أهمية رفع كفاءة الاضاءة الطبيعية فى المبانى لتأثيرها على راحة المستخدمين [301463]

أهمية رفع كفاءة الاضاءة الطبيعية فى المبانى لتأثيرها على راحة المستخدمين

مقدم من : د.ﻡ /احمد حنفى محمود احمد

دكتور مهندس

رئيس قسم الهندسة المعمارية بمعهد القاهرة العالى للهندسة وعلوم الحاسب والادارة-القاهرة الجديدة

القاهرة – جمهورية مصر العربية

Tel./[anonimizat]

Mob./01022338171-01146000117

Email address : [anonimizat]

هدف البحث :

الهدف من البحث هو الوصول الى الاضاءة الطبيعية التى تحقق الشدة و الكمية المطلوبة داخل الفراغات و التى تعتمد على عدة عوامل منها نوعية ووظيفية و حجم هذا الفراغ بالإضافة إلى التوقيت الزمنى ، حيث أن كفاءة أداء المبنى يعتمد فى جزء كبير منه على رفع كفاءة و توظيف الإضاءة بالشكل الامثل داخل الفراغات ، وذلك من أجل الوصول الى راحة المستخدمين للفراغات المعمارية ، و تجنب الاضرار الصحية و النفسية لهم و الناجمة عن سوء تصميم و توزيع الاضاءة الطبيعية داخل هذه الفراغات.

التساؤلات المثارة :

– هل للاضاءة الطبيعية تأثير مباشر على صحة الانسان العضوية و النفسية ؟ و هل يمكن من خلال التصميم و التوزيع الجيد للاضاءة تجنب هذه المشاكل لمستخدمى الفراغات المعمارية ؟

– هل يمكن من خلال استخدام التقنيات و الاساليب التكنولوجية الحديثة رفع كفاءة الاضاءة الطبيعية داخل الفراغات ؟

منهجية البحث :

يتم الوصول الى الغرض من البحث من خلال دراسة الضوء و انواع الاضاءة فى المبانى الطبيعية والصناعية ودراسة أهمية الاضاءة الطبيعية فى المبانى و تأثيرها على صحة الانسان النفسية و العضوية مع دراسة خواص الضوء المختلفة و مكونات الضوء الطبيعى و كيفية قياس الاضاءة الطبيعية و أهمههم طريقة معامل ضوء النهار، ثم دراسة الاساليب التكنولوجية لرفع أداء و كفاءة الاضاءة الطبيعية و أخيرا دراسة النظم المبتكرة لنقل الضوء الطبيعى الى الفراغات البعيدة وصولا الى النتائج النهائية المرجوة من البحث و التوصيات .

تمهيد البحث :

تمثل الإضاءة جانبا مهماً من جوانب العمل التصميمي والذي يرتبط به ارتباطاً وثيقاً نظرا لما تحققه من جوانب مهمة وعلى مختلف المستويات فهي بنوعيها الطبيعية والاصطناعية مثلت مجالاً خصباً للبحوث و الدراسات واسهمت نتائجها في رفد الحركة المعمارية ودعمها بشكل مستمر، فلا يتوقف الاحتياج الى الاضاءة على شدة الاضاءة فقط بل يضاف عامل أخر و هو توزيع الضوء داخل الفراغ بصورة جيدة ، فإن كمية الاضاءة فى فراغ ما ليست هى نهاية التصميم الضوئى لانه قد تكون الاضاءة كافية من ناحية شدة الضوء و لكنها غير مريحة للبصر و تسبب كثيرا من الضيق وذلك لكون مصادر الضوء غير مدروسة او لم تكن موزعة توزيعا جيدا داخل الفراغ ، فالراحة البصرية تشكل تحديا عند تصميم الاضاءة ، كما أن متطلبات الإضاءة في الوقت الحاضر أكبر بكثير مما كانت عليه قبل عقد من الزمن، وذلك لميل الانسان إلى الرؤية الواضحة دون أن يضطرإلى الاقتراب من منبع الضوء أو انتظار بزوغ الشمس للقيام بأعماله ، كما أكد العلماء على أن الرؤية فقط تستهلك ربع الطاقة الكلية اللازمة للجسم فى حالة الاضاءة غيرالصحية() ،أى ان أي نقص فى الاضاءة معناه استنزاف الطاقة من الجسم لتعويض هذا النقص، بالاضافة الى أن كمية الإضاءة المطلوبة للفراغ تعتمد على وظيفته وحجمه فضلاً عن طبيعة تباين الفراغ الداخلي والمحيط الخارجي ، و يكون ذلك من خلال منهجية البحث و عرض الهدف منه والتساؤلات المثارة و الاجابة عنها فيما يلى ولكن لابد اولا ان نشرع فى تعريف الضوء كالتالى :

تعريف الضوء

عندما تثار الذرة بفعل الحرارة ويصبح أحد الالكترونات فى مستوى طاقة للذرة عال ، ولا يستطيع الإلكترون البقاء فى ذلك المستوى فسرعان ما يقفز إلى طاقة سفلى ويطلق فارق الطاقة فى هيئة فوتون (شعاع ضوء) له تردد محدد أو ذى طول موجة محددة ، كما تنتقل طاقة الاشعاع الشمسى فى صورة موجات كهرومغناطيسية ذات متسع من الاطوال الموجية تتراوح من 200 نانومتر حيث الاشعة فوق البنفسيجية حتى3000 نانومتر حيث الاشعة تحت الحمراء ، والضوء المرئى للعين البشرية هو إشعاع كهرومغناطيسى ذو طول موجى يقع بين نحو740نانومتر(الضوء الاحمر) و380 نانومتر (الضوء البنفسجى))(، وتتاثر شدة الاشعاع الشمسى خلال مروره بطبقات الغلاف الجوى لما تحتويه من رطوبة وبخار مياه وغبار وأتربة ، وتتغير قيمة الفقد فى الاشعاع الشمسى مع تغير طول المسار داخل الغلاف الجوى تبعا لزاوية الشمس والارتفاع عن منسوب سطح البحر، فيختلف اجمالى كمية الاشعاع الشمسى السنوى على موقع ما تبعا لخط العرض الجغرافى والعوامل المناخية المحلية ، فالظاهرة المسماة بالضوء تمثل قدرا بسيطا من الإشعاع الناتج من الطاقة الإشعاعية ، و الطاقة الإشعاعية للأطوال الموجية المختلفة تعطي إحساسا بالألوان المختلفة من البنفسجي إلى الأزرق و الأخضر و الأصفر و البرتقالي ثم الأحمر ، أما الإشعاع الحراري للأشعة تحت الحمراء و فوق البنفسجية فكلاهما لا يعطي أي إحساس بالضوء .

أنواع الاضاءة في المباني

الإضاءة في المباني تنقسم إلى نوعين اضاءة طبيعية واضاءة صناعية :

2-1الإضاءة الطبيعية

المصدر الأول و الأخير للإضاءة الطبيعية هو الشمس و تتوقف خواصها باختلاف حالة الطقس و المناخ، سواء بتتابع الفصول أو بتغير حالة الجو خلال الأيام ، و كذلك تختلف هذه الخواص تبعا لحركة الشمس خلال اليوم ، فهى تتبدل وتختلف باختلاف الوقت والفصل والموقع والبعد عن خط الاستواء وحالة الطقس وغير ذلك ، وقد عرف المعماري الشهير لوكربوزيه العمارة على أنها اللعب المتقن و الماهر و الصحيح بالكتل تحت الضوء ، فالضوء بشدته و تتابعه هو الذي يحرك الفراغات المختلفة و يصبغها بالحياة ، فيجب على المهندس المعماري الاهتمام بدراسة الإضاءة الطبيعية لتحقيق تصميم سليم متمتع بالضوء الطبيعي ، و ذلك من خلال التوجيه السليم للفراغات المختلفة ، و الابتكار و التجديد في عملية اللعب بالإضاءة الطبيعية عن طريق التشكيلات المختلفة للكتل في الواجهات .

2-2 الإضاءة الصناعية

لا تستطيع الإضاءة الطبيعية توفير جميع المتطلبات الضرورية لممارسة الإنسان نشاطاته في جميع الأوقات ، فتُسَتخدم الإضاءة الصناعية فى عدة حالات منها: عندما تكون الإضاءة الطبيعية غير كافية ، و عندما يحل الظلام كذلك قد تفرض بعض المتطلبات الوظيفية والتقنية والاقتصادية إقامة مبانى لا تدخلها الإضاءة الطبيعية لضرورات شتى كالمحافظة على درجة حرارة أو درجة رطوبة ثابتتين أو الإبقاء على المكان المغلق نظيفاً أو تطبيق نظام ضوئي خاص به أوغير ذلك ، والاضاءة الصناعية لها عدة مصادر كل منها يتمتع بالشدة و اللون المختلف و المتنوع المتلائم مع احتياجات الفراغ ، وبالتالي نستطيع الاستفادة منها من خلال الاستخدام الوظيفي و الجمالي أيضا ، و يرجع الفضل الأول في صنع المصباح الكهربائي المتوهج المفرغ من الهواء واستعماله تجارياً إلى توماس إديسون Thomas Edison في الولايات المتحدة الأمريكية سنة 1879، و كانت الخطوة التالية في الإضاءة الصناعية بالكهرباء ابتكار أنابيب التفريغ الغازية (أنابيب التبخيرvapour tubes ، وهى المعروفة اليوم باسم مصباح التألق الغازى أو الفلورسنت fluorescent ، ولقد طرأت تحسينات كثيرة في غضون النصف الثاني من القرن التاسع عشر على أنابيب التفريغ الغازية هذه فابتكر مصباح تفريغ بخار الزئبق العالي الضغط ومصباح التفريغ الصوديومي العالي الضغط ثم مصباح التفريغ الزنوني (غاز الزنون الخامل xenon) ذو الطاقة العالية والضوء المشابه لضوء الشمس تقريباً، ثم مصباح الألق الكهربائي (المصباح الوضاء الكهربائي electro luminescent) الذي يجعل الجدران والسقوف وكأنها ذاتية الإضاءة، الأمر الذي قد يصبح وسيلة الإضاءة الأساسية مستقبلا)(.

3- أهمية الاضاءة الطبيعية و أسباب تفضيلها عن الإضاءة الصناعية

الاضاءة الطبيعية لها اهمية كبيرة فى حياة الإنسان ، حيث تتغير في شدتها ولونها من الشروق إلى الغروب ومن يوم لأخر وفي خلال شهور السنة مما يحافظ على نشاط الإنسان وتكيفه مع المكان الذي يعيش فيه ، وقد أجمع كثير من العلماء على أن الإنسان يحتاج إلى التغيير المستمر في إضاءة المرئيات حتى يحافظ على مستوى ذكائه، فالاضاءة تعد من العوامل المؤثرة على تنظيم وظائف الجسم المختلفة ، كما ثبت أن الحرارة الناتجة عن الإضاءة الطبيعية أقل من الحرارة الناتجة عن كثير من أنواع الإضاءة الصناعية مما يؤدى للاحتياج إلى التخلص من الأحمال الحرارية الناتجة عن الإضاءة الصناعية() ، وتتمتع بعدد من المميزات منها :

تلبية الاحتياجات البصرية : تعد الوظيفة الأساسية للإضاءة داخل الفراغات هى تلبية الاحتياجات البصرية حيث تسهم بصورة مباشرة في توفير الجو المناسب للعمل والإبداع دون الإحساس بأي مشكلة بصرية وضوئية ، فكلما زادت كفاءة توزيع الإضاءة كلما زاد الإحساس بحقيقة شكل العناصر، تكوينها ، ملمسها، لونها() ، ويتوقف ذلك على توجيه المبنى وتوزيعه الفراغي ومعالجات الفتحات ، حيث تتضافر هذه العوامل معاً لتحدد الفراغات التي تصل إليها أشعة الشمس والأخرى التي لا تصل إليها بالشكل الذى يتناسب مع الاحتياجات الوظيفية لكل فراغ ، فعلى سبيل المثال وصول أشعة الشمس إلى صالات العرض بالمتاحف قد يلحق أضراراً بالمعروضات ، في الوقت الذي قد يمثل ذلك عامل جذب بمراكز التسوق.

جـ) أهمية الاضاءة في تمييز الألوان : للإضاءة الطبيعية أهمية فى إظهار الألوان فمن الصعب تمييز مجموعة من الألوان المجتمعة في حالة الإضاءة الصناعية ولكن يكون من السهل تحقيقه تحت تأثير الضوء الطبيعي حيث يعتبر وسطاً صحيحاً لمراجعة الألوان خاصة الاضاءة الشمالية فتظهر الألوان في صورتها الطبيعية .

د) أهمية الاضاءة فىالإحساس بالفراغ : الإضاءة الطبيعية تضيف أو تزيد من الإحساس بالأتساع بالنسبة للفراغ وذلك لأن فتحة الإضاءة الطبيعية تفتح الفراغ للخارج مما يعطي إحساسا بأنه أكثر أتساعا، وهذه الظاهرة قد درست بواسطة عدد من معامل أبحاث البيئة حيث وجد "اينوى" و "ماياتا" في عام ١٩٧۳ أن الإحساس يزداد في الغرفة ذات الشبابيك الواسعة أو كبيرة الحجم ، كذلك فإن دخول الضوء الطبيعي في الفراغ يخلق خاصية ديناميكية بداخله، وذلك لما يحققه من تباين فى لون الفراغ وفي الضوء نفسه مما يزيد من جمال الفراغ و زيادة جاذبيتة مؤدي إلى الإحساس بالبارز والغاطس وبالملمس واللون والاتساع وغيرها من المظاهر الجمالية ، حيث يؤدى التغير في اتجاه ضوء الشمس إلى إضفاء البعد الثالث على الأجسام ، فالحكم على الفراغ بأنه مثير أو كئيب ، معتم أو مضيئ هو نتيجة للظلال التي تلقيها أشعة الشمس.

هـ) تقسيم الفراغات : يلجأ المصممون إلى استخدام الإضاءة الطبيعية بدرجتها وشدتها في تقسيم الفراغ الداخلي للمبنى فمثلا فى المبانى الادارية نجد أن الفراغات المركزية تحتاج إلى كمية إضاءة أعلى من الممرات والطرقات ، أما الفراغات الإدارية فإنه من الضروري أن يتحقق بها ثبات شدة الإضاءة وكفاءتها اللازمتين للقيام بالأعمال الإدارية بأعلى درجة كفاءة().

و) أهمية الاضاءة فى الإتصال بالطبيعة الخارجية : إن من أهم خصائص نوافذ الإضاءة أنها تعد قنوات اتصال حيوي بين الداخل والخارج وهو ما يحقق عنصراً هاماً وهو الاتصال الخارجي (View) والذي يؤثر على التركيز من خلال الإحساس بالوقت والاتجاه والاحساس بالتوازن ولا يتحقق ذلك إلا من خلال رؤية الضوء الطبيعي متخللاً عناصر تنسيق الموقع من نباتات وأشجار ومسطحات مائية وغيرها()، و فتحات الإضاءة الطبيعية تشبع لدى الإنسان رغبة في البقاء بقربها ، وقد أجريت كثير من الأبحاث لدراسة النسبة المثلى بين مساحة النافذة ومساحة الحائط الذي توجد به حتى يحقق منظرا جيدا، حيث ينقسم المنظر الخارجي إلى ثلاثة اجزاء : الأول منظر السماء ويعطي الإحساس بالوقت والتغيير المستمر في الضوء الطبيعي طوال اليوم مما يبعد الملل ، الثاني منظر الأرض والذي يضفي الإحساس بالتوازن والأمان ، والثالث منظر الأفق والذي يربط الأنشطة المختلفة الموجودة حوله بالخارج() .

ز) في حالة الطوارئ :هناك عوامل منفعية آخرى للمباني المضاءة طبيعيا وهو دور فتحات الإضاءة الطبيعية (النوافذ) في حالات الحريق وغيره من حالات الطوارئ () .

حـ) إدراك وتوجيه المستخدمين : يجدر الإشارة إلى أن جميع المستخدمين لهم رد فعل طبيعي تجاه الضوء حيث تتجه العين لا إرادياً لجهة الضوء ، لذا تعتبر الإضاءة أحد الوسائل الموجهة ما بين الفراغات الداخلية الأمر الذي يتطلب الاهتمام بالتصميم الضوئي للفراغات لإحداث إيقاع ضوئي يحقق التوجيه التصميمي () .

4- تأثير الاضاءة الطبيعية على صحة الانسان العضوية والنفسية

أجريت العديد من الأبحاث لدراسة تأثير الإضاءة على صحة الإنسان ، سواء النفسية او الجسدية ، كشفت أن الخلل في متطلبات الاضاءة ينتج عنه العديد من المشاكل الصحية و النفسية و العضوية ، فمتطلبات الإضاءة لا تقتصر فقط على وضوح الرؤية و انما لها دور في تنظيم وظائف أعضاء الجسم و تخفيف الصراع النفسي الذي يعاني منه الإنسان .

4-1الاضاءة و الاعراض العضوية

خرجت العديد من الدراسات بنتائج توضح بعض الأمراض العضوية التي يتعرض لها الإنسان نتيجة حياته و ممارسته للانشطة في ظروف بصرية غير ملائمة ، من هذه النتائج ما اكدته الابحاث من انه كلما انخفضت الاضاءة كلما زاد الشعور بالاجهاد وازداد تركيز السموم بالجسم ، كما أثبتت الأبحاث ان للإضاءة تأثير منشط للأعصاب نتيجة التغيرات التي تطرأ على كرات الدم البيضاء عند تعرض الإنسان للإضاءة ، و لوحظ ان الأطفال الذين تم تعريضهم بصفة يومية للأشعة فوق البنفسجية تنخفض أمراض الجهاز التنفسي لديهم بشكل ملحوظ ، وتتحسن قدرتي السمع و الرؤية عندهم ، هذا بالإضافة الى العديد من الأبحاث التي أثبتت التأثيرات الإيجابية للإضاءة الطبيعة على الجينات في جسم الإنسان ، وعلى إفرازات الغدد و نشاطها)(. كذلك فإن الثبات في الإضاءة له أثر سيئ بالنسبة لمعدلات إفراز الهرمونات ونشاط مركز الأعصاب والجهاز التنفسي وحيوية الأوعية القريبة من الجلد وكذلك مقدرة الإنسان على الإحساس ، ونتيجة للأبحاث وجد أن الاشخاص المعرضين لاضاءة غير صحية يصابوا بتليف الأنسجة وتمزق الشرايين واضطراب الدورة الدموية وأمراض الكلى وضعف عضلات القلب علاوة على نقص كمية الأكسجين بأنسجة الجسم (hypoxia) و الإصابة بالشيخوخة المبكرة().

4-2 الإضاءة و الراحة النفسية

لفهم التأثير النفسي للإضاءة على الإنسان يجب أن نعرف أن العين تفصل ما يصل إليها من أضواء الى

مجموعتين :

المجموعة الأولـــــى : وهي الأشعة التي تصل إلى مركز الرؤية بالمخ والتي تترجم الى معلومات مرئية

ب – المجموعة الثـانية : وهي الإضاءة الأتية من الأشياء بمجال البصر ، و هي تصل إلى الجزء الأمامي من المخ ، و هذا الجزء هو الذي يمد الإنسان بالأحاسيس و الأنطباعات و العواطف ، كما انه المسؤول عن الحركة اللاإرادية التي تصدرعن الإنسان عندما يفاجا بالإنفعالات والصدمات()، فمستويات الإضاءة المتوفرة قد تكفي للرؤية إلا إنها قد تخفق في إيضاح غموض المكان ورسم صورة مريحة بالمخ ، و هذا قد يصيبه بالإرتباك النفسي و يعرض صحته النفسية للإضطراب ، و بالإضافة إلى التأثير المباشر الذي تحدثه الإضاءة على صحة الإنسان النفسية و العضوية فانها تلعب دورا أخر في تكوين إنطباعاته المترتبة على المؤثرات البصرية التي يتعرض لها ، فنظام الإضاءة المستخدم في بيئة ما يمكن ان يولد لدى الانسان نوعين من الإنطباعات او ردود الفعل ، أحدهما جماليAesthetical والأخر عاطفي Emotional فرد الفعل الجمالي كأن يشعر الإنسان أن المكان جيد أو سيء ، ساطع او مظلم ، او نحو ذلك من ردود الفعل التي هي في مجملها ردود فعل لحظية ، اما رد الفعل العاطفي كأن يشعر الإنسان ان المكان مبهج او هادئ او نشط او نحو ذلك من ردود الأفعال التي تعبر عن إحساس عميق بالنفس تكون تلقائيا بعد فترة من المكوث بالمكان،و نتيجة لأهمية الاضاءة الطبيعية سوف نتناول دراستها تفصيليا من خلال دراسة خواص ومكونات الضوء الطبيعى ، وتأثيره على توزيع الاضاءة و كيفية قياسها ، ثم دراسة الوسائل التكنولوجية الحديثة و التى يمكن من خلالها رفع اداء و كفاءة الاضاءة الطبيعية .

5- خواص الضوء

يعرف الضوء بأنه فيض من الأشعة الكهرومغناطيسية غير مرئي ، يمكن من رؤية الأشياء بسبب انعكاس الضوء عليها و من خصائصه :

أ- الانعكاس Reflection : وهو ارتداد الإشعاع الضوئي نتيجة لوجود سطح أدى إلى انعكاسه دون حدوث أي تغير بتردد الموجات ، حيث تكون زاوية السقوط مساوية لزاوية الانعكاس ، وتسمح هذه الخاصية لمصممي الإضاءة بتقليل ظاهرتي الوهج والسطوع ، والتحكم في اتجاه سقوط الضوء ، ومن أمثلة المباني التي تتبع هذه الخاصية في تحسين كفاءة الإضاءة الطبيعية مبنى (Inland Revenue Center) وهو مبنى ادارى شكل(1-1) والذي يعتمد على مخروط أسطواني من المريا العاكسة تعمل على عكس الإضاءة الطبيعية داخل المبنى .

ب- التشتت Diffusion : وينتج عن سقوط الأشعة الضوئية على الأسطح الخشنة أو المدهونة بجزيئات عاكسة فيعمل كل جزء عمل مرآة منفصلة ذات ميول مختلفة عن بعضها مما يؤدي إلى تولد اتجاهات عديدة للأشعة المنعكسة ينتج عنها ضوء مشتت يريح العين بشكل أكبر من الضوء الساطع المركز()، ومن أمثلة المباني التي تتبع هذه الخاصية في تحسين كفاءة الإضاءة الطبيعية مبنى (CAN-SUVA Building) شكل (1-2) ، والذي يعتمد على نوع زجاج يقوم بتشتيت الضوء وإعادة تركيزه وتجميعه وتوجيهه للداخل .

ج- الانكسار Refraction : وهو التغير في اتجاه الشعاع المنكسر عند سقوط الضوء على وسط ذو سمك مؤثراً على نفاذيته إلى الناحية الأخرى ، لذلك فإنه يمكن استغلال هذه الخاصية في تغيير مسار الأشعة الضوئية عند الاحتياج لذلك ، ومن أمثلة المباني التي تتبع هذه الخاصية في تحسين كفاءة الإضاءة الطبيعية مبنى (Building Research Establishment) وهو مبنى ادارى شكل (1-3)، والذي أعاد استغلال اشعة الشمس المنكسرة في توليد الطاقة .

6- مكونات الضوء الطبيعي

تختلف مكونات الضوء الطبيعي ، شكل(1-4) من حيث الشدة واللون نتيجة لطبيعة الضوء المتغيرة ، ويمكن تقسيم الضوء الطبيعي الذي يصل إلى نقطة معينة داخل الفراغات إلى عدة مركبات تختلف باختلاف حالة السماء والتي يطلق عليها مكونات الضوء الطبيعي.

وفيما يلي عرضا لمكونات الضوء الطبيعي :

6-1ضوء الشمس المباشر Direct Sun Light

ويقصد به إشعاع الشمس المباشر والذي يصل شدته في كثير من الأوقات إلى أكثر من (٠٠٠,١٠٠لاكس) مما يستوجب عدم التعامل معه بصورة مباشرة () لما يحمله من حرارة مصاحبة وأشعة مضرة ، ذلك بالرغم من كونها أشعة شبه ثابتة معظم ساعات النهار .

6-2ضوء السماء Sky Light

نتيجة لمرور أشعة الشمس المباشرة في السماء تحدث إنكسارات متعددة في الضوء وهذا ما يسبب

ظاهرة اللون الأزرق للسماء نتيجة للذرات الموجودة في الجو، هذا ويصل هذا الضوء المنكسر إلى الأرض بكثافة أقل بكثير من أشعة الشمس المباشرة وهو ما يعرف بضوء السماء حيث تكون الحرارة المصاحبة له قليلة وغالباً ما يتم الاعتماد على هذا الضوء في تصميم نظم الإضاءة الطبيعية (Day Light System)().

6-3 الضوء المنعكس خارجياً Light Reflected Externally

وهو ذلك الضوء المنعكس من الأرض ومن الأسطح الخارجية المختلفة منها عناصر تنسيق الموقع والمباني المحيطة والتي تعد من العوامل الهامة في تصميم الإضاءة، ويجدر الإشارة إلى أن الأجواء المصرية تتسم بالسماء الصافية معظم أيام السنة مما يؤدي إلى تولد هذا النوع من الضوء والذي يتميز بقلة الحرارة

المصاحبة له بالإضافة إلى كونه أكثر كثافة من الضوء الساقط من السماء بما قد يساوي خمسة أضعاف().

6-4 الضوء المنعكس داخلياً Light Reflected Internally

وهو الضوء الذي يتخلل النوافذ لينعكس على الأسطح الداخلية للفراغات من عناصر تشطيبات الحوائط والأرضيات والأسقف والأثاث وألوانها المختلفة ونوعية الاسطح الداخلية ، ونوعية الزجاج وحجم الفتحات وأماكنها ونوع دعائمها وإطارها والتي تؤثر في مجموعها على كل من الانعكاسات الداخلية وكمية الإضاءة الطبيعية الداخلة إلى الفراغ.

هذا ويجدر الإشارة إلى ضرورة مراعاة عدم انعكاس الإضاءة الداخلية بصورة مباشرة على كل من أعين شاغلى الفراغ لما تولده من إبهار مزعج. ويتم حل هذه المشكلة بإعادة الانعكاس بصورة غير مباشرة تحقيقاً لتجانس الضوء وإعادة توزيعه()، وبالرغم من اختلاف مصادردخول الضوء الطبيعي كماً وكيفاً إلا أنه يجب تحقيق الهدف العام من الإضاءة الطبيعية بالمبنى وهو إعطاء ضوء ذو جوده عالية مع حجب الانعكاسات ونسب السطوع العالية().

7- قياس الإضاءة الطبيعية

توجد أربعة طرق لقياس الإضاءة الطبيعية في المباني وهي :

١- طريقة عامل ضوء النهار .

٢- طريقة اللومن .

۳- طريقة القبة السماوية الاصطناعية .

٤- طريقة برامج الحاسب الألي .

والطريقة الأكثر واقعية ويمكن حسابها لمختلف أجزاء المبنى فهي طريقة عامل ضوء النهار أما الطرق الأخرى مثل طريقة اللومن فإنها تتعامل مع النافذة وكأنها لوح مضئ مثل كشافات الفلورسنت ، وطريقة القبة السماوية الاصطناعية تحتاج إلى عمل نموذج لقبة السماء وإضاءتها بإضاءة مشابهة لضوء السماء ثم وضع النموذج بداخلها بما فيه من كاسرات شمس وألوان وقياس الإضاءة بالداخل ، وهذه الطريقة تعني أن يقاس الضوء بعد عمل تصميم وتنفيذ النموذج ويشترط ألا يقل قطر قبة السماء هذه عن ٦ أمتار لإمكان دخول الإنسان بداخلها وقياس الإضاءة للنموذج المطلوب دراسته بطريقة صحيحة وسليمة مع استخدام الأجهزة الضوئية ذات الخلايا الضوئية الحساسة والدقيقة، لذلك فهو غير عملي ، أما طريقة الحاسب الألي فهي وإن كانت دقيقة إلا أن كل برنامج يتعامل مع نوع واحد من الفتحات، مثلا الفتحات في الحوائط الرأسية أو الفتحات على الأسقف الأفقية فقط ولذلك فإن معامل ضوء النهار هي الطريقة المثلى التي يستخدمها المصمم للحصول على قراءات تساعده على تصميم إضاءة طبيعية جيدة() .

7-1 معامل ضوء النهار Daylight Factor (DF) :

نظرا لتغير شدة الإضاءة على مدى ساعات النهار لجأت بعض الطرق لإيجاد نسبة مجردة لتكون أساسا لتصميم الإضاءة الطبيعية وهذه النسبة هي معامل الإضاءة الطبيعية ويعبر عنه بنسبة مئوية – وعامل الإضاءة الطبيعية هو النسبة بين شدة الإضاءة الطبيعية عند نقطة ما في الفراغ الداخلي (EI) إلى شدة الإضاءة الخارجية مقاسة في نفس الوقت على مستوى أفقي معرض بالكامل للسماء بدون عوائق (Eh) ويفترض في هذه الحالة استبعاد ضوء الشمس، فيكون Df=Ei/Eh % وترجع أهمية هذا العامل في حساب الإضاءة الطبيعية الى انه طالما تم اختيار قيمة مستوى الإضاءة المطلوبة داخل الفراغ .

– كذلك تم اختيار قيمة الإضاءة الخارجية الإضاءة تبعاً السماء السائد في منطقة الدراسة فانه يمكن استنتاج النسبة بينهما لتكون قيمتها هي قيمة عامل الإضاءة ومقارنة القيم المختارة في المناطق الحارة الجافة تم اختيار ١٢٠٠٠- ١٥٠٠٠ لاكس للتعبير عن شدة الإضاءة الساقطة بدون عوائق على مستوى أفقي كنتيجة لضوء السماء (باستثناء المنطقة من السماء المحيطة بالشمس) – ويكون الهدف من الناحية الكمية هو ان يحقق تصميم المبنى هذه النسبة عند جميع النقاط في الفراغ الداخلي حت يمكن الحصول على مستوى الإضاءة وعلى ذلك فانه يمكن استخدامه كمعيار لقياس الأداء الضوئي ويمكن بواسطته المقارنة بين فراغات مختلفة من حيث العوامل الأتية:-

– موقع نقطة القياس العلاقات الهندسية للشباك .

– العلاقات الهندسية للفراغات .

– مادة الزجاج المستخدم .

– معاملات انعكاس الأسطح والعوائق الخارجية .

8- الاساليب التكنولوجية لرفع أداء وكفاءة الاضاءة الطبيعية

تعتبر المجمعات والمركزات الضوئية Daylight Collectors أحد أهم الاساليب التكنولوجية المستخدمة لرفع أداء وكفاءة الاضاءة الطبيعية ، ولقد أجريت الكثير من الدراسات على مركزات ضوء الشمس المباشر والمزودة بأجهزة تتبع حركة الشمس على مدار اليوم ، ويعتمد نجاح هذا النظام على الصيانة الدورية المستمرة وتوافر ضوء الشمس الدائم ، وضرورة متابعة وسائل التحكم في حركة المجمعات ()، حيث تعتمد الاستراتيجية الضوئية على استخدام عدد من العواكس الضوئية المتحركة تقوم بتوصيل الإضاءة بطريقة شبه ثابتة إلى فتحة قياسية مصممه بسقف الفراغ طوال ساعات النهار .

8-1 مكونات المجمعات والمركزات الضوئية

وتتكون المجمعات والمركزات الضوئية مما يلي :

سطح معدني أو بلاستيكي أو لدائن لتجميع الأشعة الشمسية

ألواح من الزجاج أو البلاستيك الشفاف لتحقيق الاستغلال الأمثل لضوء الشمس

شرائح سوداء بغرض العزل الحراري ومنع الانعكاسات

وحدات تخزين وموجهات الإضاءة الطبيعية

حساسات (Sensors) للاستجابة للأشعة الشمسية

8-2 استراتيجيات توجيه الاضاءة الطبيعية باستخدام المجمعات والمركزات الضوئية

ومن أهم هذه الأنظمة ما يلي :

أولا: نظام المجمعات و المركزات الضوئية العلوية

يعتمد هذا النظام على ثلاثة استراتيجيات رئيسية هي: استراتيجية التجميع لإستقبال وتركيز الضوء المتوافر، واستراتيجية توجيه الإضاءة الذي يقوم بنقل الضوء إلى نقطة الإستخدام ، واستراتيجية التوزيع عند نهاية نقط الإستخدام ، ولضمان ثبات شدة الإضاءة داخل الفراغ يتم المزج بين هذا النظام مع نظام الإضاءة الصناعية ذو التحكم الأوتوماتيكي الحساس ، ولهذا النظام عدة عيوب من أهمها إحتياجه إلى صيانة دورية متخصصة ، حيث أن هناك عوامل كثيرة تقلل من كفاءة هذه الأنظمة من أهمها الأتربة ()، وذلك لأنه يقلل من قدرتها على عكس أو تركيز الضوء ، كما تحتاج هذه الأنظمة إلى ضرورة متابعة وسائل التحكم في حركة المجمعات.

استراتيجية التجميع Collect System

ظهرت العديد من النظم حديثا ، وكان منها نظام مركزات ضوء الشمس المباشر وذلك بإستخدام بعض الأجهزة التي يستخدم فيها أجهزة تتابع ضوء الشمس طوال النهارلتجميع أكبر كم من الضوء، وهي عبارة عن مرايا تشبه الطبق تسمى الهليوستات HELIOSTAT تقوم بتتبع الشمس شكل (1-5) ، ثم تقوم بتركيز الضوء ثم تعكسه وتوجهه إلى مكثف ضوئي (Light Condenser) وذلك أثناء أو بعد تركيزه ، وذلك بهدف تضييق مخروط الضوء بأقصى ما يمكن ويتم ذلك باستخدام ألواح الفلورسنت المركبة ، كما يتم استخدام دهانات خاصة بتجميع الضوء من مختلف الاتجاهات واعادة توجيهها باستخدام جهازالتحكم فى الزاوية الشمسية الساقطة(Sun Path Control) .

ويكون الهيليوستات شكل(1-6) ، غالبا على سطح المبنى ويزود بأجهزة حساسة ،حيث يتم وضع هذه العدسات عند سطح الفناء الداخلى ، فيقوم سطحها العلوي الخارجي بتتبع ضوء السماء ثم تجميعه وتركيزه ثم تنقله وتوجهه إلى عدسات أخرى داخل فراغ المبنى ، وتعتمد استراتيجية تجميع الإضاءة الطبيعية على استخدام أسطح ذات طبيعة صقل عالية النقل الضوئي وهي عبارة عن رقائق تتميز بكفائتها العالية للنقل الضوئي مع مثاليتها في نقل أطوال موجات مرئية تتراوح ما بين (30-70Hertz) وإمكانية عكس الموجات بأطوال من (2-100Hertz) () ، وذلك إلى جانب إمكانية التحكم في الخصائص الحرارية عن طريق استخدام أسطح الزجاج المتعدد الطبقات ، أو باستخدام رقائق البلاستيك الملصقة بالزجاج ، هذا وقد تطورت أساليب استخدام وتركيب نظُم التجميع الضوئي نظراً للتوصل لأنواع من الغازات قليلة التوصيل منها التكسيات البلاستيكية قليلة الاكتساب الحراري ، ومن المواد الحساسة للضوء والتي تستخدم في أجهزة التجميع الضوئي ما يلي ():

العدسات Cells

الرقائق الضوئية Lighted Sheet

الأسطح الزجاجية المعالجة Glass Tempered Surface

ألواح الفلورسنت المركبة Florescent Tablet

ب ) استراتيجية النقل Transport System

بعد تجميع الضوء بأي طريقة من طرق التجميع ، يلزم نقل الضوء إلى الفراغ المستهدف ، ويكون ذلك باستخدام بعض العناصر الموجهة والتي من أهمها الأسطح العاكسة ، العدسات المجمعة والموجهة ، المرايات ، المناشير الضوئية ، وحزمة الألياف الضوئية، شكل(1-7،8)، إلا أنه يعيب الطرق التي تستخدم العدسات حدوث انعكاسات غير مرغوبة عند التداخلات الضوئية ، ومع تجمع الأتربة على سطحها تقل كثافة وكفاءة الضوء مما يقلل من الكفاءة الضوئية الإجمالية ، ويمكن معالجة ذلك باستخدام الدهانات المضادة للإنعكاسات والتي تعتمد على خاصية استقامة مسار الضوء دون حدوث انحراف في مساره يعمل على خفض الأداء الضوئي () ، وتتعدد قطاعات الموجهات الضوئية العاكسة ما بين ( المستدير، المستطيل ، المربع ، المثلث) والتي يفضل دهان سطحها الداخلي بمواد شديدة العكس،أو بإضافة رقائق عاكسة لتصل شدة الانعكاس (٩٩%) بكفاءة عالية قدرها (٥٠%)عند عمق (٠٠,٥٠ م) وبقطر(٠٠,١ م) ()للموجه العاكس محكم للغلق ، ويجدر الإشارة إلى إمكانية استخدام الفضة لتحسين كفاءة الإضاءة عند الأعماق الكبيرة وبأقل قُطر ممكن من خلال تكسية الموجه الضوئي بطبقة رقيقة من دهان الأكرليك وذلك للتتضاعف كفاءة الإَضاءة ، للحد من الانعكاسات الغير مرغوبة يتم احتجاز الضوء داخل الموجه المفرغ ذو القطاع المنشوري مما يساعد على دوام تجميع حزمة الضوء داخل محوره المركزي وإمكانية نقل وتوزيع الضوء فــــــي أن واحـد .

ولأنظمة الألياف الضوئية العديد من المزايا لاستخدام الكبلات المرنه والتي توجه حسب متطلبات التصميم مع مراعاة أن تقل مساحة مقطع حزم الكبلات في مجموعات كبيرة عند النهاية بمعدل (٧,٠ م) () ليتناسب مع حجم الفراغ المار به الحزم، مع عدم الاستهانة بوزن هذا النظام عند تصميم السقف المعلق ، هذا ويتوقع المختصون ظهور أقطار من الألياف المختلفة والمتناسبة مع حجم المجمعات الضوئية لتوفير الإضاءة اللازمة خلال مساحة تجميع صغيرة القطاع .

جـ) استراتيجية التوزيع Distribute System

يتأثر نظام إعادة توزيع الضوء بنوعية نظام توجيهه المستخدم فعلى سبيل المثال في نظام الألياف الضوئية تكون النهايات البسيطة داخل الفراغ المطلوب إضاءته كافية جدا لتوزيع الضوء ، بينما تحتاج نظم التوجيه الأخرى إلى نظم إعادة توزيع مناسبة للتحكم في شدة الإضاءة خاصة عند نفاذ أشعة الشمس إلى داخل الفراغ ، حيث تتطلب هذه النظم إستخدام مفاتيح كهروضوئية مناسبة ، مع التدقيق في اختيار أماكن وحدات الخلايا الضوئية الحساسة شكل(1-9) ، فيتأثر تصميم توزيع الضوء بنوعية نظام التوجيه المستخدم داخل الفراغ المطلوب إضاءته محققة كفاءة التوزيع مع توفير الإضاءة الطبيعية في أعماق الفراغات بأسلوب أكثر تشويقاً يظهر ديناميكية الإضاءة ، مما يستلزم اختيار وسائل التحكم الضوئي المناسبة لتحقيق أفضل استخدام لضوء النهار()، وغالباً ما يتم التوزيع باستخدام (Sensors) المثبتة خلف الواجهات الذكية ، أو المثبتة بعناصر فراغ المبنى ،من حوائط وأسقف أو بالقرب من الأفنية ذلك إلى جانب إمكانية وضع المرايا ، الكاسرات ، العدسات في مسار الأشعة من خلال ضبطها أوتوماتيكيا لرفع كفاءة الفراغات الضوئية() .

ومن المباني التي استخدمت فيها العواكس والمرايات بنجاح مبنى فندق بافليون إنتركونتيننتال PAVILION INTER CONTINENTAL شكل(1-10) ، حيث استخدمت هذه العواكس في تجميع الإضاءة الطبيعية

الخارجية ثم توجيهها إلى داخل فراغ الأتريوم لتعود وتسقط على عواكس ومرايات أخرى داخلية تعيد توجيهها في الداخل().

ثانيا: نظام المجمعات والمركزات الضوئية الجانبية

يعتمد هذا النظام على فكرة وجود أجهزة يمكن بواسطتها حياد الضوء ليخترق مسافات أبعد داخل الفراغ ، ويتم ذلك بإعادة توجيه الضوء ناحية السقف ومنه إلى سطح العمل شكل (1-11) .

وهناك العديد من الوسائل الفنية المتوفرة لتحقيق هذه الأهداف ، والتي تشتمل على وحدات حياد الضوء كالبلوكات المنشورية ، والعدسات ، والكاسرات العاكسة شكل (1-12) .

حيث يكون الحائط المبنى من هذه البلوكات المنشورية والعدسات الطولية – أو الشباك المصنوع من هذه المواد – ذو قطاع فعال من المنشورات الضوئية المثلثة ، وعند سقوط الضوء على هذه المواد ينكسر لغير اتجاهه ومن ثم يخترق الفراغ لمسافة أعمق في إتجاه سطح العمل أو في إتجاه السقف()شكل(1-13)، وتكون هذه الوسيلة ناجحة في الإستفادة من أشعة الإضاءة الطبيعية ذات الميول المرتفعة والنافذة من الفتحات العلوية لفراغ الفناءالمركزى، شكل(1-14). حيث يوجه هذا النوع بإستخدام مساحة قطاع رفيعة

الضوء إلى مسافات عميقة خاصة عند إستخدام وحدات سقف ذات معامل إنعكاس عالي لسطحه.

9- نظم مبتكرة لنقل الاضاءة الطبيعية الى الفراغات البعيدة عن مصدر الضوء

9-1 النظم السالبة Passive System

– أنابيب الإضاءة الطبيعية Sun Pips

– الأبــــار الضوئيــــــــــــة Lights Wells

– عدســـة فريسنيـــــــــــــل Fresnel Lens

– الهليوستـــات الثـــــــابت Passive Heliostat

9-1-1 أنابيب الإضاءة الطبيعية Sun Pips

و هى عبارة عن أنابيب رأسية وأفقية تقوم بتوصيل الإضاءة إلى الفراغات الداخلية والأدوار السفلية في المباني متعددة الطوابق و فى المناطق التى تحتاج إلى كم إضاءة كبير، شكل (1-5).

وتتكون أنابيب الإضاءة من ثلاث عناصر رئيسية أنبوب من الألومنيوم المبطن بالفضة أو الرقائق المعدنية التي يصل معامل إنعكاسها إلى ٩٥%، يتراوح قطر الأنبوب بين ٢٣-50 سم ، يعلو الأنبوب – خارج المبنى – قبة أكريلك شفافة ، وتعالج بعض أنواع الأكريلك بحيث تمنع معظم الأشعة فوق البنفسجية من النفاذ ، وينتهي الأنبوب في الفراغ الداخلي بقبة نصف شفافة تعمل على توزيع الضوء كما هو موضح بشكل (1-6) ، وتتميزبسهولة التركيب حيث أنها لا تحتاج إلى متطلبات إنشائية خاصة بالإضافة الى أنها تحتاج إلى صيانة محدودة ، وهناك نوع اخر من انابيب الضوء الشمسى Solar Light Tubeوهي عبارة عن نوع من الأنابيب الشفافة تستخدم في المناطق التي تحتاج إلى كم إضاءة كبير و تعمل بنفس الفكرة السابقة وهي مجمعات شمسية تقوم بتجميع الضوء من الخارج ثم تمر في أنابيب وتكون هذه الانابيب هي مصدر الضوء وهذه الأنابيب مصنوعة من الألياف الضوئية ويمكن أن تكون هذه الأنابيب مجموعة من المرايا والعدسات التي تجمع أو تشتت الضوء حسب ما نحتاج .

9-1-2 الأبار الضوئية Light Well

عباره عن بئر رئيسي مربع ، يصل طول ضلعه إلى 1,30م ، وجوانبه مبطنة برقائق معدنية ذات معامل انعكاس مرتفع يبلغ ٩٠%، وأعلى البئر عدسة منشورية توجه أشعة الشمس المنخفضة نحو البئر ، وأسفل البئر يوجد موزع للإضاءة ، ويمكن إضافة مرآة متحركة أعلى البئر لالتقاط أشعة الشمس شديدة الانخفاض عند طلوع الشمس ووقت الغسق ، وفي هذه الحالة يصنف على أنه نظام فعال ().

9-1-3 عدسة فريسنيل Fresnel Lens

هي عدسة تقوم بتركيز أشعة الشمس أو ضوء النهار، تثبت أعلى المبنى بحيث تقوم بتوجيه الضوء المركز عبر فتحة سماوية صغيرة إلى داخل المبنى، ويمكن استخدام عدسة أخرى لتوجيه الضوء إلى الفراغات المختلفة أو نقله عبر الألياف الضوئية ، شكل (1-7) .

9-1-4 الهليوستات Heliostat

عبارة عن مرآة تعكس أشعة الشمس عند نقطة معينة، هذه النقطة قد تكون نافذة أو فتحة سماوية أو أنبوب شمس أو ألياف ضوئية أو غير ذلك ، ويمكن أن يستخدم معه عدد من المرايا موزعة على أدوار المبنى في حالة وجود أتريوم بحيث تقوم كل مرآة بعكس جزء من الضوء داخل الدور، كما يمكن تحريك المرايا لتعقب أشعة الشمسي كما بالشكل (1-8).

9-2 النظم الإيجابية Active System

تعتمد هذه النظم على تعقب مسار الشمس للحصول على أكبر إستفادة ممكنه من أشعتها في إضاءة الفراغات الداخلية ، وهذه النظم عباره عن معدات مركبة من مرايا وعدسات ومناشير وألياف ضوئية بالإضافة إلى مجسات و محركات ومعالجات إلكترونية Processors ، من هذه النظم ما أثبت جدواه إقتصادياً ومنها ما لم يحقق النجاح المرجو ومنها ما هو رهن التطوير ، ومن امثلة هذه النظم :

– نظــام هيمـــــــــاواري Himawari System

– نظام الإضاءة المهجن Hybrid Lighting

– نظــــــــام ســــولاكس Solux System

– هليــــوبـــــــــــــاص Heliobus

9-2-1 نظام هيما وارى Himawari System

يعتمد هذا النظام على عدسة فريسنيل لتركيز الضوء ، وألياف ضوئية لنقله ، وقد تم ابتكاره في اليابان في سبعينات القرن العشرين ( )،شكل (1-9) ، ويحتوي النظام على مجموعة من عدسات فريسنيل السداسية ، ومجسات شمسية Sun Sensors ومعالج دقيقMicroprocessor ، تقوم المجسات بتحديد موقع الشمس عند سطوعها ، ويقوم المعالج بحساب موقعها عند اختفائها خلف السحب ، ومن ثم يتم الاحتفاظ

بالعدسة دائماً موجهة إلى الشمس ، وعند سقوط أشعة الشمس على العدسة تقوم بتركيزها على مجموعة من النهايات الطرفية للألياف الضوئية والتي تتحد معا لتكون كابلاً واحداً من الألياف الضوئية يقوم بنقل الضوء إلى الفراغات الداخلية شكل (1-10) ، وفي حالة استقبال العدسة لإضاءة تبلغ ٩٨٠٠٠لاكس يمكن أن تبلغ إضاءة فراغ داخلي على بعد ١٥م ٤٢٠لاكس ، تغطي دائرة قطرها 2,2م () .

9-2-2 نظام الإضاءة المهجن Hybrid Lighting

يقوم النظام على مشروع بحثي في الولايات المتحدة الأمريكية()، ويهدف بحلول عام ٢٠٢٠م إلى توفير ٣٠مليون كيلووات /ساعة ، والنظام عبارة عن توليفة من أربعة نظم تكنولوجية تقوم بتجميع الإضاءة الطبيعية ، وتوليد الإضاءة حيث الحاجة إليها ، والتحكم في كمية كل من الإضاءة الطبيعية والصناعية أثناء فترة التشغيل شكل (1- 11) ، و فكرة المشروع تقوم على استغلال الطاقة الشمسية للحصول على الإضاءة الطبيعية والصناعية وإحداث التكامل بينهما ، والنظام عبارة عن مجمعات شمسية ذات قطع مكافيء Parabolic Sun Collectors توفر إضاءة طبيعية تنتقل عبر الألياف الضوئية ، وإضاءة صناعية مولدة من خلال الخلايا الشمسية ، يتألف النظام من مراّة رئيسية (ذات قطع مكافيء ) تقوم بتتبع مسار الشمس وتعكس أشعتها على مراّة أخرى تقوم بفصل الضوء المرئي عن الأشعة تحت الحمراء ، فتعكس الضوء المرئي على عدد من الألياف الضوئية ، وتنفذ أشعة الشمس تحت الحمراء لتسقط على مجموعة من الخلايا الضوئية تقوم بتحويلها إلى طاقة كهربائية شكل(1-12) .

يحتاج هذا النظام المزدوج إلى نظام تحكم للحفاظ على مستوى إضاءة ثابت مؤلف من مزيج من الإضاءة الطبيعية (عبر الألياف الضوئية ) و الإضاءة الصناعية (المولدة) شكل (1-13) ، بالإضافة إلى مراعاة توافق خصائص الإضاءة الطبيعية مع الإضاءة الصناعية من حيث اللون و الشدة والتوزيع وخلافه . وقد تم تركيب أول جيل من هذا النظام عام ٢٠٠٣بمبنى بلدية Sacramento بكاليفورنيا().

9-2-3 نظام سولاكس Solux System

هو نظام تم تطويره بألمانيا ، يعتمد على عدسات فريسنيل لاستغلال الإضاءة الطبيعية شكل( 1-14) ونقلها عبر موجات ضوء سائلة Liquid Light Guides ( عبارة عن أنابيب مرنة قطرها ٢سم مملوءة بسائل ضوئي شفاف Optical Clear Liquid) شكل( 1-15) ، في هذا النظام تقوم عدسة فريسنيل والتى يبلغ قطرها ١م بتركيز ضوء الشمس ١٠اّلاف مرة ، ثم يمر الضوء عبر مرشحات تمتص الحرارة قبل وصول الضوء إلى موجه الضوء السائل ، الذي ينقل الضوء إلى الفراغات الداخلية ثم ينشره عبر أنابيب توزيع للإضاءة ، ويتم فقد قدر من الإضاءة يتراوح بين ١٠-١٥% لكل ١٠م في أنابيب السوائل .

9-2-4 الهليوباص Heliobus

تقوم فكرة هذا النظام على استخدام مراّة متحركة تأخذ شكل ملعقة تقوم بتجميع الضوء وإرساله إلى أسفل ليمر عبر فراغ انتقالي يحتوي على عدد من وحدات الإضاءة الصناعية ، ويعمل هذا الفراغ على نقل الإضاءة إلى أنبوب ضوئي مبطن بشرائح معدنية ويحتوي على عناصرعاكسة تقوم بدورها باعتراض الضوء وإرساله إلى الفراغات المطلوبة ، شكل (1-16).

10- الخلاصة( abstract )

لا شك أن أداء المبنى و نجاحه وظيفيا يعتمد بشكل كبير منه على أداء الإضاءة الداخلية و توظيفها بالشكل الإمثل بالفراغات لما لها من اهمية بالغة فى حياة الإنسان من الناحية الصحية و الفسيولوجية و الوظيفية و التى يعتمد نوعها و شدتها على عدة عوامل أهمها وظيفة وحجم هذا الفراغ و التوقيت الزمنى المستخدم فيه لذا لابد أن تتكامل كل مقومات المبنى لتحقيق الإضاءة الملائمة و منها التشكيل المعمارى الذى له الكثير من الأهداف و الأغراض الإنتفاعية و التى من أهمها تحقيق احتياجات المستخدمين البيئية المتغيرة ومنها توفير الإضاءة الطبيعية بالقدر المناسب من خلال تشكيل الكتلة وتوجيهها للإستفادة من ضوء الشمس ، ذلك بجانب استخدام البعد التكنولوجى الذى يلعب دورا مهما فى هذا الإتجاه و العديد من المعالجات المعمارية التى تعتمد على عناصر تعمل على ادخال الإضاءة الطبيعية مع تجنب سلبياتها .

11- ملخص البحث

تمتلك البيئة عناصر كثيرة يمكنها المرور إلى الفراغات الداخلية بصور حسية متنوعة و منها الشعاع الضوئى حيث يعطى انطباعات و مشاعر متنوعة يمكن التحكم فيها بناء على التحكم فى خصائص الضوء ، ويعرف الضوء بأنه فيض من الشعاع الكهرومغناطيسي غير مرئى فى مسار اشعته يمكن من رؤية الاشياء بفضل انعكاس الضوء عليها و تقاس شدة الاضاءة بوحدة (Lumen) و كمية الضوء الساقط على مساحة معينة (Foot Candels)، والخلل فى متطلبات الإضاءة ينتج عنه العديد من المشاكل الصحية والنفسية و العضوية حيث تسهم الإضاءة فى تحقيق الاستقرار النفسى للإنسان إلى جانب إسهامها فى المحافظة على الصحة العامة له ، بالإضافة الى التأثير الجمالى والعاطفى و ما تولده من انطباعات حسية داخل الانسان من الاحساس بالفراغ من حيث الضيق و الاتساع ، الاحساس بالراحة و الاسترخاء أو بالارتباك والتشتت ، الاحساس بالخصوصية ، الاحساس بالرضا والسرور ، الاحساس بالامان أو بالخوف ، و يجب أن يراعى تجنب مشكلات الإضاءة حيث تتنوع إحتياجات الفراغات للإضاءة و تختلف باختلاف وظائفها و خصائصها فلكل وظيفة متطلباتها البصرية التى تتناسب معها ، فمثلا الأنشطة التعليمية و المهام الموجهة بصريا مثل القراءة والرسم والاعمال المكتبية تحتاج الى الاضاءة الطبيعية بالقدر الكافى لممارسة النشاط ، وهناك بعض الأنشطة الاخرى مثل المتاحف و المسارح و المعارض يعيقها الضوء الطبيعى ، فتتنوع احتياجات الفراغات للاضاءة و تختلف باختلاف وظائفها و خصائصها ، فلكل وظيفة متطلباتها البصرية ، و تحسن الاداء البصرى يرتبط بعاملين أولهما : توفير مستويات الاضاءة بالقدر اللازم لتأدية الوضائف البصرية ، و ثانيهما : تحسين جودة الاضاءة بقدر الامكان لتلافى المشاكل البصرية ، فيرتبط بالاضاءة الكثير من الجوانب وهى :جوانب وظيفية ، جوانب فيزيائية ، جوانب بيولوجية جوانب جمالية لابد من تحقيقها داخل الفراغ.و هناك ثلاث عوامل رئيسية تتحكم فى الحصول على الراحة البصرية و هى التباين و التحكم فى البهر و السطوع ، وتستخدم الطاقة الضوئية القادمة من الشمس فى العمارة بطريقتين سالبة و موجبة ، فالطريقة السالبة يتم فيها استخدام ضوء النهار كما هو حيث يتم الاعتماد على تشكيل المبنى و طبيعة مواده دون الحاجة الى استخدام معدات ميكانيكية أو بذل طاقة لذلك ، اما الطرق الموجبة للاضاءة منها استخدام مجمعات الضوء ، و استخدام أنابيب الضوء الشمسى ، و الطريقة المثلى لقياس الاضاءة الطبيعية بالمبانى وهى طريقة عامل النهار ،كما تتوقف شدة الاضاءة على عدة عوامل منها : عمق الفراغ ، و وضع الفتحات ، و استخدام العواكس والكاسرات ، و نهو الاسطح الداخلية ، وبالرغم من اختلاف مصادر الضوء الطبيعي كماً وكيفاً إلا أنه يجب تحقيق الهدف العام من الإضاءة الطبيعية بالمبنى وهو إعطاء ضوء ذو جوده عالية مع حجب الانعكاسات ونسب السطوع العالية و التغلب على جميع مشكلات الاضاءة ، ويكون كل ذلك للوصول من خلال كفاءة الاضاءة الطبيعية الى راحة المستخدمين للفراغات المعمارية المختلفة وظيفيا و تجنب الاضرار الصحية و النفسية الناتجة عن سوء استخدام و توظيف الاضاءة الطبيعية فى المبانى.

– النتائج و التوصيات

تحقيق الاعتبارات البصرية فى المبانى عامة و توفير الاضاءة التى تؤمن الاستقرار النفسى للانسان والانفاق على تحسين شروط الاضاءة و رفع كفاءتها له كبير الجدوى وسريع التعويض ماديا ونفسيا .

الإضاءة الغير كافية تتسبب في حدوث إصابات مرضية مختلفة في العين وإصابات جسمية متنوعة إلى جانب إرهاق البصر والإرهاق العام وما ينتج منها جميعاً من سوء إنتاج وتعب نفسي ، و هى إما أن تكون طبيعية أو صنعية أو مختلطة.

الإضاءة الطبيعية تتميز بأنها مصدر دائم ومتجدد تعود بالفائدة الصحية والنفسية على شاغلى المبنى ، ذلك بجانب تدرجها الطبيعي على مدار اليوم مما يؤدي إلى الإحساس بالوقت ، والاتجاه ، والمتعة.

تمتاز الإضاءة الطبيعية عن الصناعية بأنها متغيرة الشدة حسب حركة الشمس ومسار السحب وهذه التغيرات في الإضاءة بدرجتها وألوانها المختلفة ضرورية للحفاظ على ذكاء الأفراد وتكيفه مع المكان الذي يعيش فيه.

فى الوقت الذى يعانى فيه العالم من تنامى مشاكل الطاقة وتناقصها وإرتفاع تكلفتها فضلاً عن مشاكل تلوث البيئة أصبح مدخل الاستفادة من الطبيعة ضرورة ملحة وحتمية يجب أن يتعامل معها المعمارى بشكل يوازن ما بين إبداعاته ومابين تحقيق المبنى لاهدافه الوظيفية.

يؤدى موقع الفتحات و توجيهها دورا مهما فى التحكم بالضوء الشمسى فى المبانى بحسب الفصل والوقت و الوظيفة و المساحة للفراغات الداخلية ، و لهذا يجب الاهتمام بتصميم و تشكيل الفتحات فهو يعتبرنظام معقد متعدد المهام قد يتناقض بعضها مع الاخر منها انه عنصر اتصال بين الداخل و الخارج بشكل انتقائى يسمح بمرور المؤثرات البيئية المرغوبة ويعزل المؤثرات الغير مرغوبة بالإضافة لدورها فى السماح بالرؤية الخارجية مع حفظ الخصوصية ، مع عدم اهمال التأثير التشكيلى لها.

يجب على المعماريين على الاهتمام وعدم التجاهل لدور الاضاءة عند تصميم المبانى بصفة عامة و مراعاة الاعتبارات البصرية و تحقيق الاسس العلمية التى تحقق الراحة البصرية داخل الفراغات.

يجب على الجهات المعنية بالتطوير والتخطيط المعمارى و العمرانى مراعاة توجيه المبانى و معرفة احتياجاتها من الأشعة الشمسية بحسب المنطقة الجغرافية لضمان الاضاءة المناسبة.

يجب أن يراعي في تخطيط المواقع إرتفاعات المباني والمسافات بينها بحيث لا تحجب المباني الضوء عن بعضها البعض.

من الضرورى أن يراعى المعماري في تصميمه للإضاءة أن تكون الإضاءة الطبيعية هي الأساس والإضاءة الصناعية مكملة لها وذلك لأهميتها الفسيولوجية والصحية والإنتاجية والوظيفية و الاقتصادية .

يجب الاھتمام بالتقنیات الحدیثة واستخدامھا لتعزیز الاضاءة الطبیعیة داخل فراغ المبنى و الاطلاع على أخر ما أفرزته العقول و أحدث ما أنتجته الجهات البحثية لتطوير العملية التصميمة و زيادة فعالية منظومة الإضاءة بالمبنى ، مع الاستفادة بالتقنيات التكنولوجية الحديثة فى رفع كفاءة الاضاءة الطبيعية داخل المبانى .

نرى أهمية إصدار مجلة دورية في مصر تعنى ببحوث العمارة وعلاقتها بالضوء يفيد منها الطلاب والمهندسون وتوضع في المكتبات يشترك فيها باحثون نفسيون واجتماعيون وفيزيائيون ومعماريون وفنانون ومصمموا الإضاءة والطلاب وغيرهم .

نوصي بعدم اعتماد أية تصاميم معمارية للمباني فى مصر من قبل الجهات الإدارية صاحبة القرار ما لم تكن متضمنة دراسة الإضاءة الطبيعية و الصناعية بشكل جيد ومتكامل .

كما نوصى بتعزيز نشر ثقافة الإحساس البصري بالإضاءة ، ومن ثم زيادة الحس المعماري بدءاً من رياض الأطفال والمدارس وانتهاءا بكليات الهندسة المعمارية والفنون الجميلة في الجامعات.

صياغة معايير وأنظمة معمارية وعمرانية على درجة عالية من المرونة تراعي الإضاءة في فراغات المبنى بحيث تتلاءم مع متطلبات المستخدمين واحتياجاتهم على مختلف وظائف المبنى.

11- المراجع

أسماء مجدى فاضل:العمارة الذكية و انعكاسها التكنولوجى على التصميم ، ماجستير،كلية الهندسة ، جامعة القاهرة ، 2011.

محمد حسن:تأثير تكنولوجيا المعلومات علي تطور الفكر المعماري،رسالة ماجسیتر، كلیة الهندسة، جامعة الازهر،2011.

أحمد السید سعد عبد السلام:مستقبل الأسطح الخضراء في مصر،الفوائد البیئیة والإقتصادیة من زارعة سطح أخضر علي مبني سكني في القاهرة، رسالة ماجسیتر، كلیة الهندسة، جامعة القاهرة،2012.

محمد عصام الدين:التطورالتكنولوجى لعمارة القرن الواحد والعشرون،رسالة ماجستير منشورة،كلية الهندسة،جامعة القاهرة،2012.

دينا خاطر:الاسطح الخضراء فى الاسكان،رسالة ماجستير منشورة، كلية الهندسة ، جامعة القاهرة ،2014.

ريهام الدسوقى رشدى:نحو بناء منهج تصميمى ضوئى لرفع كفاءة الاضاءة الطبيعية بالمبانى الادارية الحديثة ، دكتوراة ، كلية الهندسة ، جامعة القاهرة ، 2007.

على علوى محمد:الاعتبارات البصرية و اسس دراسة الاضاءة عند تصميم المبانى السكنية،مجلة جامعة دمشق للعلوم الهندسية ، المجلد التاسع و العشرون ، العدد الاول،2013.

نجيل كمال،سرى فوزى:تشكيل واجهات المجمعات السكنية و أثره فى المشهد الحضرى،مجلة الهندسة و التكنولوجيا ، المجلد 26، 2008م.

وجيه فوزى يوسف:الاضاءة الطبيعية والعمارة قديما وحديثا،مجلة المهندسين،العدد،37،1985.

Dr.Carter,David:Daylight Guidance System,The university Of liver pool,2003.

National Renewable Energy Lab.: Concentrating Solar Power,U.s. Department of Energy,June,2003.

Cyberspace: The world of digital architecture, Images Publishing, Australia,2004.

John K. Branner Travelling FellowshipOn Light and Dematerialization in Architecture, Final Report, USA.2004.

Youth Damanhour: lighting and their role and their impact on the decorations of homes and shops and public places, the Internet 2009.

Dumaini, Abdul Haq:climate adaptation in the contemporary architecture of Yemen ,Damascus ,2009.

Moamen ElSoudany:Solar Energy Applications in Urban Development,Master in Architecture, Faculty of engineering Mansoura University, 2009.

Conservation Landscaping Council:"Conservation Landscaping Guidelines:The Eight Essential Elements of Conservation Landscaping", 2010.

Sidonie Carpenter, President Green Roofs Australia: Design & Installation of Green Roofs, September 2011

Michelle de Roo:The Green City Guidelines, 2011.

مواقع الكترونية :

http://www.asc-csa.gc.ca/eng/educators/resources/satellite/grade9-radiation.asp

http://www.mmsec.com/ml-eng/sun-power.htm

http://www.mmsec.com/ml-eng/sun-power.htm

http://www.eren.doe.gov/consumerinfo/glossary.html

http://www.eren.doe.gov/consumerinfo/glossary.html

http://www.interactivearchitecture.org/musclehrgandonl.html

http://www.michaelscholz.de/neuehomepage/tutorial/tut

http://www.southwesturbanhydrology.com/urbanization-concerns/urban-heat-island-effect/