أنت لا تستطيع حتى حساب ضوء النهار بشكل صحيح، وتجرؤ على تسمية نفسك مصمم إضاءة؟

في تصميم الإضاءة المعمارية الحديثة، بغض النظر عن مدى تقدم تقنية LED، فإنها لا تستطيع استبدال الضوء الطبيعي بشكل كامل.

لا تعمل الإضاءة الطبيعية على توفير الطاقة فحسب، بل تعمل أيضًا على تعزيز الراحة والصحة والجمال المكاني.

فكيف يمكننا إذن "استخدام الضوء الطبيعي بشكل جيد" في التصميم المعماري، بدلاً من "إساءة استخدامه"؟

إن أعظم مزايا الضوء الطبيعي هي طبيعته الديناميكية وطيفه الواسع.

• الديناميكية : مع تغير الزمن والطقس، يتغير السطوع واللون والظلال داخل المساحة باستمرار. تُحفّز هذه "البيئة الضوئية الحية" الاهتمام الحسي، وهو إيقاع يصعب غالبًا محاكاته بالضوء الكهربائي.
• طيف واسع : يغطي الضوء الطبيعي طيفًا مرئيًا متواصلًا، مع تجسيد ألوان ممتاز، ما يُظهر ألوان الأشياء بدقة. ولطالما اعتمدت صناعات مثل المعارض الفنية، والمنسوجات، وورش الطباعة على الضوء الطبيعي لضمان دقة الألوان.

1.2 تعزيز كفاءة العمل والصحة العقلية

تشير العديد من الدراسات إلى:

• تتميز مناطق المكاتب التي تحتوي على نوافذ بإنتاجية أعلى للموظفين ومعدلات دوران أقل.
• يتعافى مرضى المستشفيات بشكل أسرع عندما تتمتع الغرف بإمكانية الوصول إلى الضوء الطبيعي.
• إن تحسين الإضاءة الطبيعية في الفصول الدراسية يمكن أن يعزز الأداء الأكاديمي والتركيز لدى الطلاب.

1.3 الإيقاعات اليومية والصحة

الضوء الأزرق ذو الموجات القصيرة، المتوفر بكثرة في الضوء الطبيعي، هو المفتاح لتنظيم إفراز الميلاتونين والإيقاع اليومي.

• يؤدي التعرض للضوء الطبيعي في الصباح إلى "إعادة ضبط الساعة البيولوجية للجسم" بشكل فعال؛
• يؤدي نقص ضوء الصباح إلى تأخير إفراز الميلاتونين في الليل، مما يجعل النوم أكثر صعوبة؛
• في المناطق ذات خطوط العرض المرتفعة، يعد تصميم الإضاءة مهمًا بشكل خاص في فصل الشتاء للتعويض عن نقص الضوء الطبيعي.

وهذا يوفر أساسًا علميًا للإضاءة الصحية: فالضوء الطبيعي لا يؤثر على الرؤية فحسب، بل يؤثر أيضًا على وظيفة الغدد الصماء والحالة العقلية.

1.4 توفير الطاقة والاستدامة

عند دمجها مع أنظمة التحكم في الإضاءة، يمكن للإضاءة الطبيعية أن تُخفّض استهلاك طاقة الإضاءة بنسبة 30-60%. علاوةً على ذلك،

• مع كل تخفيض قدره 100 وات في حمل الإضاءة، يتم أيضًا تخفيض حوالي 30 وات من حمل تبريد تكييف الهواء؛
• إن استخدام أنظمة الزجاج والتظليل عالية الأداء يمكن أن يحقق التوازن بين الإضاءة والعزل، مما يتجنب المفارقة حيث تؤدي "الإضاءة الموفرة للطاقة" إلى زيادة استهلاك طاقة التبريد.

ثانيًا: هدف التصميم: الموازنة بين الراحة والكفاءة

 
الهدف الأساسي للإضاءة الطبيعية ليس "كلما زاد الضوء كان ذلك أفضل"، بل:

• تلبية المتطلبات البصرية والمهمة : التأكد من أن الإضاءة الأفقية والرأسية كافية؛
• تجنب الوهج والتعرض المفرط لأشعة الشمس : يمكن لأشعة الشمس المباشرة غير المنضبطة أن تسبب عدم الراحة الحرارية والتداخل البصري؛
• تجنب زيادة أحمال الطاقة : يجب تحسين الإضاءة بالتنسيق مع أنظمة التدفئة/التبريد.

وهذا يعني أن تصميم الإضاءة يجب أن يحقق التوازن بين جودة بيئة الإضاءة والتحكم في استهلاك الطاقة.

ثالثًا: كيف نحقق تصميمًا جيدًا للإضاءة الطبيعية؟

3.1 كتلة المبنى واتجاهه

• الجنوب (نصف الكرة الشمالي) : يمكن التحكم بسهولة في شمس الصيف ذات الزاوية العالية من خلال المظلات؛ وتساعد شمس الشتاء ذات الزاوية المنخفضة في التدفئة ولكنها تتطلب فتحات قابلة للتعديل لمنع الوهج.
• اتجاه الشمال : الضوء مستقر وموحد ولكنه يتمتع بأدنى مستويات الإضاءة؛ ويستخدم غالبًا في الاستوديوهات الفنية والمختبرات.
• مواجهة الشرق والغرب : يمكن لأشعة الشمس ذات الزاوية المنخفضة أن تسبب وهجًا قويًا وحملًا حراريًا؛ وهي مناسبة للمساحات الوظيفية الثانوية أو مناطق الانتقال.

وهكذا، فإن الأحجام الممتدة من الشرق إلى الغرب مع الفتحات الممتدة من الشمال إلى الجنوب تسهل الإضاءة الأكثر توازناً.

3.2 التخطيط المكاني

• الفصول الدراسية والمكاتب : يجب ترتيبها باتجاه الجنوب أو الشمال؛
• الممرات والحمامات : يمكن وضعها على الجانبين الشرقي أو الغربي لتقليل الطلب على الإضاءة؛
• الأتريومات/آبار الضوء : يمكن أن تعمل بمثابة مراكز للإضاءة، وتوجيه الضوء الطبيعي إلى مناطق أعمق.

3.3 الواجهة والتظليل

 
تعتبر أنظمة التظليل ضرورية لتصميم الإضاءة:

• التظليل الأفقي (النوافذ البارزة، الأرفف الخفيفة) : مناسب للواجهات الجنوبية، ويمنع أشعة الشمس المرتفعة في الصيف؛
• التظليل الرأسي (الفتحات والزعانف) : مناسب للواجهات الممتدة من الشرق إلى الغرب، ويقلل من أشعة الشمس المباشرة ذات الزاوية المنخفضة؛
• الأرفف المضيئة : تعكس ضوء الشمس على السقف، وتنشره بشكل أعمق في المساحة مع تقليل التباين بين النافذة والخلفية لتحسين الراحة.

3.4 اختيار المواد والزجاج

 
خصائص الزجاج تؤثر بشكل مباشر على جودة الإضاءة:

• نفاذية الضوء المرئي (VT) : تعمل القيم الأعلى على تحسين كفاءة الإضاءة ولكنها قد تزيد من خطر الوهج؛
• معامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC) : القيم المنخفضة تقلل من حمل التبريد؛
• نسبة مكسب الضوء إلى الطاقة الشمسية (LSG = VT/SHGC) : الزجاج ذو نسبة LSG العالية يناسب المناخات الحارة؛ والزجاج ذو نسبة LSG المنخفضة يناسب المناخات الباردة؛
• الزجاج المنتشر/المجمد : مناسب للإضاءة العلوية، حيث يقلل بشكل فعال من الانزعاج الناتج عن الضوء المباشر.

3.5 انعكاس السطح الداخلي

 
يُحسّن الانعكاس العالي عمق الإضاءة وتجانسها. القيم المُوصى بها من قِبل IES:

ينبغي أن يحقق اختيار المواد التوازن بين الوظيفة والجماليات والخصائص البصرية.

رابعًا: برنامج تحليل ضوء النهار وسير عمل المقاييس

4.1 نظرة عامة على المقاييس الرئيسية

• sDA300/50% : استقلالية الضوء الطبيعي المكاني – النسبة المئوية لمساحة الأرضية التي تستقبل ما لا يقل عن 300 لوكس لمدة 50% من ساعات العمل السنوية.
• ASE1000/250 :التعرض السنوي لأشعة الشمس – النسبة المئوية لمساحة الأرضية المعرضة لأكثر من 1000 لوكس لمدة 250 ساعة على الأقل في السنة (حدود التعرض المفرط).
• DGP (احتمالية وهج ضوء النهار) : يقوم بتقييم الوهج باستخدام صور عين السمكة HDR؛ حساس لموضع العين، واتجاه الرؤية، والزوايا المرآوية (غالبًا ما يتم تقييمه باستخدام evalglare).
• CBDM (نمذجة ضوء النهار القائمة على المناخ) : تستخدم بيانات الطقس السنوية المحلية لحساب ضوء النهار كل ساعة، وتشكل الأساس للمقاييس الديناميكية المذكورة أعلاه.

في الممارسة العملية: تقوم sDA + ASE بتحديد "القابلة للاستخدام وغير المعرضة للإفراط"، بينما تقوم DGP بتقييم "ما إذا كان هناك وهج".

4.2 اختيار الأداة (حسب المرحلة)

 
(هذا القسم هو في الأساس قائمة بالبرامج، ويُنصح بعمل جدول في Word)

4.3 سير العمل الموصى به (يمكن أن يكون بمثابة "إجراء تشغيلي قياسي للتسليم")

• الخطوة 1 | تحليل الحساسية المفاهيمي : استخدم CBDM لتحليل دفعة واحدة لنسبة النافذة إلى الحائط، وهندسة التظليل، والزجاج (VT/BSDF)، والانعكاس، وما إلى ذلك؛ وإخراج خرائط حرارية sDA/ASE ومنحنيات "نسبة مساحة الامتثال إلى نسبة النافذة إلى الحائط".
• الخطوة 2 | الانتهاء من المخطط : إجراء تقييمات DGP من وجهات نظر متعددة (الجلوس / الوقوف، النافذة المواجهة / الخلفية / الجانبية)، وتحديد قمم الوهج الموسمية / الزمنية / الاتجاهية؛ تقديم تظليل قابل للتعديل إذا لزم الأمر وإعادة الحساب.
• الخطوة 3 | التنسيق التفصيلي : استخدم OpenStudio/IES VE لتقييم الإضاءة الطبيعية والكهربائية واستخدام الطاقة واستراتيجيات التحكم بشكل متكامل. وثّق المناطق، وارتفاع المستشعر، وعتبات الإضاءة (مثل 300/500 لوكس)، ومنحنيات التعتيم في المواصفات الفنية.
• الخطوة 4 | تنسيق الإضاءة : استخدم AGi32 لإنتاج رسومات هندسية تجمع بين الإضاءة الكهربائية وظروف الإضاءة الطبيعية. للمقاييس السنوية، انقل الهندسة إلى Licaso لتجميع DA/UDI/sDA/ASE.
• الخطوة 5 | الامتثال والتقديم : تقديم المناطق والمعلمات وجداول الإشغال المتوافقة مع sDA300/50% وASE1000/250؛ تضمين لقطات شاشة DGP واستراتيجيات التحكم في وجهات النظر الرئيسية كدليل على التحكم في الوهج.

4.4 المزالق ونقاط التفتيش الشائعة

• الهندسة/الشبكة : نماذج الأعمدة، وإطارات النوافذ، والأسطح العاكسة للسقف؛ مسافة شبكة الاستشعار ≤0.6 متر، والحفاظ على مسافة ≥0.5 متر من الجدران لتجنب فجوات أخذ العينات.
• نماذج المواد : يفضل استخدام BSDF للتظليل المعقد/الزجاج الوظيفي؛ حيث أن استخدام "النفاذية" فقط يمكن أن يؤدي إلى عدم الدقة.
• ملفات الطقس : استخدم مصادر EPW/TMY والمناطق الزمنية المتسقة؛ وتأكد من فترات الإشغال المتطابقة عند المقارنة بين الأدوات.
• وجهات النظر المتوهجة : DGP حساسة للغاية لموضع العين واتجاه الرؤية؛ تغطي المكاتب (الجلوس)، والممرات (الوقوف)، وكلا من مواجهة النوافذ وبعيدًا عنها.

V. التحكم في العملية بأكملها: من التصميم إلى التشغيل

• تحديد وظيفة المساحة ومهمة الإضاءة؛
• توضيح التسامحات الخاصة بمجال الرؤية والوهج؛
• تطوير أهداف تقسيم المساحة والإضاءة الطبيعية.

3. تعميق التصميم

4. البناء والتوثيق

5. تصحيح الأخطاء والتشغيل والصيانة

استخدم الضوء بحكمة، وليس فقط بكثرة

 
الإضاءة الطبيعية هي نظام شامل: فهو يتضمن الشكل المعماري والتخطيط المكاني وعلم الإضاءة، ويؤثر بشكل عميق على صحة الإنسان وسلوكه.

 
إن التصميم الناجح للإضاءة الطبيعية لا يعني إغراق المساحات الداخلية بالضوء، بل:

• تلبية الاحتياجات الوظيفية : توفير ظروف بصرية مريحة؛
• تحسين الصحة : ​​دعم الإيقاعات اليومية وتعزيز الحالة العقلية؛
• تحقيق كفاءة الطاقة : تقليل استخدام الكهرباء وانبعاثات الكربون؛
• تعزيز الجماليات : دمج الضوء والهندسة المعمارية.

الضوء هو جوهر العمارة. أفضل طريقة لتنشيط المبنى هي جعل الضوء الطبيعي جزءًا لا يتجزأ من مساحته.