Системи за естествено осветление

Подобряват технологичните и експлоатационни качества на сградите

Оптималното използване на естествената дневна светлина в сградите оказва влияние върху визуалния комфорт на обитателите и редуцира разходите за изкуствено осветление.

Традиционните начини за навлизане на директна слънчева светлина - странично през прозорците, влияят върху топлообмена в сградата. Това се дължи на факта, че областта от видимата част на спектъра на електромагнитното излъчване се покрива от зоната на топлинно излъчване. Следователно, с нарастване на площта на остъкляване на сградната фасада, се увеличава и топлообменът през нея. С оглед поддържане на визуален комфорт, независим от топлинния, е необходимо изграждането на бариера, която да пропуска само светлинните компоненти на слънчевата светлина. Съвременната технология предлага решения, с които светлинната енергия може ефективно да се улавя, насочва, транспортира и излъчва на желаното място в сградата без това да оказва влияние върху топлообмена. Този тип системи за естествено осветление са познати като светлопроводи.

Компоненти на системите за естествено осветление
В зависимост от преносната среда за транспортиране на светлината, системите се разделят на светлопроводи с газообразна и с плътна среда. Светлопроводите с газообразна среда са съставени от три основни компонента - оптична система, която улавя светлината, система за нейното транспортиране и излъчвател.

Оптичните системи или концентраторите на светлината се отличават с голямо разнообразие във формата (куполни, частично сферични, кристалообразни и др.), което улеснява приложението им във всякакви покривни конструкции. Заоблената форма на купола не позволява задържането на сняг и премахва нуждата от поддръжка. Благодарение на значително по-малките отвори в покрива в сравнение с традиционните решения за естествено осветление (капандури, прозорци, оберлихти), системата подобрява и показателите на топлоотдаване на сградите (предотвратява се възможността от парников ефект). Оптичната система на концентраторите улавя светлината и блокира UV лъчите чрез уловителен купол, снабден с рефлектор. Някои от предлаганите модели са снабдени със специална леща, вградена в купола, която пренасочва светлината, идваща от малък ъгъл. Резултатът е повече уловена и, съответно, излъчена светлина в помещенията. Други модели колектори разполагат с подвижни отражатели, а при трети се върти самият концентратор и проследява траекторията на слънцето.

Системи за транспортиране на светлината
Светлината се пренася чрез ивични или тунелни светлопроводи, в зависимост от изискванията на приложението. При ивичните светлопроводи светлината се отвежда в хоризонтална посока, като оста на ивицата е с ориентация изток - запад. Тунелните светлопроводи, които отвеждат светлината във вертикална посока, биват призматични, гъвкави и цилиндрични. В зависимост от принципа си на действие, светлопроводите биват с директно отвеждане на светлинните лъчи или с многократно отразяване. За ефективността на втория метод влияние оказват площта и формата на напречното сечение. Повечето от съвременните светлопроводи имат специално покритие, което позволява достигането на над 90% светлоотразителна способност в целия спектър на слънчевата светлина. По този начин се редуцират светлинните загуби по продължение на целия светлопровод и максимална част от уловената светлина достига до вътрешността на сградата. Също така, полимерните покрития дават възможност за намаляване на дължината на светлопроводите и приложението им в по-високи и просторни сгради. Инсталацията им е улеснена от наличието на ъглови модули, които лесно преодоляват интериорните препятствия и позволяват свободно позициониране. Дължината на светлопроводите може да бъде различна. При част от предлаганите модели достига до 20 метра, без това да оказва влияние върху качеството на светлинния поток.

Видове излъчватели
Чрез излъчвателя в края на светлопровода уловената светлина се разпределя в избраното помещение. Повърхността му може да бъде вдлъбната или изпъкнала, в зависимост от използвания тип система за транспортиране на лъчите. При ивичните светлопроводи често пъти отсъства излъчвател, тъй като неговата функция се изпълнява от прилежащата повърхност на тавана. При някои модели контролирането на интензивността на слънчевия поток се извършва чрез димер, а системата е снабдена с дифузорни лещи, които разпръскват светлината равномерно в цялото помещение и намаляват излишния блясък.

В светлопроводите с плътна среда за пренос на светлината се използват материали като полиметилметакрилат или оптично стъкло (плоско или във вид на нишки). Полиметилметакрилатът е синтетичен термопластичен прозрачен полимер. Среща се и под търговските наименования плексиглас, лимакрил, органично стъкло, акрилно стъкло или акрил. В сравнение с него, оптичното стъкло издържа на по-високи температури и има по-висока ефективност. Възможно е повърхността да бъде гравирана в строго определени оптични схеми с помощта на въглероден лазер.

Оптичните нишки използват прозрачни диелектрични материали, които провеждат светлината по продължение на цялото им сечение. Влакната могат да бъдат направени от прозрачна пластмаса или от стъкло. Принципът на предаване на светлина по оста на влакното използва ефекта на пълно вътрешно отражение в средата, който се постига с изработването на влакното от ядро и външен слой с различен показател на пречупване на светлината. Оптичните нишки, с изключение на някои видове за телекомуникационни приложения, са съставени от два отделни и различни типа оптически проводими материали. В центъра е разположена стъклена нишка, която фактически пренася светлината и има висок коефициент на пречупване. Около нея се разполага втори слой, също от стъкло, но с нисък коефициент на пречупване.

Инсталация
Горната част на светловода (колектора) се инсталира на покрива на сградата или на висока стена, подобно на стандартния оберлихт, но с възможност за концентрирано насочване на светлинния поток навътре в помещението. Средната част, която транспортира светлината към вътрешността на сградата, минава пред отвор в покрива и достига желаната дължина в интериорното пространство. По-сложните системи за естествено осветление позволяват да се достави дневна светлина на всяко от нивата в многоетажните сгради.

Допълнителни опции
Интензивността и цвета на дневната светлина се различава в различните части на деня и годината, метеорологичните условия, както и географското положение. Ако не е контролирана, яркостта може да доведе до нива на блясък, които да нарушат или попречат за нормалното протичане на дейността в съответната сграда. Поради тази причина, някои от предлаганите светлопроводи са снабдени с димер, благодарение на който обитателите могат да регулират силата на постъпващата в сградата дневна светлина.

Друга обичайна практика е поставянето на различни видове източници на изкуствено осветление в светлопроводите, с които се осигурява светлина в помещенията през тъмните часове от денонощието. Често пъти светлопроводите се комбинират и със системи за естествена вентилация. Те могат да бъдат както отделни системи за естествена вентилация - тип ”фонар’’, така и тип ”тръба в тръба”, като вторите се състоят от вътрешна - осветителна, и външна - вентилационна част. За целта във външната тръба се монтира вентилатор, захранван от фотоволтаичен панел и се прави допълнителен отвор в покрива.