VARIAZIONE DEL RAPPORTO DI LUCE DIURNA IN PRESENZA DI UNA SERRA SOLARE

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1 VARIAZIONE DEL RAPPORTO DI LUCE DIURNA IN PRESENZA DI UNA SERRA SOLARE (Roberto Carratù giugno 2014) Premessa: Innanzi tutto si deve chiarire che il fattore di luce diurna non misura la quantità di luce naturale che entra in un ambiente bensì misura il rapporto tra la luce naturale che entra in un ambiente e quella esterna. Calcolo del fattore di luce diurna (FLD o DF, daylight factor) 1 Il calcolo del fattore di luce diurna rappresenta il rapporto medio tra l'illuminamento presente in ambiente interno (in lux) e quello esterno, è quindi un rapporto adimensionale fisso e non variabile dalle condizioni del cielo (sereno, nuvoloso, ecc. In questo modo si valutano le condizioni relative e non le assolute. Le sorgenti di luce naturale sono il Sole ed il Cielo, poiché la radiazione solare diretta è mutevole in funzione delle diverse condizioni meteorologiche e del periodo dell anno considerato, per la misura del fattore di luce diurna, ci si riferisce al caso più sfavorevole di illuminazione diurna cioè quello in cui la radiazione solare diretta è assente. La formula è la seguente: Ei Ee Per valutare l apporto di illuminamento naturale all interno dell ambiente è preferibile impiegare un valore medio, il fattore medio di luce diurna, che considera un valore medio esterno ed un valore medio interno: m E E La verifica in opera del fattore di luce diurna è preferibile eseguirla mediante due luxmetri; ciò permette di eseguire la misura in contemporanea e minimizzare le differenze dovute alla variazione dell irraggiamento solare. La misura del valore in esterno deve essere effettuata su un piano orizzontale che non deve ricevere l apporto solare diretto ma che deve vedere nel suo complesso la volta celeste, quindi non in cortili, cavedi, balconi, ecc. La misura in interno deve essere effettuata a finestre chiuse, senza schermature (tende, serrande ) ad un altezza consigliata di un piano di lavoro, (85 cm) ad una distanza minima dalle finestre di 1 1,5 m e da cm dalle pareti. Per avere un valore medio le misure si devono distribuire in modo uniforme. im em I valori di riferimento del fattore di luce diurno sono riassunti dalla tabella seguente: < 0,3 % Insufficiente 0,3 % < < 1 % Discreto 1 % < < 4 % Buono > 4 % Ottimo 1 tratto dal libro Manualetto di Fisica Tecnica applicata all architettura: l illuminazione diurna e metodi di calcolo. F. Bianchi R. Carratù. Ed. Aracne 1

2 Il fattore di luce diurna (Calcolo dell illuminazione naturale in base alla Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n.3151 del 22 5 maggio 1967 Norme per l edilizia civile sovvenzionata). La normativa italiana per la verifica dell illuminamento naturale all interno degli ambienti, prevede il calcolo simultaneo di tutte e tre le componenti: 1 SKC (Sky Component = SKC); 2 ERC (External Reflected Component = ERC); componente dovuta all illuminazione componente dovuta ai riflessi delle diretta della parte di cielo vista dal punto superfici esterne all apertura, come gli interno dell ambiente attraverso edifici che sono causa di ostacolo l apertura della finestra 3 IRC (Internal Reflected Component = IRC). componente dovuta ai riflessi delle superfici interne dell ambiente, che dipende principalmente dal colore delle pareti Ipotizzando l illuminamento delle pareti perfettamente diffondenti, l illuminamento medio all interno dell ambiente () risulta proporzionale al flusso entrante (ricordando che E S ): e E e che il flusso entrante è quello proveniente dalla volta celeste attraverso la finestra, possiamo scrivere: eguagliando i secondi membri: i aisi e AfEt f E i aisiafe ; AfEft E f i i i a S essendo Ef Ee definito fattore finestra che vale: = 1 (100 %) per superfici vetrate orizzontali prive di ostruzioni (lucernari) = 0,5 (50 %) per superfici vetrate verticali prive di ostruzioni (finestra ) < 0,5 (<50 %) per superfici vetrate verticali in presenza di ostruzioni (palazzi, alberi ) deducibile dalla figura a, introducendo un fattore di arretramento () che tiene conto del fatto che la finestra è arretrata rispetto al filo del fabbricato, desumibile dalla figura b, in base alla definizione di fattore medio di luce diurna, avremo: m Ei Ee Aft aisitot dove: = Superficie della finestra escluso il telaio (mq) = coefficiente di trasmissione luminosa del vetro (vedi tabella 1) = fattore finestra, desumibile dal grafico figura a = 100%, per superfici orizzontali prive di ostruzioni = 50%, per superfici verticali prive di ostruzioni 2

3 < 50%, per superfici verticali in presenza di ostruzioni = coefficiente di riduzione del fattore finestra, dipendente dalla dimensione della finestra e dall arretramento di essa rispetto al filo della parete (figura b) a i = coefficiente di assorbimento Tab.1 Coefficiente di trasmissione luminosa di una superficie trasparente (vetro o materiale plastico) che può anche variare in funzione dello spessore Materiale Coefficiente di trasmissione Vetro chiaro 0,80 0,91 Vetro assorbente 0,70 0,80 Vetro colorato 0,30 0,60 Vetro a bassa emissività 0,50 0,85 Vetro selettivo 0,45 0,78 Vetro riflettente 0,30 0,60 Vetrocemento 0,60 0,80 Vetro camera (vetro chiaro + vetro scuro) 0,76 0,83 Vetro camera (vetro chiaro + vetro colorato) 0,37 0,45 Policarbonato chiaro 0,80 0,92 Policarbonato colorato 0,33 0,88 Materiale plastico translucido 0,10 0,80 Materiale plastico rinforzato con fibra di vetro 0,05 0,80 Il valore minimo del fattore medio di luce diurna imposto dalla normativa dipende dalla destinazione d uso degli spazi, come indicato nella tabella seguente: Tab. 2 - Valori del fattore medio di illuminazione diurna raccomandabili Destinazione d uso 0,01 (1%) 0,02 (2%) 0,03 (3%) Edilizia residenziale tutti i locali di abitazione (D.M.Sanità 5/775) Edilizia scolastica uffici, corridoi e scale, servizi palestre, mense aule, laboratori (D.M. 18/12/75) Edilizia ospedaliera (C.M.LL.PP. n del 22/11/74) uffici, corridoi e scale, servizi palestre, mense degenze, diagnostica, laboratori Fig. a Determinazione del fattore finestra in funzione dell ostruzione esterna () 3

4 Fig. b Determinazione del coefficiente di riduzione del fattore finestra dipendente dalla posizione della finestra (superficie del vetro) rispetto al piano di facciata (suo arretramento) () Tab.3 Coefficiente di riflessione delle superfici colorate e dei materiali Colori e materiale Coefficiente di riflessione Bianco Crema Giallo chiaro Rosa Rosso Grigio Verde, azzurro Rosso, verde, azzurro scuro Nero 0.05 Intonaco di gesso Cemento Marmo bianco Vetro da finestra 0.05 Variazione del rapporto di luce diurna in presenza di una serra solare, secondo il D.M. 5 luglio 1975: Come dalla formula del calcolo del fattore di luce diurna, la presenza di una serra solare di fronte ad un ambiente, interviene nella sola modifica del valore della componente dell'illuminamento esterno (E e ) in funzione della tipologia di vetro della serra che si somma alla componente della componente trasparente del vetro della finestra tra la serra e l'ambiente ed un eventuale fattore di ombreggiamento nel caso della presenza di coperture opache, presenza di aggetti, pensiline, brise soleil, della serra stessa. Verifica Si ipotizzi un ambiente di dimensioni 5 x 5 m, ed un altezza di 3 m, un finestra con una apertura di 4,60 mq, con una serra con un vetro che riduce la trasmissione solare del 70%. 4

5 (Calcolo dell illuminazione naturale in base alla Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n.3151 del 22-5 maggio Norme per l edilizia civile sovvenzionata). Il calcolo del fattore di luce diurna viene effettuato secondo la seguente formula: Ei Aft m Ee aisi = Superficie della finestra escluso il telaio (mq) = coefficiente di trasmissione luminosa del vetro (vedi tabella 1) = coefficiente di riduzione del fattore finestra = coefficiente di riduzione per arretramento finestra = coefficiente di riflessione pareti = somma superfici interne Verifica Serra B (sud)- ambiente living DATI DI CALCOLO: Af 4,60 t 0,85 1,00 0,90 a*stot 31,08 DIMENSIONE AMBIENTE Larghezza La o tot. 5 mq 25,00 Lunghezza Lu 5 mc 75,00 Altezza h 3 Iluminamento interno Ei 351,90 lux Iluminamento esterno Ee 3.108,00 lux Calcolo area finestra senza larghezza vetro La o tot. 2,3 sup. altezza vetro lu 2 Af 4,6 inserire coefficiente trasmissione di vetro t 0,85 Materiale Coefficiente di trasmissione Vetro chiaro 0,80 0,91 Vetro assorbente 0,70 0,80 Vetro colorato 0,30 0,60 Vetro a bassa emissività 0,50 0,85 Vetro selettivo 0,45 0,78 Vetro riflettente 0,30 0,60 Vetrocemento 0,60 0,80 Vetro camera (vetro chiaro + vetro scuro) 0,76 0,83 Vetro camera (vetro chiaro + vetro colorato) 0,37 0,45 Policarbonato chiaro 0,80 0,92 Policarbonato colorato 0,33 0,88 Materiale plastico translucido 0,10 0,80 Materiale plastico rinforzato con fibra di vetro 0,05 0,80 mq (20 %) 4,78 (verifica) 5

6 Calcolo di altezza finestra dal piano strada h altezza del fabbricato H larghezza della strada La - H-h/La = ricavarsi valore di 1 Calcolo di larghezza finestra La 2,6 La*h = 5,98 altezza finestra h 2,3 profondità finestra p 0,25 h/p = 9,20 La/p = 10,40 ricavarsi valore di 0,9 Calcolo a.stot Colori e materiale Coefficiente di riflessione Bianco Crema Giallo chiaro Rosa Rosso Grigio Verde, azzurro Rosso, verde, azzurro scuro Nero 0.05 Intonaco di gesso Cemento Marmo bianco Vetro da finestra

7 coeff. riflessione pareti: 0,8 coeff. riflessione soffitto: 0,8 coeff. riflessione pavimento: 0,4 media 0,67 Area pareti: perimetro 20 MQ a a.s altezza 3 55,4 0,8 11,08 Area soffitto La 5 Lu ,8 5 Area pavimento La 5 Lu ,4 15 (1 - r) *S tot 31,08 FATTORE DI LUCE DIURNA medio - m 11,32 VERIFICATO senza serra captante riduzione % della superficie finestra 1 riduzione % effetto vetro serra solare 0,7 FATTORE DI LUCE DIURNA medio m 7,93 VERIFICATO con serra captante La presenza di una serra solare, in funzione della sola presenza del coefficiente di trasmissione del vetro della serra solare (fattore di riduzione del 70%), riduce il fattore di luce diurna dal 11,3 % al 7,93%. Se però la profondità della serra cambia il risultato rimane invariato (il valore della trasmissione solare del vetro rimane lo stesso). Variazione del rapporto di luce diurna in presenza di una serra solare mediante il software Ecotec. A conferma di quanto asserito, si è calcolato, mediante il software Ecotec, la variazione del fattore di luce diurna di una serra solare con profondità diverse (1, 2,3 4, metri) posizionata di fronte ad un ambiente separato dalla serra stessa con una finestra. Risultati AMBIENTE SENZA SERRA FLD = 4,16 7

8 AMBIENTE SERRA SOLARE PROFONDITA' 1 m FLD = 2,50 AMBIENTE SERRA SOLARE PROFONDITA' 2 m FLD = 2,50 SERRA SOLARE PROFONDITA' 3 m FLD = 2,50 8

9 SERRA SOLARE PROFONDITA' 4 m FLD = 2,50 AMBIENTE SERRA SOLARE CON EDIFICI DI FRONTE FLD = 1,92 Come previsto la presenza di una serra solare con profondità diverse (1,2,3,4,m) non modifica il fattore di luce diurna, che cambia solo con la presenza di edifici di fronte, perché è rimane invariato il rapporto tra quantità di illuminamento esterno rispetto a quello interno (se c'è meno luce esterna ci sarà meno luce interna, ma il rapporto rimane lo stesso). Se invece si prevede l'ombreggiamento di edifici esterni, il valore del fattore di luce diurna si riduce, la quantità di luce interna è la stessa, mentre quella esterna è minore. Il fattore di luce diurna non misura la quantità di luce che entra in un ambiente interno, ma il rapporto tra la luce interna rispetto a quella esterna, e questo rapporto rimane costante, anche se cambia la profondità della serra. Roma, ottobre 2014 prof. arch. Roberto Carratù 9