Illuminare le stanze della casa sfruttando la luce naturale

Stanza illuminata dalla luce del sole
Stanza illuminata dalla luce del sole

Accendere e spegnere la luce artificiale in casa finisce per svilire il concetto di luce naturale e aumentare il consumo energetico giornaliero. Quello che il mondo sta vivendo è una sorta di inquinamento luminoso legato all’abuso di lampadine che alterano la quantità di luce nell’ambiente e sviluppano un forte impatto su salute e ambiente.

L’inquinamento luminoso si può definire come una alterazione della quantità naturale di luce presente nell’ambiente esterno. Tutte le luci impiegate a livello domestico (che siano a basso consumo o a LED) e gli impianti di illuminazione pubblica finiscono per modificare l’equilibrio delle funzioni base dell’organismo e impediscono agli animali migratori di mantenere la rotta giusta, senza nemmeno possedere una logica di risparmio.

Le numerose direttive europee e alcune disposizioni locali a riguardo mirano a creare un decalogo di regole per ottimizzare l’uso di luce naturale negli edifici (scuole, uffici, attività e abitazioni) ed evitare un impiego spropositato dell’illuminazione artificiale. In questa direzione, per esempio, la direttiva europea 2002/91/CE sulla certificazione energetica negli edifici rivela tutta l’importanza del calcolo dei consumi legati a riscaldamento e raffrescamento e della stima dei consumi di elettricità ai fini dell’illuminazione.

Luce naturale: come funziona

Il miglioramento del livello dell’illuminazione naturale minima a discapito dell’illuminazione artificiale diventa importante tanto per il benessere fisiologico e psicologico degli individui in relazione dinamica col contesto ambientale quanto per il risparmio energetico.

Il parametro che qualifica il livello d’illuminazione naturale si chiama “fattore di luce diurna medio” o FLDm ovvero il rapporto fatto contemporaneamente tra il livello di illuminamento in un punto posto su di un piano orizzontale sotto l’intero emisfero celeste in assenza di ostacoli e l’irraggiamento solare diretto.

L’esistenza di un tale requisito risulta necessario per sfruttare appieno la luce diurna, rendere più gradevoli gli ambienti e contenere i consumi di energia elettrica.

Si stima che per ottenere una buona illuminazione naturale diretta, l’aerea della fonte di luce dovrebbe rispettare un preciso calcolo di luce naturale per ogni stanza (circa 10-12 % di quella del pavimento). Questa regola generale non segue un rapporto di tipo proporzionale, considerando che il raddoppiamento della superficie di una finestra corrisponde a un aumento di luminosità dell’ambiente pari solo al 60%.

Metodi ed esempi di calcolo del “fattore di luce diurna medio”

Il livello di prestazione richiesto può essere raggiunto attraverso due tipi di percorsi:

Soluzione conforme

Il calcolo della giusta luce naturale di una stanza passa attraverso l’analisi e il rispetto di alcune condizioni:

  • Il rapporto di illuminazione fra superficie dell’apertura al netto di velette, pilastri o colonne che riducono l’effettiva superficie illuminante e la superficie del pavimento deve essere maggiore o uguale a 1/8 (Ri ≥ 1/8);
  • Le superfici vetrate devono possedere coefficienti di trasparenza maggiori di  0,7;
  • Circa ¾ della profondità dello spazio, misurata perpendicolarmente al piano della parete finestrata, deve essere minore o uguale a 2,5 volte l’altezza dal pavimento all’architrave dell’apertura illuminante;
  • Le finestre che si affacciano sotto i porticati devono possedere un rapporto di illuminazione calcolato con riferimento alla superficie del pavimento e alla quota di superficie del porticato prospiciente l’ambiente stesso;
  • Le finestre con superficie trasparente interrotta da balconi o aggetti di profondità superiore a 1 m devono riferire un rapporto calcolato in base alla dimensione della superficie illuminante e un’aggiunta di 0,05 m² ogni 5 cm di ulteriore aggetto oltre 1 m;
  • Le finestre che si affacciano esclusivamente su cortili devono rispettate anche altre condizioni: ¾ dell’area dei cortili, defalcata la proiezione orizzontale di balconi o altri aggetti, deve risultare maggiore a 1/5 della somma delle superfici delle pareti delimitanti il cortile; ¾ dell’altezza massima delle pareti che delimitano il cortile deve risultare inferiore o uguale a 1,5 volte la media delle distanze fra le pareti opposte; ¾ della distanza normale minima da ciascuna finestra al muro opposto deve essere maggiore di 6 m.

Metodo di calcolo

Il metodo di calcolo è un ulteriore sistema per ottenere il requisito necessario a garantire una luce naturale ottimale. Il metodo alternativo può essere applicato solo in caso di:

  • ¾ di spazi di forma regolare con una profondità misurata perpendicolarmente al piano della parete finestrata minore o uguale a 2,5 volte l’altezza dal pavimento del punto più alto della superficie trasparente dell’infisso;
  • ¾ finestre verticali a parete;
  • Per spazi con due o più finestre bisogna calcolare il valore di fattore medio di luce diurna (FLDm) di ogni finestra per poi sommare i risultati ottenuti.

Il rispetto dei suddetti requisiti permette il calcolo del valore FLDm mediante la seguente relazione:

Calcolo della luce naturale
Calcolo della luce naturale

Solo per semplificare: A f è la superficie dell’apertura (m²); t è il coefficiente di trasmissione luminosa del vetro; ε è il rapporto tra illuminamento della finestra e radianza del cielo; S tot è l’estensione complessiva delle superfici che delimitano l’ambiente interno e r m è il coefficiente medio pesato di riflessione luminosa delle superfici interne.

Come si diffonde la luce naturale

Ma come penetra la luce? La luce naturale si diffonde negli edifici attraverso tre modalità diverse e separate:

  • Illuminazione laterale o sidelighting che proviene dalla luce variabile di finestre aperte nelle pareti opache (tutti i disagi da luce e abbagliamenti possono essere evitati con  una radiazione luminosa che garantisce la mancanza di riflessi e la giustapposizione di contrasti di luminanza tra le superfici riflettenti interne).
  • Illuminazione zenitale o toplighting prodotta da aperture, cupole e lucernari posizionati sulla copertura, magari integrati con tende che assorbono e diffondono la radiazione solare e riducono le dispersioni termiche.
  • Illuminazione dall’interno o corelighting generata da atri, cortili e chiostri costruiti nell’edificio (in questo per sopperire al mancato diretto contatto visivo con l’esterno potrebbe essere necessaria una integrazione con illuminazione laterale).

È chiaro che se un edificio di nuova costruzione può essere progettato sfruttando sistemi di supporto come aperture e lucernari (escludendo l’aumento inutile dell’area delle finestre), tutti gli ambienti in fase di ristrutturazione possono ampliare i sistemi di illuminazione solo se rispettano i vincoli di facciata dell’intero edificio.

La progettazione dell’illuminazione naturale in architettura deve tener conto della località, del clima della zona e dell’orientamento del palazzo per riuscire a interpretare al meglio i benefici e la percezione della luce solare in base a necessità, ore del giorno e stagioni dell’anno.

In linea generale, una stanza disposta ad est viene illuminata fino a mezzogiorno, ora in cui la luce inizia a pervadere qualsiasi ambiente esposto ad ovest proprio come tutte le stanze orientate a sud subiscono un’irradiazione naturale per tutta la giornata, liberando le zone situate a nord da qualsiasi problema di surriscaldamento.

Sostanzialmente l’impostazione di software dedicati permette ai progettisti di simulare il comportamento della luce solare e studiare la soluzione più opportuna in base a disposizione di ambienti, arredamento e necessità logistiche, magari “escogitando” fonti di illuminazione naturale indiretta.

Quali tipi di impianti esistono?

In fase di progettazione possono essere sfruttare diverse soluzioni di genere per raggiungere il “fattore di luce diurna medio” o FLDm  e garantire un accesso ottimale della luce nei diversi ambienti con vari sistemi di illuminazione di luce naturale quali lucernari, finestre Velux, sistemi captanti, vetrate o camini solari.

Finestre Velux

Finestre Velux sul soffitto
Finestre Velux sul soffitto

I lucernari e le finestre Velux promettono di portare luce, schiudere la vista al cielo e mantenere il profilo estetico dell’edificio con strutture combinate, affiancate o sovrapposte. Quali sono i vantaggi di questa soluzione di illuminazione che arriva dal tetto?

  • Maggiore luminosità
  • Comfort visivo
  • Vista panoramica
  • Luce zenitale
  • Ricambio aria
  • Risparmio energetico

Questo particolare tipo di soluzione può essere impiegata sotto le finestre per ottenere luce anche nelle zone più basse di una mansarda (Velux a doppia apertura); affiancata a un’altra con altezza, finiture interne ed esterne simili per ampliare l’ingresso della luce (Velux blindati); posizionata sul colmo del tetto per sfruttare la luce zenitale e migliorare la distribuzione della luce nell’ambiente di riferimento (Velux cupolino) oppure costruita per ampliarsi volumetricamente come un vero e proprio balconcino (Velux a balcone).

Sistemi captanti

Tutti gli ambienti chiusi che non godono di finestre o aperture possono sfruttare due tipi di sistemi per generare una corretta luce naturale, l’ideale per uffici e locali interrati:

  • Condotti di luce – La luce naturale viene captata da piccole cupole trasparenti installate sulla copertura e provviste di sistemi ottici in grado di ottimizzare la captazione della luce naturale. in questo modo, i tunnel solari (es. Velux) convogliano la luce del sole e quella dei condotti in tubi di alluminio che giungono a un diffusore di luce.
  • Tecnologia di fibre ottiche – La tecnica di illuminazione naturale con fibra ottica sfrutta lo stesso principio dei sistema di condotti di luce, ma riduce gli ingombri perché sostituisce i tubi con dei cavi.

Vetrate

Vetrata su parete
Vetrata su parete

Le vetrate sono le soluzioni più suggestive e funzionali quando si parla di sistemi di illuminazione naturale, proprio perché garantiscono luce diurna e notturna. In questo senso, per beneficiare al massimo dei vantaggi del potenziamento del “fattore di luce diurna medio” e ridurre i suoi svantaggi (condensa sui vetri, inadeguata penetrazione della luce, infiltrazioni d’aria e perdita di calore) è opportuno controllare la qualità dei serramenti e le caratteristiche dei vetri:

  • infissi con un basso valore di trasmittanza termica (quantità di dispersione) e buona tenuta dell’aria;
  • vetri con basso coefficiente di trasmittanza, buon fattore solare e ottima proprietà di trasmissione luminosa.

Camino solare

Non si sente spesso parlare del camino solare come soluzione per migliorare la luce naturale, eppure si tratta di un sistema capace di sfruttare l’accordo dell’aria riscaldata con l’energia solare passiva per migliorare la ventilazione naturale delle abitazioni.

I camini solari o camini termici si presentano come un pozzo verticale con strutture in vernice nera e pareti di vetro che vengono riscaldate tramite i raggi del sole e producono aria calda in grado di aspirare, ventilare e far raffreddare l’ambiente sottostante. L’aspetto interessante è che la forma e l’aspetto innovativo del camino solare migliorano la ventilazione e l’illuminazione degli ambienti senza l’uso di condizionatori o sistemi di illuminazione.

Luce naturale: benefici e limiti

La verifica del fattore di luce naturale conferisce agli ambienti il giusto grado di luce naturale e permette di risparmiare in bolletta. Ma quali sono i vantaggi e gli svantaggi di un’ illuminazione naturale perfetta?

Vantaggi:

  • Benefici psicologici e benessere fisiologico
  • Variabilità in relazione al moto del sole
  • Riduzione dei consumi energetici

Svantaggi:

  • Continua variazione di intensità della luce
  • Impossibilità di controllare le ombre
  • Rischi di condensa sui vetri

La questione “illuminazione naturale degli ambienti” e i relativi pro e contro dipendono ovviamente sia da fattori oggettivi e fisici di ambiente e fonti di illuminazione (naturale e artificiale) che da elementi soggettivi legati alle reazioni psicologiche del soggetto.

Costi e vantaggi a confronto

La bioedilizia e l’approccio ad ambienti eco-sostenibili sono diventati settori a portata di tutti, specie se si tiene a risparmio energetico e salvaguardia dell’ambiente.

Qualsiasi aspetto eco-friendly volto a creare un comparto eco-sostenibile gode di incentivi, ma la realizzazione di sistemi rispettosi dell’ambiente costa leggermente di più di quelli tradizionali.

La costruzione di una casa amica dell’ambiente con sistemi diretti a migliorare la luce naturale fanno parte di quello che può essere definita bio-edilizia, un settore che si pone l’obiettivo di ridurre i consumi mirando sulla produzione “in loco” di energia (pannelli solari o serpentine geotermiche) e sullo “sfruttamento passivo” dell’abitazione stessa (maggiore spessore delle pareti, sistemi di illuminazione naturale a sud e prese d’aria a nord).

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