تصميم من أجل صيد النور النهاري للتقليل إلى أدنى حد من استخدام الطاقة الاستئثارية

التعريف بـ " صيد الضوئي " في الهيكل العصري

وقد برزت عملية جمع الضوء كإستراتيجية تحولية في تصميم البناء المستدام، مما يوفر وسيلة قوية لقطع استهلاك الطاقة، مع تعزيز نوعية الأماكن الداخلية، ومن خلال الاستيعاب الذكي وتوزيع النور الطبيعي، يؤدي هذا النهج إلى الحد من الحاجة إلى الإضاءة الكهربائية خلال ساعات النهار - وهو واحد من أكبر الحمولات المفردة في المباني التجارية، ووفقاً لمبادئ الولايات المتحدة الأمريكية المتعلقة بالطاقة، يؤدي إلى تقليل الادخار في جميع المباني.

ما هو "النهار" المُتَعَار؟

" ١- إن " ممارسة الصيد النهاري هي ممارسة استخدام ضوء الشمس )٥( كمصدر خفيف أولي داخل المباني، وتعديل الإضاءة الاصطناعية تلقائيا للحفاظ على مستويات التلقيح المرغوب فيها، ويشمل كل من عناصر التصميم السلبية - مثل وضع النوافذ، والظل، ونظم المراقبة الافتراضية التي تخفف من الأضواء الكهربائية أو تطفئها استجابة للمرحلة النهارية المتاحة.

مبادئ التصميم الأساسية من أجل تحقيق فعالية الصيد في ضوء النهار

ويبدأ جني النور الناجح في المراحل الأولى من تصميم البناء، ويجب على المهندسين والمهندسين أن ينظروا في التوجه والتأنيث والانتهاء من العمل في المناطق الداخلية ونظم المراقبة ككل متكامل، وتشكل المبادئ التالية أساس استراتيجية للضوء تتسم بالكفاءة في استخدام الطاقة.

التوجيه والتماس المباني

كما أن توجيه محور المبنى الطويل شرقا - غربا يزيد إلى أقصى حد من تعرض الفاكهة المتجهة جنوبا وشمالا، مع التقليل إلى أدنى حد من التألق المثير للمشاكل في الشرق والغرب، وفي نصف الكرة الشمالي، يمكن أن تلتقط نوافذ الفضاء الجنوبي أكثر تماسكا طوال العام، ولا سيما عندما يقترن ذلك بتجاوزات ملائمة أو بأضواء خفيفة.

ويندو بليستنغ، وحجم، وغلازينغ

وفي الحالات التي توجد فيها النوافذ، ومدى تأثيرها الشديد على تغلغل النهار ونوعيته، ولموازنة ضوء النهار مع أداء الطاقة، كثيرا ما يتبع المصممون قاعدة الإبهام التي ينبغي أن تتراوح بين 20 في المائة و40 في المائة بالنسبة للفضاءات المشتعلة، حسب المناخ والتوجه.

ويكتسي ارتفاع رأس النوافذ أهمية بالغة: فالارتقاء بالنوافذ إلى السقف يسمح للضوء بالوصول إلى الغرفة بشكل أعمق، والنوافذ الكاتبة، وأضواء السماء، وأسطح المنارة، استراتيجيات فعالة لجلب ضوء النهار إلى المناطق الداخلية التي لا تصل مباشرة إلى الجدران المحيطة.

الرفوف الخفيفة والمرتجفات

وتوضع الأصفاد الضوئية فوق مستوى العين في المناطق الداخلية والخارجية من النوافذ الجنوبية - التي تضيء الضوء النهاري فوق السقف وتعمق في الفضاء، كما أن هناك سقفا أبيض أو ملوّن قليلا يُستخدم كعنصر ثانوي، ويوزع ضوءا موزعا على الغرفة ويقلل من التناقض بين النافذة والجدار الخلفي، كما أن الأغطية الأمامية تعمل على سد الجزء الأدنى من النافذة.

الداخلية العيون والهواية السطحية

وينبغي ألا يحجب ترتيب الأثاث والتقسيمات والمعدات مسارات ضوء النهار، كما أن مخططات التخطيط المفتوحة التي تحتوي على محركات منخفضة الارتفاع ومكاتب ذات زجاجية تفضّل السماح للضوء بالسفر عبر الفضاء، كما أن الأشعة والمطاطية تنهي على الجدران والسقف والأرضية تؤدي دوراً رئيسياً: فإمتصاص السقف عالي التردد (LRV ⁇ 80 في المائة) وزيادة الحوائط المظلمة.

الضوابط والاستشعارات الآلية

وحتى أفضل تصميمات سلبية تحتاج إلى ضوابط فعالة لتحقيق وفورات في الطاقة، حيث إن نظام مراقبة الصيد النهاري يشمل عادة جهازاً أو أكثر من أجهزة الاستشعار الضوئية (أو أجهزة الاستشعار الضوئية)، ومراقب، وسائقات الإضاءة ذات الصبغة المخففة أو المكثفة، ويقيّم أجهزة الاستشعار الصوتية الوهمية (أو أحياناً الإضاءة) في الفضاء، ويرسل إشارة إلى جهاز التحكم، الذي يعدل من الإنتاج الكهربائي للحفاظ على الهدف

فوائد الصيد النهاري

وعند تنفيذ هذا الحق، يُنتج جمع النهار سلسلة من المزايا تتجاوز بكثير مشروع قانون الفائدة، وتوثق الفوائد التالية توثيقا جيدا في مجال بناء المؤلفات العلمية.

وفورات الطاقة القابلة للقياس

ويمكن للمباني التجارية أن تقلل استهلاك الطاقة الخفيفة بنسبة تتراوح بين ٢٠ و ٦٠ في المائة في المناطق المحيطة، و ٣٠ في المائة و ٥٠ في المائة في الأماكن التي تسكنها السماء، وذلك حسب المناخ، وتصميم النوافذ، واستراتيجيات المراقبة، وقد أظهر المختبر الوطني في منطقة المحيط الهادئ، وغيره من هيئات البحث، أن الضوابط المتكاملة للحطام في مباني المكاتب يمكن أن توفر ما يصل إلى ١,٠ و ١,٥ كيلو فولت لكل قدم مربع في السنة، كما أن هذه الوفورات تقلل من حمولات التبريد بسبب انخفاض الطاقة

تحسين تحسين الرفاهية والإنتاجية

ويُعد الوصول إلى الضوء الطبيعي أكثر الملامح استصوابا في المكاتب والمدارس، وتُعد دراسات متعددة، بما فيها تلك التي تُجرى من معهد الموارد العالمية ، ومجموعة هيشونغ ماون، وتربط التعرض للضوء النهاري بزيادة إنتاجية العمال، وتخفض معدلات التغيب، وتحسن درجات الاختبارات الخاصة بالطلاب.

الأهداف البيئية والمستدامة

ويساهم جمع النور مباشرة في نقاط التصديق على البناء الأخضر في إطار نظام التعليم العالي، ونظام BREEAM، ونظم التصنيف الأخرى، كما أن خفض الطلب على الكهرباء من الإضاءة يقلل أيضاً من انبعاثات غازات الدفيئة من محطات توليد الطاقة، وفي الولايات القضائية التي تتضمن رموزاً صارمة للطاقة (مثلاً، ASHRAE 90.1، الباب 24)، كثيراً ما تكون الضوابط الميكانيكية التي تستجيب للضوء إلزامية بالنسبة للفضاءات التي لديها ضوء كافٍ للنهار، وذلك بإدراج تكاليف التصوير المبكر للكميات.

التحديات والحلول العملية

ورغم وعدها بأن صيد النور ليس من النوع الذي يُستخدم في العزف، فإن النظم المصممة بطريقة سيئة يمكن أن تؤدي إلى التضليل، والتفاوت الحراري، وعدم رضا المستعملين، بل وأحيانا زيادة استخدام الطاقة، كما أن الحد الأدنى هو أكثر المنافذ شيوعا وكيفية معالجتها.

Glare and Visual Comfort

ويتسبب التناقض المفرط بين النوافذ والأسطح الداخلية في عدم الارتياح والازدراء في الإعاقة، ومن أجل التخفيف من ذلك، فإن استخدام الأنهار الجليدية المشتعلة، والعمى الداخليين أو الأصفاد، والمعاطف المضادة للزراعة، وقد تخفض فترات تشغيل المنافذ إلى النوافذ بدلا من مواجهة هذه المناطق.

الغين الحراري والتسخين المفرط

كما أن النوافذ الكبيرة التي تعترف بالضوء النهاري الوفير يمكن أن تعترف بالحرارة الشمسية المفرطة، وزيادة حمولات التبريد، وهذا أمر يثير إشكالية خاصة في الفايضات الشرقية والغربية، حيث يؤدي وجود معامل تكبير حرارة الشمس، أو الصمامات الخارجية، أو الأنهار الجليدية، إلى الحد الأدنى من سرعة الترميز، كما أن الألواح التي تُعد في الغالب تساعد على إدارة الأحمال الحرارية.

الإضاءة غير المتجانسة والتجسيم المفرط

ويمكن أن تسبب أجهزة استشعار الصور التي لا توجد فيها أماكن أو تُعادل بشكل غير سليم أضواء كهربائية إلى درجة ضئيلة أو أقل مما ينبغي، مما يؤدي إلى " حرب خفيفة " حيث يتغلب عليها المحتلون، وينبغي، تفاديا لذلك، وضع أجهزة الاستشعار على السقف بالقرب من طائرة العمل، متجهة إلى أسفل، بعيدا عن ضوء النافذة المباشرة، ومن الضروري وضع حد أقصى للضوء السحابي باستخدام جهاز مدمج " ، والتأكد من وجود مدخل.

قبول المستعملين وتجاوز القدرة على العمل

وكثيراً ما يقاوم المستأجرون عمليات القذف التلقائي إذا شعروا بأنهم يفقدون السيطرة، وتتمثل أفضل الممارسات في توفير مفاتيح التبديل أو المصابيح المحلية التي تسمح بالتكيف اليدوي في نطاق محدود - ٠٢ في المائة من نقطة التلقائية، كما يمكن استخدام مشغلي التدريب على أغراض النظام وفوائده، فضلاً عن تركيب ضوابط سهلة الاستعمال، مما يؤدي إلى تحسين القبول بشكل كبير.

التكنولوجيات الرئيسية واستراتيجيات الرقابة

وقد حققت الأجهزة والبرامجيات التي تتيح جمع النور العصري تقدما كبيرا، ففهم المكونات وتفاعلاتها أمر حاسم لتحديد نظام يحقق وفورات وراحة على حد سواء.

مبيدات الآفات والتنسيب

ويستخدم المجسون الصور الفوتوغرافية التي تحول الضوء إلى حالة تتناسب مع الورم، وهناك نوعان مشتركان هما برووديو الصور الصقرية (استجابة على نطاق واسع) والأدوية الضوئية الملوحة التي تتطابق مع منحنى العين البشرية، وينبغي أن يغطي مجال الرؤية المستشعرة منطقة العمل دون رؤية السقف المباشر للنافذة، وأن يستجيب لظروف السماء المتغيرة بدلا من اللمحات الفعلية على السقف.

طلقات نارية وسائقين

وبالنسبة للإضاءة الفلورية، تستخدم الصابورة المُتفجرة التي تحتوي على 0-10 V أو DALI، أما بالنسبة للأجهزة المتفجرة المرتجلة، فإن السائقين المُصابين بالهجوم الذين يقبلون 0-10 V أو DALI أو البروتوكولات اللاسلكية، فهي معيارية، ويفضل التسبب في الانحراف المستمر من 100 في المائة إلى 10 في المائة، لأنه يوفر عمليات انتقال غير قابلة للكشف.

التمرين المستمر

وفي دراسة أجراها مختبر لورانس بيركلي الوطني في عام 2017، لم يحقق العديد من نظم إيواء الرحلات النهارية المركبة وفورات متوقعة لأنها لم تكن قد صدرت تكليفات مناسبة، وتشمل هذه الدراسة تحديد عتبات الاستشعار ذاتيا، ووضع مستويات للإضاءة لظروف سمية متعددة، والتحقق من منحنىات الأشعة، ومشغلات بناء التدريب، وتقليص بارامترات التصحيح اليدوية في الموسم أو بعد تجديد نظم الآلات.

دراسات حالة في مجال اليقظة النهارية الفعالة

New York Times Building (New York City)

ويحتوي هذا السحاب على حائط من ستار الدومينيك الذي ينشر ضوء النهار في قاعات الطائرات المفتوحة بينما يقلل الحرارة الشمسية المباشرة، ويضع أجهزة الاستشعار الصوتية في كل طابق الضوء فوقي للأجهزة المبلورة استجابة لضوء النهار المتاح، ويحقق تخفيضا بنسبة 25 في المائة في الطاقة الخفيفة، وقد أدمجت استراتيجية الضوء النهاري مع فراغ ذي أداء عال وتوزيع جوي ناقص إلى أقصى حد ممكن.

الأسقف إدوارد كينغ تشابل (لينكولنشير، المملكة المتحدة)

ورغم أن هذا الفيل يُظهر أن نمذجة ضوء النهار يمكن أن تزيل الضوء الكهربائي خلال النهار، فإن سقف المنشار مع كتبة ذات الوجه الجنوبي يُضيء من جدران الألواح البيضاء المكشوفة، ويخلق داخلاً مضاءاً لا يوجد فيه أي لون، ولا توجد حاجة إلى أضواء اصطناعية من الفجر إلى الغسق، مما يوفر حلاً للإضاءة في الطاقة القريبة من الصفر.

David " Lucile Packard Foundation Headquarters (Los Altos, CA)

ويستخدم هذا المبنى الذي يتكون من صافي الطاقة الصفرية نهجا " يضاء يوميا أولا " مع أضواء النباتات ذات الارتفاع الشمالي ورفوف الضوء الداخلي، وتُنخفض الأضواء الكهربائية تلقائيا وتُحدَّد عن طريق نظام DALI مع أجهزة استشعار الصور، ويستخدم المبنى 52 في المائة من الطاقة الخفيفة من خط الأساس المتوافق مع الرموز، وتُفيد الدراسات الاستقصائية التي أجريت عن رضا كبير عن الريح البصري والارتباطلات الخارجية.

الاتجاهات المستقبلية في ممر النهار

وبالإضافة إلى ذلك، فإن جني النور في ضوء التطور، يزداد ذكاءاً وأكثر تكاملاً، إذ إن أسعار التغيُّر الكهربي تتناقص، مما يجعل من الممكن الوصول إلى المظاهر الدينامية، ويجمع الآن بين بيانات الضوء الأيزومري وبين ارتفاع درجة الحرارة، وأجهزة الاستشعار التي تعمل بالتردد العالي في الجسم، وأجهزة الاستنشاق الضوئية، وتوقعات الارتقاء بالألواح الضوئية.

خاتمة

فالتصميم على صيد النهار لم يعد أسلوباً مبتكراً لبناء البيئة، بل هو أسلوب مثبت وفعال من حيث التكلفة، من أجل الحد بشكل جذري من استخدام الطاقة الإضاءة الصناعية، مع رفع مستوى الخبرة البشرية في المباني، ويتطلب النجاح عملية تصميم متكاملة توازن بين التوجهات، والتخليص، والانتهاء من العمل الداخلي، والضوابط المتقدمة، وعندما يتم تنفيذ هذه العمليات برعاية، فإن جمع النور يمكن أن يحقق تخفيضات في الطاقة بنسبة 40 في المائة إلى 60 في المائة في مناطق الضغط النهاري، ويحسن الإنتاجية.