Dalla luce naturale ai sistemi integrati

 

Banca Popolare di Cividale, Cividale del Friuli (cortesia: Zumtobel Group)

Fin dall’antichità, l’uomo ha sempre cercato di costruire la sua dimora in spazi salubri, sicuri e ben esposti alla luce del sole. Nel nostro Speciale, una lettura di questo ambito, fino alle soluzioni di sistema emerse negli ultimi anni

Seppur variabile nel corso dell’anno e del luogo geografico, l’energia fornita dal sole è un bene irrinunciabile: naturale, gratuito, fruibile da tutti e con importanti effetti benefici per la salute psicofisica dell’individuo.

E’ doveroso ricordare che la luce del sole è la luce che ci accompagna fin dalla nostra comparsa sulla terra, ed è giustificato che l’occhio umano la riconosca come la migliore sorgente in assoluto.

Ambienti di lavoro e domestici illuminati naturalmente, risultano dinamici nel tempo e vengono giudicati più stimolanti e produttivi dagli utilizzatori. E’ un dato di fatto che la luce naturale è associata a miglioramenti dell’umore, a minore affaticamento visivo, rispondendo inoltre alla necessità dell’essere umano di essere in contatto con l’ambiente esterno e regolarizzare i propri bioritmi.

Un po’ di storia

In Architettura, molto prima dell’avvento dell’energia elettrica, i progettisti lavorarono a modelli capaci di catturare e distribuire la luce naturale, respingere o immagazzinare energia termica, utilizzare l’illuminazione con finalità semantiche e simboliche.

Già Vitruvio nel I Libro del De Architectura ricorda come tra le questioni preliminari alla progettazione di un edificio vi siano l’orientamento e il derivante irraggiamento solare cui devono accordarsi le destinazioni d’uso specifiche degli ambienti (un interessante saggio sull’argomento è stato curato da Sergio Bettini “Ricerche sulla luce in architettura: Vitruvio e Alberti” Annali di Architettura n. 22/2010).

Tra i numerosi esempi giunti sino a noi non si può non citare il  Pantheon o le architetture gotiche le cui forometrie filtrano la luce naturale trasformandola in luce diretta, d’accento o ancora, la luce diffusa delle grandi architetture rinascimentali. La luce, nelle differenti modalità e gradazioni con cui è portata, è il tramite espressivo ineludibile per comprendere il senso di uno spazio architettonico.

Nel XX secolo, con la diffusione dell’energia elettrica, ma in particolar modo negli anni del boom economico e della grande cementificazione che dal dopoguerra si è protratta fino ai giorni nostri (e che forse è ancora in corso), il tema della luce naturale ha perso valore: tranne i grandi maestri dell’architettura come Le Corbusier, Kahn, Ando, Scarpa, Siza, Perrault (solo per citarne alcuni), i progettisti “di massa” si sono spesso (erroneamente) limitati infatti alla sola applicazione del cosiddetto “rapporto aeroilluminante” (RAI) che prevede il rispetto di criteri minimi per il dimensionamento delle aperture in funzione alla superficie dei locali.

E’ necessario ricordare che il RAI è stato introdotto per assicurare la ventilazione naturale degli ambienti (non a caso è posto generalmente nei regolamenti di igiene) mentre l’illuminazione naturale dovrebbe essere valutata applicando il concetto di fattore di luce diurna  (FLD). Sono numerosi gli esempi incontrati dove l’impianto di illuminazione artificiale risulta  sovradimensionato a fronte di una scarsa attenzione al daylight assessment in fase di progetto architettonico.

Negli ultimi anni, una maggiore attenzione ai capitoli di spesa di gestione dell’edificio e l’introduzione nel 2009 delle linee guida per la certificazione energetica unite ad un rinnovato interesse verso la sostenibilità a la salvaguardia dell’ambiente, hanno dato una spinta alle tecniche della bioarchitettura ed in particolare dell’utilizzo della luce naturale, accennando una inversione di rotta verso criteri qualitativi di costruzione.

Come lo è quella artificiale, la luce naturale è materiale per l’architettura e come tale deve essere trattata in un processo di progettazione; non deve e non può essere incontrollata. Per essere efficaci, le strategie finalizzate al raggiungimento del comfort visivo, termico e al contenimento dei consumi, devono essere considerate fin dalle primissime fasi quando si definiscono la forma e l’orientamento dell’edificio.

Se voglio illuminare un locale profondo sei metri con luce zenitale (toplighting), ad esempio, avrò una migliore distribuzione e quindi maggiore uniformità rispetto ad una illuminazione tramite finestre verticali (sidelighting), tuttavia, dovrò fare molta attenzione ai materiali che utilizzo perché l’incidenza zenitale dei raggi solari su una superficie orizzontale, causa radiazioni termiche nettamente superiore rispetto a quelle verticali.

Il Daylight come sistema

Non sono però solo gli aspetti compositivi e la scelta dei materiale dell’architettura che concorrono ad una adeguata valutazione del Daylight e ai numerosi vantaggi fin qui già accennati.

Gli edifici moderni, in particolare nel settore terziario, sono macchine tecnologiche complesse dove l’utilizzo di sistemi di gestione automatizzata di impianti e servizi trova le proprie radici già a partire dagli anni ’80, quale naturale evoluzione dei processi di automazione sviluppati nell’ambito della produzione industriale. Una delle possibili applicazioni di sistemi di automazione riguarda il controllo dell’illuminazione degli ambienti.

Le esigenze di illuminazione possono variare nell’arco della giornata e nel corso dell’anno, sia in relazione alle funzioni ed alle attività che vi si svolgono sia in rapporto alla disponibilità di luce naturale o alla reale presenza degli occupanti.

I benefici del controllo della luce artificiale si traducono nella riduzione dei consumi di energia elettrica (fino anche al 40%), dei carichi termici endogeni prodotti dalle sorgenti, dei costi e del numero degli interventi di manutenzione, in una maggiore flessibilità e nel complessivo miglioramento delle condizioni generali di comfort visivo e psicofisico.

Il funzionamento dei sistemi di controllo è legato alla presenza di “intelligenze” distribuite (sensori) e centralizzate (pc e software di controllo) che regolano il comportamento dei terminali controllati (apparecchi di illuminazione, sistemi di schermatura, serrande, tende etc.); le caratteristiche di questi componenti, la loro impostazione e programmazione può influire significativamente sulle prestazioni complessive del sistema e quindi sulla effettiva qualità del progetto di illuminazione.

Le architetture di sistema

Una interessante ricerca di mercato condotta da C. Aghemo, A. Pellegrino, S. Cammarano condotta per Enea (Report RSE/2009/11) fornisce un interessante quadro di sintesi. Vediamo brevemente le principali tipologie e il funzionamento di questi sistemi.

Sistemi Stand–alone o di tipo locale: si tratta di architetture semplici dotate di dispositivi attivi come sensori di luminosità e/o presenza e di uno o più terminali controllati (apparecchio di illuminazione con alimentatore elettronico dimmerabile).

In alcuni casi, i dispositivi attivi sono già integrati nei device controllati, in altri riferiti ad un singolo locale, è presente una centralina di comando capace di semplici azioni come on-off e dimming. Una particolare evoluzione di questi sistemi si trova negli apparecchi dotati di tecnologie Swarm-Control dove sensori di presenza e luminosità si uniscono alla capacità di questi apparecchi di trasmettere in modo autonomo informazioni agli apparecchi circostanti.

Sistemi Centralizzati: sono sistemi in rete riferiti a porzioni di edifici, per esempio, un piano di uffici all’interno di una palazzina direzionale o ad interi edifici. In questi impianti dispositivi attivi (sensori), dispositivi passivi (interruttori, tastiere, touch, telecomandi), attuatori, terminali (apparecchi di illuminazione e sistemi di schermatura) dialogano tra loro in rete grazie ad un controller ( supervisore) che coordina il funzionamento dell’impianto e le azioni da compiere per ogni singolo terminale o gruppo di terminali.

Rispetto al precedente, questo sistema è in grado di gestire contemporaneamente una grande quantità di informazioni che si traducono in altrettante azioni specifiche impostate in fase di programmazione, richiamabili dall’utente per il suo comfort (scenari) o che agiscono in automatico in funzione dei dati rilevati dai sensori di luminosità o presenza.  Un vantaggio notevole di queste tecnologie è la possibilità di controllare in ogni momento lo stato di funzionamento di ogni dispositivo anche da remoto a vantaggio di una riduzione dei costi di manutenzione e di un controllo immediato dei consumi.

Sistemi centralizzati integrati in Building Automation: per “Building Automation” si vuole intendere una forma di automazione parziale o totale delle funzioni definite da unità di livello superiore che gestiscono in maniera coordinata tutti gli impianti.

E’ riferita al controllo degli impianti di medie e grandi dimensioni, che possono essere gestiti in maniera coordinata e con differenti livelli di complessità. In questi impianti,  i sistemi di controllo della luce integrati in Building Automation sono un “segmento” dell’intero impianto di automazione, sono in sostanza sistemi centralizzati che possono però interfacciarsi con un sovra sistema compatibile.

Le aziende che oggi guidano il mercato, sono estremamente attive e capaci di un continuo ampliamento delle funzioni e delle architetture tecnologiche di questi sistemi che sempre più sapranno essere strumenti personali e personalizzabili capaci di creare una luce “sartoriale” a misura d’uomo.

Banca Popolare di Cividale

Nasce dalla riqualificazione di una vecchia area industriale dismessa l’opera con la quale la Banca Popolare di Cividale intende ribadire con forza lo stretto legame con il territorio dove è nata e con le persone che lo popolano.

Un edificio, come lo descrive l’architetto Francesco Morena che lo ha progettato, che rappresenti trasparenza e trasmetta sensazioni di forza e stabilità, accogliente, innovativo, moderno e capace di grande rispetto per l’ambiente e per le persone che in esso trascorreranno la loro giornata lavorativa.

Banca Popolare di Cividale del Friuli (cortesia: Zumtobel Group)
Banca Popolare di Cividale del Friuli (cortesia: Zumtobel Group)

ll progetto è sviluppato attraverso un equilibrio dinamico dei volumi e degli spazi aperti che consentono di creare prospettive architettoniche particolarmente suggestive.

Gli spazi aperti sono trattati a verde (oltre il 90% dei parcheggi è infatti interrato)  e gli edifici sono distribuiti su livelli diversi creando dinamismo altimetrico e visivo.

Il corpo principale dell’edificio costituisce una sorta di esoscheletro in cemento foto catalitico e vetro basso emissivo, con proprietà per il primo, purificanti per l’ambiente grazie alla presenza di biossido di titanio nella composizione. La sagoma del piano terra è arretrata rispetto ai piani superiori in modo da far posto al portico perimetrale e diminuire l’irraggiamento sulla parete vetrata a tutt’altezza nei mesi caldi.

Sul fronte principale la modularità si spezza e una vetrata inclinata scende fino a terra assicurando luce naturale e contribuendo al riscaldamento della grande hall nei mesi invernali. Davanti ad essa svetta un volume collegato al corpo principale, di forte valenza simbolica, al cui interno trova posto la sala consiliare.

Questo volume, costituito da elementi triangolari irregolari supportati da una struttura reticolare spaziale si poggia su quattro spirali di pilastri metallici, allude alla forma dell’albero che affonda le sue radici nel terreno.

Sulla copertura dell’edificio è installato in impianto fotovoltaico capace di una potenza nominale complessiva di 176,4 kWp per una produzione di 191.954,9 kWh ( e una riduzione di 100t/anno CO2).

Tutta l’area, infine è servita da una centrale di trigenerazione collocata nella parte nord del comparto, interrata per limitarne l’impatto visivo ed in grado di fornire acqua calda per il riscaldamento e per l’impianto idrotermosanitario di tutto l’edificio.

Un sistema a travi fredde rinfresca e riscalda l’edificio mentre un sistema di raccolta delle acque meteoriche garantisce l’irrigazione del verde e il riuso a fini igienici. Gli ambienti interni si presentano molto luminosi grazie alle grandi superfici vetrate ed alla scelta di colori chiari per gli arredi e le finiture di pareti e soffitti.

Per questo edificio, che conta circa 2000 apparecchi di illuminazione installati, è stato previsto un unico sistema di gestione di tipo Luxmate Zumtobel su sistema bus DALI collegato a rete ethernet, preferendo in buona percentuale sorgenti LED. Un unico sensore (eliometro) posto sulla copertura dell’edificio è in grado di rilevare la situazione della volta celeste ed i suoi cambiamenti.

Riepilogo apparecchi installati e consumi (cortesia: Zumtobel Illuminazione)

I dati vengono elaborati dall’intelligenza centrale che gestisce autonomamente gli oscuranti e regola i livelli di illuminamento sul piano di lavoro nelle diverse aree dell’edificio garantendo comfort e risparmio energetico.

L’illuminazione ordinaria degli uffici è realizzata con un sistema misto, dove le piantane assicurano il rispetto dei parametri normativi per le postazioni di lavoro e rispondono ai requisiti di flessibilità, mentre gli incassi a soffitto garantiscono uniformità ed un ambiente di lavoro piacevole, caratterizzato da comfort visivo molto elevato.

Gestione della componente di luce naturale e artificiale, 1 – mattina; 2 – mezzogiorno; 3 – mezzanotte

Esiste una ulteriore funzione per gli incassi a soffitto degli spazi ufficio: la disposizione su due file lungo tutto il perimetro, consente infatti di evidenziare o nascondere gli interni e uniformare la facciata nelle ore serali e notturne quando alcuni uffici potrebbero risultare spenti.

I corridoi e le aree comuni sono risolti con apparecchi ad incasso ed a sospensione decorativi negli spazi di attesa e relax. Solo la sala consigliare, per ragioni puramente estetiche e per l’utilizzo non frequente, utilizza apparecchi decorativi a sospensione a sorgente alogena, sempre e comunque gestiti a livello centrale.

 

Consumi energetici medi annui
Costi Medi Annui per l'energia (cortesia: Zumtobel Group)
Costi Medi Annui per l’energia (cortesia: Zumtobel Group)
Risparmio energetico medio annuo (relativo) (cortesia Zumtobel Group)

L’illuminazione esterna, evidenzia gli elementi verticali del portico al piano terra e dei pilastri che sostengono il corpo centrale che ospita la sala consigliare.

Nella fase di posizionamento e scelta degli apparecchi, è stata posta particolare attenzione nell’evitare qualsiasi forma di dispersione verso la sfera celeste.

L’illuminazione di emergenza, infine, è realizzata con apparecchi a LED collegati a gruppo di continuità e supervisionati dal sistema centralizzato.

(Dario Bettiol – ZG Lighting)

 

Dati intervento

Costo: € 24.920.938 Durata cantiere: 36 mesi Dimensione: 10.000 m2 fuori terra e 10.000 interrati

Dati tecnici impianto

Potenza impegnata complessiva: 96 kW così suddivisa 53 kW per i 4 piani fuoriterra (circa 2500m2/cad) – 37 kW per i due piani interrati (circa 5000m2/cad) 6 kW per l’illuminazione esterna dell’intera struttura

Quantità corpi illuminanti (ordinari + sicurezza): circa 2500 pezzi di cui – 80% circa con tecnologia LED – 19% circa con tecnologia fluorescente a elevato rendimento – 1% circa con altri tipi di sorgente luminosa Soccorritori : n°2 da 7 kVA/cad impegnati circa per il 40%

Centraline di gestione DALI: n°12 Moduli gestione tendaggi: n°73

Studio di architettura Morena Architects Monfalcone (GO) – info@morena-architects.eu (fare QR Code da questo URL: www.morena-architects.eu )

Studio di progettazione elettrica Studio elettrotecnico Per.Ind.Roberto Venica Udine – studio.venica@gmail.com

Consulenza illuminotecnica: Zumtobel Illuminazione

 

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