Bat e ke guida al daylighting by Tende e Schermature Solari

DAYLIGHTING GUIDELINES

DAYLIGHTING GUIDELINES Cosa Ă¨ il Daylighting Progettare Daylighting Norme e criteri Daylighting La luce e le Performances Stagioni e geometria solare Reason why Daylighting Sidelighting - Prodotti

4 5 8 11 14 15 16

Cosa è il DAYLIGHTING?

Toplighting e Sidelighting

Toplighting con cielo sereno Toplighting con cielo coperto

Questa parola così “moderna” altro non è che la sintesi di saperi antichi completati da accessori moderni: l’arte di illuminare gli edifici sfruttando bene la luce del Sole. Più che una tecnica è quindi una filosofia “Green oriented” che sfrutta la luce del sole come fonte principale per illuminare gli ambienti, sia lavorativi che residenziali, dosandone la potenza e regolandone l’intensità. Esistono diverse tipologie di prodotti che permettono la realizzazione del Daylighting, dai sistemi che convogliano la luce dal soffitto, alle regolazioni della luce che penetra dalle finestre mediante tende o sistemi ombreggianti, fino all’utilizzo “moderno” dell’illuminazione artificiale a basso consumo. IL FINE L’obiettivo della realizzazione di sistemi DAYLIGHTING è duplice: da un lato il risparmio energetico, dall’altro la qualità della vita all’interno degli ambienti. Questi obiettivi si raggiungono regolando l’intensità luminosa nell’arco di tutta

la giornata, e con le diverse condizioni atmosferiche. I VANTAGGI In termini di qualità della vita i vantaggi sono percepiti immediatamente poichè la luce giusta nelle diverse situazioni, pregiudica il rendimento in termini di produttività lavorativa. Inoltre influenza profondamente anche la capacità di relax e riduzione dello stress in ambiente domestico. I benefici in termini di risparmio energetico sono molto evidenti: il controllo dell’irradiazione luminosa consente risparmi consistenti di consumi di energia elettrica, sia per l’aspetto “illuminazione”, ma anche in termini di energia necessaria per la climatizzazione dei locali: molte sperimentazioni condotte in diversi luoghi del pianeta hanno evidenziato che i locali con controllo Daylighting richiedono molte risorse in meno rispetto a quelli realizzati con stile progettuale “tradizionale”. Naturalmente in funzione della posizione geografica degli edifici occorrerà ottimizzare progettazioni differenti.

Progettare DAYLIGHTING Progettare con la filosofia DAYLIGHTING è una scelta ecologica poichè permette un minor impatto sul consumo di risorse. Presenta inoltre vantaggi di tipo estetico e funzionale poichè permette di utilizzare superfici vetrate di dimensioni importanti senza compromettere poi l’efficienza energetica degli edifici con il variare delle stagioni, poichè la regolazione della luce che filtra permette di dosarne l’illuminamento e l’irradiazione della temperatura.

TIPOLOGIE Pur non esistendo delle vere e proprie categorie, si può parlare di “tipologie” di interventi daylighting realizzabili. Quando la luce arriva dall’alto, attraverso lucernari di diversa forma e struttura si parla di TOPLIGHTING: questa tipologia si adatta a costruzioni con pochi piani e con la possibilità di creare un “pozzo” di distribuzione della luce, coadiuvato da superfici trasparenti in prossimità dello stesso. Sempre

di Toplighting si parla anche per i condotti che dal tetto portano la luce del giorno negli ambienti attraverso superfici riflettenti che terminano a soffitto: esistono prodotti semplici ma anche più complessi, con dimmer che regolano il flusso luminoso attraverso delle cerniere e l’integrazione di luci Led che compensano l’intensità luminosa al variare della luce durante l’arco della giornata. Questo tipo di utilizzo è già discretamente diffuso nell’edilizia commer5

ciale, con la realizzazione sempre più attenta di edifici con lucernari adeguati ed orientati. Grazie invece ai condotti di luce questo principio sta trovando sempre più favori anche nell’edilizia pubblica e privata. Parliamo di CORELIGHTING quando la luce del sole viene forzata ed amplificata: è meno “passivo” del Toplighting, ma anche più costoso. Uno dei princìpi è sempre quello dei “solar tube” rivestiti di materiale specchianti, ma con un sistema robotizzato che “insegue” la luce del sole durante le diverse ore del giorno. Altro sistema di questa categoria sono le fibre ottiche, potenziate attraverso l’uso di lenti fresnel per amplificarne la potenza, capaci di portare luce illuminante negli ambienti, anche 6

seguendo percorsi non lineari. Il completamento del Corelighting nelle ore di assenza di luce solare, è la gestione della luce “artificiale” grazie all’adozione di Led che permettono di gestire temperature colore e intensità, attraverso sistemi di domotica e sensori di diverso genere. Il SIDELIGHTING è il principio più semplice, logico e realizzabile, poichè l’illuminazione naturale che permea all’interno degli ambienti è direttamente proporzionale alla dimensione della superficie vetrata da cui può passare. Di conseguenza è sufficiente prevedere o realizzare edifici con ampie vetrate per ottenere da subito importanti benefìci sia dal punto di vista del risparmio energetico illuminante, sia della quali-

tà della vita all’interno degli ambienti, che è statisticamente superiore quando gli spazi non sono “ciechi”, ma “allargati” otticamente da superfici trasparenti. L’illuminazione che permea dalle finestre, si può notevolmente migliorare amplificandola attraverso un semplice principio: invece che permettere alla totalità della luce di seguire il percorso “naturale” verso il pavimento, viene deviata l’incidenza verso il soffitto, indirizzando così la luce in profondità negli ambienti. Questi risultati si ottengono con diversi materiali, da mensole riflettenti poste sopra del livello “visivo”, all’uso di pellicole microprismatiche ed olografiche ad alta riflettenza. Proprio nel Sidelighting quindi l’aspetto del dosaggio dell’intensità luminosa diventa importantissimo.

Ci sono ore durante il giorno in cui occorre ridurre la quantità di luce che filtra per evitare abbagliamento o riflessi eccessivi. Ci sono invece orari in cui occorre permettere l’ingresso alla maggior quantità di luce possibile. Esistono oggi diversi sistemi e materiali che risolvono egregiamente questo problema, grazie all’utilizzo di tende tecniche e materiali parzialmente e/o totalmente oscuranti, nonchè sistemi di lamelle orientabili. Inoltre ai piani terra, l’ausilio di strutture addossate come le pergole e le pompeiane o strutture accostate autoportanti, permettono di estendere la vivibilità negli ambienti interni attigui, e negli ambienti esterni, grazie a sistemi che permettono di regolarne l’ombreggiatura. 7

Norme e criteri DAYLIGHTING Grazie alla luce l’essere umano può vedere, senza luce no. Questa considerazione apparentemente ovvia condiziona invece tutto il vivere ed operare della nostra esistenza. Tutti gli stimoli che arrivano al nostro occhio influenzaMensole e schermo opaco no quanto bene e quanto facilmente possiamo svolgere delle attività, lavorative o di relax, a seconda della qualità della luce, che semplificando possiamo raggruppare in questi cinque criteri: 1) contrasto, 2) intensità, 3) direzione, 4) tonalità, 5) abbagliamento. Schermo trasparente

Esiste poi un’altra importante componente che è il ritmo circadiano: il nostro corpo è regolato da un “orologio interno” che regola le funzioni del corpo in rapporto al sonno o alla veglia, ed è direttamente influenzato dalla luce del giorno. La luce artificiale non ha le stesse capacità di stimolo poichè le variazioni di intensità e Schermo diffusore cromatismo della luce solare al variare dell’orario e delle stagioni è difficilmente simulabile. Si evince quindi che la progettazione Daylighting fa-

vorisce le naturali funzioni dell’organismo, e la produzione di ormoni fondamentali per la qualità della vita, che invece vengono ridotti drasticamente in ambienti poco illuminati o con uso esclusivo di luce artificiale, che in alcuni casi portano alla totale assenza di produzione di melatonina, ed altre sostanze, con i conseguenti disturbi del sonno. E’ dimostrato che la luce naturale ha numerosi effetti positivi sull’uomo sia di tipo fisiologico che psicologico, per cui migliora il livello di attenzione e produttività, riduce il rischio di problemi alla vista, affaticamento dell’occhio, stanchezza precoce e cefalee, favorisce l’equilibrio del metabolismo e ha anche un’azione battericida nell’ambiente. Quando si parla di “Comfort visivo” è necessario parlare di corretta integrazione tra luce naturale e luce artificiale. La luce naturale è caratterizzata da una forte componente di variabilità che dipende dalle condizioni meteorologiche, dall’ora del giorno, dal periodo dell’anno, dalla posizione geografica, dall’orientamento dell’e-

DIFFUSIONE LUCE DA APERTURE LATERALI

DIFFUSIONE LUCE DA APERTURE SUPERIORI

dificio rispetto al sole e da eventuali ostruzioni esterne, per cui per garantire un adeguato livello di comfort visivo in ogni occasione è necessario fare ricorso alla luce artificiale. Un’adeguata illuminazione naturale contribuisce in maniera significativa al risparmio energetico negli edifici in quanto può fornire l’illuminamento richiesto per l’80-90% delle ore di luce diurna, permettendo il risparmio di una considerevole quantità di energia che altrimenti sarebbe necessaria per l’illuminazione artificiale. COSA PREVEDE LA LEGGE: La direttiva europea 2002/91/CE sulla certificazione energetica negli edifici prevede, oltre al cal-

colo dei consumi legati al riscaldamento e raffrescamento, anche quello relativo ai consumi di elettricità ai fini dell’illuminazione. Essa ha dato impulso all’emanazione della norma europea EN 15193 del 2007, che introduce un indice (il LENI – Lighting Energy Numeric Indicator) per la valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici relative all’illuminazione. La luce del Sole (costituita per circa il 50% da radiazioni visibili) può essere fonte di un notevole guadagno termico per gli ambienti. Se pensiamo a un soggiorno con un’ampia vetrata a sud, all’interno di una casa ben isolata in una giornata invernale di sole, grazie all’effetto serra che si crea, probabilmente non sarà necessario accendere i ri-

scaldamenti o comunque, il consumo energetico per il riscaldamento della stanza sarà molto vicino allo zero. Come già accennato, l’altra diretta conseguenza nell’adozione di superfici vetrate ampie è maggiore dispersione termica nei periodi freddi, ingresso di energia solare e calore indesiderati nei giorni caldi estivi e in alcuni casi disturbo visivo a causa di un eccessivo livello di luce in ingresso e quindi fenomeni di abbagliamento. Le schermature solari mobili e le strutture ombreggianti sono la soluzione: in base alla necessità e al periodo dell’anno oscurano le vetrate oppure lasciano passare la radiazione solare, magari comandate da sistemi di controllo automatizzati che regolano anche l’accen9

<1%

FLD

>1% <2%

>2% <4%

molto debole debole moderato lontana dalla finestra ZONA CONSIDERATA zona (distanza da 3-4 volte l’altezza della finestra)

>4% <7%

>7% <12%

>12%

medio

elevato

molto elevato

in prossimità delle finestre o sotto i lucernari

IMPRESSIONE DI LUMINOSITÀ

da scuro a poco illuminato

IMPRESSIONE VISIVA LOCALE

questa zona.................................sembra essere separatata................da questa zona

AMBIENTE

il locale sembra essere chiuso su se stesso

da poco illuminato a chiaro

da chiaro a molto chiaro

il locale è aperto verso l’esterno

Impressione visiva percepita in funzione dell’intensità luminosa FLD

sione delle luci artificiali nel caso in cui quella naturale non sia sufficiente. Si può quindi avere un’ottimizzazione del sistema grazie alla domotica, riuscendo a minimizzare i consumi energetici complessivi e ottimizzando il comfort visivo. IL QUADRO NORME IN ITALIA: Purtroppo è ancora carente e assolutamente anacronistico: ha ancora norme definite nel 1975 e spesso male interpretate come la dimensione delle finestre negli ambienti “non inferiori a 1/8 del pavimento” [D.M. 5 luglio 1975]. Tali norme introducono però un parametro importante che è il “Fattore Medio di Luce Diurna”, abbreviato in FLDm, e forniscono dei valori minimi di FLDm da rispettare nei vari ambienti. Questo valore sarà tanto più alto quanto più il compito da svolgere in un determinato locale è di lunga durata e richiede maggiore sforzo 10

visivo, per cui è evidente che ad esempio il FLDm di un ufficio di progettazione, o di un’aula scolastica dovrà essere maggiore di quello di una sala da pranzo che a sua volta sarà maggiore del FLDm di un bagno. Esistono formule e software appositi per calcolare il valore FLDm all’interno dei vari ambienti. Per quanto riguarda invece l’edilizia scolastica si fa riferimento alla norma UNI 10840. CONSIGLI DAYLIGHT: Ci sono delle cose semplici da tenere in considerazione quando ci si accinge alla progettazione di un nuovo edificio, che tengono conto della filosofia Daylighting e non solo del mero aspetto estetico: Le finestre che si affacciano a sud sono ottimali per la luce naturale e per moderare le temperature stagionali. Esse infatti fanno passare all’interno della casa la luce del sole d’inverno, e contemporaneamente d’estate

non espongono eccessivamente al calore poichè il sole è alto sull’orizzonte. Le finestre esposte a nord danno un buon apporto di luce diurna e un limitato apporto di carichi termici in fase estiva. Anche se le finestre ad est e ovest forniscono una buona penetrazione della luce diurna al mattino e alla sera, dovrebbero però essere “moderate” da sistemi di tende tecniche e strutture ombreggianti, poichè possono provocare abbagliamento e apportano molto calore durante l’estate. Se la progettazione si rivolge invece a edifici nel Regno Unito occorre tener conto del BREEAM, Protocollo di Certificazione Ambientale Britannico. Se si sta progettando per gli Stati Uniti, si deve invece rispettare il LEED, Protocollo di Certificazione Ambientale Statunitense. Quest’ultimo protocollo è in realtà il punto di riferimento mondiale, con migliaia di edifici certificati.

La luce e le PERFORMANCES Conoscere la natura della luce e dei parametri che ne identificano le “qualità” è fondamentale per capire cosa è necessario in situazioni di relax e vita domestica, ma ancora maggiormente per individuare i fattori che determinano e condizionano l’affidabilità e le performances nei luoghi di lavoro. LA VISIONE La visione è un processo soggettivo, frutto dell’interazione tra le radiazioni luminose e l’occhio. Gran parte della visione è “autoregolazione” per far si che l’immagine si formi sempre nitida sulla retina. Ma l’occhio reagisce differentemente alle diverse lunghezze d’onda della luce e questo provoca differenti risposte fisiopsicologiche. Riferendosi quindi ad una sorgente luminosa, sia essa il sole o proveniente da fonte artificiale, non basta parlare di potenza luminosa, occorre definire altri parametri definiti nella norma UNI EN 12665:2004, tra cui il flusso luminoso che esprime l’energia luminosa, espressa in lumen (lm), e l’illuminamento che esprime il flusso luminoso incidente su una

inverno 20°

superficie, che si esprime in lumen per metro quadro, detti lux (lx). La parte importante di queste nozioni che è fondamentale comprendere è che l’illuminazione di un ambiente è data sia dal flusso luminoso emesso dalle sorgenti, naturali o artificiali, ma anche dalla luce rinviata ripetutamente dalle superfici investite dai raggi luminosi, diretti o indiretti. Nel caso di ambienti di lavoro o di studio, l’ambiente deve fornire delle condizioni ottimali per lo svolgimento del compito visivo richiesto, anche quando si distoglie lo sguardo per riposo o per una variazione del compito. L’adozione di tende tecniche e sistemi ombreggianti, secondo i principi del Sidelighting, diventa elemento fondamentale per evitare condizioni di abbagliamento. E qui le norme UNI individuano due tipologie di abbagliamento: il “disconfort glare” che produce sensazioni di sgradevolezza senza necessariamente comprometter o impedire la visione. E il “disability glare” che compro-

estate

67°

inverno 20°

estate

67°

RAPPORTO TRA INTENSITA’ VISIVA E COMFORT KELVIN 7000 6000 5000 COMFORT 4000 3000 2000 50

100

200 300 400 500

1000 1500 2000 LUX

mette, turba e impedisce la corretta visione. QUALITA’ DELLA LUCE Tra i diversi aspetti che determinano il grado di qualità della luce negli ambienti, la direzione della luce è l’aspetto fondamentale. In generale se la luce proviene in maniera predominante da una direzione, le forme sono percepite in maniera netta, e ombre e penombre danno volume alle cose. Questa direzionalità deve essere ben equilibrata con l’illuminazione diffusa, poichè se l’illuminazione è troppo direzionale si generano ombre troppo forti e nette e stress visivo. Se è troppo diffusa l’assenza di ombre peggiora la visione e genera sentimenti di monotonia e sgradevolezza. 12

Il Daylighting, con l’uso della luce naturale come principale fonte di illuminazione crea ambienti con elevato grado di “accettazione” da parte degli occupanti, oltre che per i benefici fisiologici già descritti, anche per il bisogno psicologico elementare dell’uomo di mantenere un legame visivo con il mondo circostante. Altro aspetto fondamentale che determina la “qualità” della luce è il “colore” percepito della luce stessa. Si può parlare genericamente di “luce calda” o di “luce fredda”, ma anche nel daylighting è necessario prevedere la coadiuvazione della luce artificiale per le giornate di insufficienza luminosa, e la norma EN 12464-1:2004 parla chiaro: la sorgente lu-

minosa deve essere capace di non alterare significativamente il colore di un oggetto, sia per i lavori incentrati sul discernimento dei colori, sia per il benessere visivo generale. Ogni lampada è quindi contraddistinta da uno specifico indice di resa del colore (Ra), che è convenzionalmente fissato a 100 per indicare la massima fedeltà. La suddetta norma UNI stabilisce che le lampade utilizzate in ambiente lavorativo non possono avere un indice Ra inferiore ad 80. ADATTAMENTO E UMORE L’occhio umano tende ad adeguarsi sempre alle condizioni di luce “medie” dell’ambiente che lo circonda. Ma l’adattamento non è

Riflessioni abbaglianti

Teoria sottrattiva della Luce

Teoria addittiva della Luce

immediato e non segue lo stesso andamento al variare delle condizioni di luce: il tempo richiesto è minore nel caso di passaggio da ambiente scuro ad uno illuminato, circa un minuto. Nel caso di passaggio da un ambiente luminoso ad uno oscuro il tempo di adattamento è di circa un ora per l’adattamento completo. Si evince quindi che condizioni di luce molto diverse all’interno dello stesso spazio lavorativo rendono estremamente difficoltoso l’adattamento dell’occhio che passa da oggetti scuri a oggetti illuminati, o nel caso di monitor, luminosi. Lo stress visivo si traduce in stress psico-fisico, aumentando la tensione e l’aggressività, e sfavorendo la concentrazione e l’attenzione.

Particolare attenzione va posta anche all’arredo ed alla posizione degli elementi rispetto alla sorgente luminosa poichè le superfici possono esse stesse emettere luce, trasmetterla o riflettere la luce proveniente da un altra sorgente. A parità di illuminamento quindi le superfici condizionano in maniera importante la luminosità globale dell’ambiente ed il comfort visivo. La norma UNI 10840 prevede nel caso di edilizia scolastica l’obbligo di utilizzo di sistemi regolabili per il controllo della luce naturale, quali tende e “veneziane” per ridurre l’abbagliamento in condizioni di luminanza elevata del cielo o delle superfici esterne visibili. Chiaramente le “regole” dettate

da tale norma sono di buon senso ed auspicabili in tutti gli ambienti lavorativi. Si sconsiglia invece l’uso di schermi o dispositivi che modifichino lo spettro cromatico della luce, per evitare condizioni che possano causare affaticamento psicofisico.

Protezione fissa con facciata a sud il 21 aprile

sole 54°

Stagioni e Geometria SOLARE L’energia l’uminosa del Sole in una giornata serena è quantificabile in circa 100.000 Lux, la cui gran parte delle radiazioni sono di tipo infrarosso. Costituisce quindi una fonte importante di luce e di calore, importanti durante l’inverno, ma da cui occorre proteggersi, soprattutto d’estate, sia all’aperto, con strutture ombreggianti, sia negli edifici con bar-

21 GIUGNO 21 MARZO 21 SETTEMBRE 21 DICEMBRE

riere oscuranti. Occorre quindi conoscere come il sole irradia la sua energia e quindi elementi come la Latitudine: questa viene definita in gradi rispetto all’asse nord/sud della terra a partire dai poli fino all’equatore (+/- 90°). Quanto più ci si avvicina all’equatore, tanto più le variazioni stagionali tendono a sparire, e la durata del giorno e della notte tendono ad equivalersi. Più si è in direzione dei poli più le stagioni sono marcate e il rapporto giorno/notte varia. La latitudine media dell’Italia è di 42°. Il solstizio d’inverno, 21 dicembre, è il giorno più breve dell’anno e l’altezza del sole a mezzogiorno è 20° sopra l’orizzonte. Negli equinozi, 21 marzo e 21

settembre, notte e giorno hanno durata uguale ed il sole a mezzogiono è 43,5° sopra l’orizzonte. Il solstizio d’estate, 21 giugno, è il giorno più lungo dell’anno ed il sole a mezzogiorno è 67° sopra l’orizzonte e per questa posizione penetra profondamente ed a lungo nelle facciate degli edifici poste ad est ed a ovest ad inizio e fine giornata mentre, sfatando un luogo comune, le facciate esposte a sud in questa stagione ricevono una quantità di luce poco importante proprio per l’altezza del sole sull’orizzonte. Anche il “cielo” ha la sua parte importante poichè l’atmosfera fa da “diffusore” naturale omnidirezionale, con luminosità che oscillano tra 5.000 e 20.000 lux. Per convezione si distinguono tre tipologie di cielo: 1) Cielo uniformemente coperto, quando ogni punto della volta celeste possiede la stessa luminanza 2) Cielo coperto, quando la luminanza dello zenit è tre volte superiore a quella presente all’orizzonte 3) Cielo sereno, quando le luminanze sono progressive rispetto alla posizione del sole, con le luminanze più deboli poste a 90° rispetto alla posizione del sole.

Reason Why Daylighting

• Distruzione dei germi e batteri prodotti negli ambienti per via aerea e climatizzazione

• Stimolazione nella produzione di vitamina D • Attivazione ricambio calcio-fosforo • Stimolazione attività endocrina • Effetto sul metabolismo del glucosio • Aumento delle difese immunitarie • Produzione di melatonina

• Mantenimento dell’equilibrio dell’orologio circadiano e del ritmo sonno-veglia • Aumento della performances lavorativa e della concentrazione

AMBIENTALI

FISIOLOGICI

PSICOSOMATICI

• Risparmio energetico per illuminamento e climatizzazione

ECONOMICI

EFFETTI DELL’USO DELLA LUCE NATURALE EFFETTI DELLA MANCANZA DELLA LUCE NATURALE AMBIENTALI

FISIOLOGICI

PSICOSOMATICI

ECONOMICI

• Proliferare di germi e batteri prodotti negli ambienti per via aerea e climatizzazione

• Rachitismo • Tendenza alla miopia • Cefalea • peggioramento dei difetti visivi

• Aumento dello stress • Tendenza alla depressione • Irritabilità • Alterazione dell’equilibrio neurovegetativo • Distrazione

• Maggiore necessità di risorse energetiche per illuminamento e climatizzazione

SIDELIGHTING

SCREENY GPZ

con sistema di tensione a molla

SIDELIGHTING

XTESA

pergola addossata con colonne frontali

SIDELIGHTING

GENNIUS i1

struttura autoportante con colonne

SIDELIGHTING

GENNIUS KEDRY struttura autoportante con colonne

SIDELIGHTING

KELIGHT

lamelle orientabili oscuranti

SIDELIGHTING

NEW GALLERY struttura autoportante con colonne

SIDELIGHTING

GIOTTO PLUS pergola addossata con colonne frontali

SIDELIGHTING

DOMEA

tenda a bracci con cassonetto

DAYLIGHTING GUIDELINES

Questo book raccoglie e raccorda un numero elevato di articoli e testi legislativi e normativi, il cui continuo aggiornamento determinerà progressivamente un invecchiamento dei riferimenti. Ciò si verificherà anche per altre informazioni “volatili”, come i riferimenti a siti web. I promotori BAT e KE hanno creato e redatto queste linee guida con l’obiettivo di promuovere la conoscenza di importanti principi “Green oriented”, dando per scontata l’esigenza per il lettore di correggere ed integrare le informazioni proposte con gli aggiornamenti che progressivamente interverranno. Nondimeno si auspica e suggerisce di rivolgersi ai professionisti preposti, per il corretto uso professionale delle metodologie e dei parametri qui presentati, che ne faranno un uso appropriato.