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 />
Prof.Gianfranco Cellai
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 />
Prof.Gianfranco Cellai
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 />
Prof.Gianfranco Cellai
Ostruzioni che occupano sia la parte alta che<br />
quella bassa del panorama<br />
ε =<br />
senα 2<br />
− senα<br />
2<br />
Prof.Gianfranco Cellai
Calcolo del fattore finestra ε per ostruzioni esterne<br />
Prof.Gianfranco Cellai
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 />
Prof.Gianfranco Cellai
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 />
Prof.Gianfranco Cellai<br />
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 />
Prof.Gianfranco Cellai
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