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Fattore di luce diurna - Dipartimento di Tecnologie dell'Architettura e ...

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Fondamenti <strong>di</strong> illuminotecnica<br />

Corso <strong>di</strong> Fisica Tecnica Ambientale<br />

Scienze dell’Architettura<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Grandezze del moto oscillatorio<br />

E<br />

T<br />

λ<br />

(μm)<br />

Periodo T (s) tempo occorrente per compiere una oscillazione<br />

frequenza (n° <strong>di</strong> perio<strong>di</strong> contenuti in un secondo) f = 1/T (Hz o s -1 )<br />

lunghezza d’onda λ = c · T = c /f<br />

velocità della <strong>luce</strong> c = 3 · 10 8 (m/s) ovvero 300.000 km/s<br />

Prof.Gianfranco Cellai<br />

(m) spazio percorso nel periodo T<br />

unità <strong>di</strong> misura derivate 1 μm (micron) = 10 -6 m 1 nm (nanometro) = 10 -9


Il campo del visibile<br />

La <strong>luce</strong> è energia che si propaga nel vuoto sotto forma <strong>di</strong> onde<br />

elettromagnetiche alla velocità <strong>di</strong> circa 300.000 km/s, ed è caratterizzata da<br />

lunghezza d’onda comprese tra circa 0,38 μm e 0,78 μm (380-780 nm),<br />

corrispondente al campo <strong>di</strong> visibilità dell’occhio umano.<br />

0,38 μm 0,78 μm<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Sensibilità dell’occhio<br />

L’occhio umano presenta una <strong>di</strong>versa<br />

sensibilità in funzione della lunghezza d’onda<br />

della ra<strong>di</strong>azione, analoga alla sensibilità<br />

dell’orecchio. L’occhio percepisce meglio la<br />

gamma dei colori interme<strong>di</strong> del campo <strong>di</strong><br />

visibilità ovvero il giallo-verde ottenuto per<br />

555 nm.<br />

La misura della sensibilità dell’occhio è fatta dal fattore <strong>di</strong><br />

visibilità relativa V(λ) = K(λ)/ K max<br />

K max = 680 lumen/watt e corrispondente alla massima efficienza<br />

luminosa<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Curve <strong>di</strong> sensibilità relativa<br />

Il fattore <strong>di</strong> visibilità relativa<br />

per visione fotopica (<strong>di</strong>urna) (V)<br />

per visione scotopica (notturna) (V’)<br />

giorno<br />

notte<br />

Si ha V(λ) = 1 per 555 nm<br />

con visione fotopica (verde -<br />

giallo)<br />

per 507 nm con visione scotopica<br />

(azzurro-verde)<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Relazione tra emissione termica e luminosa<br />

Se esaminiamo l’emissione<br />

termica dei corpi neri in<br />

funzione della loro<br />

temperatura e lunghezza<br />

d’onda ve<strong>di</strong>amo che l’area<br />

sottesa dal campo del visibile<br />

<strong>di</strong>minuisce al ridursi della<br />

temperatura fino a<br />

scomparire: c’è quin<strong>di</strong> una<br />

relazione <strong>di</strong>retta tra flusso<br />

luminoso e flusso energetico.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Classificazione della <strong>luce</strong> delle lampade:<br />

la ra<strong>di</strong>azione termica<br />

TEMPERATURA DI<br />

COLORE FREDDO<br />

T > 4000 K<br />

• Luce <strong>di</strong>urna 6500 K<br />

• Luce bianca<br />

4000 K<br />

• Luce bianca-calda 3000 K<br />

La classificazione della <strong>luce</strong> emessa dalle lampade è basata sulla determinazione della<br />

temperatura colore me<strong>di</strong>ante l’analogia con lo spettro cromatico emesso da un corpo<br />

nero portato ad una certa temperatura assoluta misurabile in kelvin (K).<br />

Prof.Gianfranco Cellai<br />

TEMPERATURA DI<br />

COLORE CALDO<br />

T < 4000 K


Temperatura colore per alcune<br />

tipiche sorgenti<br />

Temperatura colore <strong>di</strong> alcune sorgenti<br />

1800° K Sole all’alba<br />

1900°K Fiamma <strong>di</strong> una candela<br />

2000-2800° K Sole al tramonto<br />

2800° K Incandescenti tra<strong>di</strong>zionali<br />

3000-3200° K Alogene<br />

4500-5500° K Cielo sereno/fluorescenti<br />

6000-8000° K Cielo coperto, nuvoloso/fluorescenti a <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna<br />

25000° K Cielo blu terso del nord<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Le grandezze fotometriche<br />

Grandezza<br />

Simbolo<br />

Unità <strong>di</strong> misura<br />

Abbreviazione<br />

Flusso luminoso<br />

Φ<br />

lumen<br />

lm<br />

Illuminamento<br />

E<br />

lux<br />

Lux<br />

Intensità luminosa<br />

I<br />

candela<br />

cd<br />

Luminanza<br />

L<br />

nit<br />

cd/m 2<br />

Le relazioni che in<strong>di</strong>viduano le grandezze suddette sono relative a<br />

sorgenti luminose puntiformi ovvero <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni piccole<br />

rispetto alla <strong>di</strong>stanza: ad esempio il Sole rispetto alla Terra, una<br />

lampada in una stanza, ecc.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Flusso luminoso<br />

780<br />

d /<br />

∫<br />

380<br />

Φ l = ⋅ Κ(λ) dλ (lm)<br />

Φ l = Κ(λ) Φ enλ<br />

lampada<br />

φ λ<br />

dλ<br />

per fascio monocromatico<br />

Ad es. il flusso luminoso <strong>di</strong> una lampada<br />

ad incandescenza da 100 W è <strong>di</strong> 1250 lm<br />

Lampade a basso consumo<br />

il valore del flusso è<br />

sempre noto al progettista<br />

perché fornito dal<br />

produttore <strong>di</strong> sorgenti<br />

me<strong>di</strong>ante tabelle o schede<br />

tecniche<br />

Prof.Gianfranco Cellai


luminosa<br />

Intensità luminosa<br />

I = dΦ/dΩ [cd]<br />

L'intensità luminosa (cd)<br />

esprime la quantità <strong>di</strong> <strong>luce</strong> che è<br />

emessa da una sorgente in una<br />

determinata <strong>di</strong>rezione<br />

dΩ = dS/r²<br />

Ω tot = 12,56 stera<strong>di</strong>anti<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Efficienza luminosa<br />

L'efficienza <strong>di</strong> una sorgente luminosa<br />

è un parametro che valuta quanta<br />

energia elettrica sia effettivamente<br />

convertita in <strong>luce</strong>.<br />

E ff = Φ l / W [Im / Watt]<br />

Prof.Gianfranco Cellai


fotometria<br />

Ad ogni <strong>di</strong>rezione γ viene quin<strong>di</strong><br />

associato un vettore ra<strong>di</strong>ale che<br />

avrà lunghezza proporzionale<br />

all'intensità, seguendo la scala<br />

graduata concentrica.<br />

Piano C180°<br />

Piano C0°<br />

Intensità emesse<br />

dal sistema ottico<br />

Prof.Gianfranco Cellai


fotometria<br />

La curva fotometrica si rappresenta<br />

così unendo le estremità delle <strong>di</strong>rettrici<br />

delle intensità per ogni <strong>di</strong>rezione γ.<br />

Questa curva rappresenta la<br />

fotometria del sistema ottico<br />

analizzato sui piani C <strong>di</strong> riferimento<br />

Piano C180°<br />

Piano C0°<br />

curva fotometrica<br />

Prof.Gianfranco Cellai


solido fotometrico<br />

La rappresentazione delle emissioni<br />

luminose <strong>di</strong> una sorgente è affidata al<br />

caratteristico solido fotometrico, il<br />

quale rappresenta vettorialmente<br />

l'insieme delle intensità luminose così<br />

come esse si <strong>di</strong>stribuiscono nello<br />

spazio.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Illuminamento<br />

L'illuminamento è una grandezza<br />

fotometrica che esprime la quantità<br />

<strong>di</strong> <strong>luce</strong> che investe una determinata<br />

superficie o un determinato punto.<br />

L’illuminamento è misurabile con<br />

uno strumento denominato<br />

luxmetro.<br />

Nel caso in cui si consideri una<br />

superficie, è corretto parlare <strong>di</strong><br />

Illuminamento me<strong>di</strong>o<br />

E = dΦ/dS [lux]<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Luminanza<br />

<strong>di</strong>retta<br />

L<br />

= dS<br />

dI<br />

α<br />

(nit =1cd/m²)<br />

La luminanza può essere intesa come la quantità <strong>di</strong> <strong>luce</strong> che<br />

effettivamente colpisce i nostri occhi: la luminanza genera il<br />

processo fisiologico della visione ed è quin<strong>di</strong> la <strong>luce</strong> che<br />

effettivamente noi percepiamo. La luminanza <strong>di</strong>retta è legata<br />

alle sorgenti primarie.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Luminanza riflessa<br />

Molto frequente è anche il<br />

caso in cui si debba<br />

considerare la luminanza<br />

non <strong>di</strong> una sorgente<br />

luminosa ma <strong>di</strong> una<br />

superficie riflettente<br />

(sorgente secondaria)<br />

Prof.Gianfranco Cellai<br />

Le caratteristiche <strong>di</strong><br />

riflessione dei materiali<br />

sono determinanti<br />

nell’influenzare la luminanza<br />

La luminanza in<strong>di</strong>retta è legata alle sorgenti definite secondarie, ovvero<br />

agli oggetti che riflettono la <strong>luce</strong>.


Contrasto <strong>di</strong> luminanza<br />

In<strong>di</strong>ca il rapporto <strong>di</strong> luminanza tra l’oggetto da visualizzare e il suo sfondo.<br />

Se L 2<br />

è la luminanza dell’oggetto e L 1<br />

quella dello sfondo il contrasto <strong>di</strong><br />

luminanza C è :<br />

C (contrasto) = 100 (L 2<br />

-L 1<br />

) / L 1<br />

(%)<br />

Sui contrasti <strong>di</strong> luminanza si<br />

giocano molti degli effetti<br />

dell’illuminazione degli oggetti.<br />

Negli ambienti <strong>di</strong> lavoro i valori<br />

devono essere contenuti per non<br />

creare affaticamento.<br />

In generale:<br />

Se L 1 > L 2<br />

Se L 1 < L 2<br />

allora 0 < C < 1 (esempio stampa nera su sfondo bianco)<br />

allora 0 < C < ∞ ( esempio stampa bianca su sfondo nero)<br />

Prof.Gianfranco Cellai<br />

L 1<br />

L 2


Valori per il contrasto <strong>di</strong> luminanza<br />

X: ambienti dove è possibile controllare le riflessioni ovunque secondo UNI 10380;<br />

Y: ambienti dove è possibile controllare le riflessioni solo nelle zone prossime all’area <strong>di</strong> lavoro;<br />

Z: ambienti dove non è possibile controllare le riflessioni.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


La colorimetria<br />

La percezione del colore degli oggetti, così come l’emozione<br />

che essi suscitano, è un fatto soggettivo e pertanto <strong>di</strong>fferente<br />

da in<strong>di</strong>viduo a in<strong>di</strong>viduo .<br />

Tuttavia, per esigenze commerciali e industriali oltre che<br />

artistiche, nel XX secolo nasce la necessità <strong>di</strong> classificare i<br />

colori in maniera oggettiva, ovvero <strong>di</strong> in<strong>di</strong>viduare il colore<br />

me<strong>di</strong>ante un numero.<br />

Nel 1931, la CIE (Commission Internationale de l’Éclairage -<br />

Commissione Internazionale <strong>di</strong> Illuminazione) pubblica una<br />

serie <strong>di</strong> tabelle con descrizioni <strong>di</strong> curve caratteristiche delle<br />

emissioni luminose <strong>di</strong> definite sorgenti e delle risposte<br />

cromatiche <strong>di</strong> un osservatore me<strong>di</strong>o, che sono ancora oggi il<br />

sistema <strong>di</strong> classificazione più usato.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Parametri dei colori<br />

La sensazione <strong>di</strong> colore che il cervello umano percepisce è il<br />

risultato della combinazione <strong>di</strong> tre componenti:<br />

- tono o tinta; legato alla lunghezza d’onda dominante<br />

in<strong>di</strong>vidua il colore dell’oggetto (rosso, giallo, ecc.)<br />

- saturazione o purezza; è la vivacità del colore che appare<br />

più o meno definito <strong>di</strong>stinguendosi dalla visione del grigio;<br />

- luminosità o luminanza; esprime l’intensità luminosa nella<br />

<strong>di</strong>rezione della visione.<br />

Con queste tre componenti siamo in grado <strong>di</strong> definire<br />

e <strong>di</strong> descrivere qualsiasi colore.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Ra<strong>di</strong>azione eterocromatica<br />

Si <strong>di</strong>mostra che date tre ra<strong>di</strong>azioni <strong>di</strong><br />

lunghezza d’onda opportuna<br />

(ra<strong>di</strong>azioni primarie RGB - Red Green<br />

Bleu) ) una ra<strong>di</strong>azione qualunque è<br />

ottenibile con la somma algebrica delle<br />

tre ra<strong>di</strong>azioni suddette<br />

opportunamente dosate (1 a legge <strong>di</strong><br />

Grassman): tale legge è alla base del<br />

sistema <strong>di</strong> classificazione dei colori CIE<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Sintesi ad<strong>di</strong>tiva e colori fondamentali<br />

I colori fondamentali sono tre :<br />

rosso (R, 700 nm) L R (1 nit)<br />

verde (G, 546 nm),<br />

L G (4,59 nit)<br />

bleu (B, 436 nm) L B ( 0,06 nit)<br />

I colori secondari sono:<br />

giallo (rosso+verde),<br />

magenta (blu+rosso)<br />

ciano (blu+verde).<br />

Quando un colore primario è sommato ad<br />

un colore secondario ottenendo <strong>luce</strong><br />

bianca questo è detto complementare:<br />

verde (colore primario) + magenta<br />

(blu+rosso) = bianco.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Tonalità e saturazione<br />

tonalità<br />

saturazione<br />

NB da Word<br />

Colore <strong>di</strong> riempimento/<br />

Altri colori/personalizzati<br />

Con la tonalità si definisce il<br />

colore stesso . Il colore è tanto<br />

più puro quanto più ha la<br />

larghezza <strong>di</strong> “T” (tonalità)<br />

stretta e le altre lunghezze<br />

d’onda inesistenti. In pratica<br />

solo <strong>luce</strong> colorata generata da<br />

un laser si può definire come<br />

colore puro.<br />

Le variazioni <strong>di</strong> saturazione<br />

fanno apparire un colore più o<br />

meno chiaro.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Luminosità<br />

Più bassa è “L” (luminosità), più scura sarà la <strong>luce</strong> del colore: a<br />

parità <strong>di</strong> tonalità e saturazione, la tavolozza a sinistra presenta una<br />

più alta luminosità rispetto a quella <strong>di</strong> destra (150 contro 100).<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Coor<strong>di</strong>nate tricromatriche e triangolo colori<br />

X = 37 Y = 163 Z = 94<br />

X + Y + Z = 294<br />

tonalità<br />

x = X/(X + Y +Z) = 37/294 = 0,12<br />

y = Y/(X + Y +Z) = 163/294 = 0,55<br />

z = 1 – (0,12+0,55) = 0,33<br />

saturazione<br />

Soglia <strong>di</strong> percezione<br />

delle <strong>di</strong>fferenze<br />

negli stimoli e<br />

curva <strong>di</strong> visibilità<br />

Per il caso in esame il contributo alla<br />

sensazione luminosa dei colori<br />

primari è per il verde (55%), seguito<br />

dal bleu (33%) e dal rosso(12%)<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Miscela <strong>di</strong> colori<br />

Date due fonti <strong>di</strong> <strong>luce</strong> colorata A e B, tutte le tonalità D, che per sintesi<br />

ad<strong>di</strong>tiva possiamo creare, le troviamo sulla retta che unisce i due punti A e B<br />

regolando l’intensità <strong>di</strong> una o <strong>di</strong> tutte e due le fonti. Possiamo ottenere per<br />

sintesi ad<strong>di</strong>tiva qualsiasi colore D che si trova racchiuso nell’ area del<br />

triangolo ABC, regolando la luminosità <strong>di</strong> una, due o <strong>di</strong> tutte e tre le fonti.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


In<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> resa cromatica (Ra)<br />

La buona resa dei colori da parte <strong>di</strong> una sorgente <strong>di</strong> <strong>luce</strong><br />

artificiale è con<strong>di</strong>zionata dal fatto che essa emetta tutti i<br />

colori dello spettro.<br />

La CIE ha definito pertanto l’in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> resa cromatica dei colori:<br />

è un valore numerico che raffronta la resa cromatica <strong>di</strong> una<br />

lampada con quella della <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna presa come campione e<br />

con in<strong>di</strong>ce 100 (massimo).<br />

Relazione tra in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> resa dei<br />

colori e classi <strong>di</strong> resa dei colori<br />

secondo UNI 10380.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Esempio <strong>di</strong> resa cromatica per una rosa<br />

Come appare alla <strong>luce</strong><br />

del giorno (Ra 100)<br />

Come appare al <strong>di</strong> sotto <strong>di</strong><br />

una lampada al so<strong>di</strong>o a<br />

bassa pressione (Ra < 20)<br />

Prof.Gianfranco Cellai


La riflessione<br />

Diffusore lambertiano<br />

I α = I n cos α<br />

Riflessione irregolare<br />

I n<br />

Iα<br />

α<br />

Riflessione <strong>di</strong>ffusa<br />

Riflessione speculare<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Percezione dei colori<br />

Le caratteristiche<br />

che vengono prese<br />

in considerazione<br />

sono:<br />

Ra<strong>di</strong>azione<br />

riflessa<br />

rosso<br />

rosso<br />

giallo<br />

verde<br />

bleu<br />

• riflessione,<br />

• assorbimento,<br />

• trasmissione.<br />

In merito si ricorda<br />

che il colore degli<br />

oggetti è costituito<br />

dallo spettro della<br />

<strong>luce</strong> riflessa<br />

a λ<br />

Prof.Gianfranco Cellai<br />

giallo verde bleu<br />

Ra<strong>di</strong>azione assorbita<br />

Corpo grigio<br />

0.8<br />

Corpo rosso<br />

0.4 0.8<br />

λ (μm)


Trasmissione luminosa e Vetri selettivi<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Le sorgenti luminose<br />

Possono essere artificiali (lampade) o naturali (<strong>luce</strong> del sole).<br />

lampada<br />

La lampada<br />

• Costituisce il “cuore”<br />

dell’apparecchio ed è l’effettiva<br />

“SORGENTE LUMINOSA”<br />

• E’ la lampada il primo elemento<br />

che determina la QUANTITA’ e la<br />

QUALITA’ della <strong>luce</strong><br />

• Il tipo <strong>di</strong> lampada scelta influisce<br />

<strong>di</strong>rettamente sulla PRESTAZIONE<br />

LUMINOSA<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Lampade fluorescenti compatte<br />

• VANTAGGI<br />

–COSTI CONTENUTI<br />

– BASSI CONSUMI<br />

– DURATA ELEVATA<br />

– GAMMA CROMATICA<br />

• SVANTAGGI<br />

– DIMENSIONI SEMPRE<br />

IMPORTANTI<br />

– RESA CROMATICA<br />

Spettro luminoso<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Spettri delle sorgenti luminose fluorescenti<br />

TC-D Lampade fluorescenti compatte<br />

TC-D 26W Col 21 (4000 K)<br />

TC-D 26W Col 31 (3000 K)<br />

TC-D 26W Col 41 (2700 K)<br />

Alogena (2700 K)<br />

Prof.Gianfranco Cellai


• VANTAGGI<br />

- BASSO COSTO<br />

– MANUTENZIONE<br />

– DIMENSIONI<br />

• SVANTAGGI<br />

Lampade a incandescenza<br />

– CONSUMO<br />

– DURATA<br />

– CALORE<br />

– GAMMA CROMATICA<br />

Spettro luminoso<br />

Prof.Gianfranco Cellai


La qualità del progetto illuminotecnico<br />

Un impianto <strong>di</strong> illuminazione deve assicurare:<br />

• un illuminamento adeguato al compito visivo;<br />

• una buona uniformità <strong>di</strong> <strong>luce</strong> ovvero un giusto rapporto<br />

<strong>di</strong> luminanza tra zona <strong>di</strong> lavoro, le zone circostanti e lo<br />

sfondo;<br />

• l’eliminazione dell’abbagliamento <strong>di</strong>retto o riflesso,<br />

ottenuto con sorgenti luminose a bassa luminanza e<br />

lampade opportunamente schermate;<br />

• una resa <strong>di</strong> colori e una tonalità <strong>di</strong> <strong>luce</strong> (temperatura <strong>di</strong><br />

colore) adatta al compito visivo.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Rapporto tra illuminamento e<br />

temperatura <strong>di</strong> colore<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Valori raccomandati <strong>di</strong> illuminamento<br />

(UNI 10380)<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Rapporti <strong>di</strong> luminanza nel campo visivo<br />

Al fine <strong>di</strong> garantire il comfort, il compito visivo deve avere una<br />

luminanza pari o superiore a quella dello sfondo. Quest’ultimo<br />

dovrebbe avere una luminanza pari a 100 cd/m², considerato valore<br />

ottimale quando il livello <strong>di</strong> illuminazione dell’ambiente sia<br />

compreso tra 500 e 1000 lux. Per far questo è necessario che le<br />

pareti abbiano un fattore <strong>di</strong> riflessione pari a 0,5-0,8 per un<br />

illuminamento orizzontale me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> 500 lux e <strong>di</strong> 0,4-0,6 per un<br />

illuminamento <strong>di</strong> 1000 lux.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Abbagliamento<br />

La conseguenza dell'abbagliamento sulla visione può<br />

essere :<br />

"debilitante" come nel caso del "<strong>di</strong>sability glare",<br />

ovvero quel tipo <strong>di</strong> abbagliamento che provoca una<br />

istintiva reazione <strong>di</strong> rifiuto della visione ;<br />

"non confortevole", come nel caso del "<strong>di</strong>scomfort<br />

glare", cioè quell'abbagliamento che produce una<br />

sensazione <strong>di</strong> fasti<strong>di</strong>o psicologico prolungata nel<br />

tempo.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Forme <strong>di</strong> abbagliamento<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Zone <strong>di</strong> abbagliamento<br />

Abbagliamento per<br />

saturazione<br />

Nella pratica, l’abbagliamento <strong>di</strong>retto può<br />

essere provocato da una forte luminanza, sia<br />

<strong>di</strong> origine naturale che <strong>di</strong> origine artificiale<br />

Nella progettazione illuminotecnica, esso<br />

deve essere valutato per gli angoli critici<br />

compresi fra i 45° e gli 85° in funzione della<br />

classe <strong>di</strong> qualità dell’ambiente e del livello <strong>di</strong><br />

illuminamento previsto<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Riflessioni<br />

abbaglianti<br />

I valori per l’abbagliamento <strong>di</strong> trovano nella UNI 10380)<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Effetti psicologici<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Effetti psicologici<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Effetti psicologici<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Stanza <strong>di</strong> degenza: <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Stanza <strong>di</strong> degenza: <strong>luce</strong> notturna<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Colori e orientamento<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Colori e orientamento<br />

Prof.Gianfranco Cellai


L’architetto ed il lighting<br />

designer<br />

Dante Ferretti – Museo Egizio a Torino<br />

Prof.Gianfranco Cellai


La fotografia e la scenografia<br />

Vittorio Storaro<br />

Apocalipse Now <strong>di</strong> F.F. Coppola<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Blade Runner <strong>di</strong> Ridley Scott<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Prof.Gianfranco Cellai


Prof.Gianfranco Cellai


La fotografia e la scenografia<br />

Vittorio Storaro<br />

Apocalipse Now <strong>di</strong> F.F. Coppola<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Illuminazione naturale<br />

L’illuminazione naturale è importante per <strong>di</strong>versi aspetti che possono<br />

sintetizzarsi nel benessere fisiologico e psicologico degli in<strong>di</strong>vidui e nel<br />

risparmio energetico, riducendosi la necessità nell’uso<br />

dell’illuminazione artificiale.<br />

Il parametro che definisce la qualità dell’illuminazione naturale è il<br />

<strong>Fattore</strong> me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna (FLDm): il ruolo centrale è<br />

assegnato alla superficie delle finestre, alla natura del vetro ed alla<br />

presenza o meno <strong>di</strong> ostacoli frontistanti.<br />

Per la tipologia del vetro i cataloghi dei produttori riportano il<br />

parametro relativo alla trasmissione luminosa t (ovvero nel campo del<br />

visibile) in funzione del tipo <strong>di</strong> vetro; ad esempio i doppi vetri chiari<br />

normali hanno valori t > 0,8, mentre un vetro trattato può ridurre il<br />

valore t = 0,6 o meno.<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Il quadro normativo relativo all’illuminazione naturale<br />

degli ambienti<br />

• Circ. Min. LL. PP. 3151 del 22 maggio 1967 (Criteri <strong>di</strong> valutazione delle<br />

grandezze atte a rappresentare le proprietà termiche, igrometriche, <strong>di</strong> ventilazione e<br />

<strong>di</strong> illuminazione nelle costruzioni e<strong>di</strong>lizie)<br />

• Circ. Min. LL. PP. 13011 del 22 novembre 1974 (requisiti fisico tecnici<br />

per le costruzioni e<strong>di</strong>lizie ospedaliere: proprietà termiche, igrometriche, <strong>di</strong><br />

ventilazione e <strong>di</strong> illuminazione)<br />

• D.M. 5 luglio 1975 (mo<strong>di</strong>ficazioni alle istruzioni ministeriali 20 giugno 1896<br />

relativamente all'altezza minima ed ai requisiti igienico sanitari principali dei locali <strong>di</strong><br />

abitazione) aggiornato con D.M. 9 giugno 1999<br />

• D.M. 18 <strong>di</strong>cembre 1975 (Norme tecniche aggiornate relative all’e<strong>di</strong>lizia<br />

scolastica, ivi compresi gli in<strong>di</strong>ci minimi <strong>di</strong> funzionalità <strong>di</strong>dattica, e<strong>di</strong>lizia e urbanistica<br />

da osservarsi nella esecuzione <strong>di</strong> opere <strong>di</strong> e<strong>di</strong>lizia scolastica)<br />

• UNI 10840 (Luce e illuminazione - locali scolastici: criteri generali per<br />

l’illuminazione artificiale e naturale)<br />

Molti regolamenti e<strong>di</strong>lizi, talvolta d’igiene e su in<strong>di</strong>cazione delle ASL, recano <strong>di</strong>sposizioni<br />

particolari in merito all’illuminazione naturale. E’ necessario pertanto prendere visione <strong>di</strong><br />

tali documenti prima <strong>di</strong> avviare la progettazione.<br />

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Aspetti legati all’illuminazione naturale<br />

I problemi<br />

• Surriscaldamento estivo e insolazione <strong>di</strong>retta<br />

• Abbagliamento<br />

• Continua variazione <strong>di</strong> intensità<br />

• Impossibilità <strong>di</strong> controllare le ombre<br />

• Inadeguata penetrazione in profon<strong>di</strong>tà della <strong>luce</strong><br />

• Ombre portate da ostruzioni esterne<br />

I vantaggi<br />

• Benefici psicologici ed emotivi per le persone<br />

• Variabilità in funzione del moto del sole<br />

• Preferenza per la <strong>luce</strong> naturale da parte degli occupanti<br />

• Riduzione dei consumi energetici<br />

• Guadagni solari passivi durante l'inverno<br />

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Posizione e <strong>di</strong>mensione delle aperture<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

Nel caso <strong>di</strong> un’apertura posta su un solo lato<br />

l’illuminazione naturale <strong>di</strong>minuisce<br />

progressivamente allontanandosi dalla finestra<br />

I valori dell’illuminazione naturale sono simili al<br />

caso precedente, ma la <strong>di</strong>stribuzione della <strong>luce</strong><br />

è più omogenea e con minori <strong>di</strong>fferenze tra i<br />

<strong>di</strong>versi punti dell’ambiente; il contrasto<br />

localizzato è minore.<br />

L’illuminazione bilaterale è migliore in quanto favorisce<br />

• maggiore omogeneità nella <strong>di</strong>stribuzione della <strong>luce</strong><br />

• assenza <strong>di</strong> fenomeni <strong>di</strong> abbagliamento dovuti al contrasto<br />

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Posizione e <strong>di</strong>mensione delle aperture<br />

A parità <strong>di</strong> superficie illuminante il bow-window permette:<br />

Penetrazione maggiore <strong>di</strong> <strong>luce</strong> in profon<strong>di</strong>tà<br />

Distribuzione luminosa che interessa una<br />

maggiore porzione <strong>di</strong> locale<br />

Riduzione delle zone d’ombra<br />

Sud<strong>di</strong>visione della medesima area illuminante<br />

La quantità <strong>di</strong> <strong>luce</strong> in ingresso è la medesima<br />

Varia la <strong>di</strong>stribuzione luminosa<br />

Diminuiscono le zone d’ombra laterali via via<br />

che aumenta il numero delle aperture<br />

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Forma delle aperture<br />

Apertura orizzontale<br />

Maggiore efficacia nelle<br />

imme<strong>di</strong>ate vicinanze<br />

dell’apertura<br />

Apertura verticale<br />

Maggiore penetrazione in<br />

profon<strong>di</strong>tà della <strong>luce</strong><br />

Distribuzione più<br />

omogenea della <strong>luce</strong><br />

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Il fattore <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna<br />

Rapporto fra il livello <strong>di</strong> illuminamento in un punto posto su un piano orizzontale<br />

all’interno del locale (E int<br />

) e il livello <strong>di</strong> illuminamento in un punto posto su <strong>di</strong> un piano<br />

orizzontale sotto l’intero emisfero celeste in assenza <strong>di</strong> ostruzioni e <strong>di</strong> irraggiamento<br />

solare <strong>di</strong>retto (E 0<br />

) con misure fatte nello stesso momento<br />

E<br />

FLD = int<br />

⋅100<br />

(%)<br />

E 0<br />

E<br />

0<br />

E int<br />

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Ambienti residenziali (D.M. 5/7/75)<br />

• Locali <strong>di</strong> abitazione: 2% (inoltre la superficie finestrata apribile non deve essere<br />

inferiore a 1/8 della superficie del pavimento)<br />

Ambienti ospedalieri (Circ. 13011 22/11/74)<br />

• Ambienti <strong>di</strong> degenza, <strong>di</strong>agnostica, laboratori: 3%<br />

• Palestre, refettori: 2%<br />

• Uffici, spazi per la <strong>di</strong>stribuzione, scale: 1%<br />

Ambienti scolastici (D.M. 18/12/75)<br />

• Ambienti ad uso <strong>di</strong>dattico (aule per lezione, stu<strong>di</strong>o, lettura, <strong>di</strong>segno ecc.): 3%<br />

• Palestre, refettori: 2%<br />

Valori limite del fattore <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna<br />

secondo la legislazione vigente<br />

• Uffici, spazi per la <strong>di</strong>stribuzione, scale, servizi igienici: 1%<br />

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UNI 10840<br />

Valori raccomandati<br />

nell’e<strong>di</strong>lizia scolastica<br />

Tipo <strong>di</strong> ambiente, <strong>di</strong> compito visivo o <strong>di</strong> attività FLDm (%)<br />

Asili nido e asili d’infanzia<br />

Aule giochi ≥ 5<br />

Nido ≥ 5<br />

Aule lavori artigianali ≥ 3<br />

E<strong>di</strong>fici scolastici<br />

Aule in scuole me<strong>di</strong>e superiori ≥ 3<br />

Aule in scuole serali e per adulti –Sale <strong>di</strong> lettura ≥ 3<br />

Lavagna –Tavolo per <strong>di</strong>mostrazioni –Aule educ. art. ≥ 3<br />

Aule educazione artistica in scuole d’arte ≥ 3<br />

Aule per <strong>di</strong>segno tecnico ≥ 3<br />

Aule <strong>di</strong> educazione tecnica e laboratori ≥ 3<br />

Aule lavori artigianali ≥ 3<br />

Laboratori <strong>di</strong> insegnamento ≥ 3<br />

Aule <strong>di</strong> musica ≥ 3<br />

Laboratori <strong>di</strong> informatica<br />

≥ 3 Vedere racc. VDU<br />

Laboratori linguistici ≥ 3<br />

Aule <strong>di</strong> preparazione e officine ≥ 3<br />

Ingressi ≥ 1<br />

Aree <strong>di</strong> circolazione e corridoi ≥ 1<br />

Scale ≥ 1<br />

Aule comuni e Aula Magna ≥ 2<br />

Sale professori ≥ 2<br />

Biblioteca: scaffali -Biblioteca: area <strong>di</strong> lettura ≥ 3<br />

Magazzini materiale <strong>di</strong>dattico ≥ 1<br />

Palazzetti, palestre e piscine ≥ 2<br />

Mensa ≥ 2<br />

Cucina ≥ 1<br />

Bagni Prof.Gianfranco Cellai<br />

≥ 1


Metodo <strong>di</strong> calcolo del fattore me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna<br />

Il metodo è applicabile al caso <strong>di</strong> finestre verticali (a parete) e spazi <strong>di</strong> forma regolare<br />

con profon<strong>di</strong>tà, misurata perpen<strong>di</strong>colarmente al piano della parete finestrata, minore o<br />

uguale a 2,5 volte l’altezza dal pavimento al punto più alto della superficie trasparente<br />

dell’infisso.<br />

FLD<br />

f<br />

m<br />

A ( )<br />

tot<br />

1−<br />

rm<br />

A f<br />

è l’area della superficie della finestra, escluso il telaio;<br />

t è il fattore <strong>di</strong> trasmissione luminosa del vetro;<br />

=<br />

A<br />

ε è il fattore finestra, rappresentativo della posizione <strong>di</strong> volta celeste vista dal baricentro<br />

della finestra (ε = 1 per finestra orizzontale,<strong>luce</strong>rnario, senza ostruzioni; ε = 0,5 per<br />

finestra verticale senza ostruzione; ε < 0,5 per finestra verticale con ostruzione)<br />

A tot<br />

è l’area totale delle superfici che delimitano l’ambiente compreso la finestra;<br />

r m<br />

è il fattore me<strong>di</strong>o ponderato <strong>di</strong> riflessione luminosa delle superfici che delimitano<br />

l’ambiente r m<br />

= Σ i<br />

r i ·A i<br />

/A tot<br />

; per il vetro il valore r è molto basso e pari a circa 0,07.<br />

ψè il fattore <strong>di</strong> riduzione del fattore finestra.<br />

⋅<br />

t<br />

⋅ ε ⋅ψ<br />

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Calcolo della superficie vetrata Af<br />

(Quando non sia nota la superficie precisa dell’area vetrata dell’infisso)<br />

Af = 0,75 · Ai<br />

Ai = area totale del foro nella muratura<br />

Calcolo del coefficiente <strong>di</strong> trasmissione luminosa del vetro t<br />

(Quando non sia noto il livello <strong>di</strong> pulizia dell’infisso)<br />

t = 0,9 · t’<br />

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Le caratteristiche dei materiali<br />

Coefficiente <strong>di</strong> riflessione luminosa <strong>di</strong> alcune finiture<br />

Coefficiente <strong>di</strong> trasmissione luminosa <strong>di</strong> alcuni vetri<br />

Correzione per con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> pulizia del vetro<br />

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Ostruzioni esterne<br />

ESEMPIO DI SCHEMI RELATIVI A DUE DIVERSI TIPI DI OSTRUZIONE PER<br />

DETERMINARE L’ANGOLO α<br />

Dalla trigonometria si ha<br />

che la tangente<br />

dell’angolo α è data dal<br />

rapporto:<br />

tan α = H-h/La<br />

h = altezza dal baricentro B<br />

della finestra al piano<br />

stradale<br />

da cui inv(tan α) = α°<br />

H = altezza del fabbricato<br />

contrapposto dal piano<br />

stradale<br />

La = <strong>di</strong>stanza tra il<br />

fabbricato contrapposto<br />

(o comunque<br />

dell’ostacolo) e la<br />

finestra<br />

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Ostruzioni <strong>di</strong> facciata ed esterne<br />

Altezza <strong>di</strong> 60 cm da cui partire<br />

per l’in<strong>di</strong>viduazione del<br />

baricentro B della portafinestra:<br />

es. porta H = 2,2 m, baricentro<br />

B = (2,2 – 0,6)/2 + 0,6 = 1,4 m<br />

NB. nel calcolo si trascura il contributo della parte finestrata<br />

fino a 60 cm dal pavimento<br />

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Calcolo del fattore finestra ε<br />

Ostruzioni che occupano la parte bassa del<br />

panorama<br />

H-h<br />

ε =<br />

1 − senα<br />

2<br />

senα = sen [inv (tanα = H-h/La)]<br />

α = angolo piano <strong>di</strong> altitu<strong>di</strong>ne che<br />

sottende la parte ostruita <strong>di</strong> cielo<br />

α<br />

L a<br />

H<br />

h<br />

Ostruzioni che occupano la parte alta del<br />

panorama<br />

ε =<br />

sen<br />

2<br />

α 2<br />

senα 2 = sen [inv (tanα 2 = H/L)]<br />

α 2 angolo piano che sottende la parte<br />

visibile <strong>di</strong> cielo<br />

L<br />

α 2<br />

H<br />

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Ostruzioni che occupano sia la parte alta che<br />

quella bassa del panorama<br />

ε =<br />

senα 2<br />

− senα<br />

2<br />

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Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni esterne<br />

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Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni <strong>di</strong> facciata<br />

50.0<br />

45.0<br />

40.0<br />

35.0<br />

30.0<br />

25.0<br />

20.0<br />

15.0<br />

10.0<br />

5.0<br />

0.0<br />

0.0<br />

0.0<br />

11.3<br />

0.2<br />

21.8<br />

0.4<br />

31.0<br />

0.6<br />

38.7<br />

0.8<br />

45.0<br />

1.0<br />

50.2<br />

1.2<br />

54.5<br />

1.4<br />

58.0<br />

1.6<br />

60.9<br />

1.8<br />

63.4<br />

2.0<br />

65.6<br />

2.2<br />

67.4<br />

2.4<br />

69.0<br />

2.6<br />

70.3 71.6<br />

2.8 3<br />

L<br />

α 2<br />

H<br />

α 2 (gra<strong>di</strong>)<br />

H/L<br />

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Calcolo del fattore riduttivo ψ<br />

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Esercizio<br />

Per un fattore me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna pari al 2% <strong>di</strong>mensionare la superficie <strong>di</strong><br />

una finestra <strong>di</strong> un locale avente le seguenti <strong>di</strong>mensioni e caratteristiche:<br />

Pianta 4 x 4 m altezza 3 m A f = 96 m²<br />

A pav = 16 m² A par = 80 m² t = 0,82<br />

r pav = 0,5 r pareti = 0,7 ostruzioni:<br />

A 0,02 A ( r )<br />

f<br />

tot 1−<br />

m<br />

=<br />

t<br />

⋅<br />

ε⋅<br />

1 − senα<br />

ε =<br />

2<br />

ψ<br />

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α<br />

H-h<br />

h<br />

10 m 4 m<br />

senα = sen [inv (tanα = H-h/La)] = sen [inv tan (12/10)]= sen 50,2° = 0,77<br />

ε= 1 – 0,77/2 = 0,115 ψ = 0,95<br />

L a<br />

H<br />

12 m


f<br />

Esercizio<br />

A 0,02 A ( 1 − r )<br />

tot m<br />

=<br />

t<br />

⋅<br />

ε⋅ψ<br />

r m = 16 x 0,5 + 80 x 0,85/ 96 = 0,79<br />

A f = 0,02 ⋅ 96 (1 – 0,79)/(0,82 ⋅ 0,115 ⋅ 0,95) = 4,5 m²<br />

rapporto aeroilluminante Ri = 1/8 <strong>di</strong> A pav = 16/8 = 2 m²<br />

Pertanto A f > Ri <strong>di</strong> oltre il 100%<br />

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FLDm (%)<br />

FLDm (%)<br />

2.5<br />

2<br />

1.5<br />

1<br />

0.5<br />

2.5<br />

2<br />

1.5<br />

1<br />

La problematica<br />

Per un fattore me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna FLDm = 2%<br />

<strong>Fattore</strong> <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna per H - h = 10 m<br />

A f<br />

= 1/8 * S pav<br />

= 1,75m²<br />

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32<br />

<strong>di</strong>stanza tra fabbricati La (m)<br />

<strong>Fattore</strong> <strong>di</strong> <strong>luce</strong> <strong>di</strong>urna per H - h = 10 m<br />

e ostruzione superiore <strong>di</strong> 1.2 m<br />

FLDm<br />

FLDm<br />

La = 26 m<br />

α<br />

L a<br />

Con ostruzione superiore<br />

A f<br />

= 1/6 * S pav<br />

= 2,33m²<br />

La = 44 m<br />

α 2<br />

α<br />

H<br />

H-h<br />

h<br />

0.5<br />

10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50<br />

<strong>di</strong>stanza tra fabbricati La (m)<br />

L a<br />

Prof.Gianfranco Cellai


Grazie per<br />

l’attenzione<br />

Prof.Gianfranco Cellai

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