Tehnici Moderne de Utilizare a Luminii Naturale în Iluminatul Interior

REZUMAT

Deschiderile destinate accesului luminii naturale pot avea un impact atât pozitiv, cât şi negativ asupra performanţei energetice globale a unei clădiri. Aporturile solare directe în interiorul clădirii pot determina o sarcină de răcire suplimentară, dar în acelaşi timp sistemele de iluminat artificial reduse (datorită integrării cu iluminatul natural) contribuie la o diminuare a costurilor pentru electricitate, precum şi la o reducere indirectă a sarcinii de răcire. O clădire corect concepută din punct de vedere al iluminatului natural poate oferi îmbunătăţiri semnificative ale performanţei energetice globale, atunci când toate aceste impacte sunt analizate în funcţie de tipul, destinaţia şi amplasamentul clădirii.

Scopul acestui articol este de a prezenta câteva sisteme de iluminat natural de înaltă tehnologie şi este numai rezultatul studiilor de documentare; în viitor, intenţia autorului este de a aprofunda aceste tehnici de utilizare a luminii naturale şi implementarea lor în medii de simulare performante (bazate pe programul Radiance, creat de Berkeley Laboratories, California, după principiul „raytracing” – urmărirea razei de lumină).

1. INTRODUCERE

În contextul preocupării tot mai accentuate asupra controlului emisiilor de carbon, încălzirii globale şi prelungirii duratei de viaţă a clădirilor, concepţia utilizării luminii naturale în clădiri non-rezidenţiale reprezintă o strategie importantă de îmbunătăţire a eficienţei energetice prin reducerea necesarului de iluminat electric, încălzire şi răcire. Prin implementarea tehnicilor şi sistemelor de iluminat natural avansate, se poate reduce considerabil consumul de energie electrică a acestor clădiri, concomitent cu o creştere semnificativă a calităţii mediului luminos interior.

Utilizarea eficientă a luminii naturale ca o componentă necesară prin calităţile sale în iluminatul interior a devenit un aspect extrem de important în tratarea modernă a concepţiei sistemelor de iluminat, pentru care trebuie realizată o integrare dinamică a componentei artificiale cu cea naturală, ţinând seama de criteriile caracteristice destinaţiei interiorului, în conexiune cu aspectele cantitative şi calitative ale mediului luminos interior confortabil, funcţional şi estetic.

Lumina naturală se distinge ca o sursă de lumină cu modificări unice şi continue de distribuţie şi spectru. Ea poate mări satisfacţia vizuală a persoanelor şi conserva energia, dacă se iau în considerare aspecte cum ar fi vederea, controlul orbirii, factorii umani şi integrarea sistemelor funcţionale ale clădirilor. Este necesar ca efectele luminii naturale să fie analizate în toate spaţiile în care este admisă, chiar dacă este folosită ca o sursă de lumină, cu scopul de a evita probleme de orbire sau de pagube produse asupra materialelor cu care intră în contact.

Pentru utilizarea corectă a luminii naturale în sistemele de iluminat interior, trebuie să se ţină seama de mai mulţi factori :

• factorii umani, incluzând aspecte legate de fiziologie, percepţie, preferinţe, comportament;

• efectele luminii naturale asupra materialelor (mobilă, piese de artă, plante etc.);

• admisia controlată a luminii solare directe;

• admisia controlată a luminii de zi difuze;

• efectele terenului şi ale clădirilor din jur asupra luminii disponibile;

• integrarea sistemelor clădirilor, incluzând iluminatul artificial, suprafeţele vitrate, geometria interioară, finisajele, sistemele de control (manual şi automat) şi climatizarea.

2. ASPECTE TEORETICE ALE ILUMINATULUI NATURAL

Utilizarea luminii naturale în interiorul clădirilor poate reduce necesarul de iluminat electric (artificial) în timpul zilei, menţinând la o valoare corespunzătoare nivelul de iluminare. Din moment ce accesul componentei termicei IR a luminii solare poate fi evitat prin folosirea suprafeţelor vitrate cu emisie scăzută sau cu selecţie spectrală, clădirea astfel echipată va avea evident o sarcină de răcire diminuată. În regiunile reci, unde predominantă este sarcina termică de încălzire, iluminatul natural contribuie, prin energia solară pasivă, la obţinerea de beneficii majore.

Integrarea iluminat natural – iluminat electric trebuie bazată pe o înţelegere corectă a rolului de ansamblu pe care îl joacă iluminatul în cadrul mediului interior al clădirii. Astfel, proiectantul trebuie să decidă ce rol individual joacă lumina naturală şi respectiv iluminatul electric pentru a îndeplini obiectivele sistemului de iluminat. Trebuie determinată contribuţia luminii naturale în spaţiul analizat la diferite momente din zi şi din cursul anului. Acest lucru presupune evaluarea nivelelor de iluminare prin valoare şi contur izolux, evaluarea valorilor absolute şi relative ale luminanţelor suprafeţelor iluminate natural, stabilirea zonelor iluminate natural, determinarea variaţiilor temporale ale disponibilului de lumină naturală (direcţie şi intensitate) şi a modului în care distribuţia luminii naturale se modifică în funcţie de gradul de utilizare a elementelor de control (al acessului luminii naturale – storuri, jaluzele reglabile etc.).

Modul de comportare a ansamblului sistem de iluminat natural + electric este foarte important. Astfel, pentru clădiri ce înglobează o structură de tip atrium, unde predomină suprafeţele vitrate cu deschidere spre exterior, există un contrast între imaginea pe care o oferă pe timp de zi şi cea pe timp de noapte, prin trecerea de la o ambianţă dominată de lumina naturală (în timpul zilei) la un mediu iluminat electric (în timpul nopţii).

Variaţia diurnă a parametrilor mediului luminos (nivel de iluminare – luminanţă, culoare a luminii – temperatură de culoare) pentru clădirile moderne de tip atrium, ca de altfel şi pentru alte tipuri de clădiri ce utilizează lumina naturală, oferă un exemplu pentru studiul comportamentului fiziologic al organismului uman (şi nu numai) în raport cu ciclicitatea zi – noapte, subiect ce va fi tratat într-un articol viitor.

Pentru clădirile iluminate natural, cele două componente (naturală şi electrică) trebuie însă astfel concepute încât să ofere prin integrarea lor iluminatul corect al zonelor de lucru şi crearea unei ambianţe confortabile. Astfel, lumina naturală contribuie la iluminatul de ambianţă (cu completare atunci când e cazul – şi de preferinţă automată – prin iluminat electric), iar lumina electrică asigură iluminatul zonei sarcinii vizuale sau/şi iluminatul de accent. În acest caz, sistemul de iluminat electric de ambianţă este menit să reducă atunci când e cazul gradientul de lumină naturală şi să uniformizeze distribuţia luminanţelor în mediul luminos. Ca atare, el trebuie să fie proiectat şi realizat cu circuite distribuite pe zone (sistem de iluminat zonat) care să urmeze zonele de lumină naturală (acele zone caracterizate printr-o valoare relativ constantă a nivelului de iluminare produsă de lumina naturală), deci prin alinierea paralelă a circuitelor sistemului de iluminat electric cu liniile izolux determinate de contribuţia luminii naturale în interior. Se impune o trecere fină de la zonele iluminate natural la cele iluminate electric, lucru realizabil prin prevederea de iluminat electric şi pentru suprafeţele iluminate natural şi varierea intensităţii acestuia pentru a prelua variaţiile luminii naturale. În mod evident, este obligatorie şi integrarea din punct de vedere al culorii luminii a celor două sisteme de iluminat. Astfel, sunt recomandate sursele de culoare aparentă neutră-caldă sau neutră (3300 – 4000 K) pentru spaţiile cu aport normal sau mare de lumină naturală şi cele de culoare aparentă neutră sau neutră-rece (4000 – 5300 K) pentru spaţiile cu aport mare sau foarte mare de lumină naturală. Sursele de culoare aparentă rece (peste 5300 K) se pot folosi numai pentru spaţiile cu vitrare totală care funcţionează doar în timpul zilei.