این مقاله، بهبود شرایط نوری داخلی یک آتریوم تاریک را در بیمارستان روانپزشکی، با بهره گیری از بازتابنده‌های نوری، برای تبدیل به محیطی پویا، با روشنایی کافی نشان می‌دهد. هدف از این کار، بهبود درک بیماران از فضا و کمک به بازیابی سلامت و بهبود سریع‌تر آنان است. برای انجام این کار، از شیوه ارزیابی پارامتریک استفاده‌شده است. به این صورت که شیوه‌های گوناگون چیدمان بازتابنده‌های ثابت برای نصب بر پوسته آتریوم امتحان شده است. تفاوت در چیدمان‌ها شامل، موقعیت، جهت و هندسه هر بازتابنده است.

معرفی پروژه

هدف از این کار، کمک به ارتباط بین کاربران و معماران، برای ارزیابی کمّی و کیفی بازتابنده‌ها، در آتریوم شماره 8 بیمارستان روان‌پزشکی هلسینگبرگ است. این بازتابنده‌ها، بخشی از پروژه گسترده‌تر، به‌عنوان راهکاری برای ورود بیشتر نور روز، در راستای بهبود تجربه ملاقات‌کننده‌ها از معماری فضا، در آتریوم های نیمه‌تاریک این بیمارستان مطرح‌شده است.

سایت بیمارستان روانپزشکی هلسینبرگ-محدوده مشخص شده(قرمز)، آتریوم شماره 8 است.

پنج مسئله اساسی پروژه

1. مقدار تابش نور خورشید در طول سال، به سطوح پایین آتریوم، بسیار کم است.

کاهش ورود نور روز در سطوح پایین آتریوم در طول سال

2. شرایط غالب آسمان در بیشتر ساعات زمستان، ابری و در ماه‌های تابستان آفتابی است.

شرایط سالانه آسمان در سایت پروژه، در طول سال- وابستگی استفاده از بازتابنده ها به انواع آسمان

3. بازتابنده‌ها، فقط در حضور تابش مستقیم نور خورشید (تابش خورشید در آسمان کاملاً یا تقریباً صاف)، بیشترین بازدهی را دارند.

4. بازتابنده‌ها، تأثیر محدودی بر مقدار واقعی نور خورشید، به داخل فضا دارند.

نفوذ محدود نور تابیده شده به فضای داخلی

5. موقعیت مکانی بازتابنده‌ها، برای بهبود دسترسی به نور روز در زمان‌های کلیدی، یا برای جلوگیری از بازتاب ناخواسته، قابل‌تغییر است. این آینه‌ها، بر اساس نوع کاربری و تناسبات فضا، می‌توانند تأثیرات مثبت یا مخرب داشته باشند که در مورد دوم، باعث افزایش استفاده از سایه‌بان‌ها (پرده‌های یکپارچه)، برای جلوگیری از نارضایتی بصری می‌شود.

محدوده مطلوب (سبز) و نامطلوب (قرمز)، برای استفاده از بازتاب نور

مدل‌سازی بازتابنده‌ها

هندسه کلی مدل‌ها، در نرم‌افزار راینو مدل‌سازی و ارزیابی‌ها به‌وسیله گرس هاپر و پلاگین لیدی باگ به شیوه ردیابی پرتو (تنها به این روش ارزیابی‌شده)، انجام‌گرفته است. سپس تعداد پرتوهایی را که از هر بازتابنده، بر اساس هندسه خاص آن و محیط اطرافش، بازتاب می‌شود، محاسبه شد، این در حالی است که مقدار قطعی بازتاب نور روز یا تابش خورشیدی محاسبه نشده است.

ردیابی پرتو، در یک راستا، بر 138 نقطه در هر صفحه از بازتابنده‌ها، در 23 ردیف و 6 ستون (همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می‌شود)، انجام شد. ردیف‌ها، برای بالا بردن دقت محاسبه تأثیر منحنی، در جهت ستون‌های عمودی، به‌گونه‌ای انتخاب شدند که تعداد آن بیشتر از ستون‌ها باشد.

مدل و نمونه واقعی بازتابنده

عملکرد هر بازتابنده، به‌طور مجزا به‌صورت ساعتی، کنترل و سایه‌اندازی احتمالی نیز از ساختمان و بازتابنده‌های هم‌جوار (سایه‌بان‌ها، در صورت استفاده)، نیز در نظر گرفته شد.

نحوه بازتاب نور توسط بازتابنده ها، در ساعات مختلف روز

ملاحظات پروژه، برای استفاده از بازتابنده ها در نما

تصویر زیر ناحیه‌ای از ساختمان را نشان می‌دهد که تأثیر بازتابنده‌ها در آن، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

تاثیرات استفاده از بازتابنده ها بر نواحی داخلی آتریوم

سبز تیره، ناحیه هدف را مشخص می‌کند که بهبود شرایط از دیدگاه ملاقات‌کننده‌ها چشمگیرتر از سایر نواحی است.

سبز روشن، ناحیه گسترده‌تری از نیاز به نور خورشید را نشان می‌دهد. نواحی سبز، تاریک‌ترین نواحی آتریوم 8 هستند که بازتابنده‌ها برای بهبود شرایط آن‌ها طراحی‌شده‌اند.

نواحی نارنجی، در بخش‌های شیشه‌ای، مقداری بازتاب نور دریافت می‌کنند. همان‌طور که پیش‌تر نیز ذکر شد، بسته به کاربری فضا، ممکن است تأثیر مثبت یا مخرب داشته باشد. در مورد آخر، پرده‌ها می‌توانند جلوی ورود نور را بگیرند، اگرچه استفاده از سایه‌بان‌ها افزایش پیدا می‌کند.

قرمز، نواحی را مشخص می‌کند که استفاده از بازتابنده‌ها باید به کمترین حد برسد یا اثرات آن در این نواحی، محدود شود. درصورتی‌که کمترین نور خورشید اضافی بر این پل ارتباطی بتابد، موجب بیش گرمایش داخلی شده و در نماهای هم‌جوار نیز احتمال نارضایتی بصری، به‌واسطه نزدیکی به بازتابنده‌ها، افزایش می‌یابد.

چیدمان اولیه

نوع معمول چیدمانِ بازتابنده‌ها در شکل زیر مشخص‌شده است. بازتابنده‌ها در طبقه بالا و تنها در نمای رو به جنوب غربی، قرارگرفته‌اند. چیدمان ثابت و به‌گونه‌ای چرخیده است تا نور خورشید را در زمان‌های مختلف روز، به داخل آتریوم، بازتاب کند.

این چیدمان معمول، به نظر مؤثر است اما باعث تابش اشعه قرمز ناخواسته در پل ارتباطی می‌شود (افزایش احتمال بیش گرمایش).

ملاحظات در چیدمان اولیه صفحات بازتابنده

+ اشعه سبز: تأثیرات مثبتی در نواحی مورد هدف (سبز)، در ساعات بین 8 تا 12(همان‌طور که در نمودار زیر نیز مشخص است) دارد.

-اشعه قرمز: تجزیه‌وتحلیل عملکرد ساعتی، نشان می‌دهد که بخشی از اشعه‌ی بازتابی در ساعات بعدازظهر، بر پل ارتباطی می‌تابند (اشعه‌ی قرمز در نمودار زیر نشان داده‌شده است).

همان‌طور که قبلاً نیز اشاره شد، توصیه می‌شود که چیدمان پیشنهادی، احتمال بازتاب نور خورشید را بر پل ارتباطی (اشعه قرمز)، به کمترین مقدار رسانده یا محدود کند؛ به‌گونه‌ای که راهکار بدون مشکلی ارائه شود. اگرچه عملکرد کلی این چیدمان، قابل‌قبول است؛ اما بخش زیادی از اشعه‌ی بازتابی قرمز وجود دارند که بنا بر نیاز پروژه باید از ورود آن به فضا جلوگیری شود.

چیدمان بهینه

سناریو بهینه‌ای، در راستای استفاده هرچه بیشتر از نور طبیعی، در نمای رو به شرق و جنوب غربی امتحان شد. در این پروژه، تعداد بازتابنده‌ها در مجموع، 54 تا، شامل 24 تا در نمای شرقی و 30 تا در نمای جنوب غربی می‌شود. نماهای ذکرشده، بنا بر نوع کاربری، در ساعات مختلف روز، امکان بهره‌گیری از نور طبیعی را دارند. جایگاه و جهت بازتابنده‌ها در نما، بر اساس کانسپت توضیح داده‌شده در زیر انتخاب شده است:

ملاحظات در چیدمان بهینه صفحات بازتابنده در نمای رو به شرق و جنوب-غرب

نمای رو به شرق: نور خورشید در این نما، از ساعات ابتدایی صبح تا ظهر در دسترس است. در نتیجه، همه 24 بازتابنده نصب شده در این نما، در این ساعات، مورد استفاده قرار می گیرند. جهت بازتابنده‌ها بر اساس پیش نیاز های اولیه (برای جلوگیری از بازتاب به سمت پل ارتباطی)، تنظیم شده است. در این پروژه فرض بر این است که بازتابنده‌ها بر روی یک سطح مات نصب شده اند که در ساعات بعدازظهر، این سطح بر آن‌ها سایه‌اندازی می‌کند.

نمای رو به جنوب-غرب: نور خورشید در این نما، از صبح تا ساعات آخر بعدازظهر وجود دارد. برای بهبود عملکرد، چیدمان آن به‌گونه‌ای انتخاب شد که 30 بازتابنده در جهت غرب چیده شوند. این بازتابنده‌ها، همزمان با توقف کار بازتابنده‌های نمای شرقی (به‌واسطه سایه‌اندازی حجم ساختمان)، شروع به بازتاب خواهند کرد.

برای مشخص کردن تعداد و فاصله بین بازتابنده‌ها در هر دو نما، تحلیل و مطالعه پارامتریک، به‌گونه‌ای انجام شد که از هرگونه اثر سایه‌اندازی جسم بر خود (self-shading effect) پرهیز شود.

عملکرد کلی (اشعه‌ی سبز)، در این چیدمان نسبت به چیدمان اولیه، در طول ساعات بازدید، بهبود چشم­ گیری داشته است؛

+ عملکرد اشعه‌ی سبز، بین 11 تا 16 واحد افزایش داشته است.

-اشعه‌ی قرمز تقریباً حذف شده اند.

* استفاده از بازتابنده‌های بیشتر در نمای شرقی، می تواند عملکرد صبحگاهی را برای افزایش رضایتمندی، افزایش دهد.

منبع

https://www.linkedin.com/pulse/boosting-daylight-performance-beyond-occupants-harris-poirazis/