Fisica Tecnica

Luce Naturale

Gratis – Quantità – Variabile (conferisce un’aria dinamica all’ambiente) – movimento del

sole (ombre che si muovono)

Un edificio deve essere in grado, da una certa ora in poi, di funzionare anche con la luce

artificiale.

Nel corso dell’ultimo decennio è stata conferita una crescente importanza alla luce

naturale a livello normativo:

Decreti Legislativi

• DL 626/94

• DL 242/96

Norme Tecniche UNI

• UNI 10530 “Sistemi di illuminazione e lavoro

• UNI 10840 “Locali scolastici - Criteri generali per l’illuminazione artificiale e

naturale”

• UNI EN ISO 9241-6 “Requisiti ergonomici per il lavoro in ufficio o con videoterminali

VDT”

Legge 10/91

L’illuminazione naturale risulta fondamentale per:

Condizioni ambientali confortevoli (comfort visivo e termico): i vantaggi psico-fisiologici

legati alla luce solare sono

• Luce dinamica nel tempo

• Luce stimolante e produttiva

• Riconoscibilità cromatica degli ambienti

Strategie progettuali di comfort visivo e termico

Riduzione dei consumi energetici: la luce solare è una risorsa gratuita e rinnovabile

• Consapevole utilizzo del daylight per minori consumi dell’illuminazione artificiale e

minori consumi del condizionamento estivo

Strategie progettuali di risparmio energetico

Non è vero che massimizzare la disponibilità di daylight voglia dire massimizzare i

benefici, infatti i possibili problemi legati ad un incontrollato ingresso di luce naturale in

ambiente possono essere:

• Surriscaldamento in periodo estivo: necessità di sistemi di riscaldamento

• Fenomeni di abbagliamento: necessità di sistemi di schermatura

• Disuniforme distribuzione di luce naturale in ambiente: necessità di ricorrere

all’illuminazione artificiale

Ciò implicherebbe quindi:

• Un’insorgenza di discomfort visivo e termico

• Maggiori consumi energetici e costi di gestione

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L’illuminamento prodotto dalla volta celeste su una superficie varia in relazione alla sua

distribuzione di luminanza. Infatti la distribuzione di luminanza dipende da vari fattori tra

cui:

• Posizione del sole

• Condizioni metereologiche

• Torbidità dell’atmosfera (smog)

Vi sono quindi 4 diversi modelli di cielo:

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Per la determinazione del grado di illuminamento naturale in ambienti chiusi si fa di norma

riferimento al modello di luminanza a cielo coperto (luce diffusa) l’illuminamento di un

punto interno a un ambiente può essere suddiviso nelle tre seguenti componenti:

• La radianza delle porzioni di cielo viste dal punto attraverso le aperture;

• La radianza di eventuali ostruzioni urbane viste dal punto attraverso le aperture;

• I rinvii multipli che si verificano sulle superfici interne all’ambiente.

La valutazione dell’illuminamento interno di un ambiente può essere fatta tramite un fattore

adimensionale detto fattore di luce diurna (FLD). Tale valore fu introdotto in Inghilterra da

Hopkinson come il rapporto tra illuminamenti interno/esterno dove:

• E = illuminamento in un punto interno dell’ambiente dovuto alla sola luce naturale

in

diffusa dalla volta celeste

• E = illuminamento esterno massimo:

out  E dovuto alla sola luce diffusa dalla volta celeste

 E in assenza di ostruzioni esterne

 E orizzontale

E in

η = E out

L’illuminamento esterno dipende dall’ora del giorno e dalla stagione dell’anno considerata:

può, per esempio, oscillare tra i 5000 lux in inverno fino ai 20000 lux in estate.

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5 IL FATTORE MEDIO DI LUCE DIURNA

SECONDO LA NORMATIVA ITALIANA

⋅ τ

A

= ⋅ ε ⋅ ψ

f l

FLD [%]

m − ρ ⋅

(

1 ) A

l ,

m tot

A 2

= superficie vetrata netta della finestra [m ]

f

τ = fattore di trasmissione luminosa del vetro

l

ρ = fattore di riflessione luminosa medio ponderato

l,m delle superfici interne dell’ambiente

ε = fattore finestra

ε = 1 per superfici orizzontali

prive di ostruzioni

ε = 0,5 per superfici verticali

prive di ostruzioni

ε < 0,5 per superfici verticali in

presenza di ostruzioni

ψ = fattore di riduzione del fattore finestra

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9 MODALITA’ DI TRASMISSIONE E RIFLESSIONE DELLA LUCE

RIFLESSIONE TRASMISSIONE

SPECULARE

δ = 0

DIFFUSA

δ

45° < < 60°

SEMIDIFFUSA

FASCIO LARGO

δ

15° < < 45°

SEMIDIFFUSA

FASCIO STRETTO

δ

0° < < 15°

TEMPERATURA DI COLORE E RESA DEL COLORE

Viene valutata illuminando il componente con una sorgente di

riferimento (illuminante di riferimento CIE D65)

Sorgente campione: Luce trasmessa dal vetro con

T = 6000 K una determinata T e Ra

c c

Ra = 100

Data una lastra, si

definisce fattore solare (talvolta indicato con g) il rapporto tra l'energia termica

globalmente trasmessa dalla lastra e quella incidente su di essa.

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L'energia può essere trasmessa dalla lastra in due modi:

• τ

per trasparenza (e si parla di fattore di trasmissione solare diretta , o di Trasmittanza

Diretta), oppure

• per assorbimento e conduzione o riemissione verso l'interno (e si parla di trasferimento

secondario di calore, legato alla conducibilità termica ed all'emissività del materiale).

Come indice percentuale, il fattore solare è utile per valutare le prestazioni energetiche di

un elemento vetrato, soprattutto nel caso di vetri a controllo solare.

A partire dal fattore solare è possibile definire un Indice di selettività (talvolta indicato con

IS) come rapporto tra trasmissione luminosa e fattore solare (TL/FS). Hanno alto indice di

selettività materiali caratterizzati da alta trasparenza alla luce visibile e bassa propensione

alla trasmissione di calore.

FLD rappresenta un valore costante nel corso dell’anno e indipendente dalle condizioni

esterne: rappresenta una caratteristica intrinseca dell’edificio. È un buon indicatore

dell’efficienza di un sistema di illuminazione naturale pur non tenendo conto della

componente diretta della radiazione solare, ma solo della componente diffusa.

11 ULTERIORI CRITERI DI PROGETTO

ULTERIORI CRITERI DI PROGETTO

PROFONDITA’ degli ambienti illuminati

unilateralmente:

L L 2 L/2

+ ≤ −

ρ

W H 1 l , b H

L W

ρ = fattore di riflessione medio ponderato delle superfici

l,b costituenti la metà di ambiente lontana dalla finestra

E’ necessario inoltre:

• garantire quando possibile la VISTA VERSO L’ESTERNO

• considerare L’EFFETTO DI MODELLATO risultante a

seconda della direzionalità della luce naturale in

ambiente

• valutare il C OLOR E DELLA LU CE trasmessa dal vetro o

dall’insieme vetro più schermo

Il fattore medio di luce diurna relativo alla metà ambiente in cui si trovano le aperture

finestrate non dovrebbe essere superiore a tre volte il valore del fattore medio di luce

diurna relativo alla metà ambiente opposta alle aperure finestrate;

La posizione più sfavorevole, vale a dire il punto dell’ambiente che riceve la minor quantità

di luce naturale, dovrebbe essere caratterizzato da un valore del fattore di luce diurna

superiore all’1%: questo scongiurerebbe la possibilità che qualche parte del locale possa

apparire eccessivamente buia.

L’insieme di illuminazione, coefficienti di riflessione e resa cromatica influisce

notevolmente sulla luminosità dell’ambiente interno. In ambienti chiusi, per eseguire

attività visive con la luce diurna, sono necessari livelli di illuminazione adeguati alla

tipologia di attività per cui è predisposto l’ambiente stesso. Pertanto, per soddisfare i

requisiti necessari per lo svolgimento delle attività visive occorre definire la scelta dei

coefficienti di riflessione delle superfici dell’ambiente interno. L’effetto di abbagliamento

si verifica a causa della riflessione diretta e indiretta delle superfici. Per impedire il

fenomeno dell’abbagliamento è possibile adottare i seguenti accorgimenti:

• frangisole – all’esterno

• sistemi antiabbagliamento – all’interno e all’esterno collegati al frangisole

• superfici opache

• posizionamento corretto dell’illuminazione artificiale complementare alla luce diurna

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La diffusione della luce diurna in un ambiente chiuso e allo stesso tempo la possibilità di

vedere verso l’esterno sono influenzati dalla tipologia costruttiva della facciata.

Dimensionamento degli impianti di climatizzazione

Gli impianti di climatizzazione vanno dimensionati in funzione dei risultati che vogliamo

raggiungere, rispetto a quali sono le condizioni esterne climatiche e quali gli standard di

progetto interno, in funzione di quanto è grande questo salto gli impianti avranno una

grandezza proporzionata. La prima cosa da cui si parte sono quindi i requisiti prestazionali

cioè quali sono i punti di arrivo che si vogliono raggiungere con un progetto.

SET POINT (punti che definiscono le variabili)

Temperatura dell’aria (Comfort) – Cd, Cv

Inverno 20-22°C

Estate 24-26°C

Ciò che cambia tra estate e inverno sono i salti di temperatura e la tipologia di

abbigliamento utilizzata.

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Umidità relativa R, S, T

Inverno 35-65% (aria secca come disaggio porta al seccarsi delle mucose, scossa)

Estate 45-55%

Facilita o meno i processi di scambio attraverso la fuoriuscita di vapore

Massimo di particelle di vapore che riescono a stare in sospensione (dipende dalla

temperatura) nell’aria senza trasformarsi in acqua.

Temperatura media radiante I

Se l’aria è a temperatura perfetta perché è estata climatizzata al massimo però c’è la

presenza di una vetrata molto grande non ben coibentata che rappresenta quindi una

superficie molto fredda o molto calda a seconda delle stagioni la parte di corpo esposta

verso questo vetro percepisce uno squilibrio corporale perché il corpo umano scambia

anche per irraggiamento.

La temperatura media radiante (Tmr) é indice degli scambi radiativi fra le superfici che

delimitano un ambiente e il corpo umano.

Velocità dell’aria Cv

10-20 cm/sec a livello degli occupanti

se si esagera con la velocità dell’aria ci potrebbe essere un problema nella gestione

dell’attività (ad esempio possono volare i fogli), si potrebbe generare del rumore

Purezza dell’aria (qualità poco fisica ma più chimica)

Sono dati dalla normativa i requisiti di ricambi di volume di aria necessari al variare della

destinazione d’uso dell’ambiente, o il numero di mc di aria di rinnovo da fornire per ogni

occupante (per ogni ambiente si deve fornire una portata di aria di rinnovo pari al massimo

tra i due valori)

Non devono quindi essere presenti polveri che possano causare danni ai polmoni o che

possano far starnutire o far bruciare la gola.

Cd (conduzione) + Cv (convezione) + I (irraggiamento) + R (respiro) + S (sudorazione) + T

(traspirazione )

Respiro, Sudorazione e Traspirazione entrano in gioco solo per gli esseri viventi mentre

Conduzione, Convezione e irraggiamento si trovano in tutti i tipi di corpi.

Gli impianti di climatizzazione o di trattamento dell’aria sono quegli impianti che servono a

creare un clima adeguato.

Le tipologie impiantistiche si possono classificare sulla base dei parametri che possono

controllare, e delle modalità adottate per controllarli. Esistono infatti tipologie impiantistiche

che consentono di controllare solo la temperatura da mantenere in ambiente, altre che

permettono di controllare anche la umidità relativa e la purezza dell’aria. Queste ultime

sono le tipologie che prevedono di trattare aria (prelevata dall’esterno e/o parzialmente

ricircolata) e successivamente immetterla in ambiente in modo da ottenere i valori

desiderati dei parametri termofisici dell’ambiente interno.

Le tipologie impiantistiche che invece non prevedono il trattamento dell’aria (esterna o

parzialmente ricircolata), e attraverso le quali non si può controllare l’umidità relativa,

sono:

Sistemi ad acqua (controllano solo Temperatura)

14 Radiatori (viene immessa acqua nel circuito tra gli 80° e gli 85° C) - Convezione

• Pannelli radianti (viene immessa acqua nel circuito tra i 40° e i 45° C) – Convezione

• e Conduzione – sistema che ha una forte inerzia termica

Ventilconvettori (o Fancoil) – Convezione – consente di fare caldo e freddo

• Sistemi autonomi (split-multisplit) – Fancoil + pompa di calore (centrale

• frigo/termica)

Gli impianti che prevedono il trattamento di aria (esterna e/o parzialmente ricircolata), e

pertanto consentono il controllo dell’umidità relativa e della purezza, sono:

Sistemi a tutt’aria (si hanno quando si porta aria già pronta e trattata all’interno di un

ambiente)

• Aria primaria (controlla Temperatura, Umidità Relativa e purezza dell’aria)

Questo tipo di impianto si usa dove non c’è bisogno di avere delle regolazioni locali

differenziate (in luoghi dove ci sono molte persone)

Sistemi misti aria-acqua (si porta negli ambienti aria già pronta e trattata attraverso una

macchina che permette di personalizzarne la regolazione)

• Ventilconvettori + aria primaria (controlla UR e purezza dell’aria)

• Pannelli radianti + aria primaria (controlla UR e purezza dell’aria)

Impianto a tutt’aria a portata costante monocondotto (Unità di Trattamento dell’Aria –

UTA)