Illuminazione naturale L illuminazione naturale è importante per diversi aspetti che possono sintetizzarsi nel benessere fisiologico e psicologico degli individui e nel risparmio energetico, riducendosi la necessità nell uso dell illuminazione artificiale. I parametri che definiscono il requisito dell illuminazione naturale sono molteplici anche se la legislazione vigente fa essenzialmente riferimento al rapporto aeroilluminante e, più correttamente, al fattore medio di luce diurna: in entrambi i parametri riveste un ruolo centrale la superficie delle finestre. Altro aspetto da tener presente è la tipologia del vetro: i cataloghi dei produttori riportano il parametro relativo alla trasmissione luminosa t (ovvero nel campo del visibile) in funzione del tipo di vetro; ad esempio i doppi vetri chiari normali hanno valori t > 0,8, mentre un vetro trattato può ridurre il valore t = 0,6.
Il quadro normativo relativo all illuminazione naturale degli ambienti Circ. Min. LL. PP. 3151 del 22 maggio 1967 (Criteri di valutazione delle grandezze atte a rappresentare le proprietà termiche, igrometriche, di ventilazione e di illuminazione nelle costruzioni edilizie) 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) D.M. 5 luglio 1975 (modificazioni alle istruzioni ministeriali 20 giugno 1896 relativamente all'altezza minima ed ai requisiti igienico sanitari principali dei locali di abitazione) D.M. 18 dicembre 1975 (Norme tecniche aggiornate relative all edilizia scolastica, ivi compresi gli indici minimi di funzionalità didattica, edilizia e urbanistica da osservarsi nella esecuzione di opere di edilizia scolastica) UNI 10840 (Luce e illuminazione - locali scolastici: criteri generali per l illuminazione artificiale e naturale) Molti regolamenti edilizi, talvolta d igiene e su indicazione delle ASL, recano disposizioni particolari in merito all illuminazione naturale. E necessario pertanto prendere visione di tali documenti prima di avviare la progettazione.
Aspetti legati all illuminazione naturale I problemi Surriscaldamento estivo e insolazione diretta Abbagliamento Continua variazione di intensità Impossibilità di controllare le ombre Perdite di calore attraverso le finestre (maggior consumo energetico) Infiltrazioni di aria Inadeguata penetrazione in profondità della luce Rischi di condensa sui vetri Ombre portate da ostruzioni esterne I vantaggi Benefici psicologici ed emotivi per le persone Variabilità in funzione del moto del sole Preferenza per la luce naturale da parte degli occupanti Riduzione dei consumi energetici Guadagni solari passivi durante l'inverno
Posizione e dimensione delle aperture 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 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. 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 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 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
Forma delle aperture Apertura orizzontale Maggiore efficacia nelle immediate vicinanze dell apertura Apertura verticale Maggiore penetrazione in profondità della luce Distribuzione più omogenea della luce
Il fattore di luce diurna Rapporto fra il livello di illuminamento in un punto posto su un piano orizzontale all interno del locale (E int ) e il livello di illuminamento in un punto posto su di un piano orizzontale sotto l intero emisfero celeste in assenza di ostruzioni e di irraggiamento solare diretto (E 0 ) con misure fatte nello stesso momento E FLD = int 100 (%) E 0 E 0 E int
Ambienti residenziali (D.M. 5/7/75) Locali di abitazione: 2% (inoltre la superficie finestrata apribile non deve essere inferiore a 1/8 della superficie del pavimento) Ambienti ospedalieri (Circ. 13011 22/11/74) Ambienti di degenza, diagnostica, laboratori: 3% Palestre, refettori: 2% Uffici, spazi per la distribuzione, scale: 1% Ambienti scolastici (D.M. 18/12/75) Ambienti ad uso didattico (aule per lezione, studio, lettura, disegno ecc.): 3% Palestre, refettori: 2% Valori limite del fattore di luce diurna secondo la legislazione vigente Uffici, spazi per la distribuzione, scale, servizi igienici: 1%
UNI 10840 Valori raccomandati nell edilizia scolastica Tipo di ambiente, di compito visivo o di attività FLDm (%) Asili nido e asili d infanzia Aule giochi 5 Nido 5 Aule lavori artigianali 3 Edifici scolastici Aule in scuole medie superiori 3 Aule in scuole serali e per adulti Sale di lettura 3 Lavagna Tavolo per dimostrazioni Aule educ. art. 3 Aule educazione artistica in scuole d arte 3 Aule per disegno tecnico 3 Aule di educazione tecnica e laboratori 3 Aule lavori artigianali 3 Laboratori di insegnamento 3 Aule di musica 3 Laboratori di informatica Laboratori linguistici 3 Aule di preparazione e officine 3 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 3 Magazzini materiale didattico 1 Palazzetti, palestre e piscine 2 Mensa 2 Cucina 1 Bagni 1 3 Vedere racc. VDU
Metodo di calcolo del fattore medio di luce diurna Il metodo è applicabile al caso di finestre verticali (a parete) e spazi di forma regolare con profondità, misurata perpendicolarmente al piano della parete finestrata, minore o uguale a 2,5 volte l altezza dal pavimento al punto più alto della superficie trasparente dell infisso. FLD f m A ( ) tot 1 rm A f è l area della superficie della finestra, escluso il telaio; t è il fattore di trasmissione luminosa del vetro; = A ε è il fattore finestra, rappresentativo della posizione di volta celeste vista dal baricentro della finestra (ε = 1 per finestra orizzontale,lucernario, senza ostruzioni; ε = 0,5 per finestra verticale senza ostruzione; ε < 0,5 per finestra verticale con ostruzione) A tot è l area totale delle superfici che delimitano l ambiente compreso la finestra; r m è il fattore medio ponderato di riflessione luminosa delle superfici che delimitano l ambiente r m = Σ i r i A i /A tot ; per il vetro il valore r è molto basso e pari a circa 0,07. ψè il fattore di riduzione del fattore finestra. t ε ψ
Calcolo della superficie vetrata Af (Quando non sia nota la superficie precisa dell area vetrata dell infisso) Af = 0,75 Ai Ai = area totale del foro nella muratura Calcolo del coefficiente di trasmissione luminosa del vetro t (Quando non sia noto il livello di pulizia dell infisso) t = 0,9 t
Le caratteristiche dei materiali Coefficiente di riflessione luminosa di alcune finiture Coefficiente di trasmissione luminosa di alcuni vetri Correzione per condizioni di pulizia del vetro
Ostruzioni esterne ESEMPIO DI SCHEMI RELATIVI A DUE DIVERSI TIPI DI OSTRUZIONE PER DETERMINARE L ANGOLO α Dalla trigonometria si ha che la tangente dell angolo α è data dal rapporto: tan α = H-h/La h = altezza dal baricentro B della finestra al piano stradale da cui inv(tan α) = α H = altezza del fabbricato contrapposto dal piano stradale La = distanza tra il fabbricato contrapposto (o comunque dell ostacolo) e la finestra
Ostruzioni di facciata ed esterne NB. nel calcolo si trascura il contributo della parte finestrata fino a 60 cm dal pavimento Altezza di 60 cm da cui partire per l individuazione del baricentro B della portafinestra: es. porta H = 2,2 m, baricentro B = (2,2 0,6/2) + 0,6 = 1,4
Calcolo del fattore finestra ε Ostruzioni che occupano la parte bassa del panorama H-h ε = 1 senα 2 senα = sen [inv (tanα = H-h/La)] α = angolo piano di altitudine che sottende la parte ostruita di cielo α L a H h Ostruzioni che occupano la parte alta del panorama ε = sen 2 α 2 senα 2 = sen [inv (tanα 2 = H/L)] α 2 angolo piano che sottende la parte visibile di cielo L α 2 H Ostruzioni che occupano sia la parte alta che quella bassa del panorama senα 2 senα ε = 2
Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni esterne
Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni di facciata 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0.0 0.0 11.3 0.2 21.8 0.4 31.0 0.6 38.7 0.8 45.0 1.0 50.2 1.2 54.5 1.4 58.0 1.6 60.9 1.8 63.4 2.0 65.6 2.2 67.4 2.4 69.0 2.6 70.3 71.6 2.8 3 L α 2 H α 2 (gradi) H/L
Calcolo del fattore riduttivo ψ
Esercizio Per un fattore medio di luce diurna pari al 2% dimensionare la superficie di una finestra di un locale avente le seguenti dimensioni e caratteristiche: Pianta 4 x 4 m altezza 3 m r m = 0,67 A pav = 16 m² A par = 80 m² t = 0,82 r pav = 0,5 r pareti = 0,7 ostruzioni: H-h 12 m A 0,02 A ( r ) f tot 1 m = ε = t ε 1 senα 2 ψ = 8 m² H α h 10 m 4 m senα = sen [inv (tanα = H-h/La)] = sen [inv tan (12/10)]= sen 50,2 = 0,77 ε= 1 0,77/2 = 0,115 ψ = 0,95 L a
Esercizio A f = 0,02 ( r ) A tot 1 t ε ψ m r m = 16 x 0,5 + 80 x 0,85/ 96 = 0,79 A f = 0,02 96 (1 0,79)/(0,82 0,115 0,95) = 4,5 m² rapporto aeroilluminante Ri = 1/8 di A pav = 16/8 = 2 m² Pertanto A f > Ri di oltre il 100%
La problematica FLDm (%) FLDm (%) 2.5 2 1.5 1 Per un fattore medio di luce diurna FLDm = 2% Fattore di luce diurna per H - h = 10 m A f = 1/8 * S pav = 1,75m² 0.5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 2.5 2 1.5 1 distanza tra fabbricati La (m) Fattore di luce diurna per H - h = 10 m e ostruzione superiore di 1.2 m FLDm FLDm La = 26 m α L a Con ostruzione superiore A f = 1/6 * S pav = 2,33m² La = 44 m α 2 α H H-h h 0.5 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 distanza tra fabbricati La (m) L a
La soluzione tecnica conforme - rapporto di illuminazione Ri 1/8 (per porte finestre nel calcolo di A f non si considera una altezza pari a 60 cm dal pavimento) A f 0,6 Ri=A f /S >1/8 S Ri 1/12 per lucernari - superfici vetrate con coefficienti di trasparenza t > 0,7 D/H 2,5
Finestre sotto balconi o porticati Ri =A f = (S + S )/ 8 Superficie S prospiciente la finestra sotto il porticato comunque non oltre il raddoppio della superficie A f riferita ad S (A f A f 2 A f ) A f = A f + [(L 140)/5] 0,05 1,4m L la dimensione della superficie illuminante A f dovrà essere aumentata di 0,05 m² ogni 5 cm di ulteriore aggetto oltre 1,4 m.
Finestre su cortili interni S po d H (d + d )/2 Superficie (S - S po ) > 0,2 S L d 6 m - l'area S S dei cortili, detratta la proiezione orizzontale di ballatoi o altri a aggetti S po, deve risultare > a 1/5 della somma delle superfici delle pareti S L delimitanti il cortile; - altezza massima H delle pareti che delimitano il cortile deve risultare r inferiore od uguale a 1,5 volte la media delle distanze fra le pareti opposte; - la distanza normale d minima da ciascuna finestra al muro opposto 6 m.