπεδο: 25 % Επιφάνεια εργασίας: 50 % Περσίδες εξωτερικές μεταλλικές: 32 % Περσίδες εσωτερικές-οριζόντιες: 64 % Παρατίθενται παρακάτω κάποιες ενδεικτικές τιμές για το συντελεστή ανάκλασης χαρακτηριστικών υλικών (Σχ:4.6): καθαρό γυαλί 6-8% πρισματικό γυαλί 5-20% Γύψος, σοβάς, κονίαμα 70-80% κεραμικό τούβλο, κόκκινο, καινούριο 10-15% τσιμέντο / σκυρόδεμα 20-30% ξύλο (ανοιχτό) 30-60% ξύλο (σκούρο) 10-15% Σχήμα 4.6: Τιμές συντελεστή ανάκλασης επιφανειών (Πηγή: Dialux, CIE) Επίσης, συνήθεις τιμές του συντελεστή μετάδοσης χαρακτηριστικών υλικών (Σχ:4.7): καθαρό γυαλί 90-92% πρισματικό γυαλί 70-90% Πλαστικό (λευκό, διαφανές) 40-60% Σχήμα 4.7: Τιμές συντελεστή μετάδοσης υλικών (Πηγή: Dialux, CIE) Τα εξαγόμενα αριθμητικά αποτελέσματα των μετρήσεων, με τη βοήθεια του προγράμματος, συνοδεύονται από αντίστοιχη διαγραμματική απεικόνιση, ενώ είναι δυνατή και η δημιουργία φωτορεαλιστικής εικόνας όπως φαίνεται στα σχήματα που ακολουθούν (Σχ:4.8 και Σχ:4.9). 49

56 Σχήμα 4.8: Ενδεικτική διαγραμματική απεικόνιση έντασης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας Σχήμα 4.9: Φωτορεαλιστική απεικόνιση φωτισμού του χώρου μελέτης 50

57 4.2 Αποτελέσματα έρευνας Εξαγόμενα ερωτηματολογίων Αρχικά, έγινε εκτίμηση του αισθήματος ικανοποίησης των συνθηκών οπτικής άνεσης από τους χρήστες κατά τη δεδομένη χρονική στιγμή επίσκεψης του χώρου. Καταγράφηκαν οι υπάρχουσες συνθήκες, όπως η χρήση σκιάστρων είτε τεχνητού φωτισμού, για το κάθε γραφείο προκειμένου να γίνει αξιολόγηση των απαντήσεων και των μετρήσεων που λήφθηκαν. Οι μεταβολή των συνθηκών στον κάθε χώρο έγκειται κυρίως στο γεγονός διαφορετικής χρήσης των εσωτερικών σκιάστρων, του τεχνητού φωτισμού και της διαρρύθμισης των επίπλων γραφείων. Οι επισκέψεις πραγματοποιήθηκαν κατά το διάστημα Οκτωβρίου και ώρες 10:30 π.μ. έως 1:30 μ.μ., υπό συνθήκες αίθριου ουρανού ώστε να είναι κατά το δυνατόν συγκρίσιμα τα εξαγόμενα αποτελέσματα. Αναφορικά με το αίσθημα ικανοποίησης των συνθηκών οπτικής άνεσης κατά τη στιγμή επίσκεψης, όλοι οι χρήστες εμφανίζονται ικανοποιημένοι, οι περισσότεροι εκ των οποίων απόλυτα (Σχ: 4.10). Αίσθηση ικανοποίησης συνθηκών οπτικής άνεσης % 25% 50% 75% 100% Σχήμα 4.10: Ποσοστιαία κατανομή του βαθμού ικανοποίησης των συνθηκών οπτικής άνεσης τη δεδομένη χρονική στιγμή απάντησης του ερωτηματολογίου Χαμηλότερα ποσοστά ικανοποίησης συνδέονται άμεσα με τη δυσαρέσκεια για το οπτικό περιβάλλον, επίπλωση, χρωματισμοί, διαρρύθμιση. Πιο συγκεκριμένα, οι αρνητικές απαντήσεις αφορούν στην αισθητική του χώρου εργασίας των χρηστών, καθώς είναι επιθυμητή η μεγαλύτερη ομοιομορφία στους χρωματισμούς και τα υλικά των επιφανειών. Επισημάνθηκε επίσης, η μη προσωπική επιλογή του εξοπλισμού και της διάταξης των επίπλων (Σχ:4.11). 51

58 Βαθμός ικανοποίησης αναφορικά με το οπτικό περιβάλλον % 25% 50% 75% 100% Σχήμα 4.11: Κατανομή του ποσοστού ικανοποίησης από το γενικότερο οπτικό περιβάλλον Η αίσθηση επάρκειας φωτισμού παρουσιάζεται εξαιρετικά ικανοποιητική με όλες τις τιμές να βρίσκονται πάνω από τον μέσο όρο, όπως φαίνεται διαγραμματικά στο σχήμα που ακολουθεί (Σχ:4.12). Επάρκεια φωτισμού Αριθμός ατόμων Καθόλου 2 Λίγο 3 Μέτρια 4 Αρκετά Ποσοστό ικανοποίησης επάρκειας φωτισμού 5 Απόλυτα Σχήμα 4.12: Εκτίμηση του ποσοστού ικανοποίησης αναφορικά με την επάρκεια φωτισμού Πηγή φυσικού φωτισμού αποτελούν τα μεγάλα ανοίγματα καθ όλο το μήκος της νότιας ή βόρειας πλευράς αντίστοιχα των γραφείων, ενώ για τον τεχνητό φωτισμό χρησιμοποιούνται λαμπτήρες φθορίου των 58W με μήκος 1,5 μ. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το αίσθημα ικανοποίησης της επάρκειας φωτισμού φαίνεται να εξαρτάται άμεσα από την στάθμη έντασης του φυσικού 52

59 φωτισμού (Σχ:4.13). Μεγαλύτερα ποσοστά ικανοποίησης της επάρκειας φωτισμού αντιστοιχούν και σε μεγαλύτερες τιμές έντασης φυσικού φωτισμού. Επίπεδα φυσικού φωτισμού Αριθμός ατόμων Πολύ χαμηλά Χαμηλά Μέτρια Υψηλά Πολύ υψηλά Εκτίμηση επιπέδων έντασης φυσικού φωτισμού Σχήμα 4.13: Εκτίμηση έντασης φυσικού φωτισμού Σχετικά με τη διακύμανση του φυσικού φωτισμού κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι υψηλότερες τιμές διακύμανσης αντιστοιχούν στα γραφεία με ανοίγματα στο Νότο ενώ αντιθέτως, όλοι οι χρήστες των γραφείων με ανοίγματα στο Βορρά χαρακτήρισαν τα επίπεδα φυσικού φωτισμού σταθερά κατά τη διάρκεια της ημέρας. Όσον αφορά στην ομοιομορφία της κατανομής του φυσικού φωτισμού, οι περισσότερες παρατηρήσεις φαίνονται θετικές, γεγονός που αποδίδεται στα μεγάλα ανοίγματα όλων των γραφείων. Οι δυσμενείς απαντήσεις ανήκουν και πάλι σε γραφεία με Νότιο προσανατολισμό (Σχ:4.14). Κατανομή φυσικού φωτισμού Διακύμανση Ομοιομορφία 10 1 Απαράδεκτο 2 Αρνητικό 3 Μέτριο 4 Ικανοποιητικό Αξιολόγηση επιπέδου διακύμανσης και ομοιομορφίας της κατανομής φυσικού φωτισμού 5 Ιδανικό Αριθμός ατόμων Σχήμα 4.14: Αίσθηση του χρήστη σχετικά με: α) Σταθερότητα και β) Ομοιομορφία του φυσικού φωτισμού στο χώρο του γραφείου του 53

60 Επίπεδα τεχνητού φωτισμού Αριθμός ατόμων Πολύ χαμηλά Χαμηλά Μέτρια Υψηλά Πολύ υψηλά Εκτίμηση επιπέδων έντασης από τεχνητό φωτισμό Σχήμα 4.15: Εκτίμηση έντασης τεχνητού φωτισμού Η αποτίμηση της έρευνας για την επάρκεια του τεχνητού φωτισμού είναι θετική με μόνη απόκλιση την περίπτωση γραφείου με ανοίγματα στο Νότο και πολύ υψηλή ένταση φυσικού φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας του χρήστη (Σχ:4.15). Η αίσθηση των χρηστών όσον αφορά στη σταθερότητα και ομοιομορφία του τεχνητού φωτισμού φαίνεται να ταυτίζεται και να είναι θετική. Επίσης, φαίνεται η σχέση των δύο παραμέτρων να είναι αναλογική στην αντίληψη του χρήστη, με κάποια απόκλιση στην αίσθηση ομοιόμορφης κατανομής του τεχνητού φωτισμού, η οποία μπορεί να αποδοθεί στη διαφορετική διάταξη των θέσεων εργασίας ανά χώρο (Σχ:4.16). Κατανομή τεχνητού φωτισμού Σταθερός-με πολλές διακυμάνσεις Ομοιόμορφη-Ανομοιόμορφη Σχήμα 4.16: Αίσθηση του χρήστη σχετικά με: α) Σταθερότητα και β) Ομοιομορφία του τεχνητού φωτισμού στο χώρο του γραφείου του 54

61 Αίσθηση θάμβωσης 1 Ανυπόφορη 2 Έντονη 3 Οριακή 4 Ανεκτή Αξιολόγηση κατάστασης δυσφορίας από θάμβωση 5 Ελάχιστη Αριθμός ατόμων Σχήμα 4.17: Κατανομή παρατηρήσεων ως προς την αίσθηση θάμβωσης Τα φαινόμενα θάμβωσης μεγιστοποιούνται στο κάτω δεξιό τμήμα του διαγράμματος Άρρηκτα συνδεδεμένη με τη στάθμη έντασης φωτισμού, αλλά και με τις διακυμάνσεις και την ομοιομορφία του, εμφανίζεται η αίσθηση θάμβωσης (Σχ:4.17). Οι δυσμενέστερες απαντήσεις με τις υψηλότερες τιμές θάμβωσης αντιστοιχούν αποκλειστικά στα γραφεία με ανοίγματα στο Νότο όπου εμφανίστηκαν υψηλότερα και τα ποσά των υπόλοιπων παραμέτρων (έντασης, διακύμανσης). Κύριες πηγές θάμβωσης αποτελούν η άμεση ηλιακή ακτινοβολία στην περίπτωση των χώρων με Νότιο προσανατολισμό και η ανάκλαση του φυσικού φωτός στις επιφάνειες (έπιπλα, οθόνη υπολογιστή), ενώ δεν παρατηρήθηκαν ενοχλήσεις από τη χρήση του τεχνητού φωτισμού σε καμία περίπτωση (Σχ:4.18). Σχήμα 4.18: Απόδοση αιτιών πρόκλησης του φαινομένου θάμβωσης 55

62 Μία ακόμη αναλογική σχέση προκύπτει ανάμεσα στη θάμβωση και στο άνοιγμα των παραθύρων, καθώς οι χρήστες που ενοχλούνται από φαινόμενα θάμβωσης χαρακτηρίζουν το μέγεθος των παραθύρων μεγάλο αναλογικά με το εμβαδόν του χώρου. Ωστόσο, τα φαινόμενα θάμβωσης από το φυσικό φως δεν φαίνεται να καταλαμβάνουν τόσο σημαντική θέση στην επιρροή της οπτικής άνεσης επιβεβαιώνοντας τη θεωρία που θέλει το ανθρώπινο οπτικό σύστημα πιο ανεκτικό στις υψηλές στάθμες φωτισμού και την παρουσία θάμβωσης που προέρχεται από το φυσικό φως, σε αντίθεση με την περίπτωση που προέρχεται από τεχνητό φωτισμό. Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός πως παρόλο που κάποιοι χρήστες δήλωσαν ενόχληση από την ύπαρξη θάμβωσης, διατηρούσανε ανοιχτά τα εσωτερικά σκίαστρα των παραθύρων τους κατά τη δεδομένη χρονική στιγμή. Η πλειοψηφία των χρηστών προτιμά να δουλεύει μόνο με το φυσικό φως της ημέρας και περιορίζεται στο συνδυασμό φυσικού και τεχνητού μόνο κατά την εργασία κατά τις απογευματινές ώρες, είτε σε συνθήκες εξαιρετικά συννεφιασμένου ουρανού (Σχ:4.19). Άλλος λόγος προτίμησης χρήσης του συνδυασμού φυσικού και τεχνητού φωτός εμφανίζεται να είναι η επιθυμία για πιο σταθερή στάθμη και αύξηση της ομοιομορφίας του φωτισμού στο χώρο. Τέλος, συνδυασμός των δύο προτιμάται και σε περιπτώσεις προβλημάτων όρασης, καθώς θεωρείται πως υψηλότερη στάθμη φωτισμού είναι περισσότερο αποδοτική και ξεκούραστη για το οπτικό σύστημα. Προτιμητέο σύστημα φωτισμού Αριθμός ατόμων Μόνο φυσικό φωτισμό Μόνο τεχνητό φωτισμό Συνδυασμός φυσικούτεχνητού Προτιμότερη πηγή φωτισμού κατά την εργασία Σχήμα 4.19: Κατανομή απαντήσεων αναφορικά με το προτιμητέο σύστημα φωτισμού στο χώρο εργασίας-γραφείου 56

63 Ταξινόμηση παραμέτρων για την επίτευξη συνθηκών οπτικής άνεσης Παράγοντας οπτικής άνεσης Γενικότερο περιβάλλον εργασίας Εξωτερική θέα Ύπαρξη παραθύρων Απουσία θάμβωσης Ένταση φωτισμού Βαρύτητα σημασίας για την πλήρωση συνθηκών οπτικής άνεσης σε χώρους γραφείων Σχήμα 4.20: Κατάταξη σπουδαιότητας των επιμέρους παραμέτρων για την επίτευξη συνθηκών οπτικής άνεσης σε χώρους γραφείων Η βαρύτητα του φυσικού φωτισμού στην επίτευξη των συνθηκών οπτικής άνεσης επιβεβαιώνεται από την κατάταξη της ύπαρξης παραθύρων, ως παράγοντα επιρροής των συνθηκών οπτικής άνεσης, στην πρώτη θέση προτιμήσεων, από όλους τους χρήστες του κτιρίου μελέτης (Σχ:4.20). Πρώτη στις προτιμήσεις, αναφορικά με τις ενδεχόμενες παρεμβάσεις για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών οπτικής άνεσης, είναι η δυνατότητα ελέγχου και χειρισμού του φυσικού φωτισμού. Δεδομένου ότι η απάντηση αυτή αντιπροσωπεύει τους χρήστες των γραφείων με Νότιο προσανατολισμό, παραπέμπει στην επιθυμία ελέγχου της κλίσης των εξωτερικών περσίδων ο οποίος, στην παρούσα, δεν είναι δυνατός. Δεύτερη σε προτίμηση παρέμβαση, αποτελεί η δυνατότητα επιλογής και αλλαγής του περιβάλλοντα χώρου του γραφείου, γεγονός που επισημαίνει την ψυχολογική διάσταση και την υποκειμενικότητα όσον αφορά στην επίτευξη των συνθηκών οπτικής άνεσης ανάλογα με τον χρήστη. Τέλος, επιθυμητές φαίνονται οι παρεμβάσεις που αφορούν τη δυνατότητα ρύθμισης των επιπέδων τεχνητού φωτισμού (dimmer, ξεχωριστό άναμμα φωτιστικών) και την αντικατάσταση των λαμπτήρων με πιο σύγχρονους, προσομοιάζοντας περισσότερο στο φυσικό φως της ημέρας. 57

64 2.2.2 Εξαγόμενα των επί τόπου μετρήσεων Από τις επί τόπου μετρήσεις στην επιφάνεια εργασίας των επί μέρους χώρων γραφείων, υπολογίστηκε η τιμή έντασης φωτισμού (Ε) στο σημείο εργασίας του κάθε χρήστη (Σχ:4.21), ώστε να γίνει εκτίμηση των επιπέδων φωτισμού και στη συνέχεια σύγκριση με τις απαντήσεις αναφορικά με την αίσθηση επάρκειας φωτισμού και πλήρωσης των συνθηκών οπτικής άνεσης, τη δεδομένη στιγμή συμπλήρωσης του ερωτηματολογίου. Επιβεβαιώνεται το γεγονός ότι σε όλες τις περιπτώσεις πληρούνται οι απαιτούμενες στάθμες φωτισμού, οι οποίες ορίζονται στα 500 lux για τους χώρους γραφείων. Οι δύο χαμηλότερες τιμές των 323 lux και 396 lux που αντιστοιχούν στα γραφεία 104 και 106 χαρακτηρίστηκαν ως επαρκείς από τους χρήστες κατά την απάντηση του ερωτηματολογίου, επιβεβαιώνοντας πως σε περιπτώσεις που κύρια πηγή φωτισμού είναι το φυσικό φως, οι απαιτήσεις σε ένταση μειώνονται. Μάλιστα, θεωρούνται ικανοποιητικές τιμές έντασης φωτισμού από 300 μέχρι 500 lux. Στην αντίθετη περίπτωση, για τις δύο μέγιστες τιμές μετρήσεων 1188 lux και 1137 lux, εκτιμήθηκαν οι συντελεστές θάμβωσης SR. Οι τιμές του SR υπολογίστηκαν 1,66 και 1,69 για τα γραφεία 201 και 206, τιμές που αντιστοιχούν σε οριακή κατάσταση δυσφορίας, ωστόσο σε καμία περίπτωση δεν εκφράστηκε από τους χρήστες ενόχληση λόγω θάμβωσης. Πράγματι, επιβεβαιώνεται και από έρευνες του παρελθόντος ότι το ανθρώπινο μάτι δείχνει μεγάλη ανεκτικότητα όταν τα φαινόμενα θάμβωσης προέρχονται από φυσικό φωτισμό. Επίσης, σημαντικούς παράγοντες αποτελούν, η γωνία από το σημείο παρατήρησης με την πηγή θάμβωσης και η απόσταση, που και στις δύο περιπτώσεις ήταν αρκετά ευνοϊκές. Μετρήσιμη ένταση φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας Ε (lux) Τιμή έντασης Ε (lux) Γραφείο μέτρησης Σχήμα 4.21: Μετρούμενες τιμές έντασης φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας ανά χώρο, των γραφείων που συμμετείχαν στην έρευνα 58

65 4.2.3 Εξαγόμενα των υπολογισμών βάσει προσομοίωσης (Dialux) Για την καλύτερη και ορθότερη εκτίμηση των επικρατούντων συνθηκών οπτικής άνεσης κατά τη στιγμή συμπλήρωσης του ερωτηματολογίου, έγινε υπολογισμός των επί μέρους παραμέτρων φωτισμού για την ημέρα και ώρα επίσκεψης και λαμβάνοντας υπόψη τις δεδομένες συνθήκες, όπως για παράδειγμα κατεβασμένα στόρια, ανοιχτά φώτα και φυσικά η θέση εργασίας του χρήστη, ώστε να γίνει η καλύτερη δυνατή προσέγγιση στις πραγματικές επικρατούσες συνθήκες και η σύγκριση με τις απαντήσεις του καθενός στο ερωτηματολόγιο. Οι απαραίτητες παράμετροι υπολογισμού είναι η οριζόντια ένταση φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας προκειμένου να συγκριθεί με τα 500 lux ως προς την επάρκεια και ο δείκτης θάμβωσης UGR ο οποίος θα πρέπει να είναι χαμηλότερος του 19 για χώρους γραφείων προκειμένου να μην αντιμετωπίζουν οι χρήστες φαινόμενα θάμβωσης. Ωστόσο κρίθηκε χρήσιμο να καταγραφεί και η κάθετη ένταση φωτισμού καθώς είναι εκείνη που συμμετέχει στους υπολογισμούς για τον δείκτη θάμβωσης SR, ο οποίος υπολογίστηκε μαθηματικά, προκειμένου να υπάρξει μία σαφέστερη εικόνα του μεγέθους θάμβωσης, στο σημείο της θέσης εργασίας του χρήστη. Επίσης, υπολογίστηκε η ημισφαιρική ένταση φωτισμού στην κάθε θέση εργασίας ανά χώρο με σκοπό την αντιπαραβολή με τις τιμές της επί τόπου μέτρησης για την επιβεβαίωση της ορθότερης προσομοίωσης του χώρου και των συνθηκών, καθώς προσομοιάζει περισσότερο στον τρόπο μέτρησης του λουξομέτρου. Για την εκτίμηση της διακύμανσης και της ομοιομορφίας στην κατανομή του φυσικού φωτισμού έγινε υπολογισμός στο επίπεδο της επιφάνειας εργασίας. Αποτυπώθηκαν οι τιμές της μέσης, ελάχιστης και μέγιστης κάθετης έντασης φωτισμού, σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και διαφορετικές καταστάσεις ουράνιου θόλου. Σημαντικός δείκτης της επάρκειας φωτισμού είναι ο παράγοντας φυσικού φωτισμού Daylight Factor, ο οποίος υπολογίζεται αποκλειστικά σε νεφοσκεπή ουρανό, στην ωφέλιμη επιφάνεια φυσικού φωτισμού η οποία αποτελείται από κάναβο σημείων σε απόσταση ενός μέτρου από το περίγραμμα του χώρου και στο ύψος της επιφάνειας εργασίας (0,80μ). Με τα εξαγόμενα του κάθε χώρου και την αποτύπωση των τιμών υπολογισμού σε πίνακες, έγινε η συσχέτιση με την υποκειμενική αντίληψη των χρηστών ώστε να εκτιμηθούν και να σχολιαστούν τελικά οι παράγοντες που επηρεάζουν τις συνθήκες οπτικής άνεσης στους χώρους γραφείων. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συνοπτικά τα αποτελέσματα υπολογισμών ανά γραφείο, για τη δεδομένη χρονική στιγμή μέτρησης, που αφορούν τις συγκεκριμένες θέσεις εργασίας των συμμετεχόντων στην έρευνα ερωτηματολογίων: 59

66 Γραφείο 104: Προσανατολισμός: Νότιος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /12:55 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Μερικώς ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Όχι Σχήμα 4.22: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 104 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,99 0,817 Πιν 4.1: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.2: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.4, Emin/Emax = 0.15 UGR <10 60

67 Γραφείο 105: Προσανατολισμός: Νότιος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /13:05 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Μερικώς ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Όχι Σχήμα 4.23: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 105 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,02 0,817 Πιν 4.3: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.4: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.4, Emin/Emax = 0.15 UGR <10 61

68 Γραφείο 106: Προσανατολισμός: Νότιος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /10:40 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Μερικώς ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Ναι Σχήμα 4.24: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 106 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,08 0,965 Πιν 4.5: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.6: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: 1.94 Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.4, Emin/Emax = 0.15 UGR <10 62

69 Γραφείο 102: Προσανατολισμός: Νότιος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /13:00 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Μερικώς ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Όχι Σχήμα 4.25: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 102 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,09 1,843 Πιν 4.6: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.7: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: 1.89 Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.4, Emin/Emax = 0.15 UGR <10 63

70 Γραφείο 201: Προσανατολισμός: Νότιος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /14:00 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Τύπου κουρτίνες-ανοιχτόχρωμα (συμπεριλήφθηκαν στους συν/στές υαλοπίνακα) Τεχνητός φωτισμός: Όχι Σχήμα 4.26: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 201 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,83 2,35 Πιν 4.8: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.9: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.4, Emin/Emax = 0.15 UGR <10 64

71 Γραφείο 203: Προσανατολισμός: Νότιος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /11:00 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Όχι Σχήμα 4.27: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 203 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,24 1,359 Πιν 4.10: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.11: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.4, Emin/Emax = 0.15 UGR <10 65

72 Γραφείο 209: Προσανατολισμός: Βόρειος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /11:30 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Όχι Σχήμα 4.28: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 209 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,17 2,489 Πιν 4.12: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.13: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.6, Emin/Emax = 0.3 UGR <10 66

73 Γραφείο 211: Προσανατολισμός: Βόρειος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /14:05 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Ανοιχτά Τεχνητός φωτισμός: Ναι Σχήμα 4.29: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 211 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,16 1,923 Πιν 4.14: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.15: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.6, Emin/Emax = 0.3 UGR <10 67

74 Γραφείο 208: Προσανατολισμός: Βόρειος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /11:40 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Μερικώς (λευκά,συμπεριλήφθηκαν στους συντελεστές υαλοπινάκων) Τεχνητός φωτισμός: Ναι (2/4) Παρατηρήσεις: Διπλή σειρά κουφωμάτων Σχήμα 4.30: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 208 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,14 4,769 Πιν 4.16: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.17: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: 2,899 Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.6, Emin/Emax = 0.3 UGR <10 68

75 Γραφείο 206: Προσανατολισμός: Βόρειος Ημέρα/ Ώρα μέτρησης: /11:15 Συνθήκες ουρανού: Καθαρός Σκίαστρα: Δεν υπάρχουν καθόλου Τεχνητός φωτισμός: Όχι Παρατηρήσεις: Μεγαλύτερο μήκος (8,45μ) Σχήμα 4.31: Συνοπτική απεικόνιση κατανομής φυσικού φωτισμού στο γραφείο 206 E1 E1_h E1_v SR1 DF ,45 7,728 Πιν 4.18: Ημισφαιρική, οριζόντια, κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης SR, Daylight Factor για το σημείο(1) υπολογισμών Em_v Εmax_v SR Emin_h Emax_h , Πιν 4.19: Μέση, μέγιστη κάθετη ένταση φωτισμού, Δείκτης θάμβσης SR, Ελάχιστη και μέγιστη οριζόντια ένταση φυσικού φωτισμού για την επιφάνεια εργασίας των υπολογισμών Daylight Factor: 3,869 Oμοιομορφία U o=emin/em = 0.6, Emin/Emax = 0.25 UGR <10 69