Varför är naturligt ljus viktigt i skoldesignen?

Den stärkande effekten av naturligt ljus och värme kan också kännas i mindre skala och i ett brett spektrum av miljöer, från hem och kontor, till offentliga byggnader, skolor och universitet. I en ny studie¹ undersöktes det hur den fysiska utformningen av skolbyggnader påverkar elevresultaten. Resultatet visade på att en av de viktigaste enskilda parametrarna var ljussättning.

Varför dagsljus?

Flera studier visar på att dagsljus inte bara är bra för barns övergripande hälsa och välbefinnande, utan att det också kan förbättra deras studieresultat avsevärt.

Sorbonne University genomförde en studie¹ med hjälp av data från SINPHONIE-studien, som omfattade 13 europeiska länder där totalt 2 387 barn deltog. Slutsatsen var att studieresultaten kan förbättras med upp till 15 % när elever arbetar i klassrum med större fönster, både på grund av ökat dagsljus samt bättre utsikt över världen utanför.

I studien Clever Classrooms² genomförd av University of Salford, Storbritannien, drogs slutsatsen att dagsljus hjälper till att skapa en känsla av fysisk och mental komfort. Bra dagsljus handlar om så mycket mer än att bara vara ett hjälpmedel för synen.

Oasis Academy School - Lärare i klassrummet under Longlight Modular Skylights.

Så här designar du med dagsljus

Även om dagsljus ibland behöver kompletteras med artificiell belysning av hög kvalitet när de externa ljusnivåerna är för låga, bör vi, om möjligt, sträva efter att göra dagsljus till huvudkällan vid ljussättning i skolor. Under rätt förutsättningar är solljus vanligtvis en välkommen ljuskälla i byggnader i hela Europa.

När fasadfönster eller takljusmoduler vetter mot norr, tenderar dagsljuset som når ett utrymme att vara mjukare och mer spritt, med subtila förändringar i ljusnivåer och färgstruktur under hela dagen. I andra väderstreck ökar solljuset den totala ljusstyrkan inomhus och skapar specifika områden av koncentrerat ljus.

Utmaningen i att designa med dagsljus blir särskilt tydlig i djupa klassrum, där det finns ett betydande avstånd mellan fasadfönster och den bakre delen av rummet. Här är det ofta en skillnad i ljusnivåer. Ljust nära fönster och mörkare längre bak i rummet.

I situationer där formen eller storleken på klassrummen inte tillåter tillräckliga ljusnivåer hela tiden, och/eller där möjligheten till fönsterutrymme är begränsad, är takljusmoduler oftast den optimala lösningen. Där det inte finns direkt tillgång till himlen på grund av golv ovanför kan ljusschakt vara ett effektivt alternativ.

En av fördelarna med att skapa öppningar för dagsljus är att de också ger oss en länk till utomhusmiljön. Detta medför att vi kan följa väderväxlingar, tid på dygnet och årstiderna.

Det finns många faktorer att ta hänsyn till när man överväger hur mycket dagsljus som ska släppas in från fasadfönster eller takljusmoduler. Dessa innefattar glasets ledningsförmåga, väggtjocklek, yttre hinder, utbyggnader ovanför (t.ex. överhäng, balkonger) och på sidorna (t.ex. förlängningar av själva byggnaden), rummets djup osv. När man tar hänsyn till alla dessa faktorer ger en takljusmodul mer än dubbelt så mycket dagsljus än ett fasadfönster av samma storlek.

Självbärande modulära takfönster integrerade i historiska snedtak - Music Academy, Hammelburg

Kontrollera skarpt ljus

Bländning uppstår när det finns områden i synfältet som är för ljusa, eller när kontrastförhållandet är högt. Ändå skiljer sig bländning från dagsljus från bländning som orsakas av elektriska ljuskällor med avseende på storlek, komplex luminansfördelning och användarnas acceptans (människor tenderar t.ex. att vara mer toleranta mot bländning i en miljö som är upplyst med dagsljus)⁴.

Även om höga dagsljusnivåer i ett klassrum som kommer in via stora fönster och takljus är optimalt behöver de fortfarande regleras för att undvika den kraftiga bländning som kan komma från direkt solljus. Problemet blir alltmer akut med dagens utbredda användning av interaktiva whiteboards och projektorer i klassrum.

En viktig aspekt att tänka på när man ska reglera skarpt ljus och förhindra bländning är fönsternas riktning. Större glaspartier bör helst vara riktade mot norr för att låta indirekt dagsljus komma in så mycket som möjligt under hela dagen/året.

En annan effektiv lösning för att reglera skarpt ljus och förhindra bländning är att installera lättanvända rullgardiner för att styra dagsljusnivåerna. Ett alternativ till rullgardiner är permanent extern skuggning, men det kan fortfarande krävas att ytterligare solskydd används, beroende på individuella omständigheter och krav.

Andra typer av solskydd som gardiner, persienner osv. gjorda i textil, film eller perforerade ogenomskinliga material kan användas. Dessa kommer alla att minska förekomsten av skarpt ljus och bländning i olika grad beroende på materialets optiska egenskaper, fönstrets riktning, geografiskt läge och soltimmar per år, glasyta och rutans ledningsförmåga samt användarens avstånd till ljuskällan.

Materialegenskaperna och skyddsnivåerna för dessa typer av solskydd definieras i European Standard EN 14501 för rullgardiner och fönsterluckor samt i den euroepiska standarden EN 17037 Daylight in Buildings. 

Lika viktigt är frågan om kontrast. När man beaktar både bländning och kontrast är skillnaden mellan absolut ljusstyrka och relativ ljusstyrka avgörande. Strålkastare kan vara bländande på natten, men knappast märkbara under dagen. På samma sätt kommer en stark ljuskälla att leda till mycket mindre bländning och kontrast i ett i allmänhet starkt upplyst rum jämfört med exempelvis ett enda stort fönster med direkt solljus i ett annars svagt upplyst rum.

En tumregel för ”luminansförhållandet” mellan visuell uppgift och nära omgivning (t.ex. intilliggande eller periferiväggyta) rekommenderas att inte överstiga 1:10 inom synfältet. I dag då vi har moderna öppna kontor och särskilt med fönster i synfältet kan förhållandet vara 20: 1 eller högre mellan ett fönster och intilliggande ytor. Detta luminansförhållande är ett uttryck för förhållandet mellan luminansen inom den centrala visionen och omgivningens perifera syn³.

Fönster eller takljus

Bra fördelning av dagsljus i ett rum uppnås ofta bäst genom att flera olika dagsljuskällor används, till exempel en kombination av takljus och fönster. Detta kan också bidra till mindre bländning och kontrast. Låt oss dock inte glömma betydelsen av utsikten: "När vi sitter bredvid ett fönster skulle vi hellre föredra mycket dagsljus och att kunna njuta av utsikten än dra ner rullgardinerna och använda artificiell belysning."⁴

För utrymmen där stora glaspartier inte släpper in tillräckligt med dagsljus, eller där det helt enkelt inte går att installera sådana till exempel mycket stora klassrum, föreläsningssalar eller gemensamma inomhusutrymmen i mitten av en byggnad är takljus ett bra alternativ. Manövrerbara takljus som är strategiskt placerade i den övergripande byggnadsdesignen gör att stora mängder dagsljus kan komma in under de mörka vintermånaderna, samtidigt som de ger frisk luft under hela året, vilket förbättrar luftkvaliteten och hjälper till att reglera temperaturen.

Dr. Knippenberg College - En framtidsorienterad skola full av dagsljus och frisk luft i Helmond, Nederländerna

Byggnadsstandarder och ljusnivåer

Dagsljusprestanda inomhus beror till stor del på tillgången och egenskaperna för dagsljus på byggnadens plats (dvs. de rådande klimatförhållandena). Den europeiska standarden Daylight in buildings (EN 17037) har ändrat grunden för dagsljusutvärderingar. Standarden specificerar en utvärderingsmetod för dagsljusförsörjning i ett utrymme för att säkerställa tillräckliga nivåer av dagsljus under hela året. För att visa överensstämmelse med EN 17037 är det nödvändigt att visa att belysningsnivån uppnås över 50% av ett referensplan under minst hälften av det årliga dagsljuset. För utrymmen med vertikala eller lutande dagsljusöppningar ska dessutom en lägsta belysningsnivå uppnås över 95% av referensplanet. Standarden föreslår två metoder för att bedöma dagsljusförsörjningen inomhus:

• Metod 1: En beräkningsmetod baserad på dagsljusfaktor och årlig tillgänglighet för diffus takljuslösning 
• Metod 2: En beräkningsmetod baserad på direkt förutsägelse av belysningsnivåer med hjälp av klimatdata per timme för diffust takljuslösning och direkt solljus.

Målet för dagsljusnivån baseras på tillhandahållandet av en luminansstyrka som är högre eller lika med 300 lux, vilket motsvarar kravet på dagsljus på arbetsplatserna (se nedan). Den minsta dagsljusnivån är högre eller lika med 100 lux. I ett utrymme som bara är upplyst av takljuslösningar i en nästan horisontell takkonstruktion, måste dagsljusnivån på 300 lux uppnås över 95% av den relevanta golvytan. Motsvarande dagsljusfaktorer för varje europeisk huvudstad finns i standarden, men värdena är högre för länder som ligger i norra Europa jämfört med södra Europa på grund av den naturliga minskningen av dagsljustillgängligheten.

De absoluta ljusnivåerna som behövs för en viss visuell uppgift beror på uppgiftens karaktär och den visuella miljö där den utförs. En europeisk standard, EN 12464-1: Light and lighting – Lighting of work places - Del 1: Indoor work places, provides information on the indoor light levels applicable for a school environment 

Generellt sett rekommenderas följande ljusnivåer inomhus i skolor:

• 100 lux för interiörer där visuella uppgifter är begränsade till rörelse och avslappnad uppfattning, t.ex. cirkulationsområden, korridorer etc.
• 500 lux för interiörer där skolbarn behöver utföra sina visuella uppgifter och ha en känsla av välbefinnande, t.ex. auditorier, föreläsningssalar, praktiska rum och laboratorier, bibliotek (läsplatser) etc. I klassrummen bör detta också vara ljusnivån på tavlan / tavlan. För klassrum som används av små barn anger standarden att kravet kan sänkas till 300 lux genom att dimma.
• 750-1000 lux för interiörer där visuella uppgifter är svåra, kräver små detaljer att uppfattas, eller om antagandena skiljer sig från de normala synförhållandena.

European Standards

EN 12464-1 “Light and lighting — Lighting of work places — Part 1: Part 1: Indoor work places”

EN 14501 “Blinds and shutters - Thermal and visual comfort - Performance characteristics and classification”

EN 17037 “Daylight in Buildings”

Källor

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), Summary report of the HEAD project, University of Salford, Manchester
3. CLEAR Luminance Ratios
4. "Design Innovations for Contemporary Interiors and Civic Art", Luciano Crespi, 2016