Dlaczego naturalne światło jest tak ważne w projektowaniu szkół?

Ożywczy efekt naturalnego światła i ciepła można odczuć również na mniejszą skalę i w wielu różnych środowiskach, takich jak domy i biura lub budynki użyteczności publicznej, szkoły i uniwersytety. Nie jest więc niespodzianką, że w niedawno przeprowadzonym badaniu¹ przyjrzano się, w jaki sposób fizyczne projektowanie budynków edukacyjnych wpływa na wyniki uczniów, jednym z istotnych parametrów indywidualnych było oświetlenie.

Dlaczego światło dzienne?

W kilku badaniach wykazano, że światło dzienne jest nie tylko dobre dla ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia dzieci, ale może również znacznie poprawić ich wyniki w nauce.

Jedno z takich badań¹ zostało przeprowadzone przez Uniwersytet Sorbony. Opierało się na danych z badania SINPHONIE, obejmującego 13 krajów europejskich, w którym wzięło udział 2387 dzieci. Stwierdzono, że wyniki w nauce mogą wzrosnąć nawet o 15%, gdy uczniowie pracują w klasach z większymi oknami — zarówno z powodu zwiększonego światła dziennego, jak i lepszego widoku na świat zewnętrzny.

W badaniu Clever Classrooms² przeprowadzonym przez Uniwersytet Salford w Wielkiej Brytanii stwierdzono, że dobre światło dzienne pomaga stworzyć poczucie komfortu fizycznego i psychicznego, a jego korzyści są dalekosiężne niż tylko wspomaganie dobrego widzenia.

Szkoła Oasis Academy - nauczyciel w klasie pod pasmem świetlnym złożonym ze szklanych modułów.

Jak projektować z uwzględnieniem światła dziennego

Chociaż światło dzienne czasami musi być uzupełniane przez intensywne, wysokiej jakości sztuczne oświetlenie, gdy poziom światła na zewnątrz jest zbyt niski, tam, gdzie to możliwe, powinniśmy dążyć do tego, aby światło dzienne stało się głównym źródłem oświetlenia w szkołach. Odpowiednio kontrolowane światło słoneczne jest ogólnie mile widziane jako źródło oświetlenia w budynkach w całej Europie.

Kiedy okna lub świetliki skierowane są na północ, światło dzienne wpadające do pomieszczenia jest zwykle bardziej miękkie i rozproszone, a poziom światła i tekstury kolorów subtelnie zmienia się w ciągu dnia. W przypadku pomieszczeń położonych inaczej względem stron świata światło słoneczne przyczynia się do większej jasności wnętrz, przy czym jest bardziej skoncentrowane w niektórych obszarach.

Wyzwanie, jakim jest projektowanie z uwzględnieniem światła dziennego, jest szczególnie widoczne w głębokich salach lekcyjnych, gdzie istnieje znaczna odległość między oknami a tyłem pomieszczenia. Tutaj często występuje różnica w poziomie oświetlenia — jaśniej jest w pobliżu okien i ciemniej z tyłu.

W sytuacjach, gdy kształt lub wielkość sal lekcyjnych nie pozwala na zapewnienie odpowiedniego poziomu światła w całym pomieszczeniu i/lub gdy przestrzeń okienna jest ograniczona, świetliki są często optymalnym rozwiązaniem. Tam, gdzie nie ma bezpośredniego dostępu do nieba ze względu na leżące powyżej kondygnacje, skutecznym alternatywnym rozwiązaniem mogą być świetliki.

Jedną z dodatkowych korzyści związanych z tworzeniem otworów na światło dzienne jest to, że zapewniają nam one również połączenie z otoczeniem, pozwalając śledzić zmiany pogody, pory dnia i roku.

Rozważania dotyczące ilości światła dziennego zapewnianego przez okna lub świetliki powinny uwzględniać wiele czynników. Należą do nich przepuszczalność przeszklenia, grubość ścian, przeszkody zewnętrzne, przedłużenia leżące nad otworem (np. występy, balkony) i po jego bokach (np. przedłużenie samego budynku), głębokość pomieszczenia itp. Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, świetlik typowo zapewnia ponad dwukrotnie więcej światła dziennego niż okno elewacyjne o tej samej wielkości.

Świetliki modułowe zintegrowane z zabytkowymi dachami skośnymi - Akademia Muzyczna, Hammelburg

Kontrolowanie nadmiernego oślepienia

Oślepienie powstaje, gdy w polu widzenia znajdują się zbyt jasne obszary lub gdy współczynnik kontrastu jest wysoki. Niemniej jednak oślepienie powodowane przez światło dzienne różni się od oślepienia powodowanego przez elektryczne źródła światła pod względem wielkości, złożonego rozkładu luminancji i poziomu akceptacji użytkowników (np. ludzie są bardziej tolerancyjni wobec oślepienia światłem dziennym)⁴.

Chociaż wysoki poziom światła dziennego w klasie zapewniany przez duże okna i świetliki jest optymalny, nadal należy je kontrolować, aby uniknąć nadmiernego oślepienia, który może pochodzić z bezpośredniego światła słonecznego. Problem ten staje się coraz bardziej dotkliwy w dzisiejszych czasach, gdy powszechnie stosuje się tablice interaktywne i projektory w salach lekcyjnych.

Jednym z ważnych aspektów, które należy wziąć pod uwagę przy kontrolowaniu oślepienia i kontrastu, jest ustawienie okien. Większe przeszklenia powinny być skierowane na północ, aby umożliwić jak najrozleglejsze przenikanie rozproszonego światła dziennego w ciągu dnia/roku.

Innym skutecznym rozwiązaniem kontroli oślepienia jest instalacja łatwych w obsłudze nieprzezroczystych rolet do kontrolowania poziomu światła dziennego. Alternatywą dla rolet jest trwałe zaciemnienie zewnętrzne, jednak może to nadal wymagać zastosowania dodatkowych urządzeń zaciemniających, w zależności od indywidualnych okoliczności i wymagań.

Można zastosować inne urządzenia chroniące przed słońcem, takie jak zasłony, rolety dekoracyjne itp., wykonane z tkanin, folii lub perforowanych materiałów nieprzezroczystych. To wszystko w różnym stopniu ograniczy występowanie oślepienia w zależności od właściwości optycznych materiału, ustawienia okna, położenia geograficznego i godzin nasłonecznienia w roku, powierzchni przeszklenia i przepuszczalności szyby oraz odległości użytkownika od źródła światła.

Właściwości materiałów i poziomy ochrony przed oślepieniem dla tego typu urządzeń chroniących przed promieniowaniem słonecznym są określone w europejskiej normie EN 14501 „Zasłony i żaluzje” oraz europejskiej normie EN 17037 „Światło dzienne w budynkach”.

Równie ważna jest kwestia kontrastu. Kluczowe znaczenie w rozważaniach dotyczących zarówno oślepienia, jak i kontrastu ma różnica między jasnością bezwzględną a względną. Zastanów się, jak światła drogowe mogą oślepiać w nocy, a być ledwo zauważalne w ciągu dnia. Podobnie silne źródło światła będzie powodować znacznie mniejsze oślepienie i kontrast w ogólnie jasno oświetlonym pomieszczeniu w porównaniu do, powiedzmy, pojedynczego dużego okna, zapewniającego dostęp do bezpośredniego światła słonecznego, w pomieszczeniu słabo oświetlonym.

Zaleca się, aby praktyczna zasada dotycząca „stosunku luminancji” między zadaniem wzrokowym a bliskim otoczeniem (np. sąsiednią lub peryferyjną powierzchnią ściany) nie przekraczała 1:10 w polu widzenia. Obecnie, w nowoczesnych biurach projektowanych na planie otwartym, a zwłaszcza z oknami w polu widzenia, stosunek między oknem a sąsiednimi powierzchniami może wynosić 20:1 lub więcej. Ten stosunek luminancji wyraża stosunek luminancji w polu widzenia centralnego do widzenia peryferyjnego otoczenia³.

Okna a świetliki

Dobry rozkład światła dziennego w całym pomieszczeniu często najlepiej osiągnąć, stosując kilka różnych źródeł światła dziennego, takich jak połączenie świetlików i okien, co może również zapewnić zmniejszony poziom oślepienia i kontrastu. Nie zapominajmy jednak, jak ważny jest widok. „Gdy siedzimy przy oknie, tolerujemy dużą ilość światła dziennego i wolimy cieszyć się widokiem na zewnątrz niż zasunąć okno roletą i korzystać ze sztucznego oświetlenia”⁴.

W pomieszczeniach, w których nawet duże przeszklenia okienne nie przepuszczają wystarczającej ilości światła dziennego lub w których ich instalacja jest po prostu niemożliwa — takich jak bardzo duże sale lekcyjne, sale wykładowe lub wewnętrzne obszary ogólnodostępne w centrum budynku — świetliki są świetnym rozwiązaniem wartym rozważenia. Otwierane świetliki, strategicznie rozmieszczone w ogólnym projekcie budynku, umożliwiają przenikanie dużej ilości światła dziennego w ciemne zimowe miesiące, zapewniając jednocześnie świeże powietrze przez cały rok, poprawiając jakość powietrza wewnętrznego i ułatwiając regulację temperatury.

Dr. Knippenberg College – szkoła przyszłości pełna światła dziennego i świeżego powietrza w Helmond, Holandia

Normy budowlane i poziomy oświetlenia

Wydajność światła dziennego w przestrzeni wewnętrznej w dużej mierze zależy od dostępności i właściwości światła dziennego w lokalizacji budynku (tj. panujących warunków klimatycznych). Norma europejska Światło dzienne w budynkach (EN 17037) zmieniła podstawę ocen światła dziennego. Norma określa metodę oceny zapewnienia światła dziennego w pomieszczeniu w celu zapewnienia wystarczającego poziomu światła dziennego przez cały rok. Aby wykazać zgodność z normą EN 17037, konieczne jest udowodnienie osiągnięcia docelowego poziomu natężenia oświetlenia na 50% płaszczyzny odniesienia przez co najmniej połowę godzin światła dziennego w ciągu roku. Ponadto w przypadku pomieszczeń z pionowymi lub nachylonymi otworami zapewniającymi światło dzienne należy również osiągnąć minimalny docelowy poziom natężenia oświetlenia na 95% płaszczyzny odniesienia. W normie zaproponowano dwie metody oceny doświetlenia wnętrz światłem dziennym: 

• Metoda 1: Metoda obliczeniowa oparta na współczynniku światła dziennego i rocznej dostępności światła dziennego rozproszonego świetlika
• Metoda 2: Metoda obliczeniowa oparta na bezpośrednim przewidywaniu poziomów natężenia oświetlenia przy użyciu godzinowych danych klimatycznych dotyczących rozproszonego świetlika i bezpośredniego światła słonecznego. 

Docelowy poziom światła dziennego opiera się na zapewnieniu oświetlenia wewnętrznego wyższego lub równego 300 luksów, co odpowiada wymogom dotyczącym oświetlenia miejsc pracy (patrz poniżej). Minimalny docelowy poziom światła dziennego jest wyższy lub równy 100 luksom. W przestrzeni oświetlonej jedynie świetlikami w niemal poziomej konstrukcji dachu docelowy poziom światła dziennego wynoszący 300 luksów musi zostać osiągnięty na 95% odpowiedniej powierzchni podłogi. Norma zawiera odpowiednie docelowe współczynniki światła dziennego dla każdej stolicy Europy, ale wartości są wyższe dla krajów położonych w Europie Północnej w porównaniu z Europą Południową ze względu na naturalny spadek dostępności światła dziennego.

Bezwzględne poziomy światła, które są potrzebne do konkretnego zadania wzrokowego, będą zależeć od charakteru zadania i środowiska wizualnego, w którym jest ono wykonywane. Norma europejska EN 12464-1: Światło i oświetlenie — Oświetlenie miejsc pracy — Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach - zawiera informacje na temat poziomów oświetlenia w pomieszczeniach mających zastosowanie w środowisku szkolnym.

Generalnie zalecane są następujące poziomy oświetlenia wewnętrznego w szkołach:

• 100 luksów we wnętrzach, w których zadania wzrokowe ograniczają się do ruchu i swobodnej percepcji, np. obszary komunikacyjne, korytarze itp.
• 500 luksów we wnętrzach, w których dzieci w wieku szkolnym muszą wykonywać zadania wzrokowe i czuć się dobrze, np. audytoria, sale wykładowe, pracownie i laboratoria, biblioteki (czytelnie) itp. W salach lekcyjnych również powinien to być poziom światła na tablicy/tablicy suchościeralnej. W przypadku sal lekcyjnych, w których uczą się małe dzieci, zgodnie z normą wymóg ten można obniżyć do 300 luksów poprzez przyciemnienie. 
• 750–1000 luksów we wnętrzach, w których zadania wizualne są trudne, wymagają dostrzeżenia drobnych szczegółów lub jeśli założenia odbiegają od normalnych warunków wizualnych.

Normy europejskie

EN 12464-1 „Światło i oświetlenie — Oświetlenie miejsc pracy — Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach”

EN 14501 „Zasłony i żaluzje — Komfort cieplny i wizualny — Właściwości eksploatacyjne i klasyfikacja”

EN 17037 „Światło dzienne w budynkach”

Źródła

1. Impact of Lighting on School Performance in European Classrooms (2016) C. Maesano and I. Annesi-Maesano, CLIMA 2016, 12th REHVA World Congress 2016, Aalborg
2. Clever Classrooms (2015), Raport podsumowujący projektu HEAD, University of Salford, Manchester
3. CLEAR Luminance Ratios
4. „Design Innovations for Contemporary Interiors and Civic Art”, Luciano Crespi, 2016