La luce naturale come materiale per l`architettura degli ambienti

Arquiteturarevista
ISSN: 1808-5741
[email protected]
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
Brasil
Lo Verso, Valerio R. M.
La luce naturale come materiale per l'architettura degli ambienti confinati
Arquiteturarevista, vol. 2, núm. 2, julio-diciembre, 2006
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
São Leopoldo, Brasil
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193616283004
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Arquitetura Revista v. 2 nº 2, jul-dez 2006
La luce naturale come materiale per l’architettura degli ambienti confinati
Valerio R.M. Lo Verso1
La memoria descrive il ruolo centrale che la luce naturale ha acquisito nell’ambito del
progetto di architettura nel corso degli ultimi anni, diventando essa stessa un materiale
per l’architettura. Le strategie di progetto devono essere finalizzate da un lato alla
prestazione e al comfort termico e visivo e al contenimento dei consumi energetici,
dall’altro delle scelte di materiali idonei per la realizzazione delle strategie. Tali
strategie e materiali devono essere impostati fin dalle prime fasi del percorso
progettuale per risultare pienamente efficaci, risultando dunque intrecciati alle altre
componenti del progetto architettonico, da quelle formali-compositive a quelle tecniche
a quelle impiantistiche. Nella memoria vengono descritti brevemente gli strumenti che i
progettisti hanno a disposizione nelle fasi successive del percorso progettuale per
prevedere e verificare la validità di una soluzione di daylighting: simulazioni numeriche
computerizzate o simulazioni fisiche su modello in scala, in cielo reale o in cieli
artificiali. La memoria presenta inoltre alcuni sistemi di controllo dell’illuminazione
naturale di tipo innovativo, legati all’integrazione fra componente trasparente e
schermante a costituire un unico “sistema finestra” integrato con le varie funzioni
dell’edificio e con le soluzioni impiantistiche e in grado di esercitare un controllo sia
sull’ingresso di luce naturale, sia sul guadagno termico passivo attraverso la riflessione,
la diffusione, la rifrazione e la diffrazione della luce. Infine, vengono riassunti i risultati
di uno studio sperimentale mirato all’analisi comparativa delle prestazioni termiche e
luminose di alcune tipologie di schermi interni di maggior impiego nel terziario, quali
tende in tessuto filtrante, veneziane microforate e pellicole.
Palavras-chave: progetto di architettura, materiale per l'architettura, contenimento dei
consumi energetici
Daylight as material for architectural indoor design
The paper is focused on the major role played by daylighting within the architectural
design; daylight has become over last years an architectural “material” itself.
Daylighting strategies need to be aimed at providing user with visual and thermal
performance and comfort and obtaining energy savings. The choice of suitable materials
to realize such strategies is a major concern as well. The definition of design strategies
and materials has to be addressed since the early stage of design, together with the other
components of architectural design, from the formal ones to the technical ones to the
ones connected to HVAC systems. The paper describes in short the approaches
designers can rely on through the different design stages to predict the impact and
efficiency of a design hypothesis: numerical simulation based approach and physical
simulation approach through scale models, under real sky conditions or sky simulators.
Furthermore, the paper presents some innovative typologies of daylighting systems,
related to the integration transparent – shading component so hence to form one only
“window system” connected to building’s other functions and plants and able to control
both daylight admittance and passive solar gains. Such systems are daylighting
reflecting or re-directing or diffusing or refracting systems. Eventually, the results of an
experimental study are briefly summarized. This was aimed at comparing thermal and
luminous performances of some innovative typologies of internal shading systems,
more widely used in commercial buildings, such as curtains, micro-perforated Venetian
blinds or films.
Key words: architectural design, architectural materials, energy saving
Introduzione
Nel corso dell’ultimo decennio, gli orientamenti normativi hanno conferito una
crescente importanza alla disponibilità di luce naturale all’interno degli ambienti interni,
in ambito tanto italiano quanto internazionale (europeo e nordamericano soprattutto). A
titolo di esempio, si possono citare a livello nazionale italiano i Decreti Legislativi n°
626 del 1994 (DL, 1994) e n° 242 del 1996 (DL, 1996), di integrazione al precedente,
relativi alle condizioni ambientali per la salute e per la sicurezza negli ambienti di
lavoro, le norme tecniche dell’Ente Nazionale Italiano di Unificazione, quali la UNI
10530 “Sistemi di lavoro e illuminazione” (UNI, 1997), la UNI 10840 “Locali scolastici
– Criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale” (UNI, 2000) e la UNI EN
ISO 9241-6 “Requisiti ergonomici per il lavoro in ufficio con videoterminali (VDT)”
(UNI, 2001), nonché la stessa Legge 10/91 (DL, 1991) sul risparmio energetico, mentre
a livello europeo è attualmente in fase di revisione e di prossima pubblicazione la norma
PrEN 15193 “Energy performance of buildings – Energy requirements for lighting”
(CEN, 2006), primo tentativo di organizzare in uno stesso standard requisiti inerenti la
luce naturale e i relativi consumi di energia e potenziali risparmi energetici. In tutti i
testi citati si evidenzia il ruolo fondamentale dell’illuminazione naturale ai fini del
raggiungimento di condizioni ambientali più confortevoli (comfort visivo e termico) e
di riduzioni dei consumi energetici.
La luce naturale riveste sempre più, dunque, un ruolo centrale nel progetto
architettonico, diventando essa stessa un materiale per l’architettura, al pari di altri
materiali che vengono impiegati per definire gli involucri degli ambienti interni, dalle
facciate alle coperture alle divisioni interne. Ambienti di lavoro e di vita illuminati
naturalmente risultano dinamici nel tempo e vengono giudicati più stimolanti e
produttivi dagli utenti che, mantenendo un contatto con il mondo esterno, percepiscono
il trascorrere delle giornate, l’alternarsi delle stagioni e i cambiamenti climatici. La
sensazione di interesse e piacevolezza viene accresciuta da altre qualità intrinseche della
luce naturale, quali la resa cromatica e la capacità di far percepire i contrasti luminosi e
le luminanze delle diverse superfici. Oltre a vantaggi di natura psico-fisiologica,
altrettanto importanti sono le potenzialità dell’illuminazione naturale in termini di
strategie di risparmio energetico: un consapevole uso della luce solare, risorsa gratuita, è
alla base della riduzione dei consumi energetici legati agli impianti di illuminazione
artificiale e di condizionamento per il raffrescamento estivo.
La disponibilità di daylight, tuttavia, non deve essere incontrollata, guidata cioè
dall’idea che massimizzare la quantità di luce naturale in ambiente comporti la
corrispondente ottimizzazione dei benefici per gli utenti, con migliori condizioni di
comfort visivo. Un eccessivo e non consapevole ingresso di luce naturale può
comportare infatti svantaggi notevoli: surriscaldamento delle zone in prossimità delle
finestre in periodo estivo; fenomeni di abbagliamento a causa della visione diretta del
sole (o di porzioni di cielo ad elevata luminanza) o di riflessioni su superfici lucide
(particolarmente problematici risultano gli schermi dei videoterminali); distribuzione di
luce naturale non uniforme nell’ambiente (grande quantità di luce concentrata nelle
zone prossime alle superfici finestrate, mentre il retro del locale rimane buio,
richiedendo comunque l’accensione degli apparecchi di illuminazione artificiale). Si
vengono a creare pertanto condizioni di discomfort per gli utenti, di natura sia termica,
sia visiva, che si traducono in maggiori consumi energetici e costi di gestione.
Il progettista si ritrova pertanto a dover definire da un lato delle strategie di progetto
finalizzate al comfort e alla prestazione termica e visive e al contenimento dei consumi
energetici, dall’altro delle scelte di materiali idonei per la realizzazione delle strategie.
Tali strategie e materiali devono essere impostati fin dalle prime fasi del percorso
progettuale per risultare pienamente efficaci, risultando dunque intrecciati alle altre
componenti del progetto architettonico, da quelle formali-compositive a quelle tecniche
a quelle impiantistiche.
Il progetto della luce naturale
Come materiale di progetto, la luce naturale si rivela di difficile trattazione e previsione:
di conseguenza, se da un lato l’incremento della presenza di luce naturale all’interno
degli edifici è raccomandato anche da un punto di vista normativo, dall’altro va
sottolineato come la previsione in sede progettuale delle condizioni di illuminazione
(valori di illuminamento, distribuzione di luminanza) risulti nella pratica difficoltosa.
Questo aspetto è legato in parte alla natura stessa della luce solare, dinamica ed
irregolare che, a differenza di quella artificiale, non può essere facilmente simulata,
variando essa sia in distribuzione sia in intensità in funzione del clima, delle stagioni e
dei diversi momenti della giornata, e in parte alla carenza di strumenti di simulazione
semplici ed accurati, in grado di tener conto tanto della natura dinamica della luce
naturale quanto della complessità delle prestazioni di taluni componenti di
illuminazione naturale o di controllo. La conseguenza è che raramente le scelte
progettuali tengono conto fin dalle prime fasi di progetto delle strategie di daylighting.
Durante le fasi successive del percorso progettuale, il progettista ha a disposizione due
strumenti per prevedere e verificare la validità di una soluzione di daylighting:
simulazioni numeriche computerizzate o simulazioni fisiche su modello in scala, in
cielo reale o in cieli artificiali (Pellegrino e Lo Verso, 2004; AIDI, 2003).
Nel corso degli ultimi anni, sono stati sviluppati diversi e sempre più specifici software
di simulazione illuminotecnica, mirati al calcolo delle distribuzioni spaziali di
illuminamenti e luminanze e alla visualizzazione dell’ambiente luminoso progettato per
mezzo di rendering foto-realistici (Figura 1). Per mezzo di algoritmi di calcolo basati sul
ray-tracing (o backward ray-tracing) o sulla radiosity, viene riprodotta con un buon
grado di accuratezza l’interazione fotometrica fra luce, forme, superfici e materiali
dell’ambiente costruito.
Figura 1. Visualizzazione di un rendering e dei risultati quantitativi calcolati con un
programma di simulazione numerica in relazione alla distribuzione di luce naturale
all’interno di un’aula scolastica.
Lo studio delle condizioni di illuminazione naturale su modello in scala rappresenta
un’alternativa alla progettazione computerizzata: i modelli in scala, da sempre parte
integrante della pratica progettuale, sono spesso utilizzati dagli architetti per analizzare
le soluzioni ideate su una rappresentazione spaziale planivolumetrica tridimensionale.
Se il modello è accurato da un punto di vista fotometrico, le quantità e le distribuzioni di
luce naturale misurate e direttamente osservate nel modello sono del tutto coerenti con
le quantità e le distribuzioni di luce naturale dell’edificio reale. Le analisi possono
essere condotte in cielo reale o all’interno di cieli artificiali, vale a dire laboratori dove
per mezzo di sorgenti di luce artificiale vengono riprodotte le caratteristiche
fotometriche della luce sia diretta del sole, sia diffusa della volta celeste. Tali strutture
offrono il vantaggio di scegliere e ripetere volute condizioni di riferimento e di poter
quindi confrontare diverse soluzioni progettuali (diverse forme e tecnologie di superfici
finestrata e elementi di schermatura) sotto le stesse condizioni di contorno. Attraverso
modelli in scala di crescente livello di precisione e dettaglio, diventa possibile prevedere
la dinamica su scala urbana delle ombre portate da gruppi di edifici oppure la dinamica
della penetrazione solare in ambienti interni (nonché i livelli e la distribuzione della luce
diffusa dalla volta), o ancora le prestazioni ambientali di componenti schermanti o
trasparenti. In Figura 2 sono riportate alcune immagini realizzate presso il laboratorio
con sole e cielo artificiali del Politecnico di Torino (Aghemo et al., 2002; Lo Verso,
2002).
L’approccio basato su programmi di simulazione numerica è divenuto largamente
utilizzato nella comunità illuminotecnica scientifica internazionale, in virtù di
caratteristiche quali i ridotti tempi di simulazione (soprattutto quando vengono utilizzati
software semplificati), la rapidità di cambiamento di una condizione prima di lanciare
una nuova simulazione, gli output numerici e di rendering disponibili e i contenuti costi
di simulazione. Anche i più sofisticati software, tuttavia, trovano poca diffusione nella
progettazione comune, sia per l’elevato grado di complessità legato al loro utilizzo (in
relazione ai software più sofisticati), sia per le limitazioni di cui ancora risentono, in
relazione al numero di condizioni di cielo disponibili o nella limitata capacità di
riprodurre con accuratezza le proprietà ottiche e cromatiche di alcuni materiali
(soprattutto i programmi semplificati).
L’approccio basato su modelli in scala, invece, offre la possibilità di usare materiali
reali (ad esempio i vetri), di vedere direttamente l’ambiente luminoso progettato e di
poter simulare un maggior numero di condizioni di cielo. Tuttavia, occorre sottolineare
come i costi e i tempi connessi alla realizzazione dettagliata di modelli in scala di edifici
complessi e al trasporto nei centri presso i quali sono operativi cieli artificiali e la
difficoltà a scalare alcuni materiali innovativi possano ridurre in alcuni casi l’effettiva
applicabilità di questo approccio.
Figura 2. Visualizzazioni dell’ambiente luminoso all’interno di modelli in scala (in
senso orario, partendo da in alto a sinistra): un ufficio ipogeo illuminato per mezzo di
un camino di luce speculare, studio; la copertura a griglia per l’ampliamento dei Musei
Capitolini in Roma, progetto realizzato; la “serra” per il liceo della comunicazione a
Sangano (Torino), progetto in fase di realizzazione; sistema a lamelle fisse per la
copertura della nuova sede SACMI a Imola (Bologna), progetto realizzato. Tutte le
immagini sono state realizzate presso il laboratorio con sole e cielo artificiale a porzione
di volta del Politecnico di Torino.
Materiali per l’architettura della luce naturale
Il livello di complessità dell’approccio al progetto dell’illuminazione naturale risulta
ulteriormente incrementato in funzione dell’evoluzione di cui è stato oggetto il “sistema
finestra”. Nell’architettura contemporanea, l’industrializzazione edilizia e l’innovazione
tecnologica hanno portato a sviluppare sempre più dei sistemi di controllo
dell’illuminazione naturale di tipo innovativo, in grado di esercitare un controllo sia
sull’ingresso di luce naturale, sia sul guadagno termico passivo. L’elemento finestrato
viene a caratterizzarsi come elemento multi-funzionale integrato, composto da un
insieme di componenti ognuno dei quali preposto al controllo distinto di una funzione:
ventilazione, controllo solare, vista verso l’esterno, quantità e distribuzione della luce
naturale trasmessa. Fra questi materiali, alcuni sono a comportamento passivo, in
quanto variano le proprie prestazioni termiche e ottiche in funzione dei parametri di
intensità luminosa e temperatura, mentre altri sono a comportamento attivo, in quanto le
prestazioni sono variabili attraverso dispositivi impiantistici. L’elemento di involucro
trasparente viene ad essere gestito in modo integrato con le varie funzioni dell’edificio e
con le soluzioni impiantistiche.
Sono dunque presenti sul mercato nuovi materiali, singoli o compositi, in grado di
garantire, sfruttando la riflessione, la diffusione, la rifrazione e la diffrazione della luce,
prestazioni elevate in termini di schermatura degli ambienti interni; al massimo del loro
rendimento, tuttavia, tali sistemi possono penalizzare, fino ad annullarla, la vista verso
l’esterno. Il loro impiego deve quindi essere regolato dal compromesso fra questi due
requisiti (schermatura e vista verso l’esterno). La funzione di schermatura deve essere a
sua volta un compromesso fra due obiettivi opposti: la minimizzazione fino
all’annullamento della trasparenza alla componente solare diretta, responsabile dei
surriscaldamenti estivi e degli abbagliamenti invernali, a la massimizzazione della
trasparenza alla componente diffusa della volta celeste, che non causa discomfort visivi
e termini e permette di ridurre la frazione di luce artificiale da impiegare.
Gli elementi che costituiscono un sistema finestra integrato possono essere
schematizzati in:
•
•
•
•
· componente trasparente
· componente schermante
· componente di conduzione della luce (camini e condotti di luce; atri e gallerie
luminose; condotti ad ottica anidolica)
· componenti impiantistici integrati (integrazione luce naturale – luce artificiale ;
ventilazione attiva–passiva-ibrida)
In relazione alle principali funzioni di controllo (quantità, distribuzione e colore della
luce in ambiente, radiazione solare diretta, luminanza della superficie vetrata), le
prestazioni fornite dalle differenti tipologie di componenti trasparenti e schermanti in
termini di quantità e qualità di luce trasmessa variano in maniera significativa. Tali
prestazioni vengono solitamente caratterizzate attraverso una serie di parametri: fattore
di trasmissione luminosa, fattore di riflessione luminosa, temperatura di colore correlata
e indice di resa cromatica della luce naturale trasmessa, modalità di trasmissione e
riflessione (speculare, diffondente o intermedia) e, per elementi schermanti, fattore di
apertura (openness factor) e fattore di ombreggiamento luminoso nel campo
illuminotecnico; fattore di trasmissione solare, fattore di riflessione solare, fattore di
trasmissione solare globale, trasmittanza termica nel campo termico.
Nei paragrafi successivi è riportata una sintetica descrizione di componenti trasparenti e
schermanti: essa è il risultato di una ricerca analitica e di una catalogazione dei sistemi
attualmente disponibili sul mercato o prossimi ad esservi inseriti (essendo ad una fase di
prototipizzazione) contenuta estensivamente nel volume curato dagli Autori “Guida alla
progettazione dell’illuminazione naturale” pubblicato dalla Associazione Italiana di
Illuminazione – AIDI (AIDI, 2003). La Figura 3 illustra una scheda-tipo tra quelle
presenti nel manuale.
Figura 3. Esempio di scheda relativa al componente schermante (AIDI, 2003).
Componente trasparente: tipologie di elementi innovativi
Vetri cromogenici (fotocromici, termocromici, elettrocromici, a cristalli liquidi)
(Figura 4). Hanno come caratteristica principale la capacità di modificare le proprietà
ottiche (trasmissione luminosa e solare) in conseguenza della variazione (sempre
reversibile) di un campo elettrico (cristalli liquidi e elettrocromici), dell’intensità
luminosa incidente (cristalli fotocromici) o della temperatura (cristalli termocromici). I
vetri fotocromici e termocromici sono pertanto dispositivi autoregolanti in funzione
delle condizioni al contorno, mentre i vetri elettrocromici e a cristalli liquidi, attivati
elettricamente, richiedono una regolazione da parte dell’utenza.
Film olografici HOE (Holographic Optical Element) (Figura 5). Sono componenti
ottici passivi, integrati nelle lastre di vetro, in grado di diffrangere i raggi solari
trasmessi secondo una direzione prestabilita, definita sulla base dei percorsi solari
caratteristici della zona considerata. Il comportamento nei confronti della radiazione
solare incidente è di tipo selettivo: questa risulta diffratta in maniera diversa in funzione
della lunghezza d’onda o dell’angolo con cui incide sulla pellicola. I reticoli a selettività
spettrale hanno la caratteristica di riflettere la radiazione infrarossa (in maniera del tutto
analoga ai vetri riflettenti), e al tempo stesso di trasmettere la maggior parte della
radiazione luminosa, determinando pertanto livelli elevati di illuminazione naturale e
ridotti carichi termici all’interno dell’edificio. I reticoli a selettività angolare sono
invece in grado di variare l’entità dei guadagni solari, orari o stagionali, riducendo la
trasmissione solare in estate (angoli di incidenza minimi) e mantenendola invece alta in
periodo invernale (angoli di incidenza massimi).
Pannelli prismatici (Figura 6). Costituiti da una sottile griglia di prismi trasparenti in
materiale acrilico rifiniti a dente di sega, vengono prodotti con diverse inclinazione dei
denti, a cui corrispondono diversi angoli di rifrazione della luce incidente e spesso sono
parzialmente rivestiti di una pellicola argentata riflettente, ad altissima riflessione
luminosa. Duplice è l’azione svolta: schermatura della radiazione solare diretta, riflessa
verso l’esterno, e trasparenza alla luce naturale diffusa proveniente dalla volta celeste
(soprattutto dalle zone dello zenit), rifratta e re-direzionata in direzione del soffitto e
quindi, per riflessione secondaria, verso la parte di ambiente più lontana dalle finestre I
pannelli prismatici, pur risultando trasparenti, distorcono l’immagine vista attraverso di
essi: occorre dunque prevedere altre superfici finestrate per garantire all’interno una
corretta e fruibile visione degli spazi esterni.
Pannelli laser-cut (Figura 7). Si tratta di un sistema per ridirezionare la luce naturale
costituito da sottili pannelli in materiale acrilico trasparente (PMMA) in cui vengono
praticate delle incisioni con un raggio laser. L’efficienza del sistema nel trasmettere (per
rifrazione) la luce solare è molto alta. Se i pannelli sono montati verticalmente (con
incisioni orizzontali), la luce solare incidente con angoli superiori ai 30° viene
praticamente interamente riflessa verso l’esterno, mentre al di sotto dei 20° viene rifratta
verso il soffitto e quindi verso la parte di ambiente più lontana dalle finestre. Questo
permette di ridurre la radiazione solare trasmessa in ambiente in periodo estivo
ottimizzando invece la quota parte trasmessa in periodo invernale. Anche per i pannelli
montati orizzontalmente (nella forma di lamelle orizzontali o di veneziane) è elevata la
frazione di radiazione solare riflessa esternamente. Permettono la vista verso l’esterno
(la distorsione è minima), ma la loro posizione ottimale è sopra l’altezza degli occhi, in
modo da evitare possibili abbagliamenti.
Figura 4. Applicazione di vetri a cristalli liquidi: nella condizione di campo elettrico
attivo risulta pregiudicata la vista verso l’esterno.
Figura 5. Involucro trasparente realizzato mediante vetri con pellicola olografica.
Figura 6. Principio di funzionamento e applicazioni di pannelli prismatici (sede Unesco
a Genova, progetto di R. Piano).
Figura 7. Applicazione di pannelli laser-cut ad ambienti scolastici (South State School
at Brisbane – Australia).
In Figura 8 è riportata una matrice di confronto prestazionale dei componenti trasparenti
sopra citati.
Figura 8. Matrice sistemi di controllo della luce naturale: componenti trasparenti.
Componente schermante: tipologie di elementi innovativi
Tende. Si tratta di elementi schermanti tradizionali, realizzati in diversi materiali
(stoffa, tessuti acrilici, materiali plastici - PVC), morbidi o a pannelli rigidi, che
determinano un oscuramento maggiore o minore in funzione del fattore di apertura.
Innovativi sono piuttosto alcuni campi di applicazione, quali ad esempio l’inserimento
di tende in vetrocamera o come pacchetto integrato con altre tipologie di serramenti o di
schermature. Ad esempio, sono funzionali in abbinamento ad aggetti orizzontali, per
schermare la radiazione solare diretta nei periodi dell’anno (inverno) in cui questi
sistemi risultano inefficienti (rispetto alla posizione del sole basso sull’orizzonte): con
questa finalità vanno applicate a facciate esposte a sud. Tecnologie più sofisticate
prevedono la dotazione di un meccanismo di controllo automatizzato che modifica
dinamicamente la posizione delle tende in base alle condizioni di irraggiamento solare.
Tende veneziane (Figura 9). Anche in questo caso, non è il sistema di controllo in sé ad
essere innovativo, ma alcune applicazioni ad esso legate: ad esempio l’inserimento in
vetrocamera o come elemento schermante inserito in intercapedine in facciate a doppia
pelle. Veneziane di tipo innovativo sono dotate di lamelle rifinite superiormente in
materiale riflettente, con la funzione (analoga a quella di un light-shelf) di ridirezionare
la radiazione solare verso il soffitto e quindi in ambiente come luce diffusa. In altri
modelli la riflessione è di tipo speculare nella parte superiore della finestra e di tipo
diffondente nella parte inferiore, per evitare possibili problemi abbagliamento. Le
lamelle possono essere trasparenti, realizzate in materiale prismatico diffondente, al fine
di aumentare l’ingresso di luce naturale in ambiente come luce diffusa, uniforme e non
abbagliante. Nuovi sistemi di veneziane sono caratterizzati da profili curvi o a prisma
per ottimizzare le direzioni di riflessione. Il sistema con veneziana selettiva, ad esempio,
è un sistema fisso costituito da lamelle schermanti a tre facce in alluminio altamente
riflettenti, fisse e curve, sigillate ermeticamente fra due vetri termici chiari. La
particolare forma ed inclinazione delle lamelle permette l’ingresso in ambiente di una
quantità di radiazione solare diretta variabile in funzione dell’altezza del sole
sull’orizzonte: in particolare il sistema risulta opaco ai raggi provenienti dal sole alto nel
cielo (mesi estivi), assorbiti e riflessi verso l’esterno, e trasparente ai raggi provenienti
dal sole basso nel cielo (mesi invernali), rifratti verso il soffitto. Il sistema “a pesce”
(“fish system”) è invece costituito da lamelle orizzontali fisse, a sezione triangolare e
concavità verso l’alto, dal profilo disegnato per limitare abbagliamento e controllare il
ri-direzionamento della luce diffusa.
Frangisole in vetro (Figure 3 e 10). Si tratta di un sistema frangisole esterno composto
da lamelle fisse o mobili realizzate in vetro o in materiale trasparente, regolate
manualmente o in maniera automatizzata. Le lamelle trasparenti solitamente sono
colorate, trattate, rifinite con pellicole per diventare riflettenti: in questo caso, la
pellicola riflettente viene applicata sulla faccia superiore delle lamelle, in modo da
ridirezionare la radiazione solare incidente verso il soffitto e quindi in profondità
dell’ambiente come luce diffusa.
Frangisole con sistema fotovoltaico (Figura 11). Nella struttura del frangisole vengono
inseriti moduli fotovoltaici; l’insieme risultante è indipendente dal fabbricato e può
pertanto essere facilmente inserito in edifici esistenti o di nuova realizzazione. La
massima funzionalità del sistema è ottenuta inclinando opportunamente gli elementi
schermanti, in modo da garantire il miglior compromesso fra le esigenze di ottimizzare
la ricezione dei raggi solari per il maggior numero di ore e di giorni durante l’anno (con
una posizione il più possibile ortogonale rispetto alla radiazione solare incidente) e di
garantire un’efficace azione di ombreggiamento come struttura frangisole continua
opaca. Il comportamento complessivo risulta esaltato se viene realizzata una facciata a
“doppia pelle”, con un livello interno a tenuta rispetto agli agenti atmosferici integrato
da un livello esterno costituito da moduli fotovoltaici opachi. La doppia parete assicura
la ventilazione e la dispersione del calore prodotto dal surriscaldamento dei pannelli
solari.
Figura 9. Schema di veneziane innovative in vetrocamera.
Figura 10. Frangisole mobili in vetro come sistema di schermatura in facciate esposte a
sud.
Figura 11. Frangisole fotovoltaici come sistema di schermatura in facciate esposte a
sud.
In Figura 12 è riportata una matrice di confronto prestazionale dei componenti
schermanti sopra citati.
Figura 12. Matrice sistemi di controllo della luce naturale: componenti schermanti.
Uno studio per la caratterizzazione prestazionale di Sistemi di Schermatura
Interni
Alla necessità, prescritta a livello normativo, di dotare gli ambienti di lavoro di
opportuni sistemi di controllo della radiazione solare e luminosa non seguono, tuttavia,
le relative indicazioni tecniche, in termini da un lato di requisiti prestazionali che il
sistema deve essere in grado di soddisfare, dall’altro di caratterizzazione tecnica che i
produttori di tali dispositivi devono fornire. Anche l’analisi di mercato condotta per la
redazione della citata “Guida alla progettazione dell’illuminazione naturale” (AIDI,
2003) ha evidenziato una mancanza di caratterizzazione tecnica dei componenti e una
scarsità di dati disponibili per i progettisti.
Nel tentativo di supplire a questa carenza di informazioni e al fine di fornire utili
indicazioni progettuali, presso il gruppo di Fisica Tecnica Ambientale del Dipartimento
di Energetica del Politecnico di Torino, nell’ambito di una ricerca finanziata con
l’ausilio anche di alcuni enti privati (Istituti di Credito, Società di consulenza
immobiliare), è stata programmata un’attività sperimentale relativa all’analisi
comparativa delle prestazioni termiche e luminose di alcune tipologie di schermi interni
di maggior impiego nel terziario, quali tende in tessuto filtrante, veneziane microforate e
pellicole, dispositivi di controllo che riducono la luminanza della superficie finestrata
(Aghemo e Serra, 1999). La luminanza di una finestra, sorgente secondaria, è infatti
solitamente molto elevata in assenza di schermo (anche per giornate di cielo coperto),
rappresentando dunque una fonte di possibili abbagliamenti diretti e riflessi, in
particolar modo sugli schermi dei videoterminali.
Attraverso un percorso basato su un’analisi di mercato relativa a sistemi schermanti
interni, simulazioni numeriche e verifiche sperimentali, condotte sia in campo, sia in
laboratorio, è stato possibile redarre un documento per indirizzare la scelta dello
schermo interno più rispondente a requisiti prestazionali quali flessibilità di impiego,
contatto visivo con l’esterno, variazione cromatica della luce, livello di illuminamento,
controllo della luminanza in termini di distribuzione nello spazio e di contrasti di
luminanza su video. Si riportano alcune delle considerazioni emerse a seguito dello
studio e delle sperimentazioni condotte:
•
•
•
•
· le tende filtranti permettono la vista dell’ambiente esterno, ma la trama
(quantificata dal fattore di apertura) e la grammatura modificano notevolmente
la percezione dei dettagli della scena osservata attraverso lo schermo
· la variazione cromatica della luce trasmessa non è significativa se non per
alcuni dei casi analizzati: films polimerici argento/argento e argento/oro
comportano una tonalità di colore decisamente fredda, percepita negativamente
dagli utenti, mentre tende beige, misto beige/bianco o giallo/grigio comportano
una tonalità neutro–calda che risulta, invece, generalmente gradita
· in relazione al livello di illuminamento, le tende non influenzano
significativamente la quantità di luce entrante in ambiente, essendo tutte
regolabili, a differenza delle pellicole, fisse. A livello indicativo si può fissare a
0.3 il valore minimo che deve assumere il coefficiente di trasmissione luminosa
di una pellicola applicata ad un vetrocamera
· in relazione al controllo delle luminanze, i valori più alti del rapporto
luminanza con tenda /luminanza senza tenda si sono verificati con campioni di
colore bianco, mentre valori inferiori hanno caratterizzato campioni beige, grigio
e misto; per campioni dello stesso colore si sono osservate variazioni rilevanti in
relazione al tipo di tessuto, in funzione del tipo di fibra (opaca o lucida), del
peso e del fattore di apertura. Il minore abbattimento di luminanza si ha con i
tessuti del tipo Trevira CS, poliestere e fibra di vetro, mentre la maggiore
presenza di PVC (fibra lucida), a parità di fattore di apertura e di peso, comporta
un valore più elevato di luminanza. Il massimo abbattimento della luminanza si
ottiene con la tipologia dei films polimerici, mentre il comportamento delle
pellicole applicate al vetro varia in funzione del colore e dello spessore.
Massima flessibilità e migliore risposta prestazionale (ma, ovviamente, anche costi più
elevati) si hanno con l’utilizzo di una doppia combinazione di schermi interni quale, ad
esempio, una tenda (a rullo) applicata sulla vetrata, che presenti un buon
comportamento rispetto alle indicazioni sintetizzate in precedenza e un’ulteriore tenda
che permetta il controllo della luminanza nei periodi di forte soleggiamento. Meno
flessibile ma altrettanto efficace può essere l’utilizzo combinato della pellicola applicata
al vetro e di una tenda.
NOTAS
1
NRC (National Research Council Canada). IRC (Institute for Research in
Construction).
REFERÊNCIAS
AGHEMO, C. e SERRA, V. 1999. Schermi interni: prestazioni a confronto. Modulo
(11).
AGHEMO, C.; PELLEGRINO, A. e LO VERSO, V.R.M. 2002. Scale models under an
artificial sky as tool for daylighting design: possible applications. In: ATTI DELLA CIE
LIGHT & LIGHTING 2002 INTERNATIONAL CONFERENCE, Bucarest (Romania),
28-30 novembre 2002.
AIDI - ASSOCIAZIONE ITALIANA DI ILLUMINAZIONE 2003. Guida alla
progettazione dell’illuminazione naturale. Parma, 197 p. [A CURA DI C. AGHEMO e
V.R.M. LO VERSO]
CEN - COMITE EUROPEEN DE NORMALISATION, 2006. European Standard
PrEN 15193 - Energy performance of buildings – Energy requirements for lighting.
Norma europea CEN/TC 169 N 0618, 79 p.
DECRETO LEGISLATIVO N° 10 DEL 9 GENNAIO 1991. Norme per l’attuazione del
Piano Energetico Nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio
energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia. Supplemento Ordinario alla
“Gazzetta Ufficiale” n° 13, Roma, 16 gennaio 1991.
DECRETO LEGISLATIVO N° 626 19 SETTEMBRE 1994. Attuazione delle direttive
89/391/CEE, 89/654/CEE, 89/655/CEE, 89/656/CEE, 90/269/CEE, 90/394/CEE,
90/679/CEE riguardanti il miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori
sul luogo di lavoro. Supplemento Ordinario alla “Gazzetta Ufficiale” n° 265, Roma, 12
novembre.
DECRETO LEGISLATIVO N° 242 19 MARZO 1996. Modifiche ed integrazioni al DL
626, recante attuazione di direttive comunitarie riguardanti il miglioramento della
sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro. Roma.
LO VERSO, V.R.M. 2002. La simulazione dell’illuminazione naturale mediante cieli
artificiali. Genova. Tesi di Dottorato. Facoltà di Ingegneria, Università degli studi di
Genova, 236 p.
PELLEGRINO, A. e LO VERSO, V.R.M. 2004. Daylighting simulations in sky
scanning simulators: application to buildings with repetitive bays. In: ATTI DELLA
CONFERENZA INTERNAZIONALE IESNA 2004 (ILLUMINATING ENGINEERS
SOCIETY OF NORTH AMERICA), Tampa (Florida), USA, 26-29 luglio 2004.
UNI - ENTE NAZIONALE ITALIANO DI UNIFICAZIONE 1997. Norma UNI 10530,
Principi di ergonomia della visione – Sistemi di lavoro ed illuminazione. Milano.
UNI - ENTE NAZIONALE ITALIANO DI UNIFICAZIONE 2000. Norma UNI 10840,
Locali scolastici – Criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale. Milano.
UNI - ENTE NAZIONALE ITALIANO DI UNIFICAZIONE 2001. Norma UNI EN
ISO 9241-6, Requisiti ergonomici per il lavoro in ufficio con videoterminali (VDT).
Milano.