La casa deve basare la sua illuminazione fondamentalmente sulla luce del giorno e deve essere adattata in modo da far sempre meno affidamento sull’illuminazione artificiale. La quantitAi?? di luce che si puA? far entrare in casa, tuttavia, varia in misura sensibile a seconda della localitAi?? e del clima. La luce naturale puA? essere scarsa, per esempio, nelle abitazioni delle regioni temperate, mentre nelle zone tropicali calde si puA? verificare il contrario. Le case nuove nelle regioni temperate, se ben progettate, dovrebbero tenere conto della mancanza di luce naturale per gran parte dell’anno. Comunque, se si vuole migliorare l’illuminazione di una struttura giAi?? esistente, bisogna concentrare l’attenzione sulle stanze che non ricevono luce diretta, su quelle troppo ombreggiate e sui seminterrati.

Regole per lo sfruttamento della luce solare.

Per sfruttare al meglio la luce naturale A? sufficiente seguire queste regole generali, che sono soprattutto adatte alle zone poco assolate oppure per le abitazioni che, pur sorgendo in localitAi?? soleggiate, soffrono di mancanza di luce a causa dell’orientamento, dell’ombra eccessiva o in funzione di particolari aspetti dell’ambiente locale.

–Ai??Ai?? Ove A? possibile, favorite l’accesso della luce e del riverbero, usando, per esempio, una pavimentazione chiara sotto le finestre, dipingendo con colori tenui le pareti che danno sul giardino o quelle dei muri esterni vicini alle finestre, scavando un laghetto e potando alberi, cespugli e rampicanti.

–Ai??Ai?? Incrementate il riverbero della luce sulle superfici interne, usando decorazioni, mobili e tappeti dai colori chiari. Gli specchi possono accrescere la luminositAi?? in una stanza.

–Ai??Ai?? Fate penetrare la luce, tenendo puliti i vetri ed eliminando qualsiasi ostacolo: aprite completamente le tende e lasciate libera la zona delle finestre.

–Ai??Ai?? Se volete costruire o ristrutturare una casa, adattate le finestre esistenti. Aumentando l’altezza delle finestre si ottengono risultati migliori che allargandole, perchAi?? si guadagna una porzione di cielo.

-Ai??Ai?? Le nuove finestre devono essere installate in modo da far entrare piA? luce possibile. L’illuminazione dall’alto A? piA? efficace se avviene attraverso un lucernario; al contrario, porre vetrate nella parte superiore delle pareti permette alla luce di raggiungere ogni angolo della stanza e di illuminare anche le stanze buie. L’orientamento influisce sulla quantitAi?? di luce che penetra in casa: quindi A? necessario controllare le radiazioni ultraviolette, il riverbero e l’aumento di luce solare.

-Ai??Ai?? Per catturare la massima quantitAi?? di luce solare in inverno e, allo stesso tempo, mantenere il riparo necessario contro il calore del sole estivo, A? meglio far crescere alberi decidui, rampicanti e cespugli vicino alle finestre del lato soleggiato della struttura.

-Ai??Ai?? Aggiungete un solario, un atrio e specchi in modo da creare fasci di luce per incanalare il sole e riflettere i suoi raggi in stanze buie o prive di finestre. E’ necessario creare un equilibrio tra ciascuna finestra aggiunta, con relativo guadagno o perdita di calore, e le esigenze di risparmio energetico, oltre a tenere conto dei piani regolatori locali. Prima di effettuare qualsiasi modifica, si dovranno considerare la funzione delle stanze, la disposizione dei mobili e la quantitAi?? di luce necessaria per le diverse attivitAi??.

Regole generali per ridurre l’impatto della luce solare

Le seguenti regole generali si adattano soprattutto nei mesi estivi, quando il livello di luce A? molto intenso per gran parte della giornata.

Usate schermi e adottate misure antiriverbero all’esterno della casa, quali l’ampliamento delle grondaie, la costruzione di verande sul lato soleggiato della casa, l’installazione di tendoni, tettoie, imposte, tapparelle, schermi, persiane e protezioni per lucernari. Piantate alberi, cespugli e rampicanti per creare ombra.

(inserire immagini del poster bioclimatica/raffrescamento naturale – box 7, 4 disegni in alto)

Cercate di sfruttare al meglio la luce riflessa: in questo modo, manterrete l’ambiente interno molto piA? fresco. Questo A? il principio su cui si basa l’illuminazione indiretta impiegata nelle tradizionali abitazioni giapponesi.

 Il riverbero

Per evitare il riverbero proveniente dalle finestre, bisogna diminuire il contrasto tra la luce esterna e l’illuminazione interna della stanza. Se si illumina la stanza da due o piA? fonti, quasi sicuramente si ridurrAi?? il riverbero; lo stesso risultato si ottiene rendendo piA? luminosi i muri accanto alle finestre e aumentando la quantitAi?? di luce riflessa con l’utilizzo di decorazioni, tappeti e mobili di tonalitAi?? chiara. Altrettanto utile A? la riduzione della quantitAi?? di luce, attraverso l’impiego di misure protettive all’esterno e mazzette strombate oppure tende a rete all’interno.

Portare il sole in una stanza
(da “Bioarchitettura”, n. 12, Sett. 1998, pag. 45)

La luce naturale riveste un ruolo centrale nell’ottenimento di condizioni favorevoli al soddisfacimento dell’esigenza di benessere ottico- visivo, in quanto, ad essa sono associate molteplici sensazioni positive, non esclusivamente legate alla qualitAi?? della visione e allo svolgimento del compito visivo. Queste possono essere, fra le altre, la sensazione di locale aerato correttamente e, attraverso la vista verso l’esterno, tramite la percezione delle variazioni climatiche nell’arco della giornata e delle stagioni, la cognizione del fluire del tempo. La variazione temporale della luce naturale A? meccanismo regolatore dei cicli biologici e la sua assenza, per un periodo di tempo prolungato, puA? provocare degli squilibri fisiologici: si A?, infatti, riscontrato come la permanenza per lunghi periodi in locali illuminati esclusivamente da luce artificiale puA? portare a sensazioni sgradevoli di soffocamento e claustrofobia. Questo A? evidenziato dal manifestarsi della sindrome “sad” (disturbo affettivo stagionale) e cioA? di sintomi depressivi. Tale sindrome colpisce persone che vivono in luoghi in cui l’inverno viene rischiarato dalla luce solo per poche ore al giorno o dove la luce naturale non arriva per lunghi periodi.

La luce naturale risulta quindi una delle componenti indispensabili tra quelle che determinano la condizione di benessere e di conseguenza, trasportarla in spazi privi di aperture o con finestratura tradizionale insufficiente, apre nuove possibilitAi?? di abitare luoghi in cui non si potrebbero soddisfare completamente i requisiti di benessere ottico- visivo.

L’applicazione di sistemi per il trasporto della luce naturale, ad alta efficienza e a bassi costi di manutenzione, puA? avere molteplici ricadute sul dimensionamento e sull’uso di ambienti privi di aperture, fornendo nuove prospettive di utilizzo di tali spazi, anche con possibilitAi?? di innovazione dei tipi edilizi tradizionali.

Le applicazioni possibili possono riguardare, in generale, gli ambienti, ad uso discontinuo, che non comunicano direttamente con l’esterno. Questi possono essere edifici sia interrati sia con pianta di elevata profonditAi??, quali ad esempio alcune tipologie edilizie per il terziario, parcheggi multipiano, centri commerciali a piA? piani, stazioni di treni o metropolitane, ecc.

Si potrebbero inoltre avere interessanti applicazioni nel recupero edilizio, in special modo negli edifici dei centri storici dove sono presenti forti vincoli sia tipologici che sugli elementi di chiusura e dove la modificazione delle destinazioni d’uso e delle esigenze dell’utenza richiedono un incremento del livello di illuminamento.

Il beneficio fornito da tali sistemi, in termini di benessere ottico- visivo, risulta comunque inferiore a quello di una finestratura tradizionale, che consente, in aggiunta, la vista verso l’esterno. Di conseguenza risulta vantaggioso solo ipotizzare questi sistemi a supporto di finestrature, specie in ambienti con pianta di elevata profonditAi??, realizzando una piA? uniforme distribuzione dei livelli di illuminamento naturale in tutto lo spazio.

I vantaggi legati al trasporto di luce naturale sono anche quantificabili in termini di risparmio energetico, inteso sia in maniera diretta che indiretta.

In maniera diretta tali sistemi producono una riduzione dei consumi elettrici legati alla minore necessitAi?? di corpi illuminanti, con un conseguente risparmio energetico anche per quanto riguarda il condizionamento estivo, grazie alla riduzione degli apporti di calore; e in maniera indiretta attraverso la possibilitAi?? di utilizzare spazi interrati o parzialmente interrati che, offrendo una elevata resistenza alla trasmissione di calore, risultano vantaggiosi da un punto di vista energetico. Una progettazione sistematica a partire dalle caratteristiche specifiche del contesto di integrazione (morfologico- dimensionali, climatiche, economiche, ecc.) e la corrente utilizzazione di materiali con particolari proprietAi?? ottiche, puA? consentire vantaggiosi rendimenti del sistema.

Alcune realizzazioni di sistemi tecnologici per la conduzione della luce naturale

In riferimento allo stato dell’arte, i sistemi per la captazione e il trasporto della luce naturale possono essere divisi in due categorie: sistemi mobili (o attivi) e sistemi fissi.

I sistemi mobili utilizzano sistemi attivi per la captazione e la concentrazione dei raggi solari e sono progettati per essere costantemente orientati nella direzione del sole. Questi sono, di norma, tecnologicamente molto complessi in quanto richiedono meccanismi sofisticati per garantire la precisione dei movimenti. L’impiego di tali sistemi trova una giustificazione soltanto per interventi dimostrativi o con un utilizzo su larga scala; mentre risulta inapplicabile per interventi standard o puntuali, a causa degli alti costi di costruzione, gestione e manutenzione.

I sistemi fissi sono privi di parti mobili e conseguentemente privi di elementi meccanici o elettronici, risultando di piA? semplice ed economica gestione. Questi differiscono fra loro per la forma del captatore, che puA? essere di tipo direzionato, ovvero avente una conformazione tale da ottimizzare l’ingresso della componente di luce diretta in un determinato periodo della giornata, in condizioni di cielo sereno; oppure configurato anche per ricevere la componente di luce diffusa del cielo. L’efficienza dei sistemi fissi dipende oltre che dalla geometria del captatore, che deve tenere conto del compromesso fra la possibilitAi?? di avere la massima quantitAi?? di luce all’interno dell’ambiente in un dato istante e la necessitAi?? di avere adeguati livelli di luce lungo tutto il corso dell’anno, anche dall’opportunitAi?? di impiegare materiali speciali sia come rivestimento dell’unitAi?? captatore che del condotto.

Nonostante questi sistemi presentino molteplici occasioni di utilizzo, le realizzazioni sono in numero limitato e spesso, in special modo per quanto riguarda i sistemi fissi direzionati, di scarsa efficienza.

Di seguito sono descritte alcune realizzazioni di sistemi per la captazione e il trasporto della luce naturale.

I “light pipes”, condotti per il trasporto della luce rivestiti di materiale TIR (Total Internal Reflection – riflessione interna totale) che si diramano in tutti gi ambienti della costruzione. Sulla copertura dell’edificio una serie di specchi collegati ad un eliostato, riflettono il sole e lo convogliano dentro ai condotti. Il sistema A? automatizzato in modo da orientare lo specchio secondo la posizione del sole in ogni ora e giorno dell’anno. In questo modo la luce entra direttamente nel condotto ottimizzando il funzionamento. Sorgenti di luce artificiale, inserite nei “light pipes” entrano in funzione automaticamente in caso di maltempo o alla sera, in modo da mantenere l’illuminazione degli ambienti costantemente entro certi livelli.

La piA? recente concezione A? l”‘Heliobus”, che presenta la caratteristica di avere il condotto trasparente. Questo A? rivestito internamente da un materiale innovativo, che ha il duplice ruolo di trasportare e distribuire la luce, assumendo anche una funzione estetica. Tramite il contributo di lampade che indirizzano la luce artificiale all’interno del condotto, si puA?, inoltre, supplire alla carenza di luce naturale presente in alcune ore della giornata, mantenendo lo stesso effetto complessivo. Il sistema, in via di industrializzazione, A? attualmente installato in una scuola per l’infanzia a San Gallo in Svizzera. Con l’idea di implementare le prestazioni offerte dal captatore di tipo fisso, A? in fase di studio la possibilitAi?? di dotare il captatore di un semplice movimento di rotazione attorno al proprio asse verticale.

Sempre nell’ambito dei captatori fissi, A? apparso recentemente sul mercato europeo, dopo alcuni anni di presenza su quello americano, il sistema industrializzato “Solatube”, che risolve le necessitAi?? di applicazione in particolari ambiti. Tale sistema ha il vantaggio di essere economico rispetto ai benefici forniti e di essere facilmente installabile, grazie alla modularitAi?? dei componenti e ad un repertorio di soluzioni tecnologiche che consentono una serie di applicazioni uniformate. Laddove A? stato installato ha dato risultati soddisfacenti.

Strumenti per la verifica e il controllo in fase di dimensionamento e progettazione dei sistemi

Il tema del trasporto della luce naturale, se da una parte apre nuove prospettive di utilizzo di ambiti architettonici, dall’altra, il gran numero di variabili di cui risente, quali il clima, la destinazione d’uso, le caratteristiche dell’organismo edilizio e dei locali illuminati, le particolaritAi?? dei materiali impiegati nel rivestimento dei captatori e dei condotti, richiede un approccio progettuale adattato alle varie situazioni.

La progettazione sistematica dei sistemi da applicare nei vari ambiti specifici, non puA? quindi prescindere dalla conoscenza di criteri di dimensionamento che portino a definire modalitAi?? corrette di approccio al problema e ne governino la complessitAi??. A partire dagli obiettivi di progetto, definiti in base alla geometria degli spazi, alla destinazione d’uso ed al compito visivo degli utenti, l’esigenza di massimizzare la quantitAi?? di luce trasportabile e soprattutto di controllarne la qualitAi?? in uscita richiede necessariamente un iter logico- procedurale definito a priori.

Il possesso di criteri di dimensionamento e di calcolo diventa quindi presupposto per la definizione di una soluzione che si configuri quindi come ottimale per la realtAi?? specifica.

Gruppi di lavoro svolgono da tempo attivitAi?? di studio e di ricerca applicata sui sistemi di captazione, trasporto e diffusione della luce naturale. Sono stati cosAi?? messi a punto strumenti progettuali per il dimensionamento di sistemi integrati per la captazione e il trasporto della luce naturale, che consentono di sfruttare su scala diffusa le notevoli potenzialitAi?? che nascono anche dalla possibilitAi?? di utilizzo di nuovi materiali, disponibili sul mercato e giAi?? impiegati per il trasporto della luce artificiale.

Sono stati privilegiati sistemi di illuminazione flessibili rispetto all’integrazione negli edifici, considerando nella definizione dell’efficienza del sistema non solo la quantitAi?? della luce trasportata, ma anche la capacitAi?? di questa di creare un ambiente luminoso che sia riconosciuto dall’utente come piacevole ed illuminato naturalmente. Infatti il trasporto di luce naturale non va inteso come momento risolutivo di situazioni di carenza, quanto piuttosto, come contributo alla sensazione di benessere psicologico, permettendo la creazione di un rapporto con l’ambiente esterno, altrimenti negato.

Il completo soddisfacimento dei requisiti di benessere ottico- visivo potrAi??, caso per caso, essere ottenuto con il supporto di sorgenti artificiali, possibilmente ad alta efficienza, oggi reperibili sul mercato a prezzi vantaggiosi.

Il tema dell’integrazione di luce artificiale a quella naturale A? attualmente oggetto anche della ricerca “Arthelio”, promossa dall’Unione Europea.

Le linee di metodo applicate alla sperimentazione hanno portato ad orientare l’attivitAi?? sullo studio di sistemi di captazione fissi o dotati di un unico e semplice movimento rotatorio del captatore, in quanto, per semplicitAi?? di funzionamento e di manutenzione, sono quelli potenzialmente a piA? alto valore aggiunto e minore costo globale.

I principali risultati fino ad ora acquisiti comprendono la definizione di strumenti metodologici e gli strumenti operativi, per la progettazione tecnologica del sistema e il calcolo del rendimento. Questi sono utili sia in fase di progettazione geometrico- dimensionale e nella scelta dei materiali di rivestimento interno dell’unitAi?? condotto e captatore. Un ulteriore strumento definito A? invece propedeutico alla produzione industriale e fornisce riferimenti per l’analisi dei requisiti tecnologici e delle caratteristiche funzionali del sistema. Gli strumenti definiti dalla ricerca di cui sopra, in particolare i due metodi di dimensionamento e verifica, sono stati sviluppati in modo da essere complementari fra loro. Essi costituiscono, se utilizzati congiuntamente, un mezzo completo per valutare quantitativamente l’efficienza complessiva dei sistemi fissi per la captazione e il trasporto della lue naturale con caratteristiche del tutto generali. La ricerca ha analizzato il sistema, dividendolo nelle tre unitAi?? funzionali:

CAPTATORE A? posizionato all’esterno con la funzione di raccogliere e convogliare la luce diurna nelle sue due componenti, diretta e diffusa, nel condotto;

CONDOTTO ha la funzione di trasportare la luce naturale raccolta dal captatore. E’ rivestito con materiale riflettente o a riflessione interna totale (TIR), A? costituito da piA? elementi che dovranno possedere un elevato grado di modularitAi??;

DIFFUSORE A? posizionato all’interno dell’ambiente che si vuole illuminare, permette il controllo in uscita del flusso trasportato dal condotto. Nella ricerca svolta sono stati realizzati e testati diversi modelli di captatore per studiarne il funzionamento e per verificare le ipotesi fatte in sede di progettazione. Si A? assunta come forma piA? generica di captatore la forma conica (con sezione direttrice non necessariamente circolare), escludendo in questo modo parti paraboliche o comunque curve. L’apertura superiore del captatore A? orientata verso sud ed A? individuata dall’intersezione fra un piano inclinato e la superficie del cono stessa. Fra le varie valutazioni preliminari alle misure sperimentali dei captatori, ne sono state disegnate le assonometrie solari per valutare l’ingresso diretto dei raggi di sole nelle diverse stagioni dell’anno

Angelo Mingozzi e Sergio BottiglioniAi