Architettura tecnica - Appunti esame

Daylighting

La luce naturale è molto importante poiché permette di ridurre il fabbisogno energetico degli edifici:

• Per illuminare (ridurre uso energia per incrementare illuminamento)
• Per condizionare (contrastare carichi interni)

Qualità degli spazi confinati

La luce naturale è qualità degli spazi confinati:

• È indispensabile per garantire il benessere psico-fisiologico
• È indispensabile per l’accettazione dello spazio
• È indispensabile per lo svolgimento delle attività

Materia di progetto

La luce naturale è:

• Connota in modo dinamico gli spazi e l’involucro diviene lo strumento per il controllo dell’effetto (per sottrazione – indoor)
• Per sottrazione (indoor)
• Per riflessione (outdoor)

Trasmittanza luminosa

Tra i vari fattori di “rischio” per la salute degli utenti la luce è la componente meno studiata (in edilizia). Un clima luminoso inadeguato è considerato più elemento di disagio che causa di patologie e danno. Tra le cause abbiamo:

• Abbagliamento (diretto o indiretto, forti contrasti)
• Inadeguamento livello di illuminamento (troppa luce o poca luce rispetto all’attività)
• Tipo di attività e distanza di osservazione

Tra i tipi di disturbo abbiamo, sintomi visivi-disfunzionali: affaticamento apparato visivo, abbassamento proprietà occhio, modifica peggiorativa della vista, diminuzione efficienza produttiva, stanchezza nella lettura, impedimento momentaneo nella visione, visione sfuocata.

Sintomi oculari-irritativi: cherocongiutivite (abbagliamento molesto), cefalea e bruciore occhi, fastidio alla luce, lacrimazione.

Parametri prestazionali

I parametri prestazionali che posso controllare sono:

• Descrittori quantitativi: permettono di costruire “oggettivamente” il campo luminoso (dipendono da vincoli normativi cogenti e non)
• Descrittori qualitativi: le soft qualities condizionano e mutano la percezione dello spazio fisico-geometrico
• Descrittori di comfort: il non soddisfacimento di uno di questi parametri può portare ad una situazione di discomfort “apparente”

Le informazioni necessarie per un adeguato clima luminoso, quindi una corretta definizione della quantità di luce (illuminamento) da produrre sul piano su cui si esercita la visione, sono le seguenti:

• Destinazione d’uso
• Tipo di attività svolte negli spazi considerati
• Caratteristiche del compito visivo (ampiezza dell’area, periodo di tempo e contrasto necessario)
• Requisiti di velocità e precisione della percezione
• Età media degli occupanti

I descrittori quantitativi

Livello di illuminamento: Densità del flusso luminoso che colpisce una superficie in un determinato ambiente [lux].

• Zone di circolazione: 100 – 150 lux
• Uffici: 200 – 750 lux
• Teatri, cinema, padiglioni: 300 lux
• Biblioteche: 200 – 500 lux
• Parcheggi pubblici: 75 – 300 lux
• Appartamenti: 50 – 500 lux
• Locali scolastici: 300 – 500 lux

FLD: Rapporto espresso in per cento tra l’illuminamento medio dell’ambiente, Em, e l’illuminamento Eo che si ha nelle stesse condizioni di tempo e spazio, su una superficie orizzontale esterna che riceve luce dall’intera volta celeste, senza irraggiamento solare diretto. Può variare tra il 2 e 5%, in genere non va mai sotto il 2%.

• Spazi di distribuzione: > 1%
• Palestre e tutti i locali di abitazione: FLD > 2%
• Ambienti ad uso didattico, laboratori: FLD > 3%
• Aule giochi e aule nido: > 5%

Variazione livelli illuminamento (uniformità): Controllo dei rapporti degli illuminamenti delle varie aree o punti dello spazio confinato.

• Emin/Emax >= 0,8 (area con c.v.) (uniformità ambiente luminoso)
• Emed (zona senza c.v.) >= 1/3 Emed (c.v.p.)

Uniformità ideale è Emin/Emax > 0,7

Fattore d’ombra: Controllo del rapporto tra flusso diffuso e diretto. Quando il rapporto tra flusso luminoso diffuso e diretto è minore a un certo valore assegnato, cioè quando la luce ha una forte componente diretta, si ha un’illuminazione sgradevole con ombre troppo forti.

Φ diffuso/ Φ diretto ≥ 1/4 o 1/5

Contrasto: Controllo del rapporto delle luminanze nel campo visivo professionale.

0,33 < L / L < 3

VDT adjacent_wall

Indice di abbagliamento

I descrittori quantitativi: articolazione spaziale, texture, densità del campo luminoso, modellato (tipologie ombre), orientamento spaziale.

I descrittori di comfort

Veduta (cielo, sfondo e primo piano), interattività e regolabilità, orientamento temporale, privacy.

Il processo di progettazione

Prestazione visiva per destinazione:

1. La disponibilità di luce naturale
2. La quantità di luce dipende dalla collocazione geografica dell’organismo edilizio: latitudine, condizione prevalente di cielo (copertura – nuvolosità media mensile), illuminamento e luminanza cielo, durata del giorno.

Il primo livello di filtro (o riduzione) della disponibilità dipende dal contesto ambientale: ostruzioni (costruito e normali) e coefficiente di riflessione delle superfici esterne (edifici circostanti e piani orizzontali).

Strategie

• Quali-filtrare (ridurre) la luce naturale (controllare abbagliamento e livelli di illuminamento)
• Escludere la luce naturale
• Potenziare la luce negli ambienti (incrementare la luce in profondità)

Soglie di intervento

• Organismo edilizio
• Morfologia (forma involucro)
• Lay-out distributivo e dimensione unità ambientale (L,H,P)
• Rapporto superficie finestrata/superficie pavimentata (RAI)
• Collocazione finestre e forme
• Coefficienti di riflessione delle superfici interne

Sistema involucro:

• Dimensione sup. trasparente (sup. trasparente/sup. pavimentata)
• Posizione rispetto all’involucro opaco
• Posizione rispetto imbotte

Componente finestrata:

• Rapporto sup. trasparente/sup. telaio
• TL (%) RL (%) vetrazione TL = trasmissione luminosa
• Protezione solare RL = riflessione luminosa
• TL (%) RL (%)
• Forma

Componente daylighting:

• Forma e RL (%) shelf

Verifiche di compatibilità prestazionale e tecnologica

• Congruenza tra valutazioni energetiche estate e inverno (in estate superfici schermate ma senza impedire la ventilazione trasversale e in inverno superfici libere)
• Congruenza tra valutazioni energetiche e luminose (progettazione luce finestre grandi e protette per evitare abbagliamento, progettazione energia finestre piccole per ridurre disperdimenti)
• Privacy e sicurezza
• Acustica
• Guasti (urti da "corpo duro e molle", shock termico delle specchiature quando grandi con differenti sollecitazioni-irraggiamento)

Le vetrazioni per filtrare:

Chiusure trasparenti e il controllo dei flussi luminosi: le vetrazioni per filtrare [controllo del TL attraverso colore e trattamenti superficiali. Ha come vantaggio un buon controllo della radiazione solare e come svantaggi che sono sistemi statici (limitazione dell’illuminamento), reirraggiamento verso lo spazio confinato dell’energia assorbita e limitazione apporti solari nel periodo sottoriscaldato.

Il componente protezione solare per filtrare:

• Tipo: sistema continuo o discontinuo
• Giacitura: sistema parallelo, ortogonale e misto
• Posizionamento: interposto, esterno o interno
• Tipologia di movimentazione: regolabile in continuo, on-off o sistema fisso (aggetti orizzontali e verticali, i quali hanno gli svantaggi della manutenzione e assenza di variabilità al variare delle condizioni cielo)
• Materiale costituente il sistema: opaco, trasparente, traslucido e “naturale”
• Permeabilità al sistema: permeabile all’aria o impermeabile aria e acqua

Protezione dall’abbagliamento: Per quanto riguarda la si utilizzano tende interne e/o aggetti orizzontali e verticali ed interni alla superficie trasparente. Il vantaggio è la facilità di manutenzione e lo svantaggio principale e la limitazione dell’illuminazione [se fissi].

Esistono anche componenti per potenziare i livelli di illuminamento. Vantaggi: limitata interferenza su livello illuminamento interno, nessuna limitazione degli apporti solari gratuiti nel periodo invernale ed elevato controllo della radiazione solare. Svantaggi: integrazione architettonica, deposito delle polveri e integrazione tecnologica.

Seconda parte

Requisiti diretti

Titolo II, Capo IV, Art. 105 – illuminazione

• L'illuminazione diurna dei locali con permanenza continua di persone deve essere naturale e diretta.
• I serramenti computabili ai fini del calcolo illuminante devono prospettare su spazi regolamentari.
• Possono usufruire della illuminazione artificiale ed, eventualmente, di dispositivi di convogliamento e trasporto della luce naturale:
• Locali s.p.p., cinema e teatri, attività commerciali e culturali, collegamenti, servizi igienici con areazione attiva, …

Titolo II, Capo IV, Art. 106 – requisiti di illuminazione naturale e diretta

• […] per gli ambienti con destinazione residenziale, la distanza tra il serramento e il punto più distante da questo del pavimento di ogni singolo locale non superi 2,5 volte l'altezza da terra del punto più elevato della superficie finestrata (P ≤ 2,5 h).
• Per P maggiori (ma non oltre 3,5 h), l'area complessiva delle parti trasparenti misurate come sopra non deve essere inferiore a 1/8 dell'area del pavimento.
• Se l'apertura finestrata è coperta da sporgenze (aggetti, velette, balconi, coperture …) superiori a 150 cm, calcolate per un'altezza p=L/2 (ove p=proiezione della sporgenza sulla parete e L=lunghezza della sporgenza dall'estremo alla parete, calcolata dall’asse del serramento perpendicolarmente alla parete o formante un angolo di 45 gradi con questa) cosi come dallo schema esplicativo. La porzione di parete finestrata che si verrà a trovare nella porzione "p" sarà considerata utile per 1/3 agli effetti illuminanti.
• Nel caso di pareti con esposizione compresa nell’arco di +/- 60° SUD, la porzione "p" sarà considerata utile per 1/2 agli effetti illuminanti.
• Laddove non sia possibile modificare le pareti perimetrali esterne, la conservazione delle superfici trasparenti esistenti con rapporti inferiori ai prescritti è consentita limitatamente ai casi previsti nell’Art. 86 e a condizione che i rapporti illuminanti non siano inferiori del 30% rispetto a quanto previsto nel presente articolo.

Requisiti indiretti

Art. 107 – Parti trasparenti

• Nelle nuove costruzioni e nei cambi d’uso verso la destinazione residenziale le parti trasparenti delle pareti perimetrali esterne devono essere dimensionate e posizionate in modo da permettere l'adeguata illuminazione dei piani di utilizzazione e la "visione lontana" anche da persone sedute. Sono considerate parti trasparenti valevoli ai fini dei rapporti illuminanti le portefinestre, anche arretrate, di accesso alle unità immobiliari poste sulle pareti perimetrali e le porte vetrate di accesso ai negozi.

Art. 137 – Efficienza impianti illuminazione

• Installare interruttori a tempo e/o azionati da sensori di presenza, ad esclusione degli apparecchi illuminanti per l’illuminazione di sicurezza.
• Parzializzare gli impianti con interruttori locali ove funzionale;
• Utilizzare sorgenti luminose di classe A (secondo quanto stabilito dal Regolamento UE 874/2012) o migliore.

FLDm: Rapporto espresso in per cento tra l’illuminamento medio dell’ambiente, Em, e l’illuminamento Eo che si ha nelle stesse condizioni di tempo e spazio, su una superficie orizzontale esterna che riceve luce dall’intera volta celeste, senza irraggiamento solare diretto.

• t = coefficiente di trasmissione luminosa del vetro (65% - 95%)
• ρ = coefficiente di riflessione

• Soffitto: da 0,6 a 0,9
• Pareti: da 0,3 a 0,8
• Piani di lavoro: da 0,2 a 0,6
• Pavimento: da 0,1 a 0,5

ε = ostruzioni

• Si può calcolare con metodo grafico
• ε = H – h/La
• Metodo numerico ε = (1 – sen a)/2
• Psi = coefficiente imbotte

Diagramma di Dresler, È possibile, attraverso il stimare il valore del fattore luce diurna minimo che garantisce un’illuminanza di 100 lux nell’ambiente.

La Direttiva Europea 2002/91/CE inerente le prestazioni energetiche degli edifici richiede: calcolo fabbisogno energetico per la climatizzazione invernale, […], il fabbisogno energetico per la climatizzazione estiva degli ambienti e (limitatamente agli edifici pubblici o ad uso pubblico) il fabbisogno energetico per l'illuminazione artificiale.

Per questo motivo la norma introduce LENI, indice di efficienza energetica del sistema di illuminazione

LENI = W/A

W = W + W [KWh/anno] energia totale annua usata per illuminare

L PCon: W fabbisogno energetico necessario agli apparecchi di illuminazione per garantire le condizioni di illuminazione fissate in sede di progetto

W fabbisogno di energia necessario all’alimentazione dei dispositivi di illuminazione di emergenza e dei P vari sistemi di controllo dell’illuminazione eventualmente presenti

Climate design

Cosa è un edificio a climatizzazione spontanea (climate sensitive building)

Un organismo edilizio a comportamento variabile (sensibile e reattivo) al variare delle sollecitazioni climatiche mediazione dei segnali energetici, termici e luminosi (assetto variabile). È un organismo edilizio in cui l’involucro svolge il ruolo di mediazione dei segnali energetici, termici e luminosi (assetto variabile). È un organismo edilizio in cui l’apparato impiantistico viene attivato per “compensare” le condizioni di discomfort (gli impianti sono meno invasivi e più sofisticati e a bassa potenza). È un organismo edilizio che impiega per approvvigionamento energetico l’energia derivante da fonti rinnovabili (per compensazione).

I dati più importanti del profilo climatico sono:

• Irraggiamento
• UR
• Velocità e direzione vento
• Precipitazioni
• Copertura cielo (nuvolosità)
• Temperature (analisi delle criticità)

I dati aggregati che possono essere utili sono:

• Vento + precipitazioni
• Temperatura + irraggiamento
• Temperature + UR

Irraggiamento (H = kWh/area)

• Radiazione totale o globale (diretta + diffusa)
• Radiazione diretta (I )D
• Radiazione diretta normale (I )N)
• Radiazione diffusa (IS- Radianza riflettanza

Per il progetto si usa l’irraggiamento: irraggiamento [H = kWh/area] l’intensità di radianza incidente su una superficie dipende da:

• Condizione metereologiche e di cielo
• Dall’angolo di incidenza della radianza
• Dall’inclinazione e orientamento della superficie
• Dalle proprietà delle superfici circostanti (riflettanza/albedo)

La posizione del sole si definisci in diversi modi: calcolo, carte solari (diagrammi solari), Sw dedicati, ombreggiamenti.

I valori di irraggiamento si trovano con mappe isoradiative, valori tabellati (stazioni meteo locali) e metodi di calcolo sperimentali (UNI 10349).

“Isola di calore” Il fenomeno definito riguarda le aree urbane e si caratterizza per una alterazione del profilo climatico rispetto alle aree adiacenti non urbane (zone periferiche e zone rurali). Le temperature medie dell’aria sono significativamente più alte, specialmente in condizioni estive, anche durante la notte.

Il dato climatico serve per:

1. Definire le strategie alla macro-scala in funzione delle prestazioni obiettivo di progetto
2. Definire le strategie alla meso-scala
3. Definire le strategie alla meso e micro scala

Riassunto pro e contro periodi freddi e caldi

Periodo freddo

Vantaggi: elevata solarizzazione

Svantaggi: scarsa solarizzazione (morfologia urbana) e ventosità.

Periodo caldo

Vantaggi: venti e brezze, forte differenza tra temperatura diurna e notturna, assenza di periodi prolungati con temperature critiche, presenza di verde, alberature, superfici fredde

Svantaggi: ventosità ridotta, elevata solarizzazione dell’involucro, scarsa differenza tra temperatura diurna e notturna, periodi prolungati con temp. Critiche ed elevata UR e assenza di superfici evatraspiranti

Nella progettazione dei climate sensitive building l’impianto architettonico è importante quanto l’impianto costruttivo ed in alcuni casi può anche prevalere l’impianto architettonico o l’involucro edilizio.

Strategie in generale

• Potenziamento dell’isolamento dell’involucro
• Adattabilità delle superfici trasparenti: controllo dei flussi termici ed energetici e luminosi durante le stagioni invernali, intermedie ed estive
• Sfruttamento ventilazione naturale: dimensionamento aperture e attivazione di schemi distributivi tali da potenziare il riscontro
• Ottimizzazione della massa del