La progettazione della luce naturale negli edifici scolastici

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1 La progettazione della luce naturale negli edifici scolastici 01

2 Sommario 03. Perché progettare con la luce naturale? 05. Luce naturale 12. Ventilazione naturale 15. Soluzioni progettuali 02

3 Negli edifici scolastici la luce naturale, dato di progetto gratuito, è garanzia di benessere psicofisico, aumento del rendimento e riduzione dei consumi energetici. Perché progettare con la luce naturale? L uso attivo della luce naturale garantisce una serie di effetti positivi collegati al benessere, alla concentrazione e alla salute. L aula scolastica deve favorire la creatività e l apprendimento ed è quindi fondamentale, per raggiungere questo obiettivo, progettare ambienti luminosi, con un clima interno piacevole e salutare. L ottimizzazione della presenza di luce naturale permette inoltre la riduzione dei consumi di luce artificiale fino al 40%. L uso della luce artificiale riesce a sollecitare l attenzione nel breve periodo, ma induce affaticamento nel lungo periodo con conseguente calo del rendimento. Infine, sempre di più, viene riconosciuto un ruolo centrale alla luce naturale in termini di estetica e buona progettazione architettonica degli ambienti. 03

4 Perché progettare con la luce naturale? Nelle scuole illuminate con abbondante luce naturale (FLDm>8%) gli studenti apprendono tra il 20% e il 26% più velocemente e ottengono valutazioni tra il 17% e il 18% più alte rispetto alle scuole con illuminazione standard. (California Board for Energy Efficiency) Una costante e regolare esposizione alla luce naturale porta a una regolazione dei ritmi circadiani (ciclo sonno-veglia) e a una riduzione delle malattie depressive. (Dr. Gila Lindsley, Ph. D.A.C.P.) Studio recenti hanno evidenziato che una ridotta esposizione alla luce naturale contribuisce a creare stanchezza, depressione, ma anche aggressività; diminuisce la funzione immunitaria e agisce sulla malinconia nonché sulla perdita di tono e forza muscolare. (University of California) 04

5 Luce naturale Normativa, grandezze e approccio progettuale Normativa Per la progettazione degli edifici scolastici, oltre al D.M. 18/12/75, si fa riferimento alla NORMA UNI Luce e illuminazione Locali scolastici Criteri generali per l illuminazione artificiale e naturale. Al suo interno si identificano i criteri generali per l illuminazione artificiale e naturale delle aule e di altri locali scolastici, in modo da garantire le condizioni generali per il benessere e la sicurezza degli studenti e degli altri utenti della scuola. Allo scopo di fornire un adeguata distribuzione dell illuminazione naturale viene richiesto il rispetto di precisi valori di Fattore medio di luce diurna, che è il rapporto espresso in percentuale tra l illuminamento medio dell ambiente (Em), e l illuminamento (Eo) che si ha nelle stesse condizioni di tempo e spazio, su una superficie orizzontale esterna che riceve luce dall intera volta celeste, senza irraggiamento solare diretto. 05

6 Luce naturale Tipo di ambiente, di compito visivo o di attività Asili nido e asili d infanzia Aule giochi Nido Aule lavori artigianali Edifici scolastici Fattore medio di luce diurna (%) 5 5 Note Approccio progettuale: nuovi edifici Le scelte progettuali per un corretto utilizzo della luce naturale sono legate al rispetto dei parametri di Fattore medio di luce diurna, differenti a seconda della tipologia di ambiente, come indicato nella tabella a lato. Fattore medio di luce diurna finestra per tetti finestra verticale abbaino Il grafico indica i valori di FLDm raggiungibili in base alla tipologia di finestra Distanza dalla finestra (m) Aule in scuole medie superiori Aule in scuole serali e per adulti - Sale di lettura Lavagna - Tavolo per dimostrazioni - Aule educazione artistica Aule educazione artistica in scuole d arte Aule per disegno tecnico Aule di educazione tecnica e laboratori Aule lavori artigianali Laboratori di insegnamento Aule di musica Laboratori di informatica Laboratori linguistici Aule di preparazione e officine Ingressi 1 Aree di circolazione e corridoi 1 Scale 1 Aule comuni e Aula Magna 2 Sale professori 2 Biblioteca: scaffali - Biblioteca: area di lettura Magazzini materiale didattico 1 Palazzetti, palestre e piscine 2 Mensa 2 Cucina 1 Bagni 1 Vedere raccomandazioni per VDU 06

7 Luce naturale Minimo di legge Luminosità percepita Da buio a poco luminoso Da poco luminoso a luminoso Da luminoso a molto luminoso Fattore medio di luce diurna , Normativa Risulta fondamentale, per il controllo del rispetto della norma, prevedere una giusta ed equilibrate illuminazione e successivamente elaborare la verifica del FLDm. FLDm % 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 A sinistra: aula con FLDm al di sotto del valore minimo di legge. A destra: aula con FLDm al di sopra del valore minimo di legge a seguito di utilizzo di luce zenitale. Fattore di luce <1% 1-2% 3-4% 4-7% 7-12% >12% Impressione di luminosità Da buio a poco luminoso Da poco luminoso a luminoso Da luminoso a molto luminoso Atmosfera L ambiente sembra chiuso su se stesso L ambiente si apre verso l esterno La normativa impone infatti il rispetto di un valore minimo, ma valori più elevati di FLDm sono garanzia di maggior luminostà, comfort visivo e apertura verso l esterno. 07

8 Luce naturale Esigenze visive 100 lux 200 lux 300 lux Decreto Ministeriale Grandezze Corridoi, scale, sevizi igienici, altri, spogliatoi, sale riunioni, spazi ginnastica, ecc. Spazi per lezione, studio, lettura, laboratori e uffici Spazi per il disegno, sulle lavagne e sui cartelloni ILLUMINANZA (unità di misura LUX): indica la quantità di luce disponibile in un dato momento su un dato piano. La quantità di lux sul piano di lavoro dovrebbe essere tanto più controllata e constante quanto più la progettazione della luce è accurata. Verifiche giornaliere dell illuminanza senza luce zenitale - Novembre, cielo sereno 290 lx 390 lx 240 lx 470 lx Verifiche giornaliere dell illuminaza con luce zenitale - Novembre, cielo sereno 155 lx 400 lx 120 lx 290 lx 55 lx 90 lx E buona norma assicurare un idoneo livello di illuminamento sul piano di lavoro. Tale valore deve aumentare a seconda della tipologia di attività che viene svolta nel locale e in base alle esigenze visive richieste. La luce zenitale fornisce livelli di illuminamento elevati e costanti nell arco dell intera giornata. 8

9 Luce naturale Grandezze LUMINANZA (unità di misura CANDELE/MQ): esprime la quantità di luce emessa dalle superfici in un campo visivo in un dato momento. La misura di questa grandezza è fondamentale perchè con essa è possibile controllare la sensazione di abbagliamento percepita dall occhio. E fondamentale, per il comfort visivo, il controllo della mappatura delle luminanze all interno dell ambiente: un adeguata gradazione dei contasti nel campo visivo è garanzia di comfort. Di contro forti differenze di luminanza comportano il fenomeno dell abbagliamento. 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) Le simulazioni riportano tre tipologie di aule scolastiche con relativi valori di superfici finestrate (percentuale sulla superficie calpestabile), soglia di FLDm raggiunto e conseguente livello di abbagliamento Superficie finestra 10% FLDm 1.9% Solo una delle tre scrivanie raggiunge FLD sufficiente Abbagliamento: limitato Superficie finestra 30% FLDm 5.1% Solo una 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 le tre scrivanie raggiunge un FLD sufficiente Abbagliamento: no 9

10 Luce naturale Approccio progettuale: edifici esistenti La maggior parte degli edifici scolastici di oggi presentano problematiche legate al comfort interno. Aule buie, ampie superfici finestrate in facciata che creano spiacevoli variazioni di temperatura e, cosa più importante, percezione di discomfort e stanchezza da parte di insegnanti e alunni a causa della cattiva qualità dell aria interna. 10

11 Luce naturale Il corretto uso e l ottimizzazione dei contributi di luce naturale permettono di ridurre l utilizzo della luce artificiale. Se si unisce la possibilità di sfruttare l ingresso di apporti solari gratuiti durante il periodo invernale attraverso le superfici vetrate, i contributi per favorire la diminuzione dei consumi degli edifici scolastici iniziano a diventare interessanti. L utilizzo della luce zenitale da un lato permette di mantenere alta la soglia di illuminamento medio, dall altro è garanzia di presenza di buoni flussi di ricambio d aria attraverso l attivazione dell effetto camino. 11

12 Ventilazione naturale Quanto conta nelle scuole e quali benefici porta La qualità dell aria è una condizione primaria nella progettazione di un edificio scolastico. La ventilazione naturale svolge infatti un ruolo fondamentale nel controllo dell umidità relativa, nella percezione di comfort all interno delle aule e nell abbattimento dei consumi per la climatizzazione estiva. Ha inoltre effetti positivi da un punto di vista psicologico che possono essere riassunti dalla sensazione di benessere, legata al ricambio dell aria e alla creazione di un rapporto costante con l esterno. Le linee guida elaborate dal MIUR consigliano, data la dimensione dell edificio, il tipo di uso e altri aspetti legati all età dei bambini, l utilizzo di sistemi di ventilazione naturale nei Nidi e nelle scuole dell Infanzia (Capitolo IV.2.3). 12

13 Ventilazione naturale Poiché trascorriamo il 90% del nostro tempo in ambienti chiusi è fondamentale conoscere la qualità dell aria che respiriamo avendo essa un notevole impatto sul comfort e sulla salute degli occupanti. Infatti la qualità dell aria influenza in svariati modi gli esseri umani: COMFORT: la piacevolezza dell aria è immediatamente percepibile entrando in un edificio; SALUTE: respirare aria interna di bassa qualità può causare effetti negativi sulla salute; PRESTAZIONI: aria interna di alta qualità può migliorare le prestazioni mentali e il benessere generale; ALTRO: l aria fresca che entra dalle finestre crea un collegamento con l ambiente esterno. 13

14 Ventilazione naturale La ventilazione naturale usa forze naturali per il ricambio dell aria interna. Le forze motrici sono la pressione dell aria e la differenza di temperatura (effetto camino). Negli edifici scolastici in genere il ricambio d aria avviene attraverso l utilizzo di una ventilazione su un singolo lato, grazie alla presenza di finestre verticali in facciata. Molto spesso l utilizzo di queste aperture per il ricambio dell aria non è sufficiente e viene fatto nei modi e nei tempi sbagliati. Il contributo delle finestre zenitali in termini di ricambio d aria è eccellente. Avere un apertura nella parte alta del tetto significa generare un naturale effetto camino che permette di ricambiare velocemente l aria all interno degli ambienti in inverno e, in estate, di ridurre la temperatura all interno delle stanze. Per quanto riguarda le scuole e gli asili esistono aliquote minime di ventilazione e limiti rispetto alla concentrazione massima di CO 2 (UNI e UNI 10379). 14

15 Nelle pagine successive è riportato un abaco di esempi progettuali legati al utilizzo di prodotti VELUX all interno di edifici scolastici. Soluzioni progettuali In fase di riqualificazione di scuole esistenti o in fase di progettazione di nuovi edifici scolastici, la miglior soluzione per portare luce zenitale all interno degli ambienti è l applicazione di finestre per tetti a falda o finestre per tetti piani VELUX. In caso di ambienti in cui non è possibile inserire superfici finestrate, una buona soluzione progettuale per risolvere l illuminamento può essere il tunnel solare VELUX: la possibilità di raggiungere i locali in profondità e di gestire percorsi con curve a 90 garantisce l ingresso di luce riflessa mantenendo comunque soglie elevate di resa. 15

16 Soluzioni progettuali Tipo di vetrata U w Trasmittanza termica finestra W/(m 2 K) 0,83 1,0 1,2 1,3 U g Trasmittanza termica vetro W/(m 2 k) 0,5 0,7 1,0 1,1 g Fattore solare 0,5 0,5 0,3 0,63 R w Abbattimento acustico db t v tramittanza della luce 0,65 0,69 0,61 0,80 Classe tenuta all aria Finestra per tetti VELUX Porta luce e ventilazione all interno degli edifici, limitando i consumi di energia. Disponibile nelle versioni con apertura a bilico o con doppia apertura a vasistas/bilico, in legno naturale o in legno rivestito di poliuretano bianco. Si può scegliere nel modello manuale o nei modelli elettrico e solare, programmabili con control pad. Luogo Tipo Anno di costruzione Prodotti utilizzati Danimarca ordrup School 2015 Finestre per tetti VELUX con apertura a bilico 16

17 Soluzioni progettuali Tipo di cupola Trasparente Opalina U w Trasmittanza termica standard cupolini W/(m 2 K) 0,72 0,72 g Fattore solare 0,52 0,19 Isolamento acustico per via aerea CFP 36 CVP 31 CFP 36 CVP 31 t D65 Trasmittanza della luce 0,68 0,21 Finestra per tetti piani VELUX Per l illuminazione naturale e la ventilazione di edifici con copertura piana. Disponibile nelle versioni fissa, apribile manualmente con arganello ed elettrica con telecomando. E nelle versioni con vetro piano esterno o con cupola trasparente oppure opalina. Luogo Tipo Anno di costruzione Prodotti utilizzati Austria Palestra KlausArch: Dietrich Untertifaller Architekten 2015 Finestre per tetti piani VELUX con cupola trasparente 17

18 Soluzioni progettuali 18 Tunnel solare VELUX Adatto per portare la luce naturale all interno di locali ciechi o scarsamente illuminati dove non è possibile inserire finestre per tetti. E disponibile nella versione per tetti a falda con diametro 25 cm (10 ) o 35 cm (14 ) e nella versione per tetti piani con diametro 35 cm (14 ) o 55 cm (22 ). Luogo Tipo Anno di costruzione Prodotti utilizzati Romania Università di Bucarest - Facoltà di architettura 2009 Tunnel solare VELUX, Finestre per tetti VELUX con apertura a bilico

19 Concorso #Scuoleinnovative Richiedi il supporto di un progettista VELUX sulla luce naturale e la ventilazione Il concorso prevede 5 punti per: Qualità delle soluzioni tecniche e tecnologiche e scelta dei materiali in riferimento al benessere degli occupanti: scelte per l efficienza energetica (NZEB), la qualità dell aria, della luce ( ). Richiedi la consulenza di un progettista VELUX esperto nelle soluzioni di illuminazione naturale. clicca qui per prenotare la telefonata gratuita 19