Illuminazione dei locali scolastici
05.10.2007
In seguito alla morte della norma Uni 10380 sull'illuminazione d'interni, sostituita dal 1 luglio 2003 dalla norma Uni En 12464-1 "Illuminazione dei posti di lavoro. Parte 1: posti di lavoro in interni", l'Uni ha messo in circolazione un nuovo progetto di norma (U29000310) che andrà a sostituire l'attuale norma Uni 10840 relativa ai criteri per l'illuminazione artificiale e naturale dei locali scolastici.
Dopo avervi ubriacato con una serie incrociata di riferimenti normativi, sintetizziamo: è in corso un aggiornamento delle norme per l'illuminazione delle scuole.
Ovviamente tutti i riferimenti alla vecchia Uni 10380 sono stati cambiati con i riferimenti alla Uni En 12464-1, la quale riunisce nel soddisfacimento di tre fattori fondamentali, l'idea di progettazione illuminotecnica nei luoghi di lavoro e quindi anche nelle scuole:
• comfort visivo, cioè il raggiungimento di una sensazione di benessere che contribuisca a migliorare la produttività dei lavoratori;
• prestazione visiva, cioè la possibilità, da parte dei lavoratori, di svolgere il loro compito anche in condizioni difficili e a lungo nel tempo (tabella 1);
• sicurezza, cioè la garanzia che l'illuminazione non incida negativamente sulle condizioni di sicurezza dei lavoratori;
I parametri che la norma prende in considerazione per garantire comfort, prestazione e sicurezza, sono i seguenti:
• distribuzione delle luminanze;
• illuminamento e uniformità;
• abbagliamento e limitazione;
• direzione della luce;
• aspetti cromatici della luce;
• sfarfallamento ed effetti stroboscopici;
• fattore di manutenzione;
• risparmio energetico;
• illuminazione in presenza di videoterminali;
• integrazione della luce diurna.
Esaminiamoli in breve, evidenziando quelli che risultano essere i cambiamenti più significativi rispetto alla vecchia norma Uni En 10380.
Distribuzione delle luminanze
La luminanza è l'unica, fra le grandezze illuminotecniche, ad essere percepita direttamente dal nostro occhio. Di conseguenza risulta di estrema importanza garantire una distribuzione bilanciata della luminanza nel campo visivo degli alunni (e degli altri utenti scolastici), allo scopo di aumentare la nitidezza della visione, di migliorare la possibilità di distinguere piccole differenze di luminanza, di aumentare l'efficienza delle funzioni oculari (quali l'accomodamento, la convergenza, eccetera.), e di migliorare il comfort visivo.
Iluminamento e sua uniformità
Mentre nella vecchia normativa, si faceva riferimento ad un'illuminazione generale ad una certa altezza dal pavimento uguale ed uniforme in tutto il locale (figura 1), ora s'introduce l'idea di differenziare l'illuminazione concentrandola dove è richiesto un determinato compito (esempio lettura, scrittura, disegno, lavoro sul computer). L'area dove, per lavoro, occorre svolgere un determinato compito visivo può essere orizzontale, inclinata o anche verticale (figura 2).
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A questo scopo è stato definito l'illuminamento medio mantenuto Em, cioè il minimo valore di illuminamento medio consentito in una zona dove deve essere svolto un determinato compito visivo (non si può mai scendere al di sotto, di conseguenza l'avvicinamento a questo valore indica che è giunto il momento di effettuare una manutenzione). Mentre prima, con l'illuminazione generale si aveva un valore all'interno di un locale, ora possono esserci diversi valori all'interno di uno stesso locale, potendo convivere differenti tipologie di lavori e quindi di compiti visivi.
Abbagliamento e sua limitazione
Per abbagliamento s'intende la sensazione visiva causata da una distribuzione sfavorevole delle luminanze e/o da contrasti eccessivi di luminanze nel campo visivo. L'abbagliamento si può dividere in due categorie:
- abbagliamento diretto (chiamato molesto) che è provocato direttamente dalle sorgenti luminose, cioè dagli apparecchi di illuminazione o dalle finestre;
- abbagliamento riflesso che è provocato dalla riflessione della luce su oggetti e superfici che fanno da specchio (esempio schermo di computer) ;
Entrambi i tipi di abbagliamento sono da evitare, in quanto portano a cali di concentrazione ad aumento degli errori e a stanchezza.
L'abbagliamento diretto provocato dagli apparecchi d'illuminazione viene valutato nella norma Uni En 12464-1, attraverso il metodo dell'indice unificato di abbagliamento Ugr (Unified Glare Rating) che è un coefficiente valutato in funzione della disposizione degli apparecchi illuminanti, delle caratteristiche dell'ambiente (dimensioni, riflessioni) e del punto di osservazione degli operatori. I valori standard di riferimento dell'Ugr sono compresi tra 10 (nessun abbagliamento) e 30 (abbagliamento fisiologico considerevole) distanziati di 3 unità (10, 13, 16, 19, 22, 25 e 28), da ricercarsi nelle due direzioni di vista (trasversale e longitudinale rispetto all'apparecchio): più basso è il valore, minore è l'abbagliamento diretto.
Direzione della luce
L'illuminazione diffusa dovrebbe essere miscelata in maniera equilibrata, ad un'illuminazione direzionale (cioè che proviene da una ben precisa direzione), allo scopo di migliorare il riconoscimento tridimensionale degli oggetti, creando un'ombreggiatura nella quale si passa dalla zone scure a quelle chiare senza traumi visivi e le forme sono rivelate in modo chiaro e piacevole.
Senza un equilibrio tra illuminazione direzionale e diffusa potrebbero crearsi inconvenienti quali un ambiente senza ombre dove tutto appare monotono (eccesso di luce diffusa), oppure un ambiente con ombre troppo pronunciate con conseguenti zone completamente scure (eccesso di luce direzionale).
Aspetti cromatici della luce
Per descrivere le proprietà cromatiche di una sorgente luminosa, occorre prendere in considerazione due fattori:
- la temperatura di colore (TCP) che indica l'apparenza cromatica della luce stessa;
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- l'indice di resa del colore (Ra) che dice in che misura il colore di un oggetto illuminato artificialmente (pareti, mobili, oggetti di lavoro...) appare naturale a chi lo osserva e che consiste in un numero compreso tra 0 e 100. Un indice Ra pari o superiore ad 80 viene normalmente considerato alto ed indica che la sorgente ha buone proprietà di resa cromatica; ad esempio le sorgenti di tipo termico, come le lampade a incandescenza, hanno un'ottima resa del colore.
Sfarfallamento ed effetti stroboscopici
Effetti assolutamente indesiderati sono lo sfarfallamento (flicker), responsabile di distrazioni e a lungo andare, anche di disturbi più gravi come le cefalee, e l'effetto stroboscopico provocato dal flusso luminoso che pulsa a frequenza doppia di quella della rete (100 Hz). Normalmente questa frequenza non viene percepita, ma nel momento in cui ci sono macchinari, quali ad esempio un tornio in un laboratorio, che ruotano velocemente, si può creare una pericolosissima illusione ottica tale per cui l'attrezzo sembra addirittura fermo, determinando così una situazione di estremo pericolo. L'effetto stroboscopico si può annullare utilizzando ad esempio lampade a scarica con reattori elettronici funzionanti ad alte frequenze (circa 30 kHz), oppure lampade ad incandescenza alimentate in continua.
Fattore di manutenzione
La definizione di fattore di manutenzione, tratta dal documento Iec/Cie 17.4 è la seguente: "Il rapporto tra l'illuminamento medio sul piano di lavoro dopo un certo periodo d'uso dell'impianto (1° manutenzione) rispetto al valore medio dell'illuminamento ottenuto sotto le stesse condizioni quando l'impianto è nuovo". E' evidente, quindi, che stiamo parlando di un parametro di valore inferiore ad 1, di fondamentale importanza per la progettazione dell'impianto d'illuminazione. Il progettista deve, infatti, in base alla Uni En 12464-1:
- stabilire il fattore di manutenzione ed elencare tutte le ipotesi richieste per la valutazione di questo valore;
- specificare gli apparecchi di illuminazione adatti per l'ambiente;
- preparare un programma completo di manutenzione in cui si devono indicare: la frequenza con cui si devono sostituire le lampade, gli intervalli di pulizia degli apparecchi di illuminazione e del locale, ed il metodo di pulizia più adeguato.
Risparmio energetico
La norma Uni En 12464-1, fa delle semplici considerazioni energetiche, limitandosi ad osservare che un impianto d'illuminazione deve corrispondere ai requisiti d'illuminazione di un luogo particolare, senza sprecare energia. Tuttavia, afferma, questo deve avvenire senza compromettere l'aspetto visivo di un impianto d'illuminazione, e per ottenere ciò occorre un esame approfondito dei sistemi più appropriati d'illuminazione, delle apparecchiature, dei comandi e dell'uso della luce diurna disponibile. Un provvedimento che si potrebbe attuare nelle aule e nei laboratori scolastici, è quello di condizionare l'accensione delle lampade alla presenza effettiva di persone, attraverso l'installazione di sensori ad infrarossi passivi. Un sistema come questo garantirebbe, anche in caso di dimenticanza degli utenti, lo spegnimento automatico dell'illuminazione nelle aule, trascorsi pochi minuti dal termine delle lezioni.
Illuminazione in presenza di videoterminali
Il principale problema che ci si trova ad affrontare, quando il lavoro viene svolto di fronte ad uno schermo, è l'abbagliamento riflesso sul monitor. Per limitarlo, si devono seguire delle semplici disposizioni: sistemazione adeguata e coerente tra apparecchi d'illuminazione, monitor e posti di lavoro, uso di superfici opache e satinate, a riflessione diffusa o schermate sul posto di lavoro, riduzione della luminanza degli apparecchi d'illuminazione in modo da limitare i riflessi sull'oggetto da vedere, aumento dell'area luminosa dell'apparecchio di illuminazione, cioè utilizzo di luce diffusa, con forti componenti di luce indiretta. Segnaliamo, comunque, che i riflessi dipendono dagli angoli e che quindi per evitare i riflessi a volte basta solo girare o inclinare il video.
In ogni caso la norma Uni En 12464-1, propone una tabella (tabella 2) nella quale indica i valori limite della luminanza degli apparecchi di illuminazione ad angoli di elevazione di 65° ed oltre che possono essere riflessi dagli schermi di videoterminali, per i posti di lavoro in cui vengono utilizzati monitor verticali o inclinati fino ad un angolo di inclinazione di 15°.
E' però possibile che vengano utilizzati monitor molto inclinati (portatili, Pda... che possono avere angoli di inclinazione anche inferiori ai 15°). In questi casi è indispensabile una schermatura per angoli prossimi alla verticale, soprattutto se l'illuminazione è collocata direttamente sopra i posti di lavoro (figura 3). La norma Uni En 12464 non prende però in considerazione quest'eventualità (angoli d'inclinazione inferiori ai 15°).
Integrazione della luce diurna
La luce diurna potrebbe fornire tutta o parte dell'illuminazione necessaria per i compiti visivi, anche se il livello e la qualità variano durante il giorno, causando quindi una condizione di variabilità di percezione luminosa. Tuttavia, a causa della direzionalità, (orizzontale) l'illuminazione naturale può contribuire a creare un'equilibrata distribuzione delle luminanze insieme alla luce artificiale di tipo diffuso. Un altro punto a favore della luce naturale è che psicologicamente predispone le persone ad un miglior umore e di conseguenza ad un miglior rendimento sul lavoro, rispetto alla luce artificiale.
Il maggior problema provocato dall'illuminazione naturale è invece l'abbagliamento dovuto alla notevole differenza di luminanza fra le superfici vetrate delle finestre e le superfici opache dei muri interni. Per ridurre l'abbagliamento causato dalle finestre, si dovrà quindi provvedere ad un'adeguata schermatura, tramite tende e similari soprattutto in condizioni d'elevata luminanza esterna.
Per ottenere una buona visione e percezione della lavagna, occorre fare in modo che nessuna finestra appaia riflessa sul piano della lavagna, qualsiasi sia la posizione dell'alunno all'interno della classe. Inoltre, allo scopo di garantire un'adeguata distribuzione dell'illuminazione naturale, occorre che siano rispettati i valori del fattore medio di luce diurna mostrati in tabella 3.
Il fattore medio di luce diurna, ηm è il rapporto (%) tra l'illuminamento medio dell'ambiente, Em, e l'illuminamento esterno prodotto dalla volta celeste, E0. Questo fattore può essere calcolato attraverso una formula (vedi scheda).
Requisiti di illuminazione richiesti
Riportiamo la tabella compresa nella nuova versione della norma Uni 10840, nella quale vengono elencate, per varie tipologie ed ambienti lavorativi (se l'attività o il compito non viene menzionato, si deve far riferimento ad una situazione paragonabile), tre caratteristiche illuminotecniche fondamentali da rispettare:
- l'illuminamento medio mantenuto Em, ossia il valore al di sotto del quale l'illuminamento medio, su una specifica superficie, non può mai scendere. Gli illuminamenti indicati si riferiscono:
• come regola generale, alle superfici di lavoro orizzontali poste ad una altezza di 0,85 m dal pavimento. Quando la superficie di lavoro non è orizzontale (es. lavagne) o ci sono altezze differenti di lavoro (esempio asili nido o scuole dell'infanzia), Em si deve riferire a quelle situazioni specifiche;
• per le aree di transito (corridoi, ingressi), ad una altezza di 0,2 m dal pavimento.
- Il valore massimo dell'indice unificato di abbagliamento Ugr;
- Il valore minimo dell'indice di resa del colore Ra.
Illuminazione di emergenza
Come nella vecchia versione della norma, anche nel suo aggiornamento si afferma che "nei vari locali deve essere predisposta un'opportuna illuminazione d'emergenza e antipanico in base alle prescrizioni di legge vigenti in materia ed alla normativa tecnica di settore". Stiliamo allora l'elenco delle disposizioni legislative e tecniche che dispongono l'installazione dell'illuminazione di sicurezza nelle scuole:
• nelle scuole di ogni ordine, grado e tipo, collegi, accademie e simili per oltre 100 persone presenti (attività n. 85 del DM 16/2/82), "Il sistema di illuminazione di sicurezza deve garantire una affidabile segnalazione delle vie di esodo, deve avere alimentazione autonoma, centralizzata o localizzata, che, per durata e livello di illuminamento, consenta un ordinato sfollamento. Sono consentiti anche sistemi di alimentazione localizzati". (punto 8, allegato A del DM 8/3/85);
• il DM 26/08/92, che si applica, per quanto riguarda l'illuminazione di sicurezza, agli edifici e ai locali adibiti a scuole di qualsiasi tipo, ordine e grado con un numero di presenze contemporanee superiore a 100, all'art. 7.1 detta le disposizioni riguardo l'illuminazione di sicurezza: "Le scuole devono essere dotate di un impianto di sicurezza alimentato da apposita sorgente, distinta da quella ordinaria. L'impianto elettrico di sicurezza deve alimentare le seguenti utilizzazioni, strettamente connesse con la sicurezza delle persone:
o a) illuminazione di sicurezza, compresa quella indicante i passaggi, le uscite ed i percorsi delle vie di esodo che garantisca un livello di illuminazione non inferiore a 5 lux;
o b) ....... Nessun altra apparecchiatura può essere collegata all'impianto elettrico di sicurezza. L'alimentazione dell'impianto di sicurezza deve potersi inserire anche con comando a mano posto in posizione conosciuta dal personale. L'autonomia della sorgente di sicurezza non deve essere inferiore ai 30 minuti. Sono ammesse singole lampade o gruppi di lampade con alimentazione autonoma. Il dispositivo di carica degli accumulatori, qualora impiegati, deve essere di tipo automatico e tale da consentire la ricarica completa entro 12 ore;
• anche la guida Cei 64-52, relativa agli impianti elettrici negli edifici scolastici, richiama varie volte la necessità dell'illuminazione di sicurezza:
• art. 2.2: Devono essere, anche, indicate le uscite di sicurezza e le vie di esodo per la corretta installazione degli apparecchi dell'illuminazione di sicurezza";
• art. 8.2: "Le strutture scolastiche devono essere dotate di un'alimentazione di sicurezza da apposita sorgente, distinta da quella ordinaria. (DM 26/08/92). Dalla sorgente di sicurezza devono essere derivate le seguenti utilizzazioni strettamente connesse con la sicurezza delle persone:
- illuminazione di sicurezza, compresa quella indicante i passaggi, le uscite ed i percorsi delle vie di esodo che
garantisca un livello di illuminazione non inferiore a 5 lx su un piano orizzontale ad 1m di altezza dal piano di
calpestio;
- impianto di diffusione sonora e/o impianto di allarme.
Non è ammesso derivare dalla sorgente di sicurezza utilizzazioni diverse da quelle sopra elencate. I circuiti di sicurezza devono potersi inserire anche con comando a mano posto in posizione conosciuta dal personale. L'autonomia della sorgente di sicurezza non deve essere inferiore ai 30 min. Sono ammesse le seguenti sorgenti per i circuiti di sicurezza:
- batterie di accumulatori;
- altri generatori indipendenti dall'alimentazione ordinaria;
- linea di alimentazione effettivamente indipendente da quella
Utilizzando degli accumulatori come sorgente di sicurezza, il dispositivo di carica deve essere di tipo automatico e tale da consentire la ricarica, per l'autonomia richiesta, entro 12 ore. Per l'illuminazione di sicurezza è ammesso l'impiego di singole lampade o gruppi di lampade con alimentazione autonoma".
Potrebbe nascere il dubbio che tutte queste disposizioni non si applichino agli asili nido, che tecnicamente non sono definite come scuole. In realtà, la guida Cei 64-52, include esplicitamente nel suo campo di applicazione gli asili nido, inoltre gli asili nido sono luoghi di lavoro ed infine occorre come sempre applicare la regola del buon senso.
Verifiche
Oltre alle verifiche previste dalla norma Uni En 12464-1, ovvero quelle sull'illuminamento, sull'Ugr, su Ra e sulla luminanza, la norma sui locali scolastici richiede di verificare anche il fattore medio di luce diurna ηm, effettuando le misurazioni dell'illuminamento interno ed esterno, in contemporanea con due luxmetri. Le misure all'esterno devono essere effettuate in un punto su un piano orizzontale in prossimità dell'ambiente interno, ma in grado di ricevere la luce dall'intera volta celeste, senza tuttavia essere esposto direttamente al sole. Il rapporto tra la media dei valori di illuminamento rilevati all'interno Em, e la media dei valori di illuminamento rilevati all'esterno, costituirà il valore sperimentale di ηm che andrà confrontato con il valore calcolato e con i valori limite di tabella 3.
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