Sağlıklı öğrenme ortamları için gün ışığı tasarımı

Metin: Barbara Matusiak

Gün ışığı, insanın kendisini iyi hissetmesi için temel bir ihtiyaç mı?

Hemen hemen tüm canlıların bütün biyolojik fonksiyonlarının 24 saatlik döngülerde değiştiğini artık biliyoruz. Vücut organlarının çoğu, ki buna beyin de dahil, 24 saatlik faaliyet döngülerine sahip. Örneğin; geceleri melatonin salgısı ile uykumuz gelir, stres duygumuz azalır ve uykuyu engelleyecek diğer tüm fonksiyonlar yavaşlar.

Melatonin salgısı azaldığında, çoğu zaman stres hormonu olarak bilinen kortizol üretmeye başlarız. Uyanırız ve giderek daha da açılırız.

Yirmi dört saatlik ritmimiz uykumuzu / uyanık olmamızı, vücut ısımızı, melatonin ve seratonin üretimini, kortizol konsantrasyonunu, yeme ve içme davranışımızı, neşemizi, uyanıklığımızı, yorgunluğumuzu, uykulu halimizi, performansımızı, adrenalin konsantrasyonumuzu, idrar üretimini, kalyum, sodyum, kalsiyum, magnezyum ve idrar içinde fosfor konsantrasyonumuzu, AGTH ve büyüme hormonlarının üretimini etkiler.

Ancak doğal ışığın rolü nedir? Her şey retinada başlar. Gözün bu kısmı sadece görmek için kullanılan “klasik” foto reseptörlerden değil, ışığa tepki gösteren ve ışığa hassas ganglien hücreleri olarak bilinen ganglion hücrelerden oluşur.

Bu hücreler de, foto pigmenti melanopsin içerir.

Işığa hassas olan ganglion hücrelerinin sinyalleri Nucleus Suprachiasmaticus’a (SCN) giden hattı takip eder. SCN, bilgiyi retinadan gelen ışıkla alır, yorumlar ve epifize iletir. Epifiz, epitalamus içinde olan çam kozalağı biçimli bir yapıya sahiptir. Işık az olduğunda veya etkisi azaldığında, melatonin hormonunun salgısına epifiz etki gösterir.

Deneylerde gün ışığı olmaksızın da 24 saat’lik ritmin uyarıcı olarak varolduğu görüldü. Gün ışığının olmaması 24 saat’lik ritmi yavaşlatıyor (her 24 saatte yaklaşık 1,1 saat). Gün ışığı, gerçekten gün ışığı ritmi ile uyumlu olduğu sürece vücudun 24 saatlik ritmini hızlandırıyor. Buna faz kaydırması deniliyor ve çoğumuzun günlük yaklaşık 1,1 saatlik olumlu kaymaya ihtiyacı var.

İki bin yıl önce Roma İmparatorluğu halkı, güneş ışınlarının yansımasını öyle önemli görmüşlerdi ki herkesin güneş ışığına hakkı olduğu yönünde bir yasa dahi çıkarma ihtiyacı duydular. Mimaride modernizmin öncüleri Le Corbusier ve Walter Gropius, insanın kendisini iyi hissetmesi için, görmeye gereken ışıktan çok daha fazla bir ışık seviyesine ihtiyacı olduğunu anladılar. Bugün 24 saat ritmi hakkında edinilen bilgiler, onların haklı olduğunu kanıtladı. Ayrıca yeni araştırma sonuçlarıyla önemli örnekler getirilebilir. Bu sonuçların bazılarını Richard Hobday “The Healing Sun” (İyileştirici Güneş) adlı kitabında bir araya getiriyor. Örneklerden bazıları hastane ortamında güneşte zaman geçiren depresif hastaların kendilerini daha iyi hissettikleri, kalp krizi geçirenlerin ise güneş alan mekânlarda bulunduklarında çok daha hızlı iyileştikleri, hastanede güneşli odalarda kalan hastaların odalarındaki güneşin ışınları ile oluşan ışık ve gölge oyunlarını algıladıklarında çok daha az ağrı kesiciye ihtiyaç duydukları ve enfeksiyonlara karşı daha fazla bağışıklık kazandıklarını gösteriyor.

Ruhumuz ve bedenimizin ihtiyaç duyduğu miktar ve yoğunlukta ışık alıyor muyuz?

Çoğumuz için bunun cevabı hayır, çünkü ev içinde çok vakit geçiriyoruz (yıl bazında zamanımızın yaklaşık %80’i) ve çoğu zaman çok az gün ışığı alan odalarda bulunuyoruz. İnsanın 24 saatlik ritmini etkilemesi için gerekli gün ışığı seviyesi deneyimlediğimiz veya genelde binalarda bulunan elektrikli ışıktan daha fazla. Bazı araştırmacılar, 24 saatlik ritmin uyarılması için retina üzerinde 1000 Lux’e kadar bir ışık yoğunluğu gerekiyor. Işık yoğunluğunun yanı sıra tayfsal ışık dağılımı da önemli bir faktör. Retinanın ışığa hassas ganglion hücrelerinde bulunan bir foto pigmenti melanopsin, en etkili olarak mavi ışık ile uyarılır. Bazı araştırmacılar 420-440 nm alanına referans veriyor, diğerleri ise 470-485 nm alanında tepkilerden bahsediyor. Gün ışığı, insanın kendisini iyi hissetmesi için, önemini öne çıkartan mavi alanda çok yüksek ışınım sunuyor.

Genel olarak epifiz bezi sabahın erken saatlerinde günün ortasına göre daha hassastır. En hassas olduğu zamanda (sabah saat dörde doğru) çok az bir ışık yoğunluğu dahi olumlu bir faz kaymasına neden olabilir; ancak gün ilerledikçe hassasiyet azalır ve aynı etkiyi sağlamak için daha fazla veya daha uzun süreyle ışık yoğunluğu gerekebilir.

Kronauer’in halen kabul edilen modeline göre gün ışığına maruz kalma ile 24 saatlik ritmin giderek yavaşladığı gerçekten bir çakışma noktası var.

Çok az gün ışığı almanın sonuçları nedir?

Retinaya gelen ışık yoğunluğu çok az ise epifiz bezinin melatonin salgılama döngüsü 25,1 saate kadar düşer. Melatonin günün yanlış saatlerinde salgılanır ve bunun sonucunda letargi ve uyku hali oluşur. Gençler “geciktirmeli bir uyku fazı sendromu” yaşayabilir. Bu sendroma sahip olan insanlar sürekli yorgundur ve çoğu zaman verimli çalışamaz. Yaşlı insanlar ise sıklıkla 24 saat ritminde uygu bozuklukları, erken uyanma ve bir anda uykuya dalma gibi durumları deneyimlerler. Genelde erken kalkarlar ve istemeden uyuya kalırlar. Gün ışığının uzun süreyle az alınması halinde, ruhsal durumumuz sıklıkla değişir ve bağışıklık sistemimiz etkilenir. Bazı insanlarda az ışık alma, “mevsime bağlı depresyon” olarak adlandırılan bir durum yaratır. Kuzey ülkeleri halkının yaklaşık yüzde beşi kış depresyonu çeker. Bu hem çocuklar hem de yetişkinlerde eşit görülür.

Aşırı gün ışığı almanın avantajları nedir?

Bu soruyu cevaplamak için, Kuzey Carolina’daki Johnston Country Okulları için Innovative Design firmasının doksanlı yıllarda tasarladığı gün ışığı okullarını örnek göstermek faydalı olacaktır. Bu okullarda, çok kullanılan sınıfların gün ışığı alması sağlandı. Sınıfların yanı sıra gün ışığı alan diğer mekânlar spor salonu ve kafeteryaydı. Ayrıca, gün ışığı konseptinin önemli bir ögesi olmayan; ancak dışarı bakışı sağlayan küçük pencereler yerleştirildi.

Kullanım süresinin üçte ikisinde mekânlara daha fazla ışık girişini sağlamak için güneş yönlendirme sistemleri olan ve güneye doğru bakan, çatıya monte edilebilir ögeler tasarlandı. Her uygulamada güneş yönlendirme sistemlerinin güneşten koruma panelleri ve gün ışığı sensörleri vardı. Gün ışığı sensörleri ile elektrikli aydınlatma kumanda edildi.

Çocuklarda aşağıda belirtilenler tespit edildi: Okula gelmeme süresi azaldı (yılda üç ile dört gün daha az), dişlerdeki karies miktarı azaldı, kütüphanede ses seviyesi daha azaldı ve çocuklar çok daha neşeli olduğu görüldü. Bunun dışında çocukların daha hızlı büyüdükleri kaydedildi. Öğrencilerin performansını ölçmek için Johnston Country içinde her okulda üç yıl okuma ve matematik testleri yapıldı. Disiplinler arası bir danışmanlık ekibi olan Heschong Mahone Grubu, gün ışığı seviyesi ile çocukların okuma ve matematik testlerinde aldıkları puanlar arasında önemli ilişkiler olduğunu tespit etti.

Dışarı bakışın olmasının avantajı nedir?

William Lam „Perception and lighting as formgivers in architecture”

Cambridge/İngiltere’deki Darwin- Kütüphanesi: Ziyaretçilerin ışıktan şikayet etmelerine rağmen, parka doğru güzel bir manzara sunan binanın sol tarafındaki okuma alanları, sağda bulunanlara tercih ediliyor.

Marc Fotoynont’un yayınladığı “Daylight performance of buildings” adlı çalışmasından alınan fotoğraflar.

(Algılama ve aydınlatma, mimariyi biçimlendirenler) adlı kitabında insanın temel biyolojik ihtiyaçları için görsel bilginin önemine işaret ediyor: “Bilinçli veya bilinçsiz olarak fiziksel, entelektüel ve duygusal iyiliğimiz için daha az geçerliliği olan başka algılayıcı değerlere, biyolojik önemi olan faktörlere göre daha fazla ilgi gösteriyoruz”.

Görsel bilgilere göre aşağıda verilenler en önemli biyolojik ihtiyaç olarak kabul ediliyor:

Bir mekân içinde yön bulma ihtiyacı, Zamanı tayin etme ihtiyacı, Hava durumunu öğrenme ihtiyacı. Yukarıda listelenen görsel bilgilere göre biyolojik ihtiyaçlar öyle önemli ki bunların sağlanmaması halinde zorlayıcı bir göreve tamamen konsantre olmak imkansız hale gelebiliyor. Yukarıda sayılan tüm bu ihtiyaçlar, dış dünya ile görsel bir iletişim kurmak için duvara açılacak bir gün ışığı aralığı olmaksızın yerine getirilemiyor.

Dışarı bakışın kalitesi ne kadar önemli?

“Doğaya bakarak konsantrasyon kapasitesi yenilenir” (Ulrich Roger). Genelde insanlar çalışma masalarının güzel bir bahçeye, parka veya suya bakan yerde olmasını tercih eder. Görsel konfordan vazgeçmemek pahasına iç alana bakan bir yeri tercih etmezler. Bu durum, Cambridge’deki Darwin Kütüphanesinden Catrine Pampairi’nin yaptığı bir araştırmada kanıtlıyor.

Sağlıklı bir öğrenme alanını nasıl tasarlamalıyız?

Senenin çoğu zamanında olumlu faz kaymasının yaşanacağı en iyi yer evdir. Bu kayma çocuklar sabah kalktığında ve okula giderken yaşanır. Ancak bu kadarlık bir sürede gün ışığında olma, herkes için yeterli değildir ve okulda da uygun bir gün ışığı olmaz ise, doğru miktarda günlük olumlu faz kaymasına ulaşılamaz.

Kış daha yüksek enlem derecelerine yaklaştığında, öğrenciler okul öncesinde daha az gün ışığı alır ve hatta kış aylarında okula karanlıkta giderler. Bu nedenle okullarda yüksek bir gün ışığı seviyesinin olması çok önemlidir. Özellikle kapalı havalarda çok önemlidir ki bu durum kuzey ülkelerde çalışma zamanının %50’sinden fazlasını kapsar.

Güneş ışığı içeri girmeli ancak çalışılan alanda göz kamaştıran ışık olmamalıdır. Güneş çoğu zaman ufukta çok dip bir noktada olduğu için bu zor bir durumdur. Güneş ışığı alması neredeyse imkansız olan mekânlarda, en azından güneş ışığı alan dış alanlara veya binalara bakış sağlanmalıdır. Mümkün olduğu kadar yeşil alanlara ve suya bakış sağlanmalıdır. Yazar daha yüksek enlemlerde (örneğin İskandinavya iklimi için) bulunan okulların gün ışığı planlaması için aşağıdaki formülleri sunmaktadır:

1. Genelde yüksek gün ışığı seviyesi, bulutlu olduğunda; TFm > yüzde beş ve TFmin > eğitim alanlarında yüzde iki TFm > yüzde üç ve TFmin > sürekli çalışılan yerlerde yüzde bir TFm > geçici iş yerlerinde yüzde iki, 2. Güneş ışığının içeri girişi mümkün değilse, o takdirde güneş alan bir manzaraya veya binaya bakış sunacak ortam sağlama, 3. Daimi çalışma ortamlarında güneş ışığının girişi ile kamaşma olmaması, 4. Yeşil alanlara / manzaraya bakış (ve mümkünse suya bakış)

Aşağıda verilen üç okul binası yukarıda belirtilen kurallara göre tasarlandı.

Asker/Norveç’te Borgen Okulunun yeniden tasarlanması, Hus mimarları

Borgen okulu 60’lı yıllarda planlandı. Orijinal yapının çatısı düzdü ve binanın temeli merkez noktasından dış duvarlara kadar 13,5 m. Öğrenciler sınıflara doğrudan dışarıdan girebiliyor ve bina cephesi boyunca oluşturulan bir koruyucu çatı konstrüksiyonu ile teneffüslerde korunaklı ortamlarda oyalanıyorlar. Okul binası 2002 yılında kalıcı tasarım prensibi doğrultusunda yeniden yapılandırıldı. Doğal ışık ve havayı mümkün olduğu kadar çok kullanarak okul içindeki havalandırmanın iyi yapılması ve enerji tasarrufu sağlandı.

NTNU/SINTEF firmasının araştırmacılarından bir grup, binanın merkezine gün ışığı ve taze hava taşıma konsepti geliştirdi. Tüm bu çalışmalar aşamasında, çalışmanın yazarı gün ışığının tasarımından sorumluydu.

Gün ışığının girişini iyileştirme metotları:

Binanın dışındaki koruyucu çatının kaldırılması Pencerelerin büyütülmesi Çatının, havalandırma kanalı yüksekliğinde kalan bölümünün yukarı doğru kaldırılması ve yeni cam kaplama ile merkezi alanlara giren gün ışığının seviyesini artırma, Merkezi alan ve yan mekânlar arasındaki iç duvarlar camdan yapılarak, merkezi alandan yan odalara gün ışığının girmesinin sağlanması.

Elektrikli ışık için otomatik bir kumanda sisteminin kurulması Çatının tasarımı için birçok alternatif fikir geliştirildi ve test edildi. A alternatifinde, çatı havalandırma kanalının üzerinden geçiyor ve kuzey tarafları yukarı doğru eğimli. Böylece kuzeye bakan tarafa doğru boydan boya büyük pencereler yerleştirilebildi. Güney tarafına bakan dar pencereler tasarımı tamamlıyor. Kuzeye bakan camların eğimi, gökyüzünden gelen ışığın azami şekilde binaya girişini ve aynı anda yaz aylarında güneşin daha aşağıda olduğu konumlarda, ışıkla kamaşmanın azaltılmasını sağlamak için çok ince hesaplandı. Güneş ışığının sürekli olarak bina içine girişinin sağlanmasına dikkat edildi.

Bu ortam, güneş ışığının aydınlatma kanalının açık renkli kapağından ve de aydınlık tavandan yansıması ile sağlanıyor. Okul binasının tüm pencerelerinde beyaz jaluziler var, böylece gün ışığı ihtiyaca göre ayarlanabiliyor. Doğu ve batıya bakan çatı altı pencerelerde dışarı doğru karartma sistemleri bulunuyor.

Fredrikstad/Norveç’te Kværnhuset Okulu , Pir 2 mimarlar Fredrikstad’ta, Trondheim’li Pir 2 mimarları tarafından tasarlanan Kværnhuset Okulu aynı zamanda eğitim aracı olarak hizmet eden ekolojik bir bina olarak geliştirildi. Doğal ışık ve hava kullanımına odaklanıldı. Bina içindeki ana eğitim mekânları birinci katta yer alan üç kanatta bulunuyor. Öğrenciler bu okulda üç yıl kalıyor; ancak her yıl farklı bir kanatta eğitim alıyor. Sarı renkli kanatta güneş enerjisi hakkında genel eğitim alıyorlar. Mavi kanatta su tasarrufu, yeşil kanatta büyüme ve geri dönüşüm konularında bilgilendiriliyorlar.

Sınıflar kuzeye, giriş ve diğer mekanlar güneye bakıyor. Binanın cepheleri ışık geçirgen duvar ögeleri, berrak cam yüzeyleri ve transparan izolasyon malzemesi olan cam kaplamalardan oluşuyor. Berrak cam yüzeylerinden bazıları “ekolojik” süslemelere sahip. Bu cam yüzeyler, yan kanatın duvarına ve güneş ışığı alan cephesine bakıyor. Daha tasarım sürecinin başında sekiz ile on metre derinliğe sahip sınıflarda, kuzeye bakan cephenin tamamı camdan oluşsa da yeterli gün ışığı almanın zor olacağı biliniyordu. Bu nedenle binanın arka bölümlerine dam seviyesinde pencerelerin uygulanması önerildi ve araştırıldı. Farklı cephelere yerleştirilecek pencerelerin boyutunu ve konumunu en uygun hale getirmek için bir dizi gün ışığı simülasyonları yapıldı. Pencereler, doğrudan güneş ışığı almayacak şekilde tasarlandı; ancak diffüz güneş ışığını da azami ölçüde sağlıyor. Aynı zamanda bu pencereler havalandırma için kullanılıyor.

Güneye bakan mekânlara giren güneş ışığı sınırlandırılmıyor. Güneş ışığının gözümüzü kamaştırmaması için bedenimizin konumunu biraz değiştiririz . Binanın sarı kanadındaki öğrenciler, binanın güney cephesine yerleştirilen foto volkanik donanımlarla nasıl enerji kazanılacağını öğreniyor.

Skien/Norveç’deki Mæla Okulu- Pir 2 mimarları Norveç’in Skien kasabasındaki Mæla Okulu da, Pir 2 mimarları tarafından tasarlandı. Okul, Skien’in dışında kırsal bir bölgede yer alıyor. Kvarnhuset Okulunda olduğu gibi, burada da sınıflar birinci katın üç kanadında yer alıyor. Mimarlar, bir dizi yeşil renkli güneşten koruma ortamları yaratmak için cepheyi mümkün olduğu kadar yeşillendirmeye çalıştı. Tam bu alanın arkasına birçok penceresi olan ışık geçirgen bir cephe yapılması planlanmıştı. Amaç, ışık geçirgen duvarın arkasından binanın içine doğru sabit gün ışığı almaktı. Berrak camdan oluşan pencerelerin, güneş olduğunda ışık geçirmemesi paradoks. Genelde tamamen kapalı olan güneşliklerle örtülü.

Ne yazık ki güneşlikler proje bütçesinden çıkartıldı. Böylece, ışık geçirgen duvarlar, planlananın ötesinde gün ışığına maruz kaldılar. Bu duvarlardan geçen güneş ışığı ile kamaşma riski konusunda tasarım aşamasında birçok tartışma yürütüldü. Tartışmaların sonucunda duvara bir izolasyon katmanı uygulandı ve duvarın her iki tarafı transparan bir plastik folyo ile kaplandı.

Işık geçirgen duvarın kamaşmaya neden olup olmadığını kontrol etmek için izolasyon katmanının ışık geçirgenliğini ölçtük ve test ettik. Işık geçirgenliğin malzeme kalınlığına çok bağlı olduğunu ve ışığın giriş açısının daha az önem taşıdığını tespit ettik. 20 cm kalınlığa sahip ışık geçirgen izolasyon malzemesinin ışık geçirgenliği, ışığın giriş açısına göre yüzde 16 ile 18 arasındaydı.

Tüm bu okulların iç mekânları, okulun geniş, aydınlık, açık, modern ve samimi olduğuna dair bir izlenim bırakıyor. Her birinden dışarı bakış rahat. Sağlıklı eğitim ortamları tasarlamak için şunu hatırlamak gerekir:

“Hepimiz dışarıda olmayı seven hayvanlarız”.

Mimar ve yazar Nick Baker.

Sarı kanattaki oda Fotoğraf: Barbara Matusiak Öğrencilerin aldığı genel eğitim dışında, büyüme ve geri dönüşüm konularında eğitildikleri yeşil kanattaki sınıf Fotoğraf: Barbara Matusiak Fredrikstad’da Kværnhuset Okulunun dıştan görüntüsü Fotoğraf: Barbara Matusiak Doğaya bakış sunan mavi kanattaki oda Fotoğraf: Pir 2 mimarları

Dergide s. 72.