8 3 2009 BOUWFYSICA VERLICHTING VAN KLASLOKALEN, DE PRAKTIJK In het blad Bouwfysica van december 2006 werd een goed kunstlichtconcept voor klaslokalen beschreven. In de hier besproken studie worden luminantiebeelden getoond van drie verschillende klaslokalen om te zien hoe een dergelijk kunstlichtconcept in de praktijk uitpakt voor het oog van de leraar en de leerling. De bekeken klaslokalen verschillen in lamp- en armatuurkeuze, in materiaalkeuze en in ligging. De luminantiebeelden laten zien dat een goed kunstlichtconcept in alle drie de lokalen voor een goede werksituatie zorgt voor de leerlingen, maar dat er nog verdere mogelijkheden zijn voor optimalisatie. Het donkerste lokaal is minder geschikt voor een leraar om de hele dag in te verblijven. Truus de Bruin-Hordijk, Klimaatontwerp/Bouwfysica groep, Faculteit Bouwkunde, TU Delft INLEIDING Een goed kunstlichtconcept voor klaslokalen bestaat uit drie zones (figuur 1): De klassezone heeft twee rijen van drie armaturen parallel aan het raam, een rij armaturen in de raamzone en een rij armaturen in de gangzone. Voor alle armaturen wordt een daglichtafhankelijke regeling aanbevolen. Daarnaast heeft het klaslokaal een bordzone met een eigen asymmetrische bordarmatuur. Voor het comfort van de leerlingen en de leraar worden hoogrendement-armaturen met hoogfrequente voorschakeling en een geoptimaliseerd spiegeloptiek geadviseerd als algehele verlichting in de klassezone. Deze armaturen zijn energie-efficient en door ze daglichtafhankelijk te schakelen kan nog meer energie bespaard worden. Voor de afscherming van de hoogrendement armaturen kan in het algemeen normale lichtroosters gekozen worden, maar voor lokalen met veel computergebruik worden beelscherm vriendelijke lichtroosters aanbevolen. In de hier beschreven studie wordt met een moderne luminantiecamera getoond hoe zo n verlichtingsconcept er in de praktijk uitziet voor leraar en leerling en hoe er verschillen kunnen zijn bij het uitvoeren van het aanbevolen kunstlichtconcept. Om aan te sluiten bij eerdere schoolstudies zijn er ook metingen van de verlichtingssterkten uitgevoerd in de diverse klassezones. De studie is gedaan op een middelbare school in Zwijndrecht. Deze school bestaat allereerst uit een meer dan 30 jaar oud gebouw van de architecten Broek en Bakema. Sinds 3 jaar heeft deze school er een nieuwbouw gedeelte bij, het Juniorcollege, van Topos Architekten. Er is in 3 lokalen gemeten. De lokalen lagen alle drie op de bovenste verdieping van de school, zodat de metingen zo weinig mogelijk verstoord werden door externe belemmeringen van bomen en struiken. De school staat verder vrij van direct omringende bebouwing. CASE STUDIE I: DE OUDBOUW Er zijn allereerst metingen gedaan in twee klaslokalen in het oude gebouw: In klaslokaal 2.23, dat gericht is op het 1 De verschillende zones in een klaslokaal Noordwesten en in klaslokaal 2.20 dat op het Zuidoosten gericht is. De directie van de school gaf aan dat het eerste lokaal als donker ervaren wordt en het tweede als licht. Beide klaslokalen hebben grijze wanden en er staan veel kasten en ander meubilair (foto 2). De afmetingen van de lokalen zijn 7.2 x 7.2 x 3 m 3. Ieder klaslokaal heeft 6 hoogrendement armaturen met spiegelreflector (Philips TCS298), die op het plafond gemonteerd zijn, in twee rijen van drie armaturen parallel aan het raam. In ieder armatuur zit een Philips TL5 HO 49 Watt/830 lamp (foto 3) met electronische ballast. De verlichtingssterkte op het werkvlak is 350 lux bij vol vermogen. De school heeft een aantal jaren geleden de oude verlichting vervangen door deze moderne toen hiervoor subsidie van het ministerie verkregen kon worden. De lampen zijn dimbaar en ieder armatuur heeft een daglichtsensor. Er is ook aanwezigheidsdetectie in deze klaslokalen (foto 4). En er is een asymmetrische bordverlichting (foto 4).
BINNENMILIEU EN GEZONDHEID BOUWFYSICA 3 2009 9 2 Klaslokaal 2.20 raamzijde en gangzijde 3 4 Allereerst werden de daglichtfactoren gemeten in deze klaslokalen. Op de dag van de meting, 23 september 2008, was er een bewolkte hemelkoepel (foto 5), maar niet een volkomen overcast-sky. Tabel 1 en 2 laten de daglichtfactoren zien, gemeten op een regelmatig raster op (leerling) tafelhoogte. Tabel 3 geeft de daglichtfactoren in het midden van het schoolbord en op de uiterste linker- en rechterzijde, op schrijfhoogte van de leraar. Klaslokaal 2.23 heeft een groen krijtbord; klaslokaal 2.20 heeft een white board. De figuren 6 t/m 9 laten luminantiebeelden zien die gemaakt zijn met een luminantiecamera met daarop een fish-eye lens. De opnamen zijn gemaakt van acheruit het lokaal met de camera op ooghoogte van een zittende leerling. De figuren laten de daglichtsituatie zien met al of niet ingeschakelde kunstverlichting. De figuren 10 t/m 13 laten dezelfde situatie zien, maar dan voor de kijkrichting van een staande leraar voorin de klas. De legenda bij figuur 3 van 5 de luminantiewaarden in cd/m2 geldt voor alle afbeeldin De hemelkoepel op de dag van de meting gen in dit artikel. 08_13_Verlichting_03_2009.indd 9 30-10-2009 15:29:09
3 2009 BOUWFYSICA 10 CASE STUDIE II. DE NIEUWBOUW Tabel 1: De daglichtfactoren (%) op leerling tafelhoogte, groen lesbord (klaslokaal 2.23) raamzone raamzone midden gangzone midden gangzone tafel leraar 2.2 0.56 0.30 8.9 2.5 0.66 0.29 11.6 2.9 0.74 0.29 12.3 2.3 0.63 0.31 Tabel 2: De daglichtfactoren (%) op leerling tafelhoogte, white board lesbord (klaslokaal 2.20) raamzone raamzone midden gangzone midden gangzone tafel leraar 2.2 0.77 0.42 8.3 2.4 0.88 0.4 8.5 2.7 0.86 0.46 8.8 2.3 0.72 0.34 Tabel 3: De daglichtfactoren (%) op de schoolborden in de beide klaslokalen links midden rechts lokaal 2.23 3 1 0.4 lokaal 2.20 2.4 0.82 0.38 De nieuwbouw bevindt zich in een gang loodrecht op de oudbouw. Het hier onderzochte klaslokaal nr. 2.07 is Noordoost gelegen. De klaslokalen in de nieuwbouw worden als zeer prettige, lichte lokalen ervaren. De omringende lichte wanden zorgen door middel van reflecties voor een gelijkmatige lichtverdeling en zachte schaduwen. De nieuwbouwlokalen doen hierdoor rustgevender aan dan de lokalen in de oudbouw. De afmetingen van het klaslokaal zijn 7.2 x 7.2 x 2.8 m3. De armaturen van de nieuwbouw klaslokalen zijn inbouw armaturen (zie foto 14). Twee rijen van drie armaturen zijn parallel aan de raamgevel geplaatst. Ieder armatuur bevat twee Osram T8 36Watt/830 lampen. Bij vol vermogen van de lampen is de verlichtingssterkte 350 lux op werkvlak hoogte. Het energie-efficiënte verlichtingssysteem van case studie I is niet gekozen voor deze leslokalen, omdat er op het moment van de nieuwbouw geen subsidie meer gegeven werd voor deze verlichting. In de nieuwbouw is geen speciale bordverlichting meer aangebracht omdat er tegenwoordig meestal op whiteboards geschreven wordt. Het argument is valide, als we kijken naar de figuren 7 en 9 van case studie I, a whiteboard heeft hogere luminanties dan een groen bord, maar sommige lokalen uit de nieuwbouw hadden toch nog een groen krijtbord. Zo ook het door ons onderzochte lokaal 2.07. 6/7 Klaslokaal 2.23 zonder en met het kunstlicht ingeschakeld, leerling positie van acheruit de klas. Luminantiewaarden in cd/m2 8/9 Klaslokaal 2.20 zonder en met het kunstlicht ingeschakeld, leerling positie van acheruit de klas 08_13_Verlichting_03_2009.indd 10 30-10-2009 15:29:11
BINNENMILIEU EN GEZONDHEID BOUWFYSICA 3 2009 11 10/11 Klaslokaal 2.23 zonder en met het kunstlicht ingeschakeld, leraarpositie voorin de klas 12/13 Klaslokaal 2.20 zonder en met het kunstlicht ingeschakeld, leraarpositie voorin de klas De lampen aan de raamzijden waren dimbaar en hadden daglichtsensoren. Er was ook een aanwezigheiddetector in het lokaal. In tabel 4 en 5 zijn de daglichtfactoren te zien op werkvlakhoogte en op het bord. De verschillen met case studie I zijn duidelijk zichtbaar, de gangzone van het lokaal heeft hier hogere daglichtfactoren omdat er door de lichte wanden meer gereflecteerd licht aanwezig is, ook aan de gangzijde. De figuren 15 t/m 18 laten voor dit lokaal de luminantie contrasten zien vanuit de leerlingpositie en vanuit de leraarpositie, met alleen daglichttoetreding en met het kunstlicht erbij ingeschakeld. Er is niet zoveel verschil te zien tussen de figuren 15 en 17. Er is weinig effect merkbaar van het kunstlicht, kennelijk is het daglicht op deze meetdag van een voldoende hoog niveau. Aangezien de armaturen in de gangzone van dit lokaal geen daglichtsensoren hebben blijft het kunstlicht in de gangzone branden. 08_13_Verlichting_03_2009.indd 11 14 Inbouwarmatuur in lokaal 2.07 30-10-2009 15:50:08
3 2009 BOUWFYSICA 12 Tabel 4: De daglichtfactoren (%) op leerling tafelhoogte, groen lesbord (klaslokaal 2.07) raamzone raamzone midden gangzone midden gangzone Stoel leraar 2.6 1.1 0.90 12.7 3.4 1.5 1.0 14.7 4.2 1.6 1.1 11.4 3.6 1.6 0.77 Tabel 5: De daglichtfactoren (%) op het schoolbord (schoolbord 2.07) Links Midden Rechts 3,4 1,7 1 lichtroosters richten namelijk hun licht meer naar beneden, maar ze zorgen wel voor een minder egale lichtverdeling in de ruimte. Ook de wanden en hoeken van zo n lokaal worden hierdoor minder goed verlicht, hetgeen invloed heeft op de sfeer van de ruimte. Voor lokalen waar veel computerwerk gedaan wordt zijn beeldschermvriendelijke lichtroosters aan te bevelen, voor gewone leslokalen zijn normale lichtroosters beter. De hier onderzochte lokalen hadden allen normale lichtroosters, maar in de computerruimte van de hier onderzochte school waren beeldschermvriendelijke roosters aangebracht, zoals in foto 19 te zien is. De minder egale lichtverdeling is duidelijk waarneembaar, maar werd door het oog van de onderzoekster niet als erg hinderlijk ervaren. DE KEUZE VAN DE LICHTROOSTERS DISCUSSIE EN CONCLUSIES Men kan armaturen met normale lichtroosters of met beeldschermvriendelijke lichtroosters kiezen. Voor computerlokalen worden beeldschermvriendelijke lichtroosters aanbevolen. Deze roosters geven minder reflecties in de computerschermen en zijn dus comfortabeler voor het oog en minder vermoeiend. De beeldschermvriendelijke Hoewel de drie lokalen verschillend zijn in oriëntatie en materiaalgebruik, laten ze met gebruik van kunstlicht globaal hetzelfde beeld zien: met behulp van het kunstlicht wordt de lichtverdeling mooi gelijkmatig doordat het kunstlicht dimbaar is geschakeld. De vraag is echter of lokaal 2.23 een goed lokaal is om de hele dag in te werken, 15/16 Klaslokaal 2.07 bekeken vanuit de leerling positie, de daglichtsituatie zonder en met het kunstlicht ingeschakeld. Een armatuur middenin de raamzone is in de laatste situatie door de daglichtsensor uitgeschakeld 17/18 Klaslokaal 2.07 zonder en met het kunstlicht ingeschakeld, leraarpositie voorin de klas. De daglichtsensoren hebben alle armaturen in de raamzone uitgeschakeld. Deze foto werd ongeveer 10 minuten later gemaakt t.o.v. figuur 11 08_13_Verlichting_03_2009.indd 12 30-10-2009 15:29:15
BINNENMILIEU EN GEZONDHEID BOUWFYSICA 3 2009 13 vooral in de winter. Het luminantieniveau op tafelhoogte in lokaal 2.23 was op de dag van de meting veelal 40 cd/m 2. Bij een luminantieniveau van 20 cd/m 2 kan wel gelezen worden, maar voor een hele dag moet toch eerder een niveau van 60 cd/m 2 aanwezig zijn, anders wordt het te vermoeiend. Leerlingen, die ieder lesuur van lokaal wisselen, kunnen met hun jonge ogen gerust een uur in lokaal 2.23 verblijven, maar een leraar blijft vaak een aantal uren werken in hetzelfde lokaal. Daar is lokaal 2.23 minder geschikt voor. Bij oudere leerkrachten kunnen zulke lichtomstandigheden s winters tot depressieve klachten leiden, indien men daar gevoelig voor is. Het oog van een 60-jarige leerkracht heeft bijvoorbeeld 4 x zoveel licht nodig als het oog van een leerling om dezelfde hoeveelheid licht op het netvlies te ontvangen. De school heeft goed nagedacht over energie besparing; overal zijn daglichtsensoren geïnstalleerd en aanwezigheidsdetectors. Doordat de wanden in de nieuwbouw lichter van kleur gekozen zijn, zijn de daglichtfactoren hoger dan in de oude lokalen wat ook een energie besparing van het kunstlicht oplevert. Jammer dat het hoogrendement verlichtingssysteem, dat in de oudbouw aanwezig is, uit kosten oogpunt niet gekozen is in de nieuwbouw, want dat had nog meer energie besparing kunnen opleveren. De hier besproken studie geeft slechts een momentopname in het jaar te zien, toch zijn er wel een paar kanttekeningen te maken. White borden hebben het nadeel dat ze uit het oogpunt van spiegeling wel eens hinderlijk kunnen zijn voor leerlingen, maar de hier getoonde luminantie beelden laten ook hinderlijke kanten van een groen krijtbord zien. In het nieuwe lokaal 2.07 zien we dat het groene bord een donker vlak is, in de kijkrichting van de leerling, het luminantiecontrast is globaal 1:5. Doordat de achtergrond rondom het bord een gelijkmatige lichtverdeling heeft zal dit door de leerling niet als storend ervaren worden. Dat is echter anders bij lokaal 2.23. Achter het bord is een witte kolom aanwezig met een veel hogere helderheid dan het bord. En de hoog aan het plafond opgehangen 19 De computerwerkplekken poster weerspiegelt het kunstlicht duidelijk. Al deze verschillende contrasten rondom het bord kunnen voor leerlingen, zeker bij hoofdpijn of migraine klachten, zeer hinderlijk zijn. Bij moderne vormen van onderwijs wordt vaak een opstelling van tafels en stoelen gebruikt die lang niet altijd naar het bord gericht staat. Om die reden is een speciaal bordarmatuur ook wat minder zinvol. De case studie van de nieuwbouw leert dat een lokaal met mooie lichte wanden hogere daglichtfactoren op een bord geeft dan een donkerder lokaal. Modern onderwijs zal mogelijk gebaat zijn bij een schoolbord op wielen dat overal in het lokaal geplaatst kan worden, waar dat nodig is. Een lokaal met lichte wanden zal dan zorgen voor voldoende licht op het bord. Een verlichtingssterkte van 500 lux op het bord zal hierbij echter niet altijd gehaald worden. Maar dat is ook minder nodig bij moderne onderwijsvormen waarbij het bord niet of slechts kortdurend gebruikt wordt. Een white board is daarbij de betere keuze, omdat een white board hogere luminanties heeft dan een groen krijtbord. SPONSORS VAN DE NVBV Op zoek naar een baan met uitdagende projecten? www.mobiusconsult.nl/vacatures adviseurs ingenieurs Bouwfysica Akoestiek Brandveiligheid Driebergen ~ Delft ~ Tilburg T (070) 361 55 59 F (070) 361 79 30 info@zri.nl www.zri.nl Balistraat 1 2585 XK Den Haag Postbus 85577 2508 CG Den Haag