Progettazione della luce naturale e criteri di scelta dei serramenti

Progettazione della luce naturale e criteri di scelta
dei serramenti
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premesse
Valutazione della luce naturale
Variabili di progetto
Grandezze
Normativa
Strumenti di analisi illuminotecnica: il VIZ
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Luce naturale: RAI o FMLD?
Luce naturale: conclusioni
Criteri di scelta del serramento:
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Distribuzione della luce e configurazione delle finestre
Grandezze, parametri e prestazioni
Le superfici trasparenti
Tecnologia
Soluzioni progettuali
(corretta posa in opera)
Arch. Giulio Camiz – Progettista per la regione Lazio VELUX ITALIA s.p.a.
Arch. Andrea
Impavidi – Progettista per la regione Toscana VELUX ITALIA s.p.a.
MH2020/LFe/ MAY2008
TUTTO È INIZIATO NEL 1941…
Il marchio VELUX
è la combinazione di due parole latine
VENTILATIO … ventilazione
+
LUX …………… luce
VELUX ha creato la cultura dell’abitare il
sottotetto diffondendo
valori legati al comfort, al benessere,
al risparmio energetico.
LUCE
ARIA
VISUALE
MH2020/LFe/ MAY2008
Dalla teoria
Alla pratica
Criteri progettuali
Ventilazione naturale
Schermi solari
Controllo della luce
Luce indiretta
Effetto serra
Protezione esterna
Energia solare
Effetto camino
LUCE, VENTILAZIONE NATURALE E COMFORT
luce e ventilazione naturale><risparmio energetico><comfort
sono elementi strettamente connessi
Come valutare il comfort?
Non esistono formule in grado di misurare
il livello di comfort, la percezione di
comfort è individuale ed è influenzata da
vari fattori personali e ambientali:
• indice di ricambio d'aria
• umidità dell'aria
• temperatura dell'aria
• livello di rumore
• livello di illuminamento naturale ed
esposizione alla radiazione solare
benessere
acustico
luce
naturale
benessere
termico
salubrità
dell'aria
premesse
MH2020/LFe/ MAY2008
Il codice genetico
dell’uomo nasce in
grandi spazi aperti
Siamo fatti per vivere
con la luce naturale
Eppure passiamo la
maggior parte del
nostro tempo in
ambienti chiusi…
UNA PROVOCAZIONE!
Edificio standard
Provocazione
Le finestre sono distribuite in modo
da ottenere un livello di
illuminazione ottimale - RAI 1/8
La simulazione considera i costi di:
Le finestre vengono chiuse e
sostituite dall'impiantistica:
- riscaldamento
- ventilazione forzata
- climatizzazione
La simulazione considera i costi di:
- illuminazione artificiale
- riscaldamento
- ventilazione forzata
- climatizzazione
UNA PROVOCAZIONE!
... edificio residenziale privo di finestre (Francia 1971)
... edificio scolastico privo di finestre (USA 1978)
UNA PROVOCAZIONE!
Luce standard
Solo luce naturale
Soluzione B - senza
finestre
La luce artificiale
riproduce esattamente la
luce naturale della
soluzione standard
Soluzione C - senza
finestre
La luce artificiale viene
limitata a un livello
massimo di 500 lux
Soluzione C - senza
finestre
La luce artificiale viene
limitata a un livello
massimo di 200 lux
Valutazione della luce naturale
MH2020/LFe/ MAY2008
Criteri progettuali
Ventilazione naturale
Schermi solari
Controllo della luce
Luce indiretta
Effetto serra
Protezione esterna
Energia solare
Effetto camino
Luce
naturale
Kimbell Art Museum, Louis Kahn – Texas - USA
Scuole
Studiare in ambienti illuminati naturalmente aumenta le
capacità di apprendimento degli studenti. Gli studenti
in aule con più luce naturale ottengono votazioni tra il
7% e il 18% più alte8
Una esposizione più lunga alla luce naturale porta a un
miglioramento dell’umore, minori malattie e migliora le
relazioni sociali9
L.Heschong, Daylighting and Human Performance, ASHRAE Journal, vol. 44, no.6, pp. 65-67, 2002
Jennifer A. Veitch & Anca D. Galasiu, The Physiological and Psychological Effects of Windows, Daylight and View at Home: Review and
Research Agenda, 2012
8
9
Scuole
Kindergarten Neufeldt – Austria
Ambienti di lavoro
Negli ambienti di lavoro grazie alle migliori qualit̀ à della
luce naturale, in partico lare la sua migliore resa
cromatica, si ottiene un
importante aumento
dell’efficienza lavorativa.
La luce artificiale riesce a sollecitare l’attenzione nel
breve periodo, ma induce affaticamento nel lungo
periodo con conseguente calo del rendimento lavorativo.
Una maggiore quantità di luce naturale negli ambienti di
lavoro aumenta la produttività tra il 15% e il 25%.
10
Paul Tortellini of the US government’s National Renewable Energy Laboratory, Literature Study.
Ambienti di lavoro
Green Lighthouse – Copenhagen - Danimarca
Residenziale
La quantità di luce è, per il 60% delle persone, il primo requis ito nella scelta
di una abitazione, incide per o ltre il 10% sul valore dell’immobile e reduce
i tempi di vendita del 50% 1 2
Ristrutturazione privata – Messina
12
ENEA - Assoimmobiliare
La percezione emotiva spontanea degli utenti
Residenziale
13
Non va inoltre dimenticato che per l’essere
umano l’insufficiente esposizione alla luce del
sole
può
provocare
anche
problemi
prettamente fisiologici in quanto:
- la radiaz ione ultravio letta (UV) concorre alla
sintesi della vitamina D (necessaria al
metabolismo del Fosforo e del Calcio) la cui
carenza provoca rachit ismo, osteoporosi, carie
dentaria
- l’assenza di luce stimola la produzione di
melatonina, un’eccessiva produzione provoca
un indebolimento del sistema immunitario,
patologie nervose e depressione
- l’esposizione alla luce naturale favorisce la
produzione di serotonina, un ormone che dà
sensazione di benessere e che, allo stesso
tempo, riduce la concentrazione nel sangue di
ormoni, come noradrenalina e adrenalina,
responsabili dello stress.
Brown, M. J., & Jacobs, D. E. (2011). Residential light and risk for depression and falls: Results from the LARES study of eight European
cities. Public Health Reports, 126(Supplement 1), 131-140.
13
Importanza della luce naturale
Lunghezza d’onda e flusso luminoso
La radiazione solare è composta da tre diverse tipi di
luce: quella infrarossa, quella visibile, quella ultravioletta.
L’apparato visivo umano si è sviluppato
in funzione dell’utilizzo della luce
naturale, è intuitivo pertanto che
quest’ultima
risulti
per
esso
qualitativamente migliore di qualsiasi
luce artificiale. La sensibilità del nostro
occhio è massima in corrispondenza
della parte centrale dello spettro della
luce solare a mezzogiorno, che
corrisponde al giallo citrino.
Lunghezza d’onda e flusso luminoso
Le sorgenti di luce artificiali riescono solo ad
approssimare con vari artifizi lo spettro della luce.
solare.
Kimbell Art Museum, Louis Kahn – Texas - USA
Kimbell Art Museum ampliamento, Renzo Piano – Texas - USA
Casa Studio Luis Barragan – Città del Messico
Edilizia ai giorni nostri….
Protezione dagli agenti atmosferici
+
“delicatezza” e scarsa versatilità dell’involucro
+
ritmi differenti, diverso rapporto con gli spazi
aperti
+
sviluppo e ottimizzazione delle tecnologie per
produzione d’energia
=
E’ possibile portare luce naturale nella maggior parte degli ambienti, senza per
questo compromettere la funzione protettiva dell’involucro abitativo.
E’ possibile progettare edifici in cui l’illuminazione naturale sia ottimale e al
contempo la permeabilità dell’involucro sia controllata.
variabili di progetto
MH2020/LFe/ MAY2008
Disponibilità di luce naturale
La disponibilità di luce naturale varia in funzione dell'apporto di
luce solare diretta, diffusa e riflessa:
- La quantità di luce solare diretta può superare i 100.000 lux
- La quantità di luce diffusa (data dal cielo) può superare i
10.000 lux
- La quantità di luce riflessa varia in funzione delle superfici
riflettenti (prato, asfalto, altri fabbricati, vegetazione, acqua...)
- Dall’orientamento della finestra: zenit, orizzonte…
Disponibilità di luce naturale
La disponibilità di luce naturale varia in funzione dell'apporto di
luce solare diretta, diffusa e riflessa:
- La quantità di luce solare diretta può superare i 100.000 lux
- La quantità di luce diffusa (data dal cielo) può superare i
10.000 lux
- La quantità di luce riflessa varia in funzione delle superfici
riflettenti (prato, asfalto, altri fabbricati, vegetazione, acqua…).
Disponibilità di luce naturale
In contesti densamente edificati la somma della luce riflessa e della luce diffusa può
superare quella della luce solare diretta...
di conseguenza
... prima di pensare alla forma dell'edificio o alla distribuzione degli spazi interni è
indispensabile studiare il sito e valutare/misurare la quantità di luce naturale disponibile.
Località, contesto
La disponibilità di luce naturale varia in
funzione della località di progetto,
dipendendo in particolare
dalla LATITUDINE
(La disponibilità di luce diffusa con condizioni
di cielo coperto cambia in funzione della
distanza dalla linea dell’equatore)
dall’ORIENTAMENTO
(il rapporto che l’immobile e i suoi fronti
sviluppano con i punti cardinali e dunque con
il percorso del sole)
Orientamento
• L'orientamento dell'edificio influenza la quantità e la qualità della luce naturale
• Le finestre orientate a Nord ricevono prevalentemente la luce diffusa del cielo e forniscono
agli ambienti una luce costante e confortevole. Questa tipologia di finestre è particolarmente
efficace negli edifici di grandi dimensioni e pur garantendo una buona illuminazione non causa
sovraccarichi termici estivi.
• Le finestre orientate Est e Ovest forniscono una luce solare diretta che varia
considerevolmente nell'arco della giornata, luce diretta con bassi angoli solari (mattina o sera)
e luce diffusa per molte ore del giorno.
• Limitare il più possibile le aperture orientate a Est e Ovest
• Dotare le finestre di schermature solari esterne dinamiche (le uniche in grado di garantire
efficienza durante l’intero arco della giornata)
• Quando possibile posizionare a Est e Ovest i locali di servizio (cucine, vani tecnici, bagni,
ripostigli, scale …)
• Le finestre "zenitali" se posizionate orizzontali o a bassa pendenza forniscono luce diretta
anche se orientate a Nord. Tutte le finestre zenitali devono essere dotate di schermi solari
dinamici.
• Finestre orientate a Sud: sono le più efficienti (forniscono una grande quantità di luce
naturale) ma devono essere dotate di schermi solari fissi o dinamici per il controllo
dell'irraggiamento estivo
Geometria
La disponibilità di luce naturale varia in funzione della forma
dell’ambiente/immobile considerato, dipendendo dalle dimensioni dello stesso,
dagli angoli formati dalle superfici, dalla profondità, dal rapporto con gli edifici
circostanti.
Esempio - 3 differenti configurazioni di finestre
Dimensioni stanza B x P x H: 6m x 4m x 3m
Riflettanza superfici : Pavimento 0.35, muri 0.66, soffitto 0.90
Superficie finestra 10%
Superficie finestra 30%
FLDm 1.9%
Solo una delle tre scrivanie
raggiunge FLD sufficiente
Abbagliamento: limitato
FLDm 5.1%
Solo due delle tre scrivanie
raggiunge un FLD sufficiente (fino
a 4,5m dalla facciata)
Abbagliamento: forte
Superficie finestra 20% (10%
verticale + 10% zenitale)
FLDm 6.4%
Tutte e tre le scrivanie
raggiungono un FLD sufficiente
Abbagliamento: no
Forma e dimensione delle finestre
• Dimensioni stanze:
• Il rapporto altezza/profondità stanza dovrebbe essere di 1,5 nel caso di finestre tradizionali e
tra 1,5 e 2,5 in presenza di light-shelfs
- Nel caso di illuminazione zenitale la distanza tra i lucernari non deve mai essere superiore all'altezza del
locale
Proprietà del sito
• Ostruzioni esterne:
Gli ultimi piani del fabbricato sono meno influenzati dalle ostruzioni esterne e
quindi godono di una maggiore quantità di luce naturale
Proprietà del sito
• Esempio - Effetto di ostruzioni esterne sui livelli di illuminamento interni (simulazioni
eseguite con il software Daylight Visualizer) - R.A.I. 1/5 - Tv 0.78 - riflettanza muri interni
0.65, muri esterni 0.50, pavimento 0.30, soffitto 0.90
FLD nei quattro piani del fabbricato
Superfici
La disponibilità di luce naturale varia in funzione del trattamento superficiale delle
pareti: un materiale chiaro e liscio rifletterà più luce di un materiale scuro e ruvido
Proprietà dei materiali
• Coefficienti di riflessione consigliati: 80% soffitto, 50%-70% pareti, 20%-40% pavimento
grandezze
MH2020/LFe/ MAY2008
Le grandezze
Come calcoliamo la luce naturale?
Utilizzando principalmente tre parametri:
ILLUMINANZA
LUMINANZA
FATTORE MEDIO DI
LUCE DIURNA
Le grandezze - ILLUMINANZA
Sapendo che il LUMEN (lm) è l’unità di misura del flusso luminoso
Si definisce
ILLUMINANZA
la quantità di luce che incide su una superficie
e la si calcola utilizzando come unità di misura il
LUX
pari a un lumen su metro quadro
lx = lm/mq
In pratica se attraverso una finestra entrano 2000 lm in una stanza di
10 mq, avremo una distribuzione media di 100 lux
N.B. La misurazione solitamente si effettua su un piano di lavoro
h.0,85 m
Le grandezze - ILLUMINANZA
Luxmetro:
utile strumento per effettuare le misurazioni
dell’illuminazione e valutarne quindi la qualità
grazie al sensore installato è in grado di riportare sul
display i valori in Lux in un dato punto
Le grandezze - ILLUMINANZA
Valori di illuminamento consigliati in base alle diverse destinazioni d'uso (ISO 8995) - i
valori minimi e massimi sono riferiti alla zona interessata dalla verifica.
Le grandezze - ILLUMINANZA
Valori di illuminamento consigliati in base alle diverse destinazioni d'uso (ISO 8995) - i
valori minimi e massimi sono riferiti alla zona interessata dalla verifica.
Le grandezze - LUMINANZA
Si definisce
LUMINANZA
la quantità di luce riflessa da una superficie
e la si calcola utilizzando come unità di misura
Cd/mq
Candele a metro quadro
Misura la sensazione di abbagliamento percepita dall’occhio.
La distribuzione delle luminanze nello spazio può essere descritta in
relazione alla posizione di un osservatore e ad una direzione di
osservazione.
Le grandezze - LUMINANZA
Equilibrio di luminanze
Importante per il comfort visivo è la “mappatura”
delle luminanze all’interno di un ambiente
Il comfort visivo è garantito da una adeguata
gradazione dei contrasti nel campo visivo (inteso
come campo centrale di visione, sfondo e
ambiente).
Se le differenze di luminanza all’interno del
campo visivo diventano eccessive si verifica il
fenomeno dell’abbagliamento, causando
fastidio o diminuzione delle capacità visive.
Le grandezze - LUMINANZA
Equilibrio di luminanze
Nel primo esempio proposto la qualità
della luce è buona:
-
distribuzione uniforme nella stanza;
-
campo visivo confortevole;
-
assenza di forti contrasti di colore
(rosso-blu) che provocano una
sensazione di “discomfort” visivo.
Non altrettanto nel secondo…
Le grandezze - LUMINANZA
Nella progettazione di un fabbricato è indispensabile verificare che il contrasto di luminanza
resti all'interno dei seguenti rapporti:
3:1 fra un oggetto e il suo sfondo (ottimale)
10:1 fra un oggetto e le superfici lontane più scure, per svolgere un lavoro (ottimale)
20:1 fra le sorgenti luminose e il loro intorno (accettabile)
superiore al rapporto 20:1 (fastidiosa/intollerabile)
Le grandezze – Fattore Medio di Luce Diurna
La disponibilità di luce naturale varia con il passare delle ore, delle stagioni o
delle condizioni climatiche e per questo motivo l'illuminanza interna da sola non
fornisce informazioni sufficienti per una corretta progettazione.
Il FATTORE DI LUCE DIURNA esprime il rapporto fra l’illuminamento che si ha in un punto
interno di un edificio in un dato momento (E) e l’illuminamento naturale che si ha
simultaneamente su un piano esterno (E0 ), calcolati con cielo coperto; trascurando cioè il
contributo dell’irraggiamento diretto.
Il FATTORE MEDIO DI LUCE DIURNA è la media matematica delle misurazioni all’interno
dell’ambiente considerato.
Le grandezze – Fattore Medio di Luce Diurna
Calcolo manuale
Le grandezze – Fattore Medio di Luce Diurna
Software
normativa
MH2020/LFe/ MAY2008
1
2
3
4
NORMATIVA NAZIONALE
NORMA UNI 10840:2007
Luce e illuminazione: locali scolastici e criteri generali per l’illuminazione
artificiale e naturale