Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 10 oladka

       10/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Problem kształtowania okien słonecznych, Część 2
Data dodania: 14.09.11

Problem kształtowania okien słonecznych, Część 2

Zoptymalizowane pod kątem energetycznym i przystosowane do pasywnego wykorzystywania energii słonecznej okna, nazywa się oknami słonecznymi (ang. solar windows). Ich rozwiązanie jest wynikiem uwzględnienia światła i ciepła słonecznego oddziałującego na budynek.

Optymalizacja polega na takim ich rozwiązaniu, aby przynosiły korzyści nie tylko w z zakresie oszczędności energetycznych, ale komfortu użytkowania wnętrza.

Aspekt oświetleniowy
Okna słoneczne zapewniają wprowadzanie światła słonecznego z kierunku bocznego.

Światło słoneczne wprowadzane z kierunku wschodniego, południowego lub zachodniego może penetrować przyległe pomieszczenia, występując w postaci nierozproszonej, jako strumień bezpośredniego promieniowania słonecznego. Fakt ten wiąże się z groźbą występowania nadmiernego natężenia światła oraz silnych kontrastów świetlnych w tych pomieszczeniach. Pojawia się problem olśnienia, a światło rozkłada się nierównomiernie. Silnie oświetlona jest przestrzeń w sąsiedztwie przegród szklanych, podczas gdy przestrzeń w głębi budynku, pozostaje bez dostatecznego doświetlenia.

Choć należy przyznać, że zagrożenie to odnosi się głównie do okien wschodnich i zachodnich, narażonych na nisko padające silne promienie letnie, to jednak w przypadku okien słonecznych (południowych) problem ten musi być również brany pod uwagę.

 
 

Rys. 4. Wpływ elementów sterujących pozyskiwaniem promieni słonecznych na środowisko świetlne typowej jednostki biurowej [1]

O jakości oświetlenia wnętrza decyduje nie tylko rodzaj szklenia przegród zewnętrznych, ale także np. rozmieszczenie, budowa i funkcjonowanie przestrzennych elementów sterujących pozyskiwaniem promieni słonecznych (spps), zarówno refleksyjnych, jak i zacieniających m.in.: żaluzji, rolet, brisse-soleil, okapów, półek refleksyjnych i pryzmatów. W tym przypadku znaczenie mają zarówno elementy zewnętrze jak i umieszczone wewnątrz pomieszczenia (w aspekcie termicznym zdecydowanie większą rolę odgrywają elementy zewnętrzne). Elementy te wpływają na przepuszczanie światła słonecznego do środka oraz jego dystrybucję w przestrzeni wewnętrznej.

Zastosowanie elementów wewnętrznych nie ogranicza się do obrębu samych okien, jako szklanych przegród, ale do całego pomieszczenia. W tym przypadku okna słoneczne należy rozpatrywać jako system, którego jednym z elementów jest pomieszczenie, analogicznie jak ma to miejsce w aspekcie termicznym, gdy okna słoneczne rozpatruje się jako system kolektorowy.

Dobór i rozmieszczenie elementów spps jest wypadkową potrzeb oświetleniowych wnętrza, która z kolei zależy od rodzaju jego użytkowania. Przykładowo, stanowisko pracy biurowej wymaga oświetlenia o natężeniu światła ok. 500 lx. Wartość tę, bez zastosowania elementów spps, uzyskuje się jedynie w odległości nie większej niż 1,5 m. od okna. W takich pomieszczeniach zastosowanie elementów spps służy zwiększeniu tej granicy. Pozwala na równomierną dystrybucję rozproszonego światła, eliminuje miejsca jego nadmiernego i niedostatecznego poziomu natężenia wraz z niepożądanymi kontrastami światłocieniowymi. Miejsce, w którym znajduje się stanowisko pracy biurowej, ze względu na bardzo wysokie wymogi dotyczące jakości oświetlenia, wymaga szczególnego uwzględnienia (rys. 1).

Należy brać też pod uwagę aspekt kontaktu wzrokowego z otoczeniem. Współcześnie duża wagę przywiązuje się, by użytkownik miał możliwość samodzielnego wpływu na kształtowanie środowiska wizualnego według indywidualnych potrzeb.

Powierzchnie jasne (np. jasne sufity), cechujące się wysokim albedo1, mogą pełnić rolę elementów refleksyjnych i sprzyjają na ogół równomiernemu rozprowadzaniu światła we wnętrzu. Znaczenie ma też kształt przegrody wewnętrznej, głównie stropu.

W budynku administracyjno-biurowym „Inland Revenue Hq” w Nottingham zastosowano jasne stropy o przekroju łukowym, w formie kolebek. Ich kształt i barwa są zoptymalizowane pod kątem efektywności dystrybucji światła zarówno naturalnego jak i sztucznego. Kształt ten sprzyja uzyskiwaniu równomiernie rozprowadzonego w pomieszczeniu, rozproszonego światła. Jest też korzystny z uwagi na zwiększenie powierzchni czynnej stropu jako „masy termicznej” w stosunku do stropu płaskiego. Budynek charakteryzuje się ponadto bardzo starannym detalem okien, w tym okien słonecznych wyposażonych w elementy spps (fot. 1).

  
 Fot. 1. Budynek biurowo-administracyjny „Inland Revenue Headquaters”
 w Nottingham – typowe okno z elementami sterującymi pozyskiwaniem
 promieni słonecznych oraz stropy kolebkowe


Innym często przytaczanym przykładem udanej strategii oświetleniowej z wykorzystaniem okien słonecznych jest budynek Instytutu Fraunhofera we Freiburgu (Niemcy).

Jednym z założeń projektowych było maksymalne wykorzystanie światła słonecznego. Przestrzeń wewnętrzna budynku doświetlana jest głównie z kierunku bocznego. Znaczną rolę odgrywają okna słoneczne, w które wyposażone zostały południowe pomieszczenia biurowe (fot. 2). Dla optymalizacji wykorzystania światła słonecznego w tych pomieszczeniach, okna słoneczne zostały podzielone na część odpowiedzialną za przepuszczanie promieni słonecznych do wnętrza (cz. górna – 1) oraz część ograniczającą ich dostęp i zapobiegającą olśnieniu, która jednocześnie umożliwiać ma kontakt wzrokowy z otoczeniem (cz. dolna – 2). Część górna służy ponadto naturalnej wentylacji poprzecznej. Panel dzielący w poziomie okna został zaprojektowany tak, by optymalnie chronić pomieszczenie przed nadmiernym słońcem. Rozwiązanie jest efektem symulacji komputerowych pomiaru parametrów światła dziennego „Daysim”.

 
 Fot. 2. Okna słoneczne w budynku Instytutu Fraunhofera we Freiburgu


Obydwie części okien zostały wyposażone w ruchome lamele zewnętrzne. Są one sterowane automatycznie przez centralny system sterowania BMS. Użytkownik może zmieniać ich pozycję, lecz po pewnym czasie wracają do pierwotnego ustawienia. Światło słoneczne, pozyskiwane w górnej partii, rozprowadzane jest w głąb budynku, czemu sprzyja jasna barwa sufitu i przedostaje się do korytarza poprzez szklenie w górnej części ściany wewnętrznej.

Zwraca uwagę koncepcja projektowa, polegająca na minimalizacji głębokości traktów użytkowych biur. Dzięki temu ułatwione jest doprowadzenie światła naturalnego nawet do najbardziej oddalonej od okna strefy a nawet przyległego korytarza (rys. 2).

W rezultacie, w południowych pomieszczeniach biurowych, oświetlenie naturalne wykorzystywane jest w ciągu dnia aż w 85%, przez co budynek cechuje się niskim zużyciem energii elektrycznej (potrzeby energetyczne na oświetlenie pomieszczeń są w całości zaspakajane jest przez prąd elektryczny dostarczany z modułów fotowoltaicznych)2.

Należy podkreślić, że płytkie powierzchnie użytkowe to coraz częstsza cecha współczesnych budynków niskoenergetycznych. Głębokość biur i pokrewnych pomieszczeń w takich budynkach nie przekracza na ogół 6 m. Jest to wartość graniczna w aspekcie efektywnego wykorzystania oświetlenia naturalnego.

  
 Rys. 5. Typowa jednostka biurowa z oknem słonecznym – budynek
 Instytutu Fraunhofera [8]

Podsumowanie
Powyższe zagadnienia potwierdzają złożoność problemu kształtowania okien słonecznych. Wskazują na silne związki z architekturą budynku.

Podstawowe aspekty ich kształtowania - termiczny i oświetleniowy – stanowią podłoże dla wykreowania komfortowych, naturalnych warunków w przestrzeni wewnętrznej budynku oraz poszukiwania rozwiązań niskoenergetycznych. Te dwa nierozerwalne aspekty należy rozpatrywać nie tylko w powiązaniu ze sobą, ale także w relacji z zagadnieniami architektonicznymi – elementami urbanistyki, funkcją obiektu, charakterem użytkowania, konstrukcją i estetyką. W celu wypracowania optymalnych rozwiązań, wzajemne relacje powinny być badane już we wstępnej fazie projektowej.

dr inż. arch. Janusz Marchwiński
Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania, Warszawa

Bibliografia:
1. Daniels K.: The Technology of Ecological Building, Basel-Boston-Berlin 1997, s. 126-7
2. Hoi Yan M.: Thermal shading effect of climbing plants on glazed facades, materiały konferencyjne z Solar World Congress – Tokyo 2005
3. Laskowski L.: Projektowanie systemów biernego ogrzewania słonecznego w energooszczędnych budynkach. Ogrzewnictwo cz. II, Kielce 1993
4. Lisik A.: Odnawialne źródła energii w architekturze (praca zbiorowa), Gliwice 1998
5. Marchwiński J.: Rola pasywnych i aktywnych rozwiązań słonecznych w kształtowaniu architektury budynków biurowych i biurowo-przemysłowych, praca doktorska – Wydział Architektury Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005
6. Mikoś J.: Budownictwo ekologiczne, Gliwice 1996
7. Mioduszewska-Wysocka M.: Kształtowanie form architektonicznych, jako wynik wykorzystania naturalnych źródeł energii, praca doktorska – Wydział Architektury Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1984
8. Voss K.: Towards Lean Buildings, opracowanie Fraunhofer Institute of Solar Energy, Freiburg 2000, Solar Energy Research Institute, materiały informacyjne Fraunhofer Institute of Solar Energy, Freiburg 11/2001
9. Wala E.: Architektoniczne kształtowanie struktur przeszklonych w aspekcie pasywnego wykorzystania energii słonecznej, praca doktorska – Wydział Architektury Politechniki Śląskiej, Gliwice 1996, s. 152

----------------------------------------------------------------
1 Albedo – stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego

2 Kasten Voss, Towards Lean Buildings, opracowanie Fraunhofer Institute of Solar Energy, Freiburg 2000, Solar Energy Research Institute, materiały informacyjne Fraunhofer Institute of Solar Energy, Freiburg 11/2001

 

patrz też:

 

- Szkło termotropowe i fotochromatyczne w budownictwie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2007 ,

 

- Szklenie gazochromatyczne w architekturze , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2007 
 
- Arkada słoneczna budynku „Solar Fabrik” we Freiburgu , Janusz Marchwiński,  Świat Szkła 5/2007


- Interaktywne, adaptacyjne, multimedialne – elewacje przyszłości , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 4/2007

 

- Szklenie elektrochromatyczne w budownictwie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 3/2007 

 

- i-modul Fassade – przełom w regulacji mikroklimatu budynku , Marcin Brzeziński, Świat Szkła 2/2007

 

- Możliwości technologiczne szkła a poszukiwanie rozwiązań proekologicznych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 2/2007

 

- Wielowarstwowe elewacje przeszklone a koncepcja przegrody interaktywnej ,  Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 1/2007 

 

- Budynki wielkoskalarne jako struktury szklarniowe Część 2, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 1/2007

 

- Fasady. Rozwój i nowoczesność , Tadeusz Tarczoń, Świat Szkła 1/2007

 

- Kierunki rozwoju w projektowaniu elewacji przeszklonych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 12/2006 

 

- Budynki wielkoskalarne jako struktury szklarniowe cz. 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2006

 

- Problem kształtowania okien słonecznych cz. 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 11/2006

 

- Problem kształtowania okien słonecznych cz. 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 10/2006

 

- Budynek Centrum Olimpijskiego w Warszawie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 9/2006

 

- Technologia fotowoltaiczna na dachach budynków - spojrzenie architektoniczne , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2006

 

- Kompleks biurowy RONDO-1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 5/2006

 

- Energetyczna rola szklenia w zewnętrznych przegrodach budowlanych, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2005

 

- Fasadowość architektury słonecznej - na przykładach budynków biurowych , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 11/2005 

 

- Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 10/2005

 

- Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 9/2005

 

- Przestrzeń wewnętrzna atriów przeszklonych , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 8-8/2005

 

- Funkcja estetyczna struktur szklarniowych w architekturze. Część 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2005 

 

- Funkcja estetyczna struktur szklarniowych w architekturze. Część 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 4/2005

- Aspekt użytkowy przestrzeni szklarniowych w budynkach biurowych i przemysłowych Część 2, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 3/2005

- Aspekt użytkowy przestrzeni szklarniowych w budynkach biurowych i przemysłowych Część 1, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 2/2005 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik