La luce naturale nell`architettura

Il consumo di energia negli edifici
La luce naturale nell'architettura
I problemi
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
200
164,4
Surriscaldamento estivo e insolazione diretta
127,3
150
Abbagliamento
90,7
Continua variazione di intensità
77
100
81,3
80,3
72,2
56,3
Impossibilità di controllare le ombre
40,3
Perdite di calore attraverso le finestre (consumi energetici maggiorati)
50
15,7
15,7
11,2
Carenza di controllo
0
Eccessivi condizionamenti sulla progettazione
Residenze
Uffici
Infiltrazioni di aria
Negozi
Riscaldamento
Industrie
Scuole
Ospedali
Illuminazione
Inadeguata penetrazione in profondità della luce
Rischi di condensa sui vetri
¾ Ostruzioni esterne
ll risparmio di energia
0,5
I vantaggi
¾ Benefici psicologici ed emotivi per le persone
¾ Variabilità
¾ Preferenza per la luce naturale da parte degli occupanti
¾ Effetti direzionali e "modelling"
¾ Riduzione dei consumi energetici
¾ Soleggiamento
¾
Guadagni solari passivi durante l'inverno
35
30
0,45
30
0,4
0,36
30
0,3
25
15
20
15
0,2
15
0,1
0,09
10
0,06
0
5
0
Uffici
Fabbriche
Valore assoluto (mtec)
Scuole
Ospedali
Valore percentuale
La dimensione della superficie vetrata
0,3
0,25
0,2
Illuminazione
Raffrescamento
Riscaldamento
Illum. + Risc
Totale
0,15
¾ Livello di illuminamento
¾ Uniformità di illuminamento
¾ Fenomeni di abbagliamento
¾ Rapporti di luminaza tra le superfici
¾ Direzione di provenienza della luce
¾ Visibilità dell'esterno
¾ Privacy
0,1
0,05
0
La luce naturale: i parametri di controllo
¾
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Illuminazione
Riscaldamento
Raffresamento
Illum. + Risc.
totale
Condizioni: facciata a Sud, profondità ambiente = 2 x Hfin, 300 lux, guadagni termici interni: 15 W/m2, clima centro europeo
Colore della luce e delle superfici dell'ambiente
Livello di illuminamento
Acutezza
visiva
luminanza (cd/m2)
Prestazioni
visive
Prestazioni
visive
Livello di illuminamento (lux)
4
3
2
1
anziani
media età
giovani
0
Livello di illuminamento (lux)
Abbagliamento
Riflessioni abbaglianti
Normali compiti visivi orizzontali
Videoscrittura
Rapporti di luminanza nel campo visivo
H ≥ D/2
Privacy
Tipo di relazione visiva
Dall’esterno verso l’interno
Dall’interno verso l’esterno
Da interno a interno
Calcolo del fattore medio di luce diurna
Vista dell’esterno
FLD m =
A f tε
S tot (1 − rm )
Af è la superficie vetrata della finestra (m2);
t è il coefficiente di trasmissione luminosa del vetro;
ε è il fattore finestra,;
Stot è l'estensione complessiva delle superfici che delimitano l'ambiente interno (compresa la superficie delle finestre) (m2)
rm è il coefficiente medio pesato di riflessione luminosa delle superfici interne.
Calcolo della superficie vetrata Af
(Quando non sia nota la superficie precisa dell’area vetrata dell’infisso)
Af = 0,75 · Ai
• Ai = area totale dell’infisso
Calcolo del coefficiente di trasmissione luminosa del vetro t
t = 0,9· τ
Calcolo del fattore finestra ε
1 − senα
ε=
2
dove α è l'angolo piano di altitudine che sottende la parte ostruita di cielo
(figura 1).
Nel caso di ostruzioni collocate nella parte alta del panorama, si può invece
impiegare la seguente relazione:
senα 2
ε=
2
dove α2 è l'angolo piano che sottende la parte visibile di cielo (figura 2).
Nel caso infine di ostruzioni che occupano sia la parte alta che quella bassa
del panorama si devono combinare le due espressioni.
ε=
senα 2 − senα
2
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
0.0 11.3 21.8 31.0 38.7 45.0 50.2 54.5 58.0 60.9 63.4 65.6 67.4 69.0 70.3 71.6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3
α (gradi)
(H-h)/La
H-h
H
α
h
La
Valore del fattore finestra ε per ostruzioni poste di fronte alla finestra del
locale considerato.
50.0
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
0.0 11.3 21.8 31.0 38.7 45.0 50.2 54.5 58.0 60.9 63.4 65.6 67.4 69.0 70.3 71.6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3
α2 (gradi)
H/L
α2 H
L
Valore del fattore finestra ε per ostruzioni "a loggia".
Relazione tra superficie in pianta dell’ambiente e
superficie della finestra (rapporto illuminante)
• ambiente di forma cubica e lato "a" (Stot = 6a2)
• privo di ostruzioni esterne (ε = 50%)
• coefficiente medio di riflessione luminosa rm pari a 0,6 (pareti chiare,
pavimento scuro e mobilio)
• vetrocamera chiaro (t = 0,8).
2=
A f ⋅ 0,8 ⋅ 50
1 2
a
8,3 ,
⇒ Af =
6a (1 − 0,6)
2
Relazione tra superficie in pianta dell’ambiente e
superficie della finestra (aerazione naturale)
• Ventilazione assicurata dalla sola permeabilità all'aria degli infissi
• locale di altezza 2,7 metri e pianta Sp
• sito sulla fascia costiera fino a 800 m s.l.m
n=
qs S
V
 m3 
 3 
 hm 
n = numero di ricambi d'aria all'ora (m3/hm3)
qs = portata d'aria dell'infisso chiuso per m2 di superficie apribile (m3/hm2)
S = superficie apribile dell'infisso (m2)
V = volume del locale (m3).
Se il locale è sotto un balcone profondo 2 metri:
 m3
q s = a ⋅ p c0, 66 
2
 hm
A f ⋅ 0,8 ⋅ 35
1 2
⇒ Af =
a
2= 2
5,8 ,
6a (1 − 0,6)
Se il locale è ostruito da un edificio frontale di altezza pari alla distanza tra
le facciate:
2=
A f ⋅ 0,8 ⋅ 14,6
6a 2 (1 − 0,6 )
⇒ Af =
1 2
a
2,4 ,
Se, oltre ad avere una finestra completamente non ostruita, il locale è caratterizzato da superfici interne chiare e da vetro semplice pulito:
2=
A f ⋅ 0,9 ⋅ 50
6a 2 (1 − 0,7 )
⇒ Af =
1 2
a
12,5
¾ La regola del rapporto illuminante è estremamente
limitativa ed è coerente con la specifica sul fattore
medio di luce diurna solo in pochi casi particolari.



per infissi di:
classe A1: a = 1,47;
classe A2: a = 0,73;
classe A3: a = 0,23.
Quindi, per infisso di classe A1 (minore tenuta all'aria) posto ad un'altezza
minore di 10 metri sopra il piano del terreno, con facciata non protetta (pc =
20 Pa), si ottiene:
1,47 ⋅ 20 0, 66 S
1
Sp
⇒S =
0,5 =
2,7 S p
7,9
Per infisso di classe A2:
0,5 =
0,73 ⋅ 20 0,66 S
1
Sp
⇒S =
2,7 S p
3,9
Per infisso di classe A3:
0,5 =
0, 23 ⋅ 20 0 ,66 S
1
Sp
⇒S=
2,7 S p
1, 2
Definizione del locale campione
Uniformita’ dell’illuminamento naturale
P/L + P/H < 2/(1-δm)
dimensioni: 3 (larghezza) x 4,7 (profondità) x 2,7 (altezza);
finestra: 1,4 x 1,4 m centrata;
davanzale: 0,9 m;
r muri: 75%;
r soffitto: 75%
r pavimento: 40%
r suolo esterno: 0%
t vetro: 80%;
altezza piano di calcolo/misura: 0,8 m;
spessore muri esterni: 0,3 m;
FLD m =
P = profondità della stanza;
L = larghezza della stanza;
H = altezza dal pavimento del bordo superiore della finestra;
δm = coefficiente medio di rinvio delle superfici interne nella metà
dell’ambiente più distante dalla finestra.
A f ⋅ t ⋅ ε ⋅ ψ 1,9 ⋅ 80 ⋅ 0,48 ⋅ 0,86
=
= 2,9 %
S tot ⋅ (1 − rm )
69,78 ⋅ 0,32
4,7 m
2/3
FLD (%)
1/2
1/3
18
16
14
12
2,7 m
10
8
6
4
2
0
4.5
4.11
3.72
3.33
2.94
2.55
2.15
1.76
Distanza dalla finestra (m)
1/2
Valore del fattore di luce diurna in asse alla finestra:
a 1/3 della profondità dell'ambiente:
a 1/2 della profondità dell'ambiente:
a 2/3 della profondità dell'ambiente:
3.29 %
1.72 %
1.25 %
1/3
1.37
0.98
0.59
0.2