1. ANALISI ILLUMINOTECNICA PER LA VALUTAZIONE DEL COMFORT VISIVO CON LUCE NATURALE 1.1. La dinamica della luce La luce nell'ospedale, nello studio medico, come anche nei locali di attesa e di sosta deve soddisfare due esigenze diverse, quelle del personale addetto, che richiede un'illuminazione ottimale per il lavoro quotidiano, e quella dei pazienti/ospiti, che desiderano un tipo di illuminazione piacevole che ricordi quella di casa. Non vanno dimenticate neppure le esigenze di gestione, secondo cui l illuminazione deve garantire sicurezza e comfort per utenti e visitatori. Una persona che ha bisogno di cure è obbligata a trattenersi la maggior parte del tempo in camera, nei corridoi o negli spazi comuni. L illuminazione soprattutto naturale, secondo gli stimoli che essa provoca sul sistema circadiano, è in questo caso fondamentale: la luce giusta rende la vita in un ospedale più facile al malato, accresce il suo benessere, favorisce l'orientamento, stimola i sensi, rende il piccolo paziente più autonomo, contribuisce ad accrescere la fiducia in se stessi e aiuta così il processo di guarigione. La luce è essenziale nel percepire e giudicare un ambiente da un punto di vista emozionale, così come è stato dimostrato che l illuminazione negli ambienti ospedalieri abbia un significato terapeutico e psicologico. L edilizia sanitaria deve essere dotata di tutti i requisiti tecnici necessari, ma deve anche possedere requisiti in armonia con le nuove esigenze riguardanti il comfort del paziente e degli utilizzatori dei locali ospedalieri. Uno degli aspetti più rilevanti per realizzare un ambiente adeguato è quello illuminotecnico, che si configura come uno dei fattori più importanti nell interazione con l ambiente. Pertanto, un illuminazione soddisfacente non deve limitarsi a procurare un sufficiente livello di luminosità, ma deve soprattutto creare un ambiente soddisfacente con la luce. Una adeguata gestione della luce, capace di trasformare l illuminazione statica in processo dinamico di luce che varia a seconda delle esigenze acquista importanza sempre maggiore, soprattutto in relazione alla stretta integrazione tra apporto di luce naturale e artificiale. L illuminazione deve essere progettata tenendo conto delle diverse esigenze connesse alle persone presenti, rappresentate dai pazienti e dal personale sanitario, e alle funzioni svolte. Una progettazione illuminotecnica accurata che sia in grado di calibrare i diversi e variabili apporti di luce naturale ed artificiale deve tendere alla creazione di ambienti confortevoli. REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 2 di 84
2. IL QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO: I REQUISITI ILLUMINOTECNICI In ambito ospedaliero è opportuno fare riferimento alle disposizioni fornite da: Circ. Min. LL. PP. 13011 del 22 novembre 1974 Requisiti fisico tecnici per le costruzioni edilizie ospedaliere: proprietà termiche, igrometriche, di ventilazione e di illuminazione RC 3.6.1 e 3.6.2 della regione Emilia Romagna, Legge Regionale 27/03/2000 n.17 Che stabilisce il valore di luce media diurna da rispettare nei diversi ambienti in relazione ai differenti compiti visivi che vi si svolgono: Ambienti di degenza, diagnostica, laboratori: 3% di FLDm consigliati Sale di attesa, locali accessori: 1% di FLDm consigliati Uffici :2% di FLDm consigliati norma Uni 10380 (1994) e aggiornamento A1 Illuminotecnica - Illuminazione di interni con luce artificiale. La circolare ministeriale si occupa specificatamente di definire l impiego di luce naturale in ambito ospedaliero, relativamente all impiego corretto di luce naturale nei locali, mentre il requisito cogente della Regione E.R. definisce i limiti generici da rispettare nel caso di impiego di luce naturale in specifiche condizioni spaziali del locale in esame. Laddove non si possano applicare le disposizioni del requisito cogente, che permette di calcolare geometricamente la percentuale del livello di luce diurna presente in un locale (solo nel caso in cui la profondità di quest ultimo sia inferiore a 2,5 volte l altezza utile della stanza), si è fatto ricorso alla Circolare Ministeriale che stabilisce i livelli adeguati del fattore di luce media diurna FLDm a partire dalle funzioni svolte nel locale considerato. Si tenga inoltre presente come, nei locali diagnostici e per terapie specifiche, laddove la percentuale di FLDm non si attesti entro i limiti previsti, a causa della maggiore profondità del locale rispetto al fronte finestrato, il calcolo puntuale dei livelli di illuminamento permette comunque una valutazione specifica della distribuzione delle luminanza, dalle quali è comunque possibile valutare e assicurare un adeguato livello di illuminazione, trascurando livelli accettabili di disuniformità di luminanza. Il rapporto aeroilluminante di 1/8 solitamente ritenuto valido in fase progettuale risulta spesso essere un parametro insufficiente e impreciso per garantire un adeguato livello di illuminazione degli ambienti. Appare chiaro che a parità di fattore di forma e dimensione, è opportuno calcolare anche quale sia la distribuzione interna degli illuminamenti tramite una rappresentazione delle linee isolux sul piano utile di lavoro nelle situazioni limite, valutazione che permette di tener conto sia di dati geometrici del locale, sia delle ostruzioni esterne, che dell orientamento delle aperture. REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 3 di 84
La norma Uni 10380 fissa per i vari tipi di locali per edifici di cura i requisiti illuminotecnici più importanti secondo cui calibrare gli impianti di illuminazione artificiale, valori limite con i quali è possibile confrontare i valori raggiunti con il solo contributo di luce naturale, in modo tale da rendere piacevole e confortevole la transizione tra gli apporti variabili di luce naturale e artificiale, quando quest ultima viene impiegata. L 'illuminazione naturale e artificiale degli ambienti di degenza e diagnostica (laboratori e terapie, visita medica) deve essere realizzata in modo da assicurare un adeguato livello di illuminazione, prevedendo anche la presenza di livelli accettabili di disuniformità di luminanza, al fine di garantire la protezione dai fenomeni di abbagliamento. I valori minimi dei livelli di illuminazione naturale e artificiale sono indicati nella tabella seguente: - Illuminazione sul piano di lavoro o osservazione medica (escluso il piano operatorio): 300 lux - Illuminazione sul piano di lavoro negli spazi per lettura, laboratori negli uffici: 200 lux - Illuminazione in spazi per riunioni, per ginnastica, ecc., misurati su piano ideale posto a m.0,60 dal pavimento: 100 lux. - Illuminazione nei corridoi, scale, servizi igienici, atrii, spogliatoi, ecc., misurati su un piano ideale posto a m.1,00 dal pavimento: 80 lux. Le condizioni di illuminamento dovranno essere assicurate in qualsiasi situazione di cielo e in ogni punto del piano di lavoro utile considerato, mediante uno stretto rapporto di integrazione dell'illuminazione naturale con quella artificiale. Particolare cura deve essere posta per evitare fenomeni di abbagliamento sia diretto che indiretto. REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 4 di 84
3. LA PROCEDURA DI CALCOLO DI VERIFICA La finalità del presente studio è l analisi e la valutazione delle condizioni più critiche in termini di illuminamento naturale, al fine di operare il dimensionamento corretto delle soluzioni progettuali di mitigazione, al fine di garantire il migliore comfort ambientale sia per gli utenti, sia per gli operatori. Si è proceduto, pertanto, nell individuazione per ogni singolo livello edilizio del nuovo Ospedale dei Bambini di Parma a valutare le situazioni più sfavorevoli di illuminamento naturale (21dicembre) e più favorevoli (21 giugno), tenendo conto dell esposizione delle aperture, e considerando per ciascun locale le componenti di riflessione interne ed esterne, dipendenti dai materiali impiegati,dai vetri delle aperture e dall eventuale presenza di atrii vetrati coperti e doppia facciata in vetro. Per ogni ambiente che fosse interessato dalla presenza della doppia pelle, è stata valutata una situazione verosimile ed approssimata, che fosse in grado di replicare una situazione luminosa intermedia, supponendo la presenza alternata di finestre schermate con doppia pelle e finestre standard. Questa semplificazione ha permesso di valutare in modo verosimile una probabile configurazione di luce interna per ciascun ambiente, che in realtà non avrà mai finestre completamente libere, o totalmente rivestite con la pelle esterna, ma sovrapposizioni parziali tra infisso interno e lastra monolitica della pelle esterna. Nelle successive sezioni sono illustrate le metodologie di calcolo applicate, le normative di riferimento, i risultati e le indicazioni degli interventi correttivi che sono stati adottati per conseguire la migliore configurazione di illuminamento degli ambienti. 3.1. Il sofware per il calcolo Il calcolo è stato eseguito con l impiego del software illuminotecnico DIALux 4.7, che permette di valutare ciascun parametro per il calcolo dell apporto puntuale di luce naturale nella situazione di minima insolazione invernale e nella situazione di massimo soleggiamento nella stagione estiva. Con l immissione della longitudine, della latitudine, della data e dell ora è possibile determinare in modo realistico la posizione del sole per l ombreggiatura, per poter così studiare gli effetti del sole, dell illuminazione e delle ombre in qualsiasi momento della giornata, e tutti gli altri apporti attraverso le finestre, in relazione al grado di trasmissione luminosa fornito dalla lastra di vetro. Allo stesso modo, per simulare i materiali e le relative componenti di riflessione si inseriscono nella valutazione di calcolo le proprietà fondamentali dei materiali come la trasparenza e la riflessione. I diagrammi di output documentano quindi la distribuzione dell illuminamento o della luminanza nell ambiente. REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 5 di 84
La simulazione quantitativa fornisce un adeguato supporto all analisi della progettazione illuminotecniche, con valori numerici fisicamente corretti per determinati compiti visivi. Il rispetto delle prescrizioni presenti nelle normative, quali l omogeneità della distribuzione dell illuminamento, possono essere dunque rilevati puntualmente con la simulazione, mentre per una restituzione più chiara delle distribuzioni si utilizzano anche le rappresentazioni a falsi colori. 3.2. I parametri per la luce diurna Località: Parma, Grado di longitudine: 44.48, Grad o di latitudine: 10.20, Orientamento a nord: varia bile a seconda dei locali considerati. Data di calcolo estivo: 21.06.2009, Ora:12:00:00 (+1 Spostamento orario rispetto a GMT) Modello cielo: Cielo coperto Data di calcolo invernale: 21.12.2009, Ora:12:00:00 (+1 Spostamento orario rispetto a GMT) Modello cielo: Cielo coperto. 3.3. Parametri di valutazione generale 3.3.1. Gli indici di riflessione La simulazione ha tenuto conto di parametri di riflessione cautelativi, che potessero rispondere alle distinte scelte dei materiali di finitura per ciascun locale considerato. LOCALE RIFLESSIONI COEFF. RIFLESSIONE (Rho) EFFETTO DI RIFLESSIONE PAVIMENTO 65% plastica SOFFITTO 70% plastica PARETI 50% plastica Valore di riflessione utile (Rho): indica la percentuale di luce che giungendo sulla superficie in esame viene riflessa dalla superficie stessa. Metodo di pianificazione della manutenzione: molto pulito (cicli di manutenzione pianificati) REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 6 di 84
3.3.2. Caratteristiche dei vetri per infissi RIFLESSIONI Trasmissione luminosa Riflessione luminosa FATTORE DI INQUINAMENTO FATTORE PER INFISSI Finestra apribile 74% 13% 80% 85% Finestra fissa 74% 13% 80% 80% Per il calcolo dei vetri degli infissi interni si considera un vetro con grado di trasmissione luminosa T=74%, con fattore solare pari a 35% e con fattore di inquinamento pari all 80%, poiché l ospedale prospetta su vie di traffico veicolare. Il fattore per gli infissi interni varia tra 85% per le finestre apribili e 80% per le finestre non apribili. 3.3.3. Caratteristiche dei vetri per le lastre della pelle esterna e cavedio Lastre in vetro Trasmissione luminosa Riflessione luminosa fattore di inquinamento fattore per infissi Lastre monolitiche 72% 35% 80% 80% Lastre cavedio 72% 35% 80% 80% La scelta delle lastre per la pelle esterna invece prevede l impiego di lastre monolitiche colorate in vetro a controllo solare basso emissivo con un grado di trasmissione luminosa T =72%. 3.3.4. Valutazione energetica A seconda del locale considerato sono state puntualmente definite le condizioni al contorno che potevano influenzare la trasmissione luminosa all interno del locale, quali: l angolo determinato dagli edifici esistenti l eventuale aggetto orizzontale l eventuale aggetto verticale la presenza di un atrio (nel caso in cui la finestra considerata si affacciasse su di un cortile interno con copertura in vetro) di cui occorre inserire i dati relativi a: profondità del cortile larghezza dell atrio grado globale di trasmissione dell atrio REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 7 di 84
fattore per infissi dell atrio fattore di inquinamento per l atrio fattore di riduzione per l atrio la presenza di facciata trasparente a doppio involucro (nel caso in cui la finestra sia posta dietro un ulteriore vetrata), di cui occorre specificare: grado di trasmissione della facciata trasparente fattore per infissi della facciata trasparente fattore di inquinamento della facciata trasparente fattore di riduzione della facciata trasparente Dopo avere inserito tutti i dati relativi al locale oggetto di valutazione si può procedere allo studio e al calcolo delle scene di luce: Scene di luce: SCENA DI LUCE NATURALE_ESTATE: considerando cielo uniformemente coperto e luce esclusivamente naturale SCENA DI LUCE NATURALE_INVERNO: considerando cielo uniformemente coperto e luce esclusivamente naturale. I dati di output del calcolo forniscono dati relativi a: Planimetria del locale in analisi Riepilogo con i risultati illuminotecnici sulla superficie utile o su tutto il locale Per ciascuna scena di luce vengono forniti i dati puntuali relativi alla superficie di calcolo (posta a +0.85m dal calpestio) tra cui: i livelli di illuminamento Em (lux) i fattori puntuali di luce media diurna D (%) - che rimangono costanti nella scena estiva ed invernale, essendo parametri geometrici che non tengono conto della posizione geografica del sito e la posizione del sole. Rendering e rendering a colori sfalsati nella situazione estiva e invernale. REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 8 di 84
4. GLI OBIETTIVI Al contrario della luce artificiale, progettare con la luce naturale è molto più complesso e imprevedibile. La luce naturale non solo varia in funzione delle ore del giorno e del periodo dell anno, ma è strettamente vincolata alle forme architettoniche e all orientamento dell edificio. Nonostante non sia possibile tramite la simulazione fornire risultati perfettamente fedeli alla realtà, il calcolo di verifica puntuale, anche se imperfetto, è in grado di creare modelli che valutano matematicamente le condizioni di luce naturale di ogni singola stanza, e determinare l impatto della luce sia dal punto di vista architettonico, sia dal punto di vista del comfort visivo. L obiettivo della verifica di calcolo è quello di dimostrare come in ciascun locale di degenza, di attesa, di terapia medica o locale diagnostico, la presenza di luce naturale in ingresso sia funzionale agli scopi terapeutici e curativi, favorendo i corretti ritmi circadiani e che restituisca una soluzione ambientale confortevole per il paziente/occupante della stanza oggetto di verifica. La luce naturale deve concretizzarsi come l illuminazione di fondo del locale, al fine di creare un atmosfera gradevole ed accogliente, parametri che non sono sintetizzabili da un unico valore ma che derivano dalla compresenza di più fattori, quali il FLDm, l Em distribuito sul piano utile di lavoro, la presenza di aree omogenee di illuminamento e la mancanza di zone di abbagliamento molesto. Il primo criterio di valutazione impiegato per la verifica delle prestazioni luminose è il R.C. della regione E.R. 3.6.1 e 3.6.2, applicabile esclusivamente nel caso in cui la profondità dei vani, misurata perpendicolarmente al piano della parete finestrata, sia minore od uguale a 2,5 volte l'altezza utile dei vani stessi. Nei locali in cui questo parametro geometrico non è soddisfatto si è fatto ricorso ai limiti di FLDM consigliati dalla Circ. Min. LL. PP. 13011 del 22 novembre 1974. Laddove nelle verifiche puntuali il risultato atteso dal Requisito Cogente o dalla Circolare ministeriale non venisse rispettato occorre valutare l uniformità di distribuzione luminosa sulla superficie utile, così come attestato dalle verifiche all interno dell ambiente considerato mediante l uso del programma di calcolo DIALux 4.7. Occorrerà inoltre prevedere, così come in tutti i locali, una perfetta integrazione di diversi scenari luminosi, che prevedono oltre alla componente naturale, anche la quota parte di illuminazione generale, la luce per la visita, la luce di lettura e ogni altro dispositivo che renda soddisfacente il livello generale di illuminazione, evitando effetti molesti di abbagliamento. Occorre però osservare che essendo il valore di FLDm un parametro puramente geometrico, che non tiene conto dell esposizione e della variabilità della radiazione luminosa nell arco della giornata e delle stagioni, REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 9 di 84
esso sia solo parzialmente significativo. Il fattore medio di illuminazione diurna FLDm rappresenta infatti il rapporto tra illuminamento medio dell ambiente ed illuminamento che si otterrebbe nelle stesse condizioni su una superficie orizzontale esterna che riceve luce dall intera volta celeste senza irraggiamento diretto. Il livello di illuminamento da luce naturale Em in ambienti confinati dipende invece dalla località, dall orientamento dell edificio, dalle caratteristiche delle superfici vetrate, dalle caratteristiche di riflessione interne e da elementi ostruenti esterni. Da ciò si desume che, qualora il requisito normativo (FLDm) non sia pienamente soddisfatto, possano comunque verificarsi durante l anno (nei giorni di massimo soleggiamento e minimo soleggiamento) situazioni in cui il comfort luminoso all interno del locale risulta comunque accettabile e viceversa. Nell analisi dei locali in cui il requisito non è pienamente soddisfatto occorre valutare dunque se la distribuzione dell illuminamento risulti comunque confortevole, soprattutto se posta a confronto con una situazione di illuminamento esclusivamente artificiale, considerando uno stretto rapporto di integrazione e uso congiunto di luce naturale ed artificiale. REDATTO DA: Gruppo di progetto della Fondazione Ospedale dei Bambini di Parma o.n.l.u.s. 10 di 84