Modelele de proiectare a clădirilor ”verzi” în care sunt utilizate la maxim sursele de lumină naturală adecvate pentru afișajele vizuale și munca de birou, câștiguri solare minime pentru lunile calde și câștiguri maxime de căldură solară pentru lunile reci de iarnă, au devenit o necesitate.

Printr-o proiectare adecvată, sunt evitate suprafețele mari de geam, deoarece ferestrele pot costa aproximativ de trei ori mai mult decât fațadele opace și au aproximativ o treime din rezistența lor termică.

În acest fel, funcția de lumină naturală a umbrelor orizontale externe, a clapetelor și a rafurilor luminoase pentru a injecta lumina naturală în interiorul clădirii este maximizată.

Prin creșterea suprafeței ferestrei dincolo de un raport fereastră-perete (WWR) de aproximativ 30%, energia de răcire poate crește într-un ritm mai rapid după ce saturarea luminii naturale este atinsă, în timp ce pierderile de căldură în zonele perimetrale pot fi substanțiale și pot afecta confortul termic, după cum se arată în studiul ”Green Buildings and Potential Electric Light Energy Savings”, elaborat de Martin Moek și publicat recent de Journal of Architectural Engeneerig.

Cerințe curente de lumină naturală

Sistemul de evaluare LEED oferă credite pentru iluminarea naturală în două domenii: optimizarea performanței energetice (energie și atmosferă) și lumina naturală și vederi (calitatea mediului în interior). Dacă consumul de energie este redus sub cerințele standardului, se pot acumula puncte semnificative.

De exemplu, dacă costul energiei de proiectare al unei construcții noi este redus la 50% din standard, se pot câștiga 8 puncte dintr-un maxim de 64. Un factor minim de lumină naturală de 2% în 75% din tot spațiul ocupat cu sarcini vizuale critice câștigă un alt punct, iar linia directă de vedere către geamurile vizuale în 90% din toate spațiile ocupate în mod regulat încă unul de categorie E.

Dar cerințele actuale de lumină naturală și sistemul de evaluare LEED au următoarele probleme:

1. Proiectarea arhitecturii eficiente din punct de vedere energetic depinde de software-ul care poate simula sisteme avansate de lumină naturală și diferite condiții de cer.

2. Cerințele actuale se bazează pe factorii de lumină naturală pentru o condiție de cer acoperit, care sunt un indicator insuficient pentru performanța energetică anuală. Orele de lux anuale de lumină electrică necesară pe baza datelor meteo locale orare sunt sugerate în schimb, deoarece acestea sunt produsul luminii țintă și orele de birou.

3. Valorile ridicate ale EA favorizează ferestrele verticale mari, care pot crea probleme termice și strălucire.

4. Factorii mari de lumină naturală pot fi obținuți folosind luminatoare. S-ar putea argumenta că o parte semnificativă a spațiului de birouri este un singur etaj și, prin urmare, poate găzdui luminatoare. Cu toate acestea, clădirile cu un singur etaj nu sunt un model viitor de design ecologic. Acestea necesită sisteme de autostrăzi extinse și duc la densitate urbană scăzută și timpi lungi de navetă. Pe de altă parte, clădirile cu mai multe etaje actuale necesită lumină electrică în cel puțin 75% din suprafața fiecărei etaje pentru cea mai mare parte a anului.

5. Opt puncte LEED pot fi obținute prin reducerea cu 50% a sarcinilor de iluminat electric și a sarcinilor de răcire/încălzire. Maximizarea factorilor de lumină naturală nu este neapărat o strategie potrivită pentru atingerea acestui obiectiv.

6. Forma clădirii, proprietățile fațadei, umbrele, locația ferestrelor, reflectanța și transmisia suprafețelor și alte caracteristici ale arhitecturii pot avea un impact mai mare asupra consumului de lumină electrică și a sarcinilor de răcire decât EA, VLT, WWR, factorul de lumină naturală și utilizarea a sistemelor electrice de iluminat specifice. Literatura despre proiectarea clădirilor ecologice recomandă construirea de prototipuri, amenajări și forme pentru diferite climate. Această lucrare se concentrează pe o secțiune a unui prototip recomandat pentru climă temperată.

Obiectivele proiectării clădirilor ecologice și iluminatul arhitectural

Secțiunea de clădire de birouri propusă ar trebui să îndeplinească următoarele criterii:

1. Sarcina minimă anuală de iluminat electric, de preferință mai mică de 50% din timp,, nu numai pentru a economisi lumina electrică, ci și pentru a reduce sarcinile de răcire pe tot parcursul anului în centrul clădirii;

2. Confort vizual și vizibilitate maximă a afișajelor prin respectarea criteriilor de iluminare a biroului, a rapoartelor de luminanță și a limitelor de luminanță;

3. Nivel de umbră sub 0,3;

4. Câștiguri solare minime din martie până în octombrie;

5. Strălucire directă minimă de la pătrunderea directă a razelor solare;

6. Câștiguri solare în lunile reci din noiembrie până în februarie pentru a încălzi zonele perimetrale;

7. Intimitate acustică pentru locurile de muncă;

8. Vedere în exterior, inclusiv de la posturi de lucru cu compartimentări; și

9. Aplicarea minimă a jaluzelelor, umbrelelor, huselor de ferestre și sistemelor controlabile utilizate permanent.

Deși jaluzelele și umbrele menționate la criteriul 9 pot fi utile pentru a reduce strălucirea și câștigul solar, VLT ar scădea, în timp ce WWR, dimensiunea geamului și EA ar crește pentru a menține aceleași niveluri de lumină naturală.

Aceasta înseamnă mai mult câștig de căldură vara și mai multă pierdere de căldură iarna. În plus, ocupanții nu pot ajusta jaluzelele și ecranele pentru a minimiza utilizarea iluminatului electric.

Aceste dispozitive pot reduce drastic cantitatea de lumină naturală admisă într-un spațiu, astfel încât utilizarea jaluzelelor de către ocupanți este un aspect important în estimarea economiilor de energie din iluminatul de zi. Ocupanții reglează rar jaluzelele.

O altă strategie

O altă strategie de control al consumului de energie în clădiri este adăugarea de geamuri cu o transmisie mare și un coeficient de umbrire scăzut, folosind filme cu emisii scăzute, acoperiri reflectorizante și acoperiri selective spectral. Aceste strategii vor reduce câștigurile de căldură solară, dar umbrele externe sunt întotdeauna necesare pentru controlul direct al strălucirii.

Aceste nuante pot fi proiectate pentru a opri complet lumina directă a soarelui pentru unghiuri mai mari ale soarelui, făcând inutilă geamul avansat costisitor. În plus, câștigurile de căldură solară în timpul iernii sunt binevenite pentru clădirile alungite precum cea discutată.

Deoarece umbrele exterioare pot reduce câștigurile de căldură solară mult mai eficient decât geamul ferestrelor expus la lumina directă a soarelui, nu sunt cu adevărat necesari coeficienți de umbrire scăzuti și poate fi utilizată sticlă accesibilă cu valori foarte mari ale transmisiei luminii vizibile, cum ar fi 90% în acest studiu.

Acest lucru va reduce dimensiunea necesară ferestrei, costul ferestrei și sarcinile aferente de încălzire și răcire și va elimina strălucirea, ceea ce nu face geamul avansat. Prin urmare, acest studiu folosește o sticlă simplă cu o transmisie vizibilă ridicată și cel mai mic WWR, în combinație cu o proeminență externă pentru a admite în mare parte doar lumină difuză.

Dimensiunile ferestrei de vizualizare pot fi mărite la discreția arhitectului, în funcție de priveliștile disponibile. Pereții cortină nu sunt discutați aici, deoarece sunt prea scumpi și necesită foarte multă întreținere.

Protocol propus de evaluare a luminii de zi

Deoarece simularea clădirilor verzi se bazează pe date meteo orare, sunt sugerate următoarele criterii:

1. Orele de lux (luminozitate maximă) pe an când este necesară lumină electrică pentru fiecare tip de spațiu, similar orelor de lux pe an când nivelurile de lumină sunt depășite pentru sensibile la lumină. expoziții în muzee;

2. Ore pe an în care valorile de luminanță pe tavan depășesc limitele de iluminare a birourilor;

3. Ore pe an în care rapoartele de luminanță nu îndeplinesc criteriile de iluminat de birou pentru unitățile de afișare vizuală;

4. Ore pe an în care sarcinile de răcire ar putea fi prea mari, așa cum este specificat de câștigurile solare în lunile calde; și

5. Ore pe an în care câștigurile solare ar putea contribui la încălzirea dorită a zonelor perimetrale în lunile reci din noiembrie până în februarie. Orele de lux sunt produsul de iluminare țintă și orele de birou.

 Un exemplu:

Presupunând un birou cu o iluminare țintă de 500 de lux și 10 ore de birou între 7:30 a.m. și 5:30 p.m., sunt necesare 5.000 de ore de lux zilnic, 25.000 de ore de lux pe săptămână și 1.300.000 de ore de lux anual, presupunând 52 de săptămâni pe an.

Iluminatul electric necesar poate fi exprimat ca diferența dintre nivelurile de iluminare țintă și nivelurile de lumină naturală, înmulțită cu numărul de ore. Un exemplu: nivelurile de lumină naturală în lux de la 8:00 a.m. până la 5:00 p.m. sunt 120, 200, 300, 400, 600, 750, 550, 450, 200 și 50 de lux.

Nivelurile de lumină electrică necesare pentru a compensa diferența pentru timpii corespunzători sunt, prin urmare, 380, 300, 200, 100, 0, 0, 0, 50, 300 și 450 de lux. Lumina electrică necesară pe zi este integrala acestor valori, care este de 1.780 de ore de lux.

Prin urmare, lumina electrică de umplere necesară este de 35,6% din totalul de ore de lux necesare pentru această zi anume. Dacă această procedură se repetă pentru mai multe zile pe parcursul unui an, procentul poate fi utilizat pentru a estima nivelurile anuale de lumină electrică necesare. (Foto: Freepik)