Architettura tecnica

Illuminotecnica

Radiazione solare

• Componente UV
• Componente nel campo del visibile
• Componente vicino infrarosso
• Componente lontano infrarosso

Parametri per la costruzione del clima luminoso

Un clima luminoso inadeguato è considerato più un elemento di disagio (discomfort visivo) che causa patologie e danno. Causa:

• Abbagliamento (diretto o indiretto, forti contrasti)
• Inadeguato livello di illuminamento (troppa luce o poca luce)

Le informazioni necessarie per 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 su cui la visione viene esercitata, periodo di tempo e contrasto necessario)
• Età media degli occupanti

Descritti quantitativi

Apparenza del colore

Si riferisce al colore apparente della luce emessa ed è definita dalla temperatura di colore correlata:

• W (warm) luce bianco calda, minore di 3300 K
• N (intermediate) luce bianco neutra, da 3300 a 5300 K
• D (daylight) luce bianco fredda maggiore di 5300 K

Livello di illuminamento

Densità del flusso luminoso che colpisce una superficie in un determinato ambiente [lux]

Min. In condizioni abituali sono richiesti circa 20 lx per percepire in modo corretto i lineamenti del volto umano.

Max. In estate volta celeste: 130.000 lux

Livello di illuminamento ottimale per uffici: 700 lux; se all'interno di un ambiente si ha un livello di illuminamento troppo elevato ciò può provocare discomfort visivo per le persone presenti, dunque è necessario ridurre i livelli di illuminamento per avvicinarsi ai valori ideali, installando ad esempio un sistema di schermature solari (in grado di abbassare FLD) o tende mobili o vetri a ridotto coefficiente di trasmissione luminosa del vetro (tau).

Per zone occupate continuativamente l'illuminamento mantenuto non deve essere minore di 200 lx.

FLD (fattore luce diurna)

Rapporto espresso in % 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 che riceve luce dall'intera volta celeste, senza irraggiamento solare diretto. (Componente cielo “visibile”; Riflessioni esterne; Riflessioni interne).

FLDm = DF (Daylight Factor) = η t = coefficiente di trasmissione luminosa del vetro (τ tau)

• ψ = coefficiente imbotte (psi)
• Af = sup. finestra
• ε = ostruzioni (ε epsilon)
• ρ = coefficiente di riflessione (rho)
• Stot = superfici totali

Valore inaccettabile: < 1%

Valore accettabile: 1% - 2%

Valore preferibile: da 2% a 5%

Ogni ambiente in base alla destinazione ha un suo FLD da rispettare.

Variazione livelli illuminamento

Controllo dei rapporti degli illuminamenti delle varie aree o punti dello spazio confinato.

• Emin/Emed = 0.8
• Emin / Emax > 0,7

Fattore d'ombra

Controllo del rapporto tra flusso luminoso diffuso e diretto. Quando il rapporto tra flusso luminoso diffuso e diretto è inferiore 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 c.v.p. < 500 cd/mq

Indice di abbagliamento

GI = 16 – 19

DGI = 20 – 22

Abbagliamento molesto

Impedisce una visione corretta del compito visivo. L'abbagliamento molesto, direttamente prodotto dagli apparecchi di un impianto d'illuminazione di interni, deve essere valutato utilizzando il metodo tabellare CIE dell'indice unificato di abbagliamento UGR (Unified Glare Rating). L'UGR è un indice per la determinazione dell'abbagliamento diretto relativamente ad ogni specifica applicazione. Attraverso questo indice si valuta l'abbagliamento di tipo molesto in un determinato ambiente. Il valore dell'UGR dipende dalla disposizione degli apparecchi illuminanti, dalla caratteristiche dell'ambiente (dimensioni, indici di riflessione) e dal punto di osservazione degli operatori che si troveranno all'interno dello spazio in questione. Oscilla tra valori da 10 (nessun abbagliamento) a 30 (abbagliamento fisiologico considerevole) secondo una scala di 3 unità (10,13,16,19,22,25 e 28). Più basso è il valore e minore è l'abbagliamento diretto. I valori dell'UGR degli apparecchi utilizzati sono ricavabili da cataloghi di aziende costruttrici o tramite software di illuminotecnica. L'UGR non è definito per apparecchi di illuminazione che hanno una componente indiretta superiore al 65%.

Resa cromatica/colorimetrica

È un indice che definisce la capacità di una lampada a restituire in modo adeguato i colori attraverso il confronto con una sorgente luminosa di riferimento. Il valore massimo è 100 e diminuisce al diminuire della qualità della resa del colore. (Diversi tipi di vetri, resa cromatica diversa).

La quantità di luce dipende dalla collocazione geografica dell'organismo edilizio.

• Latitudine
• Condizioni prevalenti di cielo (copertura – nuvolosità media mensile)
• Illuminamenti e luminanza cielo
• Durata del giorno
• Ostruzioni (costruito e naturali)
• Coefficiente di riflessione delle superfici esterne (edifici circostanti, piani orizzontali)

Strategie per il controllo della luce

Quali sono le possibili strategie:

• Filtrare (ridurre) la luce naturale (controllare abbagliamento e livelli illuminamento)
• Escludere la luce naturale
• Potenziare la luce negli ambienti (incrementare luce in profondità)

Soglie di intervento

Organismo edilizio:

• Morfologia (forma involucro)
• Layout distributivo e dimensione unità ambientali (L, H, P)
• Rapporto superficie finestrata/superficie pavimentata (RAI)
• Collocazione finestre e forma
• Coefficiente di riflessione delle superfici interne

Campo luminoso

Il metodo di calcolo del campo luminoso si basa sull'illuminamento che si ottiene su una qualsiasi superficie. Esso è il risultato della luce che arriva direttamente dalle sorgenti e di quella che la investe dopo essere stata riflessa dai diversi elementi presenti nell'ambiente considerato. Per le zone di lavoro, in genere, l'illuminamento è calcolato ad un'altezza di 1 m dal pavimento e la scelta è fatta sulla base della destinazione d'uso e degli illuminamenti consigliati dalla normativa vigente per quel determinato ambiente. L'illuminamento diretto, ED, e diffuso, Ediff, che si ottengono in un punto P vengono calcolati separatamente e poi sommati per ottenere il valore globale di illuminamento, EP.

Campo diretto

Il metodo per il calcolo del campo diretto, applicabile nel caso di sorgente puntiforme, si basa sul legame che intercorre tra intensità luminosa emessa da una sorgente, I, e illuminamento, E, che si ottiene su un punto P di una superficie illuminata da tale sorgente. Dunque in un punto P a distanza r dalla sorgente si ottiene l'illuminamento utilizzando la seguente relazione: Dove v è l'angolo tra la normale al piano cui appartiene il punto P considerato e la congiungente tale punto e la sorgente; Iv è invece l'intensità luminosa della sorgente lungo la direzione v. La relazione permette di ottenere l'illuminamento su un punto P su di un qualsiasi piano orizzontale illuminato da una lampada.

Calcolo RAI

RAI = Rapporto fra superficie aerante-illuminante e superficie utile del locale. RI = Af/Apav (Rapporto illuminante)

LENI - Indice di efficienza energetica del sistema di illuminazione = W/A (kWh/m2 anno)

• W = WL + WP
• W = energia totale annua usata per illuminare [kWh/anno]
• WL fabbisogno energetico necessario agli apparecchi di illuminazione per garantire le condizioni di illuminazione fissate in sede progettuale
• WP fabbisogno di energia necessario all'alimentazione dei dispositivi di illuminazione di emergenza e dei vari sistemi di controllo dell'illuminazione eventualmente presenti

Calcolo RAI - Regolamento edilizio di Milano

L'illuminazione diurna dei locali con permanenza continua di persone deve essere naturale e diretta.

1. L'illuminazione naturale diretta può essere del tipo perimetrale o zenitale o mista e, nei locali agibili, deve essere tale da garantire un fattore medio di luce diurna non inferiore a 0,018, misurato nel punto di utilizzazione più sfavorevole del locale ad una altezza di m 0.90 dal pavimento.
2. Tale requisito si considera soddisfatto quando la superficie totale dell'apertura finestrata, misurata convenzionalmente alla luce architettonica detratta l'eventuale porzione ad altezza inferiore a 60 cm dal pavimento, sia pari ad almeno 1/10 della superficie di pavimento del locale interessato.
3. 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.
4. Il requisito del comma 1 si considera soddisfatto per locali destinati ad uffici e/o attività produttive che abbiano un rapporto illuminante pari o superiore a 1/10, a prescindere dalla profondità del locale; la necessaria integrazione dell'illuminazione potrà essere ottenuta artificialmente o con dispositivi di convogliamento e trasporto della luce naturale.
5. 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) così 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.
6. Nel caso di pareti con esposizione compresa nell'arco di +/- 60° SUD, la porzione "p" sarà considerata utile per 1/2 agli effetti illuminanti.
7. 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.
8. Nel caso di luce zenitale, l'area complessiva delle parti trasparenti, non deve essere inferiore a 1/12 dell'area del pavimento.

L = lunghezza dell'aggetto superiore

p = proiezione dell'aggetto pari a L/2. Si determina solo per L maggiore di 150 cm.

a = superficie finestrata utile per 1/3 agli effetti RI.

B = superficie utile agli effetti RI

c = superficie anche se finestrata comunque non utile ai fini calcolo RI (c = 60 cm)

Superficie finestrata utile: b + 1/3 a

Calcolo FLDm

Passo 1: Si imposta una semplice matrice di dati per il calcolo del fattore di rinvio della luce medio (coefficiente di riflessione) dell'ambiente interno. Il coefficiente di riflessione può avere un valore minimo e massimo in base al colore chiaro o scuro.

ρ medio = (S pavimento* ρ pavimento+ S pareti* ρ pareti + S soffitto* ρ soffitto + S finestra* ρ finestra + Sporta* ρ porta) / Stot

Ogni superficie dell'ambiente (soffitto, pavimento, finestre, pareti, scrivania, libreria…) possiede un coefficiente di riflessione espresso in percentuale % in base al tipo di materiale da cui è composto e al colore chiaro o scuro.

Passo 2: Calcolo ostruzioni ε = (H – h) / La [metodo grafico] % ostruzione

Passo 3: Calcolo coefficiente imbotte h1/p, l1/p coefficiente imbotte

Passo 4: Determinazione dei parametri:

• τ = coefficiente di trasmissione luminosa vetrazione = 0,78 (tabella)
• FM= fattore manutenzione = 0,95

Tiene conto, in maniera forfettaria, del peggioramento delle condizioni di riflessione interna e di trasmissione della luce attraverso il serramento causata da un deposito di polvere non eliminato con grande frequenza, pari al 95% (ma molto spesso tale valore viene posto pari a 100% e la problematica trascurata).

Passo 5: Calcolo della superficie finestrata = Af*FT

Af = Sw= superficie utile (lorda)

FT= fattore telaio= corrispondente al rapporto tra l'area del vetro (trasparente) e quella della luce libera del vano finestra (75%)

Passo 6: Calcolo FLD

È possibile, attraverso il diagramma di Dresler, stimare il valore del fattore luce diurna minimo che garantisce un'illuminanza di 100 lux nell'ambiente interno. Ti fornisce ad una specifica latitudine la quantità di ore giornaliere (%) con un determinato livello di illuminamento esterno (LUX) ad esempio: ad una latitudine di 45° il 95% delle ore giornaliere è caratterizzato da un illuminamento esterno di 2500 lux.

Acustica

Definizione di inquinamento acustico

Secondo la legge 447 del 26/10/1995 l'inquinamento acustico è definito come l'introduzione di rumore nell'ambiente abitativo o nell'ambiente esterno tale da provocare fastidio o disturbo al riposo e alle attività umane, pericolo per la salute umana, deterioramento degli ecosistemi, dei beni materiali, dei monumenti, dell'ambiente abitativo o dell'ambiente esterno o tale da infierire con le legittime fruizioni degli ambienti stessi.

Assorbimento e isolamento acustico

I = A + T + R

• Quantità incidente sulla superficie
• A quantità assorbita nel suo passaggio attraverso la superficie
• T quantità trasmessa da uno all'altro ambiente
• R quantità riflessa verso l'interno

Assorbimento acustico: (parte NON riflessa all'interno di un ambiente confinato)

Isolamento acustico: (parte NON trasmessa da un ambiente confinato a un altro)

Per l'assorbimento delle alte frequenze (500 - 8000 Hz), si utilizzano materiali porosi quali poliuretano espanso, lana di roccia (solo in intercapedini tra pareti). L'assorbimento dei materiali porosi è legato all'attrito delle particelle in moto al loro interno e alla resistenza al flusso dell'aria nei pori dei materiali (un materiale poroso è molto più resistente al flusso rispetto a uno non poroso). L'assorbimento dipende dalla resistività del materiale; ad ogni spessore corrisponde una resistività.

Per l'assorbimento alle basse frequenze (30-250 Hz) si utilizzano cavità, pannelli forati con intercapedini, membrane risonanti.

Tempo di riverberazione

Il tempo di riverberazione è definito come il tempo (in secondi) necessario perché il livello acustico in un ambiente prodotto da una determinata sorgente si riduca di 60 dB, a partire dall'interruzione dell'immissione del suono, da parte della sorgente. Un decremento di 60 dB equivale a un decremento di 10⁶ volte in termini di potenza sonora! È un parametro fondamentale per la valutazione della qualità acustica di un ambiente. Esso:

• Varia in funzione di quanto “assorbono” le pareti che ne definiscono l'involucro interno (e queste assorbono diversamente al variare della frequenza considerata). L'assorbimento delle superfici che confinano un ambiente è una proprietà additiva;
• Varia anche in funzione di quanta energia acustica è contenuta nell'ambiente e quindi del volume stesso dell'ambiente.

Sabine ha ricavato sperimentalmente la seguente espressione del Tempo di riverberazione:

T₆₀ = 0,16 * (V / Σ Si*αi)

V = volume dell'ambiente considerato [m³]

Si = superficie i-esima

αi = coefficiente di assorbimento della superficie i-esima

L'equazione di Sabine è ragionevole quando il campo è diffuso e tutte le pareti assorbono energia in maniera omogenea (uniforme diffusione di energia). Oltre a questo si considera nullo l'assorbimento del suono per mezzo dell'aria; tuttavia l'ipotesi di diffusione uniforme all'interno di una sala non sempre è verificata. Ci sono dunque altre formule, più precise quali la formula di Eyring:

T₆₀ = -0,16 V / S * Log (1 – α)

Nel misurare il tempo di riverbero di solito non si ha abbastanza rumore (se l'ambiente è grande) per misurare un decadimento di 60 dB, c'è sempre un certo rumore di fondo e quindi si misura su differenze minori (30 dB) e si estrapola considerando lineare il decadimento naturale.

Al fine di valutare un ambiente dal punto di vista acustico, ci sono molti altri parametri che ne identificano le “qualità”: T₆₀ va bene solo per una valutazione molto grossolana (non va bene per ascolti raffinati). Per questi si usano altri parametri affini quali:

• T₁₀: Indica quello che succede nei primi istanti del decadimento
• T₃₀: È spesso usato al posto del T₆₀
• C₈₀: Rapporto tra energia sonora che arriva nei primi 80 ms e l'energia che arriva successivamente, espresso in dB: maggiore è il valore, maggiore è il contributo delle riflessioni utili al rafforzamento del segnale. È usato nell'ambito dell'ascolto musicale.
• D₅₀: Rapporto, espresso in percentuale, tra l'energia che arriva al ricevitore nei primi 50 ms e l'energia totale immessa nell'ambiente dal segnale impulsivo. Viene usato per definire il grado di intelligibilità del parlato.

Si ha l’ECO: quando un suono riflesso viene percepito come evento separato dal suono diretto; in generale quando il ritardo tra suono diretto e riflesso (o tra due eventi sonori) è > 30-50 ms.

Potere fonoisolante

Valutare “quanto isola” l'elemento di involucro.

R = 10*Log (1/t) [Potere Fonoisolante]