ILLUMINAZIONE NATURALE Generalità

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1 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti CAPITOLO Gnralità Un corrtto utilizzo dlla luc diurna rnd più gradvoli abinti agli occupanti contporanant può contribuir a contnr durant il giorno i consui di nrgia lttrica. Ovviant nl caso di abinti profondi di ridotta altzza si rnd spsso ncssario un contributo supplntar d illuinazion artificial anch nll or cntrali dlla giornata. E vidnt ch l ipianto supplntar dovrà ssr una sottoszion dll'ipianto d illuinazion gnral pr vitar costos duplicazioni. La progttazion di sisti d illuinazion supplntar prsnta probli non ancora copiutant studiati: ad spio, poiché la luinanza dl cilo varia continuant, n consgu ch anch il livllo d illuinazion supplntar dovrbb variar durant l or dl giorno pr assicurar accttabili condizioni d quilibrio di vari paratri illuinotcnici (livlli d illuinanto, contrasti di luinanza). D'altra part olti difici odrni sono progttati, anch quando sarbb tcnicant possibil far altrinti, snza tnr conto od addirittura in sprgio a qust problatich, ad spio privilgiando critri copositivi ch portano a ralizzar abinti profondi con soffitti bassi, ch non favoriscono l illuinazion natural ngli abinti. Co già ossrvato in prcdnza l atosfra provoca fnoni d assorbinto di diffusion dll radiazioni solari, in isura variabil con l or dl giorno (prcorso più o no lungo ch l radiazioni stss copiono pria di raggiungr il livllo dl suolo). La volta clst è luinosa proprio in consgunza dlla diffusion atosfrica dlla luc: in particolar s l aria è scca la diffusion dlla luc è ssnzialnt dovuta all olcol di O 2 N 2, quindi, co bn noto, prdoinano l coponnti luinos a inor (cilo azzurro), in prsnza di gocciolin d acqua (nuvol) vngono aggiornt diffus l coponnti a aggior pr cui la volta clst assu una colorazion bianco-grigia. È opportuno ossrvar ch quando si parla d illuinazion natural s intnd co sorgnt luinosa priaria la volta clst non crto il sol, all cui radiazioni

2 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti dirtt si crca in gnr di prcludr l accsso agli abinti. Sbbn parlando d illuinazion natural vnga spontano rifrirsi al cilo srno, olt ricrch condott nl ondo sulla disponibilità di luc natural hanno prso in considrazion il cilo nlla condizion di unifor nuvolosità. Ciò pr otivi prudnziali nlla progttazion pr l agvolazioni di calcolo. Il prio odllo (il più splic d approssiato) prvd un cilo coprto (nuvoloso) con luinanza unifor. Ovviant in raltà la luinanza di un cilo coprto non è unifor, pr cui la CIE ha proposto noralizzato un odllo di cilo coprto a luinanza non unifor, pr qui clii ni quali qusta condizion atosfrica può ssr considrata prinnt. Un prsupposto intrssant di qusto odllo è ch la luinanza dlo cilo dcrsc dallo znit all orizzont in odo tal ch il prio risulta ssr carattrizzato da una luinanza tr volt più lvata dl scondo. Il odllo di cilo srno CIE prsnta una distribuzion di luinanza ch dipnd dalla posizion dl sol a part il disco solar vro proprio. Si può accnnar ch scondo qusto odllo l porzioni di cilo srno più prossi alla posizion dl sol risultano carattrizzat da una luinanza fino a 40 volt suprior a qulla dll porzioni più sfavorit (oppost) Fattor di luc diurna Una difficoltà connssa allo studio dll'illuinazion natural all intrno dgli abinti è dovuta al fatto ch la luinanza dlla volta clst varia notvolnt durant l'arco dl giorno. In consgunza più ch a valutar l'illuinanto assoluto all intrno di abinti, spsso si prfrisc il critrio rlativo, cioè valutar il rapporto sistnt tra l'illuinanto intrno d strno. Qusto rapporto o fattor di luc diurna, è più prcisant dfinito co: E / E cioè co rapporto tra l'illuinanto E in un punto dll'abint l'illuinanto E ch, nllo stsso istant, assurbb una suprfici orizzontal posta all'strno, schrata dall'irraggianto solar dirtto d sposta alla luc provnint dall'intra (non ostruita) volta clst. Il fattor di luc diurna vin spsso sprsso in unità prcntuali. Esso può ssr facilnt isurato con un luxtro in ogni punto dl piano di lavoro di un abint. A qusto fin occorr isurar l illuinanto E dl

3 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti punto contporanant anch l'illuinanto strno E. A titolo inforativo, l'illuinanto natural in un punto di un abint dv ritnrsi: insufficint s il valor di risulta < 0,3 % discrto s il valor di è coprso tra 0,5 1% buono s il valor di risulta > 1% ottio s il valor di risulta > 4% Pr valutar accuratant ni divrsi punti dl piano di lavoro di un abint, occorr un'analisi laboriosa coplssa. E opportuno, pria di prsntar un splic procdinto pr la valutazion approssiata di, illustrar brvnt la coplssità dlla problatica. In gnral, l'illuinanto strno, dovuto all'intra volta clst, E può ssr ricondotto ad una situazion già nota (calcolo dll'illuinanto in un punto dovuto ad una sorgnt stsa) s si suppon ch la volta clst corrisponda ad un'intra calotta sfrica luinosa con luinanza costant (L c ) coportanto labrtiano. Adottando qusta splificazion si può scrivr: E L c In figura è riportato, pr l nostr latitudini, l'illuinanto dio strno E ni divrsi si dll'anno (I = gnnaio, II = fbbraio, cc.) durant il ciclo diurno (da cui è idiato ottnr anch L c ). L'illuinanto E in un punto dll'abint risulta di coplssa valutazion principalnt a causa dlla grand varità di situazioni ch possono prsntarsi: sso, infatti, è pari alla soa di sgunti contributi: E dc, = contributo dirttant provnint dalla porzion di cilo vista dal punto stsso attravrso la finstra; E r = contributo riflsso strnant (ad spio l parti di un altro dificio, albri, tc.); E ri = contributo riflsso intrnant (a causa di riflssioni ultipl all'intrno dll'abint).

4 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti Nll sgunti tr figur (fig.a, fig.b fig.c) l suprfici luinos rsponsabili di tr divrsi contributi sono vidnziat in chiaro. Il prio contributo, cioè il trin E dc, può ssr valutato in lina di principio snza difficoltà, in quanto ricad in una situazion già studiata (calcolo dll'illuinanto in un punto dovuto ad una sorgnt stsa): Pr la porzion di volta clst vista attravrso la finstra si assu una luinanza pari a L c con fattor di trasission dl vtro. Il scondo contributo, cioè il trin E r, può ssr ancora valutato snza particolari difficoltà d ordin concttual, s s ipotizza ch l vari suprfici strn siano carattrizzat da luinanz L j. L luinanz da assur sono dat da L j = E j j / ssndo tal la luinanza assunta dalla suprfici j (fattor di riflssion j ) sottoposta ad illuinanto E j. Prtanto anch pr qusto contributo si ricad in una situazion già studiata (calcolo dll'illuinanto in un punto dovuto ad una sorgnt stsa di suprfici S j ). Il trzo contributo, cioè l'illuinanto E ri, dovuto a qulla part di luc ch giung nl punto in consgunza dll riflssioni ultipl all'intrno dll'abint, potrbb in lina torica ssr valutato co già accnnato pr l'illuinazion artificial di un abint cioè nl odo sgunt. In gnral l'uso di todi di calcolo più o no coplssi (la lttratura tcnica n riporta un notvol nuro) ha snso solo quando la ncssità di ottnr risultati olto dttagliati giustifica la rlativa difficoltà di applicazion ai vari casi. In gnr olt di qust procdur prsuppongono, pr ssr applicabili, un lvato grado di conoscnza dlla gotria dl sista, spsso non disponibil. S gli abinti non sono dstinati a particolari ipgni visivi, può risultar sufficint dtrinar il fattor dio di luc diurna, anch s l finstr sono dispost su un solo lato. Il più splic (d approssiato) todo spri l'illuinanto dio intrno all abint E in funzion dll'illuinanto E f sulla finstra dl local. Ricordando la rlazion prcdntnt ottnuta ch lga il flusso luinoso isso in un abint l col l'illuinanto dio E in ogni punto dll'abint (ipotsi di flusso luinoso prfttant diffuso nll'abint), si può scrivr: l /( 1 ) E A n

5 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti Nl nostro caso indicando con A la suprfici dlla finstra con il rlativo fattor di trasission può porsi: cioè A l E f L'illuinanto dio E risulta allora spriibil da: E A Ef /(1 ) A n Pr splicità, indicando ora l'ara total dll suprfici intrn con S (ponndo S A E / E n ) ricordando la dfinizion di fattor dio di luc diurna, si può scrivr: E / E A E f / E (1 ) S A q /(1 ) S Il rapporto q E f / E, tra l'illuinanto E f dovuto al flusso luinoso incidnt sulla finstra qullo strno E su un piano orizzontal librant sposto al cilo, è dtto fattor di finstra dipnd dall condizioni di illuinazion dlla finstra. Il fattor q è ovviant ugual all'unità pr una finstra orizzontal con vista libra dlla volta clst (luinanza unifor). Nl caso di una finstra vrtical con ostacoli strni (difici, albri, cc.) ovviant q < 0.5. In qusti casi una sua dtrinazion accurata risulta spsso assai laboriosa, dovndo tnr conto dlla luc riflssa sulla finstra stssa dagli ostacoli strni (piano stradal, difici prospicinti, tc.). Ovviant s vi sono un nuro i di finstr si può porr: A i i q i /(1 In lttratura sono riportati nurosi todi rapidi ovviant più o no approssiati pr valutar il fattor finstra q. Pr spio, pr una finstra vrtical affacciata su una strada con fabbricati contrapposti, il fattor finstra q può valutarsi ) S indicativant diant il diagraa riportato in figura.

6 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti dov: q = fattor finstra H = altzza dl fabbricato contrapposto h = altzza dlla finstra dal piano stradal La = larghzza dlla strada Pr tnr conto dl posizionanto dlla suprfici vtrata risptto al filo dlla facciata, si può oltiplicar il fattor finstra q pr un fattor di corrzion, funzion dlla gotria dlla vtrata, co riportato nl succssivo diagraa. Ad spio, il D.M. 5/7/75 pr l dilizia rsidnzial dispon ch tutti i locali dgli alloggi, ccttuati qulli dstinati a srvizi iginici, disipgni, corridoi, vani scala, ripostigli, dvono fruir d illuinazion natural dirtta adguata alla dstinazion d'uso. Pr ciascun local d abitazion l'apizza dlla finstra dv ssr proporzionata in odo da assicurar un valor dl fattor di luc diurna dio non infrior al 2%, in ogni caso, la suprfici finstrata apribil non dovrà ssr infrior a 1/8 dlla suprfici dl pavinto. Il fattor dipnd sia dalla dstinazion gnral d'uso dll'dificio, sia dalla funzion propria di singoli spazi all'intrno di sso. In tablla sono riassunti i valori di indicati nlla norativa.

7 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti =0.01 =0.02 =0.03 Edilizia Rsidnzial tutti i locali di abitazion Edilizia Scolastica uffici, spazi di distribuzion, scal, srvizi iginici palstr, rfttori abinti ad uso didattico, laboratori Edilizia Ospdalira co dilizia scolastica abinti di dgnza, diagnostica, laboratori

8 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti ESERCIZI ED ESEMPI 1) Misura fattor dio di luc diurna confronto con il risultato calcolato nl caso dll aula sposizioni tsi dlla Facoltà. Nlla sgunt figura si riporta la pianta dlla sala ch risulta trapzoidal (lato aggior 16.2 [], lato inor 15.4 [], altzza dl trapzio 5.6 [] con quindi una total suprfici pari a circa S t = 88 [ 2 ]).

9 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti Misur sguit All intrno dlla sala si sono sguit isur di illuinanto con luxtro Tsto 545 sul piano di lavoro (piano a 80 [c ]dal pavinto). L isur (36) sono stat ffttuat al cntro di 36 ar rttangolari guali S i = 1.44 x 1.7 [ 2 ] in cui si è suddivisa la suprfici in pianta. La tablla sgunt riporta valori E i in Lux ottnuti all or 15 di un giorno di Gnnaio Tablla illuinanti rilvati nlla sala (Lux) Il valor dio dll illuinanto risulta pari a : E i S E S i i S0 E 36 S 0 i 144 lux Contporanant una sconda squadra di studnti, unita di un scondo luxtro, ha procduto a isurar contporanant l illuinanto strno su un trrazzo orizzontal dlla Facoltà curando opportunant di schrar il luxtro dall irraggianto solar dirtto. Il valor rilvato all or 15 è risultato pari a E = lux. Il fattor dio di luc diurna risulta, quindi: E E Il risultato ottnuto vidnzia co l illuinazion natural dlla sala possa ssr classificata co buona.

10 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti Calcolo dl fattor dio confronto colla valor isurato Si sono rilvat l sgunti inforazioni rlativ all carattristich dlla sala di srranti: n 3 finstr unit di vtri doppi a circa 20 [c] dal filo strno (n 1 finstra ha una total suprfici vtrata pari a A f = 2.46 [ 2 ]) (vdi figura); altzza local h l = 4 []; du finstr sono libr ntr la trza è parzialnt ostruita. I fattori di riflssion da assgnar alla vari suprfici dlla sala sono stati ottnuti dalla sgunt tablla :

11 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti Risulta, quindi : suprfici total parti latrali S l =171 2 ; l 0. 7 suprfici soffitto (supposto piano) S s = 88 2 ; 0. 7 suprfici pavinto S p = 88 2 ; 0. 4 p s Calcolo di 171* * * Calcolo di pr vtri doppi * Calcolo di q Dal grafico poiché 2 dll 3 finstr risultano quasi copltant libr risulta H h L a 0 pr cui q =.47 ntr pr la trza, la parzial ostruzion dlla volta clst coporta circa q = 0.40 Calcolo di Risultando pr ciascuna finstra L a = 1.2 ; p = 0.2; h = 2.2 si ottin un rapporto L a /p = 6 d un rapporto h/p =11 pr cui il grafico fornisc 0. 95

12 Corso di Ipianti Tcnici a.a. 2009/2010 Docnt: Prof. C. Istti Applicando la rlazion: Ai i qi 2A f A f = (1 ) S (1 0.62) S Co si può ossrvar il valor dl fattor dio di luc diurna calcolato risulta in buon accordo col valor prcdntnt isurato.