Illuminazione naturaleL’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, piùcorrettamente, 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.

• 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.

Il quadro normativo relativo all’illuminazione naturale degli ambienti

Aspetti legati all’illuminazione naturaleI 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

11

2

4

3

5

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 luceè più omogenea e con minori differenze tra i diversi punti dell’ambiente; il contrastolocalizzato è minore.

L’illuminazione bilaterale è migliorein quanto favorisce

• maggiore omogeneità nella distribuzione della luce

• assenza di fenomeni di abbagliamento dovuti al contrasto

Posizione e dimensione delle aperture

Penetrazione maggiore di luce in profondità

Distribuzione luminosa che interessa una maggiore porzione di locale

Riduzione delle zone d’ombra

A parità di superficie illuminante il bow-window permette:

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 piùomogenea della luce

Il fattore di luce diurnaRapporto fra il livello di illuminamento in un punto posto su un piano orizzontale all’interno del locale (Eint) 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 (E0) con misure fatte nello stesso momento

(%) 1000

int ⋅=EEFLD E0

Eint

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%

• Uffici, spazi per la distribuzione, scale, servizi igienici: 1%

Valori limite del fattore di luce diurnasecondo la legislazione vigente

UNI 10840Valori 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 ≥ 3 Vedere racc. VDU 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

Metodo di calcolo del fattore medio di luce diurnaMetodo di calcolo del fattore medio di luce diurna

Af è l’area della superficie della finestra, escluso il telaio;t è il fattore di trasmissione luminosa del vetro;

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)Atot è l’area totale delle superfici che delimitano l’ambiente compreso la finestra;rm è il fattore medio ponderato di riflessione luminosa delle superfici che delimitano l’ambiente rm = Σi ri · Ai/Atot; per il vetro il valore r è molto basso e pari a circa 0,07.ψè il fattore di riduzione del fattore finestra.

( )mtot

fm r1A

tAFLD−

ψ⋅ε⋅⋅=

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.

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 materialiCoefficiente di riflessione luminosa di alcune finiture

Coefficiente di trasmissione luminosa di alcuni vetri

Correzione per condizioni di pulizia del vetro

Ostruzioni esterneESEMPIO DI SCHEMI RELATIVI A DUE DIVERSI TIPI DI OSTRUZIONE PER

DETERMINARE L’ANGOLO α h = altezza dal baricentro B

della finestra al piano stradale

H = altezza del fabbricato

contrapposto dal piano stradale

La = distanza tra il

fabbricato contrapposto (o comunque dell’ostacolo) e la finestra

Dalla trigonometria si ha che la tangente dell’angolo α è data dal rapporto:

tan α = H-h/La

da cui inv(tan α) = α°

Ostruzioni di facciata ed esterne

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

NB. nel calcolo si trascura il contributo della parte finestrata fino a 60 cm dal pavimento

Calcolo del fattore finestra ε

Ostruzioni che occupano sia la parte alta che quella bassa del panorama

21 αε sen−

=

22α

εsen

=

22 αα

εsensen −

=

senα2 = sen [inv (tanα2 = H/L)]

α2 angolo piano che sottende la parte visibile di cielo

senα = sen [inv (tanα = H-h/La)]

α = angolo piano di altitudine che sottende la parte ostruita di cielo

α

h

H-h

H

La

Ostruzioni che occupano la parte bassa del panorama

Ostruzioni che occupano la parte alta del panorama

Hα2

L

Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni esterne

0.05.0

10.015.020.025.030.035.040.045.050.0

0.00.0

11.30.2

21.80.4

31.00.6

38.70.8

45.01.0

50.21.2

54.51.4

58.01.6

60.91.8

63.42.0

65.62.2

67.42.4

69.02.6

70.32.8

71.63

α2 (gradi)H/L

Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni di facciata

Hα2

L

Calcolo del fattore riduttivo ψ

EsercizioPer 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 rm = 0,67

Apav = 16 m² Apar = 80 m² t = 0,82

rpav = 0,5 rpareti = 0,7 ostruzioni:

α

h

H-h

H

La

10 m 4 m

12 m

fA 0,02 ( r )mtot 1A −

t ψε ⋅⋅=

21 αε sen−

=

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

= 8 m²

Esercizio

fA 0,02 ( r )mtot

1A −

t ψε ⋅⋅=

Af = 0,02 ⋅ 96 (1 – 0,79)/(0,82 ⋅ 0,115 ⋅ 0,95) = 4,5 m²

rm = 16 x 0,5 + 80 x 0,85/ 96 = 0,79

rapporto aeroilluminante Ri = 1/8 di Apav = 16/8 = 2 m²

Pertanto Af > Ri di oltre il 100%

La problematicaLa problematicaPer un fattore medio di luce diurna Per un fattore medio di luce diurna FLDmFLDm = 2%= 2%

Con ostruzione superioreAf = 1/6 * Spav = 2,33m²La = 44 mLa = 44 m

Af = 1/8 * Spav = 1,75m²La = 26 mLa = 26 m

Fattore di luce diurna per H - h = 10 m

0.5

1

1.5

2

2.5

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

distanza tra fabbricati La (m)

FLDm

(%)

FLDm

Fattore di luce diurna per H - h = 10 m e ostruzione superiore di 1.2 m

0.5

1

1.5

2

2.5

10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50

distanza tra fabbricati La (m)

FLDm

(%)

FLDm

α2

α

La

α

h

H-h

H

La

La soluzione tecnica conformeLa soluzione tecnica conforme- rapporto di illuminazione Ri ≥ 1/8 (per porte finestre nel calcolo di Af non si considera una altezza pari a 60 cm dal pavimento)

0,6

Af

S

Ri=Af/S >1/8 Ri ≥ 1/12 per lucernari

- superfici vetrate con coefficienti di trasparenza t > 0,7

D/H ≤ 2,5

1,4m

A’f = Af + [(L –140)/5] 0,05

L

Finestre sotto balconi o porticatiFinestre sotto balconi o porticati

comunque non oltre il raddoppio della superficie Afriferita ad S (Af ≤ A’f ≤ 2 Af )

la dimensione della superficie illuminante Af dovrà essere aumentata di 0,05 m² ogni 5 cm di ulteriore aggetto oltre 1,4 m.

Superficie S’prospiciente la finestra sotto il porticato

Ri =A’f = ’)/(S + S 8

Finestre su cortili interniFinestre su cortili interni

Superficie (S’ - Spo) > 0,2 SL

Spo

d ≥ 6 m

H ≤ (d + d’)/2

d’

-- l'area Sl'area S’’ dei cortili, detratta la proiezione orizzontale di ballatoi o adei cortili, detratta la proiezione orizzontale di ballatoi o altri aggetti ltri aggetti SSpopo, deve risultare > , deve risultare > a 1/5 della somma delle superfici delle pareti Sa 1/5 della somma delle superfici delle pareti SLL delimitanti il cortile;delimitanti il cortile;

-- altezza massima H delle pareti che delimitano il cortile deve raltezza massima H delle pareti che delimitano il cortile deve risultare inferiore od uguale a 1,5 volte isultare inferiore od uguale a 1,5 volte la media delle distanze fra le pareti opposte;la media delle distanze fra le pareti opposte;

-- la distanza normale la distanza normale dd minima da ciascuna finestra al muro opposto minima da ciascuna finestra al muro opposto ≥≥ 6 m.6 m.