Come progettare l'illuminazione negli ambienti scolastici: tra requisiti e linee guida

Il concetto di progettazione integrata è ormai riconosciuto essere la base di un’edilizia di qualità. Non si può pensare infatti di poter progettare a compartimenti stagni un edificio. Basti pensare alla scelta del lotto e all’orientamento dell’edificio stesso: se da un lato l’inserimento dell’edificio scolastico in un contesto residenziale può rappresentare un vantaggio dal punto di viste acustico (gli edifici circostanti fungono da barriera acustica nei confronti di strade molto trafficate), gli stessi edifici possono limitare notevolmente l’apporto di raggi solari, intesi come luce e calore, all’interno degli ambienti scolastici. Ovviamente questo è un semplice esempio, che però è utile per dimostrare la forte relazione presente tra i diversi aspetti progettuali. Negli interventi di edilizia scolastica (sia nuova costruzione che ristrutturazione) è infatti di fondamentale importanza, per le ragioni approfondite in seguito, parlare di progettazione illuminotecnica, fin dalle prime fasi. Ed è proprio sulla progettazione illuminotecnica delle scuole che si focalizzerà l’attenzione di questo articolo. È bene evidenziare che con questa circoscrizione tematica non si intende separare l’argomento da progettazione acustica, architettonico/stilistica e termo-igrometrica. 

La progettazione illuminotecnica negli edifici scolastici

Le attività svolte all’interno di un edificio scolastico richiedono, per la grande maggioranza del tempo, un impegno visivo consistente: scrittura e lettura su libri e lavagne, e visione su schermi e proiettori. Tale impegno non deve però tramutarsi in sforzo e compromettere le abilità visive: il progetto illuminotecnico deve quindi valorizzare gli spazi a seconda della funzione a cui sono destinati, definendo quindi requisiti ed interventi specifici, per aumentare comfort e produttività degli utenti. L’illuminazione di un’aula può quindi essere gestita differentemente da quella di una biblioteca o di un laboratorio informatico, come già più ampiamente descritto nell’articolo “Acustica nelle scuole: i criteri per una corretta progettazione”. 

Figura 1 – Differenza di illuminazione tra aree destinate ad attività (a) di gruppo e (b) individuali (https://rosanbosch.com/en/project/western-academy-beijing).

Per garantire adeguate prestazioni visive è necessario controllare ed intervenire su diversi parametri, quali ad esempio l’illuminamento interno e la sua uniformità, l’abbagliamento, il contrasto e la resa cromatica. Queste grandezze riguardano i due aspetti fondamentali della progettazione illuminotecnica di un ambiente scolastico (o comunque di un ambiente confinato in genere): per prima cosa è necessario massimizzare lo sfruttamento della luce naturale (evitando però problemi di abbagliamento e di surriscaldamento dell’ambiente interno causato dall’energia termica entrante attraverso le finestre) e poi bisogna prevedere un adeguato intervento integrativo della luce artificiale. 

Oltre a questi parametri tecnici, è necessario garantire anche dei requisiti più estetici e funzionali: con la prospettiva di una didattica 3.0 acquistano sempre maggiore importanza i requisiti di flessibilità e adattabilità dei sistemi di illuminazione alle diverse attività svolte in uno stesso ambiente scolastico. L’obiettivo finale che ci si deve porre è quindi quello di distribuire adeguatamente la luce all’interno degli ambienti, in base ad esigenze dell’utenza, clima locale e risparmio energetico.

Sia luce naturale che artificiale possono essere valutate a livello medio ambientale o a livello puntuale (nel caso sia richiesto un particolare compito visivo in determinati punti dell’ambiente, come ad esempio nel caso di biblioteche fornite di lampade indipendenti ad ogni postazione di lettura – Figura 1 b). Siccome la luce percepita internamente ad un ambiente confinato è condizionata da moltissimi fattori (tra cui orientamento, contesto, presenza di edifici vicini, presenza di aggetti o ostruzioni esterne, sistemi di ombreggiamento, tipologia di vetro e di serramento, colore e finiture delle pareti interne, tipologia di sorgenti di luce artificiale e di apparecchi illuminanti…), è impossibile dare delle indicazioni progettuali che possano essere generalizzate.
In questa sede si è quindi scelto di occuparsi di una trattazione generica del problema progettuale dell’illuminazione, con l’obiettivo di fornire parametri di riferimento e linee guida. Non si andrà inoltre nello specifico sui metodi di calcolo (per i quali è ovviamente sempre più d’uso comune l’utilizzo dei software di simulazione per la progettazione illuminotecnica, i quali però non saranno di seguito discussi).  

Illuminamento medio

Il primo passo per un corretto progetto illuminotecnico è la valutazione della localizzazione e dell’orientamento ottimale dell’edificio, in funzione della località climatica in cui ci si trova. In linea generale, le finestre delle aule scolastiche, in cui si svolgono lezioni prevalentemente al mattino, al contrario, negli ambienti come le aule proiezione in cui bisogna ridurre gli apporti luminosi, potrebbero essere orientati ad ovest. Ovviamente orientamento e forma dell’edificio si influenzano reciprocamente (anche solo per le ombre portate), e quindi queste indicazioni generali potrebbero variare per casi specifici. 

La valutazione del contributo di luce naturale (che ricordiamo essere la migliore sorgente, sia in termini di quantità, ovvero illuminamento, che in termini di qualità, ovvero resa cromatica e neutralità della temperatura di colore) è piuttosto complicata perché dipende fortemente da meteo, ora e stagione. (Ricordiamo che si definisce illuminamento il rapporto tra il flusso luminoso che incide su una superficie e l’area della superficie stessa [lux]).

Ci si avvale quindi di diversi indici, da utilizzare possibilmente in maniera integrata, dato che nessuno di essi è in grado di tenere in considerazione tutte le variabili in gioco. Tali indici dipendono dal tipo di attività svolta in ambiente, e la normativa ne definisce i valori medi e minimi da rispettare:

• Fattore medio di Luce Diurna (FLDm), rappresenta il rapporto tra l’illuminamento dell’ambiente interno e l’illuminamento esterno, misurato su una superficie di riferimento orizzontale (indice adimensionale), e può essere considerato come l’indice principale di riferimento. Negli edifici scolastici, ad esempio, viene richiesto un FLDm pari al 3% per gli ambienti didattici e all’1% negli spazi di distribuzione e nei servizi igienici. Questo indice tiene in considerazione la geometria dell’ambiente e delle superfici vetrate, così come le loro proprietà ottiche (trasmissione e riflessione luminosa). Trascura però l’orientamento e la posizione geografica, oltre che gli effetti della radiazione solare diretta e dei cambiamenti delle condizioni climatiche.
• Daylight autonomy (DA), o autonomia di luce diurna, quantifica, in funzione delle ore di occupazione, la percentuale di tempo in cui la luce naturale è sufficiente per svolgere il compito visivo richiesto, senza affaticamento. Si considera accettabile un valore compreso tra il 40% e il 60%. 
• Spatial daylight autonomy (sDA), o autonomia di luce diurna spaziale, indica la percentuale di spazio che, durante le ore di occupazione, riceve una quantità sufficiente luce naturale (circa 300 lux per almeno il 50% del tempo nell’arco dell’anno), trascurando però l’uniformità di illuminazione. Metodo approvato dalla Illuminating Engineering Society (IES LM-83-12).
• Useful daylight index (UDI), o illuminamento utile da luce diurna) considera le condizioni di variabilità del cielo e definisce, secondo diverse fasce orarie, dei valori massimi di illuminamento. Lo scopo è valutare quanto spesso, nell’arco dell’anno l’illuminamento è compreso tra 100 e 2000 lux in ogni ambiente: sotto i 100 lux il contributo di luce naturale può considerarsi nullo, mentre oltre i 2000 lux ci possono essere fenomeni di discomfort visivo (abbagliamento) e termico.
• Annual sunlight exposure (ASE), o esposizione solare annuale, definisce quanto spazio, in termini percentuali, riceve una quantità eccessiva di luce diretta (in genere assunta pari ad almeno 1000 lux per tempo di almeno 250 ore) Metodo approvato dalla Illuminating Engineering Society (IES LM-83-12).
• Annual light exposure (ALE), o esposizione di luce annua, quantifica la luce visibile diretta ed indiretta (quindi tiene in considerazione gli effetti di eventuali schermature) che raggiunge un punto durante un anno [lux ∙ h/anno].

È inoltre molto importante controllare la distribuzione luminosa per evitare contrasti ed abbagliamenti eccessivi.
Per la valutazione dell’abbagliamento esistono due indici: il Daylight Glare Index (DGI), relativo all’illuminazione naturale, ma con qualche limite legato alla determinazione di alcuni valori che entrano in gioco, e lo Unified Glare Rating (UGR) più indicato per la valutazione del disturbo da illuminazione artificiale. È molto importante che questi indici siano utilizzati in funzione del compito visivo richiesto dall’ambiente in esame. Quando la luce naturale non è sufficiente, entra in gioco l’impianto di illuminazione artificiale, dimensionato per garantire gli stessi livelli prestazionali anche in totale assenza di luce naturale (si immagini una giornata piovosa invernale).

Il metodo di riferimento per il calcolo dell’illuminamento artificiale in un ambiente chiuso è il metodo del flusso totale, il quale consente il calcolo del flusso luminoso richiesto in ambiente per garantire un determinato livello di illuminamento medio, in funzione di diversi parametri

• dimensioni e geometria del locale,
• caratteristiche dell’apparecchio illuminante (tipologia, solido fotometrico, modalità di distribuzione della luce)
• e sua manutenzione, colore di pareti, soffitto e pavimento.

I criteri da rispettare per una corretta progettazione illuminotecnica negli edifici scolastici sono riassunti nella norma UNI 10840:2007 “Luce e illuminazione - Locali scolastici - Criteri generali per l'illuminazione artificiale e naturale”, la quale fa riferimento”, i cui contenuti derivano dalle più generiche norme UNI EN 12464-1:2011 “Luce e illuminazione - Illuminazione dei posti di lavoro - Parte 1: Posti di lavoro in interni” e UNI 11165:2005 “Luce e illuminazione - Illuminazione di interni - Valutazione dell'abbagliamento molesto con il metodo UGR”. Nella Tabella 1 è riportato un estratto dei valori di riferimento normativi per i diversi ambienti scolastici. 

Tabella 1 – Valori limite di Illuminamento medio mantenuto Ēm, UGR, uniformità luminosa U0 e Indice di resa cromatica Ra (illuminazione artificiale) per diversi ambienti scolastici (UNI 10840:2007).

La norma UNI 11630:2016 “Luce e illuminazione - Criteri per la stesura del progetto illuminotecnico”, invece definisce quali sono i contenuti e gli elementi del progetto illuminotecnico in diversi ambiti, tra cui gli ambienti interni confinati.

Un progetto illuminotecnico di qualità deve quindi essere integrato (con la luce naturale, con gli arredi e con l’utenza), garantire una buona prestazione visiva senza sforzi, ed avere requisiti estetici che offrano una dimensione sensoriale della conoscenza (secondo la più recente ottica educativa). È quindi fondamentale controllare la distribuzione delle luminanze, i livelli di illuminamento, la resa cromatica, l’abbagliamento, i contrasti e la presenza di ombre. 

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