illuminotecnica 8 illuminotecnica 8 Luce naturale La luce naturale è indispensabile alla vita e la sua carenza determina scompensi biologici. Lezioni di illuminotecnica. Luce naturale Fabio Peron Università IUAV - Venezia Essa ha effetti molto rilevanti sugli organismi viventi, agisce sui processi biologici in modo complesso, influendo sulla crescita e lo sviluppo, intensificando i processi metabolici, attivando gli scambi gassosi ed i processi ossidativi, stimolando le ghiandole endocrine ed i sistemi enzimatici. Per ragioni analoghe sono importanti il buio ed il suo equilibrato alternarsi con le ore di luce. 2 Illuminazione naturale: pro e contro Sorgenti di luce naturale VANTAGGI Benefici psicologici ed emotivi Variabilità in funzione del moto del sole Riduzione consumi energetici illuminazione Guadagni solari passivi durante l'inverno Luce naturale diretta proveniente dal sole. Molto intensa e con una direzione precisa variabile nel tempo. Luce naturale diffusa proveniente dal cielo e dalla riflessione delle superfici circostanti. Abbastanza costante. PROBLEMI Surriscaldamento estivo Insolazione diretta e Abbagliamento Continua variazione di intensità Inadeguata distribuzione luce in profondità Ombre portate da ostruzioni esterne Perdite di energia attraverso le finestre Il sole Il cielo 4
Sorgenti di luce naturale La presenza di vapore, spore, pulviscolo è quanto viene definito genericamente aerosol determina la suddivisione tra diretta e diffusa Poco aerosol cioè atmosfera limpida: molta diretta e poca diffusa Sorgenti di luce naturale Interaction between atmospheric molecules and short wave radiation Molto aerosol cioè atmosfera torbida: poca diretta e molta diffusa Il cielo, rispetto al sole, è una fonte di luce, il cui contributo è garantito. il cielo è una sorgente estesa che emette un flusso luminoso variabile nel tempo e nello spazio diretta diffusa Sky becomes blu Blu is also our planet from the space 5 6 Illuminotecnica 9 Le sorgenti di luce naturale Sorgenti di luce naturale Il sole radiazione monocromatica (W/m 2 ) 2500 2000 1500 1000 500 Extratmosferica Diretta radiazione monocromatica ( W/m 2 ) 800 700 600 500 400 300 200 100 Diretta Diffusa Globale 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 lunghezza d'onda (μm) lunghezza d'onda (μ m) Lo spettro della radiazione solare diretta e diffusa al suolo in giornate limpide altezza sole 30 sull orizzonte. 7 8
Sorgenti di luce naturale: colore e intensità Sorgenti di luce naturale: colore L intensità della luce proveniente da sole e cielo è diversa. La luce proveniente dal cielo è azzurra; colora anche le ombre. La luce dal sole è bianca. La luce dal sole è diversa al tramonto e all alba. 9 10 Sorgenti di luce naturale: ombre Sorgenti di luce naturale: ombre 11 12
Sorgenti di luce naturale Il cielo sorgente di luce naturale 1. Radiazione e riflessioni della luce diurna: luce diretta proveniente dalla volta celeste; luce riflessa proveniente dalla riflessione di oggetti esterni; luce riflessa proveniente dalle riflessioni multiple delle pareti e degli oggetti interni. Luce naturale diretta - Sunlight Luce naturale diffusa - Daylight 2. Accorgimenti di progetto: posizionamento e dimensioni delle aperture trasparenti e tipo di sistemi vetrati. capacità riflettenti delle superfici di pareti, pavimenti, soffitti ed arredi. La luce naturale proveniente dal sole non viene considerata nelle strategie di progettazione in quanto molto variabile. Obiettivi sono migliore confort, riduzione consumi di energia per illuminazione e per raffrescamento. 13 14 Illuminazione naturale: alcune considerazioni Strategie di illuminazione naturale Illuminazione naturale significa portare all interno degli ambienti la luce naturale Non significa illuminazione solare ossia ingresso della radiazione solare diretta. Molti ambienti non vogliono o non necessitano della radiazione diretta. In genere è da preferire la luce diffusa o indiretta. Sistemi di schermatura possono garantire la protezione dalla radiazione diretta La radiazione diretta porta calore gratis La radiazione diffusa porta luce gratis L illuminazione degli interni con luce naturale può avvenire secondo tre diverse strategie: illuminazione laterale illuminazione zenitale (dall alto) illuminazione con sistemi di trasporto (sistemi daylight) Strategie differenziate a seconda di luogo e destinazione d uso 15 16
Illuminazione laterale Illuminazione laterale La luce naturale in ingresso lateralmente penetra per una profondità di circa 2 2,5 volte l altezza della finestra. Al massimo comunque una decina di metri. La percentuale di superficie vetrata influenza il fattore di luce diurna. 17 18 Illuminazione laterale Illuminazione laterale Altezza della finestra e disponibilità di luce naturale con cielo coperto. 19 Influenza della posizione della finestra sulla distribuzione dell illuminamento naturale degli ambienti. 20
Illuminazione laterale Illuminazione laterale Influenza dell altezza della finestra sulla distribuzione dell illuminamento naturale 21 La luce naturale in ingresso lateralmente può penetrare dai due fronti. 22 Illuminazione laterale Illuminazione laterale: alcuni accorgimenti 23 24
Illuminazione laterale: alcuni accorgimenti Riflessione dei materiali La riflessione sulle superfici interne condiziona la distribuzione della luce negli ambienti http://www.jaloxa.eu/resources/ radiance/colour_picker/index.shtml 25 26 Riflessione dei materiali Illuminazione laterale: lightshelves E possibile separare le funzioni - visione e ingresso luce utilizzando dei sopraluce con o senza lightshelves. Posizionati sopra il livello dell occhio i lightshelves incorporano superfici ad alta riflessione. L aumento dell altezza della finestra porta a una maggiore penetrazione della luce. 27 28
Illuminazione laterale: lightshelves Illuminazione laterale: lightshelves Inland Revenue Offices, Nottingham (UK) M. Hopkins & Partners British Columbia Gas, Surrey (BC) M. Hopkins & Partners 29 30 Illuminazione laterale: lightshelves Illuminazione laterale: lightshelves L aula prima dell intervento British Columbia Gas, Surrey (BC) M. Hopkins & Partners L aula dopo l intervento 31 32
Illuminazione laterale: riassumendo Posizione e dimensione delle aperture finestra 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 finestre su entrambi i lati Nel caso di un apertura posta su un solo lato l illuminazione naturale diminuisce progressivamente allontanandosi dalla finestra I valori dell illuminazione naturale sono simili al caso precedente, ma la distribuzione della luce è più omogenea e con minori differenze tra i diversi punti dell ambiente; il contrasto localizzato è minore. lightshelf 33 L illuminazione bilaterale è migliore in quanto favorisce: maggiore omogeneità nella distribuzione della luce assenza di fenomeni di abbagliamento dovuti al contrasto Posizione e dimensione delle aperture Forma delle aperture A parità di superficie illuminante il bow-window permette: Penetrazione maggiore di luce in profondità Distribuzione luminosa che interessa una maggiore porzione di locale Riduzione delle zone d ombra Apertura orizzontale: Maggiore efficacia nelle immediate vicinanze dell apertura In caso di suddivisione della medesima area illuminante: La quantità di luce in ingresso è la medesima Varia la distribuzione luminosa Diminuiscono le zone d ombra laterali via via che aumenta il numero delle aperture Apertura verticale: Maggiore penetrazione in profondità della luce Distribuzione più omogenea della luce
Illuminazione laterale e forma dell edificio Illuminazione laterale e forma dell edificio Un edificio compatto può offrire solo limitata superficie per ingresso della luce naturale. Edifici allungati, con diverse ali o con corti permettono a parità di volume un maggiore ingresso della luce. Le diverse parti dell edificio in particolare le varie ali non dovrebbero ombreggiarsi l un l altra. Si può ritenere una decina di metri la possibile penetrazione massima della luce naturale rispetto al perimetro esterno. E necessario considerare anche le dispersioni invernali e i surriscaldamenti estivi che portano a considerazioni opposte. 37 38 Illuminazione zenitale Illuminazione zenitale La luce naturale in ingresso dall alto permette di illuminare ambienti molto profondi L illuminazione dall alto permette di illuminare con la luce naturale la parte più interna di un edificio. 39 40
Illuminazione zenitale Illuminazione zenitale Illuminazione dall alto: distribuzione della luce naturale e dimensione del lucernario Illuminamento a lanterna monitor con affaccio a Est e Ovest e con sistema di schermatura interna riflettente/traslucida. 41 42 Illuminazione zenitale Illuminazione zenitale Shed vetrati esposti a sud lucernari L illuminazione dall alto permette di illuminare con la luce naturale la parte più interna di un edificio. monitor Cupolini omnidirezionali dente di sega E utile riflettere e diffondere la luce che entra dall alto. Si ottiene una distribuzione più omogenea e si limita la possibilità di abbagliamento. 43 44
Smith Middle School Chapel Hill, North Carolina 637 studenti, 135,000 ft 2, 54% del tempo utilizzo luce naturale Finestre rivolte a sud con schermi interni e lightshelves Limitazione delle finestre esposte a est e ovest Lucernai a dente di sega rivolti a sud con schermi esterni e con baffle interni diffondenti Strategie di coinvolgimento degli studenti e dei docenti Finestre rivolte a sud con lightshelves Lucernai rivolti a sud e baffle diffondenti 45 46 Costi di costruzione aumentati di 1,23 $/ft 2 Risparmi annuali per illuminazione e raffrescamento di 0,33 $/ft 2 Incremento costo di riscaldamento annuale di 0,04 $/ft 2 Kimbell Art Museum - Fort Worth Texas - Louis Kahn Risparmio annuo per energia 0,29 $/ft 2 Payback semplice 4,2 anni 47 La luce viene riflessa sulle volte di calcestruzzo La luce viene diffusa da riflettori interni sospesi al soffitto Intenso utilizzo di luce riflessa 48
Menil Gallery Huston Texas Renzo Piano I raggi UV non devono raggiungere le opere d arte Meglio la luce diffusa No luce diretta 49 50 51 52
Illuminazione naturale: alcune considerazioni Affaccio a sud permette il massimo accesso alla radiazione solare e il migliore controllo dei carichi solari estivi. Affaccio a sud permette buon utilizzo della luce naturale a patto che sia accettabile una variabilità della qualità e quantità di luce a disposizione. Auditorium, Institute of Technology, Otaniemi (Finlandia) Alvar Alto Per finestre orientate fino a 30 sud-est o sud ovest si hanno solo scarse diminuzioni delle prestazioni. Affaccio a nord mette a disposizione una quantità di luce meno abbondante, ma praticamente costante. Con affaccio a nord sono permesse ampie superfici vetrate con limitati carichi estivi. 53 54 Illuminazione naturale: alcune considerazioni Illuminazione naturale: alcune considerazioni Evitare la luce diretta dal sole o dal cielo su aree critiche Diffondere la luce diretta dal sole o dal cielo utilizzando riflettori diffusi, vetrate e/o schermi. Fare riflettere la luce diretta sulle superfici intorno alle aperture Prevedere opportune strategie di controllo solare Preferire l ingresso della luce naturale dall alto per una maggior penetrazione Utilizzare pareti con colori chiari e riflettenti Filtrare la luce naturale per evitare le conseguenze negative della luce diretta Tenere le superfici più luminose fuori dal campo visivo. Aumentare l altezza dei soffitti in modo da avere una migliore uniformità Separare nelle aperture la funzione di illuminamento da quella della visione esterna Le funzioni illuminotecniche di una apertura possono essere sposate con quelle relative alla ventilazione Favorire con una attenta progettazione dell involucro l illuminamento naturale 55 56
Illuminazione naturale: alcune considerazioni 57