أنظمة ضوء النهار Daylight Systems - تقنيات تعزز ضوء النهار وتحقق كفاءة الطاقة

1. أنظمة الأضاءة الجانبية Side Lighting

يقصد بها أنظمة الإضاءة في واجهات المبنى، وتشمل العديد من الأنظمة التي تدعم وتعزز ضوء النهار؛ لما له من اهمية في زيادة أنتاجية الأفراد داخل الفراغ، مع تحقيقه للكفاءة في إستهلاك الطاقة المستخدمة بالإضاءة الصناعيه. وفيما يلي تفصيل لأهم هذه الانظمة.

1.1. نظام رفوف الإضاءة Light shelves

هو إحدى أنظمة الإضاءة الجانبية الأكثر إستخدامًا. وهو فاصل بين عتبة النافذة ورأس النافذة يقسم النافذة إلى منطقتين منفصلتين: الجزء العلوي يصبح عنصرًا شاملاً والسفلي يصبح جزءًا للرؤية، كما في شكل (2). حيث يعمل على التقاط أشعة الشمس وإعادة توجيهها نحو السقف، لذا يفضل أن تكون هذه الارفف عاكسة للغاية حتى تعزز الضوء وتعكسه بشكل اقوى. 

شكل (2) طريقة عمل نظام Light shelves لتوفير الإضاءة الطبيعية

يعتمد مقدار الضوء الداخل إلى الغرفة على: 

- عمق رف الإضاءة.

- نسبة ميله الرف.

البروز الخارجي الأطول أو الذي يساوي على الأقل الداخلي، يقدم عادة أفضل النتائج حتى في زوايا الشمس المنخفضة التي تحدث خلال فصل الشتاء. وعلى الرغم من أنه عادة ما تكون مثبتة بزاوية معينة إلا أن التكنولوجيا الحديثة أكسبتها أمكانية الحركة إما يدويا أو تلقائيا؛ لتعديل زاوية رف الإضاءة من أجل الحصول على أفضل نتائج على مدار العام.

2.1.  نظام اللوحات المنشورية Prismatic Panels

تمثل اللوحات المنشورية إحدي إستراتيجيات الأضاءة النهارية الشائعة، والتي تعمل على كسر ضوء الشمس في مجموعة من الزاويا الساقطة وإعادة توجيهها إلى العمق الداخلي للفراغ. وقد تكون جامدة أو مرنة بالإضافة لتنوع أشكالها وأحجامها مما يسهل استخدامها، إما كجهاز إعادة توجيه في أنظمة الإضاءة الجانبية أو غطاء للواجهة، كما في شكل (3).

شكل (3) يوضح نظام Prismatic Panels على اليمين كانظام إضاءة جانبية، واليسار كغطاء للواجهة

 3.1. نظام الأنيدوليك Anidolic Systems

يعتمد نظام الأنيدوليك على نفس المبدأ المستخدم في المركّزات القطعية المكافئة الشمسية لإلتقاط ضوء النهار إلى نقطة محورية ثم إعادة توزيعه في الداخل. 

على عكس الأنظمة السابقة فإن نظام الأنيدوليك يعمل جيدًا في الأيام الملبدة بالغيوم، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى المرآة المركزة القطعية للنظام الذي تقسم الضوء من النقطة المركزية لينتشر بشكل متساوي، كما يوضح شكل (4). ويتميز هذا النظام بقابليته للتكيف مع زوايا الشمس بدرجة عالية، وكفاءته في العمل في جميع المواقع الجغرافية.

شكل (4) طريقة عمل نظام Anidolic لتوفير الإضاءة الطبيعية

4.1. نظام الكاسرات الشمسية Louver Systems

يستخدم نظام الكاسرات مع أنظمة الإضاءة الجانبية الأخرى لتصفية الضوء الداخل للفراغ وتوفير الراحة البصرية, حيث تعمل الكاسرات على توجيه الضوء الطبيعي في عمق الفراغ وتوفير التظليل الكافي في الصيف وتمكين الكسب الشمسي خلال فصل الشتاء وتقليل الوهج مع السماح في الوقت نفسه بمشاهدة المناظر الخارجية.كما يوضح شكل (5).

شكل (5) طريقة عمل نظام Louver لتوفير الإضاءة الطبيعية مع توفير الراحة البصرية

ومن أمثلة أغلفة المباني لأنظمة الإضاءة الجانبية، مبنى The Beijing Greenland Center بأنه مغطى بحوائط ستائرية من الزجاج المنشوري، والتي تدعم نظام ضوء النهار بكفاءة في سماء بكين الملبدة بالغيوم. 

حيث يتكون من وحدات شبه منحرفة من النوع المتساوي الساقين مجمعة بطريقة توفر الظل وتعيد توجيه أشعة الشمس، وتعمل على إلتقاط ضوء النهار وتعكسه لخلق تفاعل بين الضوء والظل، كما يوضح شكل (6)، مما يحقق تخفيض بنسبة 30% في إستهلاك الطاقة ويعزز الأداء البيئي للمبني.

شكل (6) غلاف مبنى Beijing Greenland  الذي يعتمد على نظامPrismatic Panels  لتوفير الإضاءة النهارية

2. أنظمة الأضاءة العلوية Top Lighting

يقصد بها أنظمة الإضاءة في أسقف المبنى، وتشمل العديد من الأنظمة التي تدعم وتعزز ضوء النهار، وتعمل على توصيله لاكبر مساحة ممكنة من الفراغات. وفيما يلي تفصيل لأهم هذه الانظمة.

1.2. نظام الإضاءة السماوية Skylights

هو النظام الأكثر شيوعاً في أنظمة الإضاءة العلوية والذي يسمح للضوء الطبيعي بدخول المبنى كنظام مكمل في الأماكن التي لا تستطيع أنظمة الإضاءة الجانبية الوصول إليها, إما لأن الفتحات صغيرة جداً أو أنها بعيدة جداً عن تلك النقطة. وهو عبارة عن فتحة بسيطة في السقف تتعدد أشكالها وأعماقها على حسب الحاجة, كما يوضح شكل (7).

شكل (7) نظام Skylight لتوفير الإضاءة النهارية

2.2. نظام الأتريوم Atrium

الأتريوم هو فتحة سقف كبيرة تجلب الضوء الطبيعي في قلب المبنى. وتطبق غالباً في المكاتب والمباني التجارية, حيث تكون المنطقة الرئيسية للمبنى بعيدة عن الفتحات الجانبية. في مثل هذه الحالة يكون إستخدام أتريوم كبير أكثر فاعلية من العديد من المناور الأصغر كما يوضح شكل (8).

شكل (8) نظام Atrium لتوفير الإضاءة النهارية

3.2. نظام Light Pipes

أنبوب الإضاءة هو نظام إضاءة مبتكر مصمم لإدخال الضوء الطبيعي في الطوابق السفلية من مبنى متعدد الطوابق. يتكون أنبوب الإضاءة التقليدي كما هو الحال في أي نظام أخر من 3 مكونات متميزة هي الجامع ونظام النقل والموزع كما في شكل (9)، وتأتي أنابيب الضوء بأحجام وأشكال مختلفة ودرجات إنعكاس متعددة تبعاً لكمية الضوء المراد توصيله للفراغ.

شكل (9) نظام Light Pipes وطريقة عمله لتوصيل الأضاءة الطبيعية بكفاءة عالية

ويعتبر مبنى أكاديمية BCA بسنغافورا مثلاً جديد لأنظمة الإضاءة النهارية، لإعتماده بشكل كبير على هذه الأنظمة في توفير الإضاءة المناسبة داخل الفراغات مع توفير قدر كبير من الطاقة. حيث يعتمد المبنى على ثلاثة أنظمة للإضاءة الطبيعية وهي نظام الأنيدوليك Anidolic ونظام رفوف الإضاءة, ونظام أنابيب الإضاءة كما هو موضح بالشكل (10).

شكل (10) أنظمة الإضاءة الطبيعية المستخدمة بمبنى أكاديمية BCA في سنغافورا

المراجع العلميه

1) العدوي. منى سعيد، (2019)،"دور الأنظمة التكنولوجية السالبة في دعم تطبيق العمارة الخضراء"، ورقة بحثيه منشورة، مجلة كلية الهندسة بشبرا.

2) Anderson. Collin, (2012), "The Master Architect Series: DP Architects", The Images Publishing Group Pty Ltd,Australia.

3) Boubekri. Mohamed, (2014),"Daylight Design: Planning Strategies and Best Practice Solutions", Birkhäuser Verlag GmbH, Basel, Switzerland.

4) Grozdanic. Lidija , (2016), "Beautiful prismatic glass panels envelop SOM’s Beijing Greenland Center" Article under Green Building in https://inhabitat.com/

5)Park. Daekwon, (2014), "Dynamic daylight control system implementing thin cast arrays of polydimethylsiloxane-based millimeter-scale transparent louvers", Building and Environment, Elsevier Ltd, Vol. 82.

6) Fartadi-scurtu. Loana, (2015),"Daylight Planning: in Denmark's residential architecture" Ph.D. in architectural Technology and Construction Management, Lillebaelt academy of Professional Higher Education, Denmark.