Күн сәулесін пайдалану арқылы жарықтандыру тәсілдері

Кіріспе

Күн сәулесін пайдаланып ішкі жарықтандыруды қамтамасыз ету үшін терезелердің, люктердің, басқа ашылулардың және жарықты шағылыстыратын беттердің орналасу тәсілі.

Күн сәулесі – бұл терезелер, люктер, басқа да ашылулар мен жарықты шағылыстыратын беттерді тікелей немесе тараған күн сәулесі арқылы тиімді ішкі жарықтандыруды қамтамасыз ететіндей етіп орналастыру практикасы. Егер мақсат – көру жайлылығын арттыру немесе энергия тұтынуды азайту болса, ғимаратты жобалау кезінде күн сәулесіне ерекше назар беріледі. Энергияны үнемдеуге жасанды (электр) жарықты азайту арқылы немесе күннен жылу алу арқылы қол жеткізуге болады. Күн сәулесі бар жерде электр шамдарын азайту арқылы немесе күн сәулесіне жауап ретінде электр шамдарын автоматты түрде азайту немесе сөндіру арқылы жасанды жарықтандыру энергиясын пайдалануды азайтуға болады – бұл процеске «күн сәулесін жинау» (daylight harvesting) дейді. Ғимарат ішіндегі күн сәулесінің мөлшерін тордағы жарықты өлшеу немесе күн сәулесінің коэффициентін есептеу арқылы талдауға болады. Radiance сияқты компьютерлік бағдарламалар сәулетшіге немесе инженерге нақты жобаның артықшылықтарын жылдам есептеуге мүмкіндік береді. Адам көзі жарыққа сызықтық емес жауап береді, сондықтан жарықтың бірдей мөлшері біркелкі тарағанда бөлме жарқырап көрінеді. Күн сәулесінің бастауы – Күн. Тікелей және тараған жарықтың арақатынасы күн сәулесінің мөлшері мен сапасына әсер етеді. «Тікелей күн сәулесі» Жер атмосферасында шашырамастан белгілі бір жерге жетеді. Атмосферада шашыраған күн сәулесі «тараған күн сәулесі» болып табылады. Күн сәулесі қабырғалардан және жерден шағылып, күн сәулесіне де үлес қосады. Әр климаттың күндізгі жарықтың құрамы әртүрлі және бұлтты жағдайы да әртүрлі болғандықтан, күн сәулесін пайдалану стратегиялары орналасқан жерге және климатқа байланысты өзгереді. Ракови тәрізді тропиктен солтүстікке және Козерог тәрізді тропиктен оңтүстікке қарай жатқан ендіктерде күзгі және көктемгі күн теңелу аралығында (яғни Солтүстік жартышарда қыркүйектегі күн теңелуден наурыздағы күн теңелуге дейін, ал Оңтүстік жартышарда наурыздағы күн теңелуден қыркүйектегі күн теңелуге дейін) ғимараттың полярлық жағында тікелей күн сәулесі болмайды. Солтүстік жартышарда солтүстікке қараған қабырға «полярлық жақ», ал Оңтүстік жартышарда оңтүстікке қараған қабырға болып табылады. Дәстүрлі үйлер полярлық жағында аз терезелермен, ал экваторлық жағында көбірек және үлкен терезелермен салынған (Солтүстік жартышарда оңтүстікке қараған қабырға, ал Оңтүстік жартышарда солтүстікке қараған қабырға). Экваторлық жаққа орналасқан терезелер жылдың кез келген күнінде (тропиктерде жазғы маусымды қоспағанда) кем дегенде біршама тікелей күн сәулесін алады, сондықтан бұл терезелер үйдің терезелерге жақын аймақтарын жарықтандыру үшін тиімді. Жоғары ендіктерде қысқы уақытта жарық бағытталған болып келеді және ұзын көлеңкелер түсіреді. Бұл жарықты тарату, жарық құбырлары немесе түтіктер және ішкі беттерді шағылыстыру арқылы толықтырылуы мүмкін. Жазғы уақытта төменгі ендіктерде шығысқа және батысқа қараған терезелер, кейде полюске қараған терезелер экваторға қараған терезелерге қарағанда көбірек күн сәулесін алады. (а) терезені ашық түсті қабырғаға жақын орналастыру, (б) терезе ашықтарының ішкі бөлігі сыртқы бөлігінен үлкен болуы үшін терезе ашықтарының жақтарын қисайту немесе (с) бөлмеге жарық түсіру үшін үлкен, ашық түсті терезе табанындарын пайдалану. Терезелер ғимаратқа күн сәулесін өткізуге қатысты болса, олар күн сәулесін пайдалану практикасында сыртқа көрініс беру функциясын да атқарады. Терезеден көріністің сапасын арттыру үшін үш негізгі факторды қамтамасыз ету қажет: көріністің мазмұны (көріністе не көрінеді), көрініске қол жеткізу (терезеден көріністі қалай көруге болады) және көріністің айқындығы (көріністі қаншалықты анық көруге болады). Көріністің айқындығына көбінесе жалюзилер немесе күннің шағылысуынан (мысалы, жалттықтаудан) немесе жеке құпияны сақтау үшін қолданылатын құрылғылардың көлеңкесі әсер етеді. Терезеден көріністің мазмұнының сапасын бағалау үшін экологиялық критерийлер маңызды. Бұл критерийлерді бес маңызды факторға бөлуге болады: орналасқан жер, уақыт, ауа райы, адамдар және табиғат. Ерекше атап өткен жөн, ғимаратта тұратындарға табиғат көрінісін ұсына алатын көріністер басқа төрт экологиялық фактордан әлдеқайда маңызды. Шынының түрлері мен сапасы және терезелерге қолданылатын әртүрлі жабындар терезелер арқылы жарық өту мөлшеріне де әсер етеді. Шынының түрі маңызды мәселе, ол VT коэффициентімен (Visual Transmittance), сондай-ақ көрінетін жарық өткізу қабілетімен (VLT) көрсетіледі. Аты айтқандай, бұл коэффициент терезенің қанша көрінетін жарықты өткізіп жібергенін өлшейді. Төмен VT (0,4-тен төмен) бөлмеге кіретін жарықтың жартысына дейін немесе одан да көп бөлігін азайтуы мүмкін. Бірақ жоғары VT шынысына да назар аударыңыз: жоғары VT көрсеткіштері (мысалы, 0,60-тан жоғары) жалттықтауға себеп болуы мүмкін. Екінші жағынан, үлкен терезелердің зиянды әсерлерін де ескеру қажет. Терезелер көлденең қабырғаларға (төменде) айналады.

Daylighting is the practice of placing windows, skylights, other openings, and reflective surfaces so that direct or indirect sunlight can provide effective internal lighting. Particular attention is given to daylighting while designing a building when the aim is to maximize visual comfort or to reduce energy use. Energy savings can be achieved from the reduced use of artificial (electric) lighting or from passive solar heating. Artificial lighting energy use can be reduced by simply installing fewer electric lights where daylight is present or by automatically dimming or switching off electric lights in response to the presence of daylight – a process known as daylight harvesting. The amount of daylight received in an internal space can be analyzed by measuring illuminance on a grid or undertaking a daylight factor calculation. Computer programs such as Radiance allow an architect or engineer to quickly calculate benefits of a particular design. The human eye's response to light is non linear, so a more even distribution of the same amount of light makes a room appear brighter. The source of all daylight is the Sun. The proportion of direct to diffuse light impacts the amount and quality of daylight. "Direct sunlight" reaches a site without being scattered within Earth's atmosphere. Sunlight that is scattered in the atmosphere is "diffused daylight". Sunlight reflected off walls and the ground also contributes to daylighting. Each climate has different composition of these daylights and different cloud coverage, so daylighting strategies vary with site locations and climates. At latitudes north of the Tropic of Cancer and south of the Tropic of Capricorn, there is no direct sunlight on the polar side wall of a building between the autumnal equinox and the vernal equinox (that is, from the September equinox to the March equinox in the Northern Hemisphere, and from the March equinox to the September equinox in the Southern Hemisphere.) In the Northern Hemisphere, the north facing wall is the "polar side" and in the Southern Hemisphere, it is the south facing wall. Traditionally, houses were designed with minimal windows on the polar side, but more and larger windows on the equatorial side (south facing wall in the Northern Hemisphere and north facing wall in the Southern Hemisphere). Equatorial side windows receive at least some direct sunlight on any sunny day of the year (except in the tropics in summer), so they are effective at daylighting areas of the house adjacent to the windows. At higher latitudes during midwinter, light incidence is highly directional and casts long shadows. This may be partially ameliorated through light diffusion, light pipes or tubes, and through somewhat reflective internal surfaces. At fairly low latitudes in summertime, windows that face east and west and sometimes those that face toward the nearer pole receive more sunlight than windows facing toward the equator. (a) placing the window close to a light colored wall, (b) slanting the sides of window openings so the inner opening is larger than the outer opening, or (c) using a large light colored window sill to project light into the room. Besides permitting daylighting into the building, windows serve another function in daylighting practice, providing views out. To enhance the quality of the view seen from a window, three primary variables need to be ensure: view content (what can be seen in the view), view access (how of the window view can be seen), and view clarity (how clearly the view can be seen). View clarity is often influenced by the amount of shading provided by blinds or devices used to protect occupants from harsh daylight (e. g. glare) or for reasons of visual privacy. Environmental criteria serve as important criteria to gauge the quality of window view content. These criteria can be distilled into five important factors, namely: Location, time, weather, people, and nature. Notably, views that are able to provide building inhabitants with content of nature far outweigh the other four Environmental Information Criteria. Different types and grades of glass and different window treatments can also affect the amount of light transmission through the windows. The type of glazing is an important issue, expressed by its VT coefficient (Visual Transmittance), also known as visual light transmittance (VLT). As the name suggests, this coefficient measures how much visible light is admitted by the window. A low VT (below 0.4) can reduce by half or more the light coming into a room. But be also aware of high VT glass: high VT numbers (say, above 0.60) can be a cause of glare. On the other hand, you should also take into account the undesirable effects of large windows. Windows grade into translucent walls (below).

Клересторикті терезелер

Күндізгі жарық беруді қамтамасыз етудің тағы бір маңызды элементі – клерстори терезелерін пайдалану. Бұл – тік бойымен орналасқан, биік терезелер. Оларды экваторға қарай бағытталғанда тікелей күн сәулесінің мөлшерін арттыру үшін қолдануға болады. Бірақ күнге қарай орналасқан кезде клерсторилер және басқа терезелер көзге жақсырақ тимейтіндей күшті жарық бере алады. Пассивті күн энергиясын пайдаланатын үйлерде клерсторилер полярлық жаққа (солтүстік жарты шарда солтүстікке, оңтүстік жарты шарда оңтүстікке) қараған бөлмелерге тікелей жарық түсіруге мүмкіндік береді, әйтпесе бұл бөлмелер жарықтандырылмаған болар еді. Сонымен қатар, клерсторилер бөлме немесе кеңсе сияқты кеңістікті тегіс жарықтандыратын, тараң күн сәулесін (солтүстік жарты шардан солтүстік жақтан) кіргізе алады. Көбінесе клерстори терезелерінен түсетін жарық ақ немесе басқа ашық түске боялған ішкі қабырғаларға түседі. Бұл қабырғалар қажетті жерлерге жанама жарықты тарату үшін орналастырылады. Бұл әдіс жарықтың бағытын азайтып, оны жұмсақ әрі тараң етуге, көлеңкелерді азайтуға көмектеседі.

Саға тісті шатыр

Шатырдың бұрышты шынысының тағы бір түрі – тісті шатыр (ескі зауыттарда кездеседі). Тісті шатырларда ғимараттың экваторға қарама-қарсы жағында тік шыны орналасқан, ол шашыраған жарықты ұстауға арналған (экватор жағынан келетін тікелей қатты күн сәулесінен қорғайды). Шыны тіреу құрылымының бұрышты бөлігі мөлдір емес және салқын жабын мен сәулелік тосқауылмен жақсы жылу оқшауланған. Тісті шатырдың жарықтандыру қағидасы жазғы "күн пеші" сияқты люктердің қыздыру мәселесін ішінара шешеді, бірақ қысқы суық күндері жылы ауаның көтеріліп, сыртқы шыныға тиюіне мүмкіндік береді, бұл күрт жылу жоғалтуына себеп болады.

Көпірдің шырақтары

Жарық өткізетін терезелер (ғимараттың сыртқы қабырғасындағы терезелер, есіктер сияқты ашық кеңістіктерді толтыратын құрылымдар) ғимараттың төбесінің толық немесе бір бөлігін құрайды. Жарық өткізетін терезелер тұрғын және коммерциялық ғимараттарда күндізгі жарық беруді жобалауда кеңінен қолданылады, себебі олар бірлік ауданы бойынша күндізгі жарықтың ең тиімді көзі болып табылады. Шатыр шамдары жарық өткізетін терезелерге балама болып табылады. Шатыр шамдары – шатырдың құрылысына орнатылған жарық өткізетін терезеге қарамастан, шатырдың үстіне орналасқан күндізгі жарық беретін купол. Шатыр шамдары архитектуралық элемент ретінде де, кеңістікке табиғи жарық енгізу тәсілі ретінде де қолданылады, әдетте бірнеше шыны панельдері бар ағаш немесе металл конструкциялар болып табылады.

Жарық шамдары

Архитектура элементі ретінде, лайнлайт – табиғи немесе жасанды жарық түсіру мақсатында төбеге жапсарлап орнатылатын шыны панель. Laylights көбінесе боялған шыны немесе линзалар қолданады, бірақ басқа материалдар да пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, Лайм өнер қауымдастығының галереясы шатырларының астында мөлдір ақ муссалиннен жасалған лайнлайттарды қолданады. Жарық лайнлайт (немесе жабық) шатырдан өзгеше, себебі шатыр төбе терезесі немесе ашық тесік ретінде қызмет етеді, ал лайнлайт ішкі кеңістіктің төбесімен бір деңгейде болады. Еңіс шатырдағы фонарь немесе шатырмен жұптасқанда, лайнлайт ішкі жарықты таратушы ретінде жұмыс істейді. Электр жарығының пайда болуына дейін, лайнлайттар үлкен ғимараттардың қабаттары арасында жарық өткізуге мүмкіндік берді және әрқашан шатырлармен жұптаспады.

Атриум

Атриум – ғимараттың ішінде орналасқан үлкен ашық кеңістік. Ол көбінесе шыны шатыр немесе қабырға арқылы кіретін күндізгі жарықпен орталық айналымды немесе қоғамдық аумақты жарықтандыру үшін қолданылады. Атриумдар жақын орналасқан жұмыс орындарына күн сәулесін жеткізеді, бірақ оның мөлшері көбінесе шағын болады және ол тым тереңге жетпейді. Атриумның басты міндеті – жұмыс істейтін адамдарға визуалды әсер беру және сыртқы ортамен байланыс сезімін қалыптастыру. Атриумға іргелес жатқан бөлмелердің қабаттарын күндізгі жарықпен жарықтандыру өзара байланысты және мұқият теңгерілген тәсілді қажет етеді. Күн сәулесі жоғарғы қабаттарға оңай жетсе, төменгі қабаттарға жеткізілуі қиын, олар атриумның ішкі беттерінен – мысалы, еденнен шағылысқан жарықтан көбінесе тәуелді болады. Жоғарғы қабаттар төменгі қабаттарға қарағанда аз терезе алаңына мұқтаж, ал атриум қабырғалары ақшыл түсті болса, жоғарғы қабырғалар төменгі қабаттарға жарық шағылыстырады. Бөтелкелер мөлдір желіммен бекітіледі. Егер желімнің сыну көрсеткіші шынының көрсеткішімен сәйкес келсе, қабырға жартылай мөлдір болуы мүмкін. Бетон мөлшерін арттыру арқылы қабырғаға бүкіл қабырға арқылы өтетін бөтелкелерді орналастыруға болады, олар жарықты өткізеді. Шыны призмалары бар бетон қабырғалар да жасалған. Оптикалық талшықтардың және оптикалық талшықты бетон қабырғалардың қолжетімділігі артып, күн сәулесі (және көлеңкелер) қатты бетон қабырға арқылы тікелей өтіп, оны жартылай мөлдір етеді; оптикалық талшықтар жарықты қисыра жолдармен және ондаған метрге жеткізе алады. Әдетте, жарықтың тек бірнеше пайызы ғана өткізіледі (өткізу пайызы бетінің талшықтардан тұратын бөлігінің шамамен жартысына тең, ал әдетте тек ~5% талшықтар қолданылады). Шыны мен бетон қатты күйде жақсы жылу өткізгіштер болғандықтан, мұндай қабырғалардың жылу оқшаулау қасиеті төмен. Сондықтан олар көбінесе сыртқы ортада, екі жылытылатын кеңістікті бөліп тұратын бөлгіш ретінде (суреттерді қараңыз) немесе қоңыржай климатта қолданылады. Жылыжай қабырғалары (және шатырлары) мүмкіндігінше көп жарық пен аз жылу өткізуге арналған. Олар әртүрлі материалдардан жасалады және мөлдір немесе жартылай мөлдір болуы мүмкін.

An atrium is a large open space located within a building. It is often used to light a central circulation or public area by daylight admitted through a glass roof or wall. Atria provide some daylight to adjacent working areas, but the amount is often small and does not penetrate very far. The main function of an atrium is to provide a visual experience and a degree of contact with the outside for people in the working areas. The daylighting of successive storeys of rooms adjoining an atrium is interdependent and requires a balanced approach. Light from the sky can easily penetrate the upper storeys but not the lower, which rely primarily on light reflected from internal surfaces of the atrium such as floor reflected light. The upper stories need less window area than the lower ones, and if the atrium walls are light in color the upper walls will reflect light toward the lower stories. grouted with a transparent glue. If the glue matches the refractive index of the glass, the wall can be fairly transparent. Increasing the amount of concrete, bottle walls embed bottles that run right through the wall, transmitting light. Concrete walls with glass prisms running through them have also been made. With the advent of cheaper optical fibers and fiber optic concrete walls, daylight (and shadow images) can then pass directly through a solid concrete wall, making it translucent; fiber optics will lead light around bends and over tens of meters. Typically only a few percent of the light is transmitted (the percent transmittance is about half the percent of the surface that is fibers, and usually only ~5% fibers are used). Both glass and concrete conduct heat fairly well, when solid, so none of these walls insulate well. They are therefore often used outdoors, as a divider between two heated spaces (see images), or in very temperate climates. Greenhouse walls (and roofs) are made to transmit as much light and as little heat as possible. They use a variety of materials, and may be transparent or translucent.

Қашықтан тарату

Терезелер немесе люктер аз болатын кеңістіктерге айналар, призмалар немесе жарық түтікшелері сияқты қашықтықтан тарату құрылғылары арқылы күн сәулесін жеткізуге болады. Бұл анидолалық жарықтандыру деп аталады, ол анидолалық (бейне жасамайтын) оптикадан туындайды. Адам көзінің жарыққа бейсызықтық жауабы, жарықты бөлменің кеңірек аумағына тарату бөлмені жарықтандырып, оны тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Күн сәулесін қашықтықтан тарату жүйелерінде шығындар болады, және күн сәулесін қаншалықты алысқа жеткізу керек болса, жолы қаншалықты күрделі болса, тиімсіздік те соғұрлым артады. Көптеген қашықтықтан тарату жүйелерінің тиімділігі ашық аспаннан бұлтты күйге дейін күрт өзгеруі мүмкін. Дегенмен, кеңістікке күндізгі жарықты жеткізудің басқа мүмкіндігі болмаған жағдайда, қашықтықтан тарату жүйелері бағалы болуы мүмкін. Суық қыс мезгілінде жерде қар болғанда, ол жарықты шағылыстыратындықтан табиғи жарық сөресі пайда болады. Төменгі қысқы күн (Күн жолына қараңыз) қардан шағылысып, экваторға қараған әйнек арқылы күннің жылуын бірден екі есеге дейін арттырады, бұл бөлмелердің төбесін жарықтандырады. Қажет болған жағдайда жарықты бақылау (маса, перделер) қолдануға болады.

Призмалар

Күндізгі жарықтандыру үшін призмалардың ең ерте пайдаланылуы, әдетте, кемелердің палубаларына орнатылып, жарықты төменге жеткізетін палубалық призмалар болған. Кейін, тротуарлардың астындағы жертөлелерді жарықтандыру үшін жерге орнатылатын шамдар немесе күмбезді шамдар қолданылды. Бөлменің терең бөліктерін жарықтандыру үшін жарықты бүйірге шағылыстыруға ішкі толық шағылыс принципін пайдаланатын призмалар кейіннен танымал болды. Алғашқы қалың, баяу салқындатылатын құйма шыныдан жасалған призмалық плиткалар көбінесе ірі өндірушінің атымен "люксфер плиткалары" деп аталды.

Жарық құбырлары

Пайдаланылатын құрылғылардың тағы бір түрі – жарық түтігі, оны түтікшелік күндізгі жарық құрылғысы (ТДД) деп те атайды, ол шатырға орналастырылады және ішкі кеңістіктің белгілі бір аймағына жарық өткізеді. Бұл кіріктірілген шамдарға едәуір ұқсайды. Олардың бетінің ауданы аз болғандықтан, люкстер сияқты көп жылуды өткізбейді. ТДД жарықты мөлдір емес қабырғалар мен шатырлар арқылы жеткізу үшін қазіргі заманғы технологияны пайдаланады. Түтіктің өзі пассивті компонент болып табылады және жарықты шағылыстыратын жабыннан немесе жарық өткізетін оптикалық талшықтар жиынтығынан тұрады. Ол көбінесе шатырға орнатылған мөлдір күмбез тәрізді "жарық жинағышпен" жабылады және күн сәулесін ішкі кеңістікке кіргізіп, қол жетімді жарық энергиясын біркелкі бөлетін (немесе жарықтандырылатын кеңістіктің мақсаты нақты белгіленген болса, тиімді бөлетін) диффузор жиынтығымен аяқталады, сондай-ақ пайдаланушы бір немесе бірнеше "жарық нүктелерін" қалауы мүмкін. Түтік тәрізді күндізгі жарық құрылғысын 1986 жылы Solatube International компаниясы ойлап тапты және алғаш рет 1991 жылы Австралияда сатуға шығарды.

Активті күндізгі жарық

Активті күндізгі жарықтандыру – берілген жарықтандыру мақсаты үшін жарық жинау тиімділігін арттыруға арналған механикалық құрылғыны пайдалана отырып, күн сәулесін жинау жүйесі. Активті күндізгі жарық жүйелері пассивті күндізгі жарық жүйелерінен айырмашылығы, пассивті жүйелер қозғалмайды және күннің қозғалысын белсенді түрде қадағаламайды. Күндізгі жарықты басқарудың екі түрі бар: жабық циклды күнге бағыттау және ашық циклды күнге бағыттау жүйелері. Жабық циклды жүйелер күннің қозғалысын шектелген көру бұрышы бар линзалар немесе сенсорлар жиынтығы арқылы қадағалайды, олар күнге бағытталған және әрқашан күн сәулесімен толық жарықтандырылады. Күн қозғалғанда, ол бір немесе бірнеше сенсорларды көлеңкелей бастайды, жүйе бұл өзгерісті анықтап, құрылғыны барлық сенсорлар бірдей жарық алатын жағдайға қайтару үшін моторларды немесе атқарушы механизмдерді іске қосады. Ашық циклды жүйелер сенсорлар арқылы күннің физикалық қозғалысын қадағаламайды (бірақ калибрлеу үшін сенсорлар қолданылуы мүмкін). Бұл жүйелер әдетте электрондық логиканы қолданады, ол математикалық формулаға негізделген күнге бағыттау үшін құрылғының моторларын немесе атқарушы механизмдерін басқарады. Бұл формула, әдетте, күннің белгілі бір ендікте, күні мен уақытында болатын орнын егжей-тегжейлі көрсететін алдын ала бағдарламаланған күн жолының картасы болып табылады.

Ақылды шыны

Ақылды шыны – мөлдір күйі мен опақты, жартылай мөлдір, шағылыстыратын немесе кері шағылыстыратын күйі арасында ауыса алатын материалдар мен құрылғылар класына берілген атау. Ауысу материалға кернеу қосылу арқылы немесе қарапайым механикалық әрекет арқылы жүзеге асырылады. Ақылды шыныдан жасалған терезелер, шатырлар және басқа да конструкциялар ішкі жарықтандыруды реттеуге, сыртқы жарықтың өзгеруіне және ішкі жарықтың қажетті деңгейіне бейімделуге мүмкіндік береді.

Гелиостаттар

Күннің аспанда қозғалуымен бірге күн сәулесін тұрақты бағытта шағылыстыратын, автоматты түрде қозғалатын айналар – гелиостаттардың қолданылуы энергияны тиімді пайдаланудың танымал әдісіне айналуда. Гелиостатты күн сәулесін терезеден немесе шатырдан тікелей өткізуге, немесе жарық түтікшелері сияқты оптикалық элементтердің кез келген жиынтығы арқылы, қажетті жерге жарық таратуға болады. Суретте компьютерлік бақылаумен, мотормен жұмыс істейтін алтазимут тұғырнамасында айналатын айна көрсетілген.

Күн сәулелі көше шамдары

Күн сәулелі көше шамдары – фотоэлектрлік панельдермен қуатталатын, көбінесе жарық конструкциясына орнатылған жарық көздері. Мұндай желіден тыс фотоэлектрлік жүйенің күн батареясы қайта зарядталатын батареяны зарядтайды, ол түнде люминесцентті немесе LED шамды қуатпен қамтамасыз етеді. Күн сәулелі көше шамдары – автономды электр жүйелері болып табылады, олардың артықшылықтарына траншея қазу, көгалдандыру және техникалық қызмет көрсету шығындарының үнемделуі, сондай-ақ электр энергиясы үшін төленетін ақы төлеудің болмауы жатады, бастапқы құны дәстүрлі көше жарығынан жоғары болса да. Олар кем дегенде бір апта бойы жұмыс істеуі үшін жеткілікті үлкен батареялармен жабдықталған, тіпті ең қиын жағдайда да олардың жарығы аздап ғана әлсіреуі күтіледі.

Гибридті күн сәулесінен жарықтандыру

Оук Ридж ұлттық зертханасы (ORNL) люктерге жаңа балама – гибридті күн сәулелендіруді (HSL) әзірледі. Бұл жүйеде төбеге орнатылған жарық жинағыш, үлкен диаметрлі оптикалық талшықтар және оптикалық талшық кабельдеріне қосылған мөлдір таяқшалары бар, тиімді люминесцентті жарықтандыру құрылғылары қолданылады. Күндізгі уақытта табиғи жарықпен жарықтандыру үшін электр энергиясының қажеті жоқ. 2006 және 2007 жылдары жасалған жаңа HSL технологиясының сынақтары үміт беретін болды, бірақ жабдықтың шағын көлемде өндірілуі әлі де қымбат. HSL жақын арада тиімдірек болады деп күтілуде. Жел дауылдарына төтеп бере алатын нұсқасы 2008 жылдан бастап және одан кейін дәстүрлі коммерциялық люминесцентті жарықтандыру жүйелерін жақсартылған нұсқаларымен алмастыра бастауы мүмкін. АҚШ-тың 2007 жылғы Энергия заңы HSL-ді зерттеу және әзірлеуге (ҒЗЗ) қаржы бөлуді көздейді, сондай-ақ көптеген ірі коммерциялық ғимараттар HSL қолданысын дамыту мен енгізуді қаржыландыруға дайын. Түнде ORNL HSL айнымалы интенсивті люминесцентті жарықтандыруды электронды басқару балластарын пайдаланады. Күн батқанда күн сәулесі біртіндеп азайған сайын, люминесцентті шам біртіндеп күшейеді, бұл күндізден бастап сырт қараңғы болғанға дейін үй ішіндегі жарық деңгейін тұрақты ұстауға мүмкіндік береді. HSL жақын арада коммерциялық үй ішін жарықтандырудың бір мүмкіндігіне айналуы мүмкін. Ол өзіне түсетін күн сәулесінің шамамен жартысын өткізе алады.

Күн сәулесін түсіретін бөлме

Жақсы жобаланған, күн сәулесін жинақтайтын, солярий, күн бөлмесі, жылыжай сияқты құрылыстарда экватор жағында әдетте көп мөлшерде шыны қолданылады. Күн бөлмесі мен тұрғын жайдың арасына үлкен шыны алаңын қосуға болады. Арзан, көптеп өндірілетін терраса есіктерінің қауіпсіздік шынысы осы мақсатқа жетудің тиімді жолы. Бөлмеге кіретін есіктер күн бөлмесінің ішкі шынысына қарама-қарсы орналасуы керек, сонда пайдаланушы көптеген бөлмелерге кіргенде бірден сыртқа көре алады. Дереулерді азайтып, ашық кеңістіктерді пайдалану қажет. Егер жекелік немесе бөлмені бөліп тұру үшін дереу қажет болса, арзан терраса есіктерінің қауіпсіздік шынысын дереудің екі жағына орнатуға болады. Ішкі шыныға ілінетін перделерді жарықты реттеу үшін қолдануға болады. Перделерді сенсорлық электр моторларымен автоматтандыруға болады, олар бөлмеде адамның болуын, күн сәулесін, ішкі температураны және уақытты анықтайды. Орталық кондиционерлік жүйесі жоқ күн энергиясын пайдаланатын ғимараттарға сағаттық, күндізгі және маусымдық температура мен күн сәулесінің өзгеруін бақылау механизмдері қажет. Егер температура жарасымды болса және бөлме бос болса, перделер автоматты түрде жабылып, жылудың екі бағытта берілуін азайтады. Күн бөлмесінен күн сәулесін экватордан ең алыс бөлмелерге таратуға көмектесу үшін арзан төбеден еденге дейінгі айналарды қолдануға болады. Құрылыс нормалары өрт жағдайында екінші эвакуация жолын талап етеді. Көптеген дизайнерлер жатын бөлмелерінің бір жағына есік, екінші жағына сыртқы терезені орнатады, бірақ батыс жағындағы терезелер жазғы жылу тиімділігін нашар қамтамасыз етеді. Батысқа қараған терезенің орнына дизайнерлер R 13 көбікпен толтырылған, энергияны тиімді сыртқы есікті қолданады. Сыртқы жағында шыныдан жасалған қорғау есігі болуы мүмкін, сонда ішкі есік ашылғанда жарық өтеді. Шығыс/батыс шыны есіктер мен терезелерді толығымен көлеңкелеу керек немесе күн сәулесінің мөлшерін азайту үшін спектрлік селективті жабын қолдануға болады.

Дизайн

Архитекторлар мен интерьер дизайнерлері күндізгі жарықты көбінесе дизайн элементі ретінде пайдаланады. Сапалы күндізгі жарықтандыру үшін дизайнның сапалық және сандық ерекшеліктеріне назар аудару қажет. Қазіргі зерттеулер жұмыс орындарындағы жарық жағдайлары жұмысқа қанағаттандыру, өнімділік және денсаулық-саламаттық сияқты факторларға әсер ететінін көрсетеді, сондай-ақ күндізгі жарықтағы жарыққа қарағанда электр жарығында көру қабылдауы төмендеу болады. Зерттеулер жарықтың адам денсаулығына тікелей әсер ететінін де көрсеткен, себебі ол тәуліктік ритмге әсер етеді.

Саналық

Жарқын жарық түсетін кеңістікке жеткілікті жарық деңгейімен қатар, жарықтың дұрыс таралуы да қажет. Қазіргі құрылыс саласында күндізгі жарық LEED сияқты жасыл ғимараттарды сертификаттау бағдарламаларында ғимараттың тиімділігін бағалау шарасы ретінде қарастырылады. Жарықтандыру инженериялық қоғамы (IES) және Жарық және жарықтандыру қоғамы (SLL) әрбір кеңістік түрі үшін жарық деңгейі жөнінде ұсыныстар береді. Күндізгі жарықтың ұсынылған жарық деңгейіне қаншалықты үлес қосатыны ғимараттың күндізгі жарықпен қамтамасыз етілу деңгейін анықтайды. IES күндізгі жарықтың тиімділігін бағалау үшін екі өлшемді бекітті: кеңістіктік күндізгі жарық автономиясы (sDA) және жылдық күн сәулесінің әсері (ASE). sDA – бұл интерьердегі ортаның күндізгі жарық деңгейінің жылдық жеткіліктілігін сипаттайтын өлшем. Толығырақ ақпарат алу үшін күндізгі жарық автономиясы және LEED құжаттама бөлімдеріне жүгініңіз.

Далалық өлшеулер

Қолданыстағы ғимараттарда күндізгі жарық беруді бағалау үшін өрістегі өлшемдер жүргізілуі мүмкін. Жарық интенсивтілігін желі бойынша өлшеу кеңістіктің орташа жарық интенсивтілігін анықтаудың негізгі әдісі болып табылады. Өлшем нүктелерінің арақашықтығы жобаның мақсатына қарай өзгеріп отырады. Бұл нүктелердің биіктігі негізгі жұмыстың қай жерде орындалатынына байланысты. Көптеген кеңселерде үстел деңгейінде (еденнен 0,762 метр биіктікте) өлшеулер жасалады. Өлшемдер негізінде орташа жарық интенсивтілігі, максималды және минималды біркелкілік арақатынасы, сондай-ақ орташа және минималды біркелкілік арақатынасы есептеліп, ұсынылған жарық деңгейімен салыстырылады. Ғимараттағы адамдардың жарықтандыруға қанағаттануын талдау үшін арнайы диагностикалық зерттеулер жүргізілуі мүмкін. Күндізгі жарық кеңістікке қалай еніп, жарықтандыратынын анықтауда күндізгі жарық автономиясы тиімді. Дегенмен, кемшілігі – жарық интенсивтілігінің жоғарғы шегі жоқ. Сондықтан, ішкі жылуды көп сіңіріп, тұрғындарға ыңғайсыздық тудыратын кеңістік талдау нәтижесінде жақсы көрсеткіштер береді. Күндізгі жарық автономиясына қол жеткізу үшін ғимараттың пішінін, орналасуын, климаттық факторларды, ғимарат құрылымдарын, жарықтандыруды басқару жүйесін және жарықтандыруды жобалау критерийлерін ескеретін интеграцияланған жобалау тәсілі қажет.

Жалғастырмалы

Тұрақты күндізгі автономия, күндізгі автономияға ұқсас, бірақ күндізгі жарық ең төменгі жарық деңгейінен төмен болған кездегі уақыт кезеңдеріне ішінара есеп беріледі. Мысалы, егер мақсатты жарықтандыру 400 люкс болса және есептелген мән 200 люкс болса, күндізгі автономия ешқандай есеп бермейді, ал тұрақты күндізгі автономия 0,5 есеп береді (200/400 = 0,5). Тұрақты күндізгі автономияның артықшылығы – ол қабылданатын жарықтандырудың қатаң шегін қоймайды. Оның орнына, ол кез келген кеңістіктегі нақты қалауларға мүмкіндік беретін аралық аймақты қарастырады. Мысалы, кеңсе қызметкерлері көбінесе жарықтандыру шегінен төмен күндізгі жарықта жұмыс істеуді ұнатады, себебі бұл деңгей ықтимал жалтыраудан және артық контрасттан сақтайды. Жоғарғы шек жарқырау немесе жылулық дискомфорт пайда болатын кезде анықтау үшін қолданылады және оны шешу қажет болуы мүмкін.

Жарықтандырудың таралуы

Көлденең бетке түсетін жарық мөлшерін анықтаудан басқа, күндізгі жарықтың жылдық жарық таралуын талдау әдісі әзірленді. Әрбір жылдық жарық таралуы негізгі компоненттер талдауы арқылы бір-бірімен салыстырылады. Бұл әрбір үлгі арасындағы қатынасты салыстырады. Архитектуралық ерекшеліктері мен жарық пайда болатын жыл мезгіліне байланысты бір-біріне ұқсас күндізгі жарық үлгілері топтастырылады. Топтар берілген ғимарат үшін ең өкілді үлгілерді құру үшін пайдаланылады. Бұл әдіс кез келген ғимараттағы кеңістікте күндізгі жарық жыл бойы қалай таралатынын оңай түсінуге мүмкіндік береді.

LEED құжаттамасы

LEED 2009 күндізгі жарық стандарттары ғимарат тұрғындарының сыртқы ортамен оптималды күндізгі жарық техникасы мен технологияларын пайдалану арқылы байланысын қамтамасыз етуге бағытталған. Осы стандарттарға сәйкес, 1 баллдың ең жоғары көрсеткішіне төрт түрлі тәсілмен қол жеткізуге болады. Бірінші тәсіл – ашық аспан жағдайында, 21 қыркүйек күні сағат 9:00 мен 15:00 аралығында күндізгі жарықтың 108–5400 люкс деңгейін көрсету үшін компьютерлік симуляция жасау. Тағы бір нұсқамалық тәсіл – екі түрлі бүйірлік жарықтандыру және үш түрлі жоғарғы жарықтандыруды пайдаланатын әдіс, ол пайдаланылатын кеңістіктерде кемінде 75% күндізгі жарыққа қол жеткізілетінін анықтауға мүмкіндік береді. Үшінші тәсіл – үй ішіндегі жарықты өлшеу арқылы кеңістікте 108–5400 люкс деңгейіне қол жеткізілгенін көрсету. Соңғы тәсіл – күндізгі жарық талаптарының орындалғанын дәлелдеу үшін қалған үш есептеу әдісінің үйлесімі. LEED 2009 құжаттамасы күндізгі жарық коэффициентін есептеуге негізделген. Күндізгі жарық коэффициентін есептеу біркелкі бұлтты аспанға сүйенеді. Бұл әдіс ең тиімді Солтүстік Еуропа және Солтүстік Американың кейбір аймақтарында қолданылады. Күндізгі жарық коэффициенті – "көлденең жұмыс жазықтығындағы бір нүктедегі жарықтандыру, тікелей немесе жанама түрде сол нүктеге белгілі жарық таралуы бар аспаннан түсетін жарық ағынынан туындаған жарықтандырудың, осы аспанның кедергісіз жарты шардан түсетін жарықтандыруға қатынасы". Осы ең соңғы екі баллдың ең жоғары мәніне қол жеткізу үшін екі мүмкіндік бар. Бір мүмкіндік – компьютерлік симуляция арқылы кеңістікте күндізгі жарық автономиясының кемінде 50% уақыт ішінде 300 люкс, ал жылдық күн сәулесінің әсері 250 сағат бойы 1000 люкс екенін көрсету. Тағы бір мүмкіндік – жарықтандыру деңгейінің 300 люкс пен 3000 люкс аралығында, күн мен түн теңелу күні ашық аспан астында кеңістіктің еден ауданының 75% немесе 90% үшін сағат 9:00 мен 15:00 аралығында екенін көрсету. LEED v4 күндізгі жарық өлшемдерінің жалпы мақсаты – жарықтың мөлшері мен сапасын талдау, сондай-ақ көбірек жарық пен азайтылған салқындату жүктемесін қамтамасыз ету үшін шыны қолдануды теңестіру.

The LEED 2009 daylighting standards were intended to connect building occupants with the outdoors through use of optimal daylighting techniques and technologies. According to these standards, the maximum value of 1 point can be achieved through four different approaches. The first approach is a computer simulation to demonstrate, in clear sky conditions, the daylight illuminance levels 108 5,400 lux on, September 21 between 9:00 a. m. and 3:00 p. m. Another prescriptive approach is a method that uses two types of side lighting, and three types of top lighting to determine if a minimum of 75% daylighting is achieved in the occupied spaces. A third approach uses indoor light measurements showing that between 108 5,400 lux have been achieved in the space. The last approach is a combination of the other three calculation methods to prove that the daylight illumination requirements are achieved. The LEED 2009 documentation is based upon the daylight factor calculation. The daylight factor calculation is based on uniform overcast skies. It is most applicable in Northern Europe and parts of North America. Daylight factor is "the ratio of the illuminance at a point on a plane, generally the horizontal work plane, produced by the luminous flux received directly or indirectly at that point from a sky whose luminance distribution is known, to the illuminance on a horizontal plane produced by an unobstructed hemisphere of this same sky." Two options exist for achieving the maximum value of these two most recent points. One option is to use a computer simulation to demonstrate that a spatial daylight autonomy of 300 lux for at least 50% of the time, and an annual sunlight exposure of 1,000 lux for 250 occupied hours per year, exists in the space. Another option is to show that illuminance levels are between 300 lux and 3,000 lux between 9:00 a. m. and 3:00 p. m. on a clear day at the equinox for 75% or 90% of the floor area in the space. The overall goal of the LEED v4 daylighting metrics is to analyze both the quantity and quality of the light, as well as to balance the use of glazing to ensure more light and less cooling load.