Integrazione tra luce naturale e artificiale
fonte: 'Elettricoplus'
12.05.2008
Uni-EN 12464-1
- Nella prima parte viene definito che cosa è la luce naturale, quali fenomeni crea, come interagisce con lo spazio e con il compito visivo - Nella seconda parte viene espressa la necessità di integrare tra loro in maniera corretta le componenti di luce artificiale con quella naturale, indicando quali sistemi utilizzare Il costante aumento del costo dell'energia elettrica ha portato come conseguenza ad avere una maggiore attenzione e consapevolezza verso gli aspetti energetici degli edifici, fino a creare una nuova figura professionale: l'energy manager.
I compiti di questo soggetto sono sostanzialmente due:
• attuare strategie orientate al risparmio energetico, avendo come obiettivo, una progressiva e continua riduzione dei consumi energetici.
• garantire il mantenimento degli standard di efficienza energetica raggiunta con le attività realizzate al punto precedente.
Sovente i migliori risultati in termini di performance di riduzione energetica sono ottenibili soltanto agendo a monte, con una progettazione degli impianti fortemente orientata all'efficienza energetica.
Esistono anche azioni che possono essere realizzate in fase di ristrutturazione, garantendo risultati di risparmio energetico particolarmente rilevanti.
Infatti, un'importante riduzione dei consumi elettrici negli edifici può essere conseguita anche attraverso la razionalizzazione nella gestione e nell'uso dell'illuminazione artificiale, tramite l'automatizzazione della regolazione e il controllo degli impianti. Il richiamo normativo
Integrare, nel senso di far interagire la luce naturale con quella artificiale, non è solo una moda per fissati del risparmio energetico, ma è un vincolo normativo dettato dalla Uni-EN 12464-1 "Luce e illuminazione - Illuminazione dei luoghi di lavoro - Parte 1: Luoghi di lavoro interni" ("Light and lighting - Lighting of work places - Part 1: Indoor work places")
che all'articolo 4.10 cita testualmente: "4.10 Illuminazione naturale
L'illuminazione naturale può fornire tutta o parte dell'illuminazione di un compito visivo. Essa varia col tempo in intensità e in composizione spettrale e perciò produce condizioni luminose variabili in un interno. La luce naturale può creare modellato e distribuzione di luminanze specifici, dovute alla luce che entra quasi orizzontalmente dalle finestre laterali.
Le finestre che forniscono un contatto visivo con l'esterno sono preferite dalla maggior parte delle persone.
Negli interni con finestre laterali, l'illuminazione naturale diminuisce rapidamente all'aumentare della distanza dalla finestra.
E' necessaria quindi una illuminazione supplementare per garantire l'illuminamento richiesto sul posto di lavoro e per bilanciare la distribuzione delle luminanze all'interno del locale.
Si possono usare interruttori automatici o manuali e/o regolatori di flusso luminoso per assicurare un'appropriata integrazione tra illuminazione naturale e artificiale.
Se vi è abbagliamento dalle finestre, si devono utilizzare schermi appropriati per ridurlo".
Scarica in PDF le figure relative all'articolo
Nella prima parte dell'articolo viene definito che cosa è la luce naturale, quali fenomeni crea, come interagisce con lo spazio e con il compito visivo.
Nella seconda parte viene definito in maniera inequivocabile che è necessario integrare tra di loro, in maniera corretta, le componenti di luce artificiale con quella naturale, indicando anche quali sistemi utilizzare.
Nel rifacimento o in una nuova realizzazione di un impianto di illuminazione di un luogo di lavoro, se questo deve essere a norma non può non essere installato un sistema di controllo per l'integrazione dell'illuminazione naturale con quella artificiale; se questo sistema manca non è possibile dire che l'impianto di illuminazione è a norma secondo la Uni EN 12464-1.
Requisito per l'applicabilità dell'articolo 4.10 della Uni 12464-1 è che deve essere presente un elemento di trasmissione della luce naturale (finestra, lucernario, camino solare a guide ottiche), ovvero l'articolo sopra menzionato non si applica ai locali ciechi o comunque privi di finestre.
Le tecnologie disponibili
Esistono vari sistemi per realizzare un sistema di controllo.
• Il più semplice e meno costoso è quello di avere una doppia accensione degli apparecchi di illuminazione distinguendo quella più prossima alle finestre da quella più distante. Ovviamente, questo sistema garantisce un risparmio energetico, solo se chi fruisce dell'ambiente è particolarmente attento, ad accendere e spegnere gli apparecchi di illuminazione nei vari momenti della giornata quando non necessari.
• Il livello intermedio è dato da un dimmer a regolazione manuale che agisce sul flusso emesso direttamente dalla lampada. Questo sistema è particolarmente valido perché, offrendo regolazione senza soluzione di continuità, offre praticamente una gamma di tarature di regolazione infinite. Anche in questo caso, il risparmio energetico è garantito solo se viene eseguita l'azione manuale di regolazione da parte dell'utente.
• Il sistema migliore e più completo è quello di regolazione del flusso luminoso con analisi in continuo della quantità di illuminamento in ambiente. Il sistema provvede in automatico a regolarsi a seconda del maggiore o minore apporto di luce naturale. L'azione umana di regolazione è assente, il sistema si regola automaticamente per garantire illuminamenti costanti, garantendo il massimo risparmio energetico.
Ossessione di risparmio o ricerca di comfort visivo
L'integrazione tra la luce naturale e quella artificiale non è solo un ossessione legata al risparmio energetico e alla riduzione dei costi di bolletta.
Regolare il flusso delle sorgenti artificiali per compensare l'apporto di luce naturale è un'esigenza di comfort visivo; infatti ogni compito svolto, richiede il giusto tipo di luce (quantità di illuminamento, tono di colore, resa cromatica, controllo dell'abbagliamento, uniformità, eccetera).
Non solo un illuminamento scarso è causa di dis-comfort sul luogo di lavoro, ma anche un illuminamento eccessivo, perché accentua i fenomeni di abbagliamento diretto e aumento di luminanze, causando fastidio e mancanza di comfort.
Scarica in PDF la tabella relativa all'articolo
Principio di funzionamento
Sono sistemi di controllo elettronici basati su sistemi a microprocessore, che governano in maniera automatica o semiautomatica il flusso luminoso emesso da una o più sorgenti contenute negli apparecchi di illuminazione in funzione di due parametri:
• la quantità di luce necessaria in ambiente per svolgere in maniera confortevole e senza affaticamento il proprio compito visivo (questo parametro è definito set-point;
• la quantità di luce presente in ambiente fornita da sistemi architettonici di illuminazione naturale (finestre, condotti solari, lucernari, ecetera).
Il sistema esegue un continuo raffronto tra quanto illuminamento (misurato in lux) è presente nell'ambiente (sia dal solo contributo di luce naturale che da quello di luce naturale più artificiale) e quanto illuminamento chiedo al sistema (valore di taratura di riferimento).
Il sistema fornisce un segnale diretto agli apparecchi di illuminazione proporzionale in percentuale:
- pari a 0% per apparecchi completamente spenti;
- 100% per apparecchi di illuminazione accesi e massima erogazione del flusso luminoso.
Per valori elevati di illuminamento da luce naturale, sopra al valore di set-point, il sistema fa in modo che agli apparecchi di illuminazione arrivi un segnale di regolazione che li tiene spenti o comunque a valore 0% di regolazione.
Man mano che il contributo di luce naturale scende sotto il valore di set-point, il sistema fornisce in maniera proporzionale un segnale di regolazione alle lampade direttamente proporzionale alla differenza di lux percepiti rispetto a quelli richiesti in ambiente.
La componentistica
Vediamo di comprendere quali sono i componenti necessari per un sistema di integrazione tra luce naturale e artificiale a regolazione automatica:
• il sensore che ha lo scopo di verificare quanto illuminamento è presente in ambiente;
• apparecchi di illuminazione con sorgenti a fluorescenza, dotati di reattore elettronico dimmerabile con segnale proporzionale 0-10 V o sistemi regolabili con tecnologia Dali (Digital adressable light interface);
• un modulo locale in campo (solitamente 1 per ogni ufficio dove viene controllato:
o lo spegnimento e l'accensione della lampada;
o la regolazione di quest'ultima;
o il comando di on e off in campo;
o il segnale di regolazione Up & Down tramite pulsanti;
• una centralina di controllo e programmazione dove vengono impostate le soglie di regolazione e i set-point di taratura, nonché le regolazioni in uscita.
Questa architettura di sistema si ripete per ogni ufficio eccetto la presenza della centralina di controllo e programmazione.
Alcune considerazioni tecnico impiantistiche
La descrizione precedentemente fornita della logica di funzionamento del sistema è il modello teorico; a questo modello teorico, bisogna però aggiungere alcune considerazioni:
• il sistema migliore è quello che per valori di regolazione verso la lampada pari a 0% permetta di spegnere anche la lampada (questa opzione non è obbligatoria, infatti molti costruttori di apparecchi di illuminazione e sistemi non lo contemplano, di solito il progettista accorto, se sviluppa l'architettura di sistema con una tecnologia BUS, cerca di prendere provvedimenti progettuali e impiantistici per realizzare questa condizione);
• il sistema funziona meglio per ambienti piccoli e confinati per almeno tre problemi vissuti su personale esperienza progettuale:
o un ambiente grande è solitamente frequentato da molte persone che hanno una percezione diversa del fenomeno luminoso e quindi dei parametri di confort, che se pur legati ad indicazioni normative, sono comunque soggettivi);
o un ambiente piccolo, richiede un solo punto di misura, mentre un ambiente grande di più punti di misura, con diverse zone di regolazione (almeno tante quante i punti di misura, altrimenti la regolazione è completamente sballata);
o se in un ambiente grande si vuole eseguire un'unica regolazione in base a più punti di misura elaborati tra di loro (valore medio, medio ponderato, eccetera), la regolazione risulta assai inefficiente e inefficace;
• il sistema deve poter permettere una forzatura da parte dell'utente, (ma solo entro determinati range di tolleranza (ad esempio il 20%), perché una persona giovane presenta una acutezza visiva maggiore di una persona anziana, o perché straordinariamente potrebbe eseguire un compito visivo diverso;
• il sistema deve essere spegnibile dall'utente a piacimento, (meglio ancora se il sistema è in grado di riconoscere l'assenza della persona e quindi di spegnere le luci);
• il sistema deve possedere per ogni ambiente ufficio almeno due scenari diversi con due set-point diversi (lavoro e pulizie), che sono due compiti visivi e richiedono due valori diversi di illuminamento e di confort visivo;
• il sistema deve regolare in maniera autonoma ogni locale, questo perché uffici esposti verso nord hanno comportamenti diversi rispetto agli uffici orientati a sud, e comunque a parità di esposizione (ad esempio sud) uffici al piano primo avranno un comportamento diverso da quelli del piano sesto;
• i sistemi migliori sono quelli implementati su tecnologie Bus orientate al building (Eib, Lon, Konnex, Modbus, eccetera), in alternativa si possono utilizzare sistemi di livello meno evoluto per applicazioni più confinate come il Dali (Digital addressable light interface); i primi sono da preferire perché permettono una eventuale integrazione di regolazione con altre componenti di controllo ambientale come sistemi di schermatura, tendaggi automatici, taparelle, eccetera);
• i sistemi a luce diretta sono molto efficienti dal punto di vista delle prestazioni, quelli a luce indiretta sono meno efficienti e comunque il sensore deve essere posizionato non a soffitto ma sotto l'apparecchio di illuminazione;
• il sistema deve poter essere configurato per avere valori di scartamento abbastanza ampi, ovvero, la regolazione in aumento o in diminuzione, deve essere senza soluzione di continuità, ma non deve pendolare continuamente, costringendo l'occhio umano a percepire queste variazioni che porterebbero ad una situazione di dis-comfort e di affaticamento. (il miglior sistema di integrazione è quello che varia il flusso luminoso emesso senza che questo venga percepito dall'utente);
• il sistema deve essere compensabile ambiente per ambiente, infatti la prima considerazione che l'apporto della luce naturale sul piano di lavoro, viene però solitamente misurato e campionato da una sonda che ne percepisce la componente riflessa e quindi:
o la riflessione percepita varia in funzione del colore e del tipo di piano;
o il set-point di 500 lux sul piano di lavoro non può corrispondere a 500 lux sul sensore perché esiste sempre uno scartamento dovuto alla componente riflessa e alla distanza tra il punto in misura (soffitto) e il piano di riferimento stesso (scrivania) con variazioni proporzionali al quadrato della distanza.
I rendimenti e le performance: un caso studio
Analizziamo ora dati e numeri in merito alla valenza economica dell'intervento e ai benefici ottenibili.
Per fare ciò dobbiamo prima fornire alcuni valori di incidenza percentuale dei consumi per l'illuminazione sul totale dei consumi elettrici negli edifici:
• uffici: 50%;
• ospedali: 20%-30%;
• industria: 15%;
• scuole: 10%-15%.
Appare chiaro quindi che gli uffici sono terreno fertile per una crescita e una diffusione dei sistemi di regolazione della luce artificiale, fortemente orientati al risparmio energetico, favoriti ovviamente da una ampia presenza di lampade a tecnologia fluorescente.
Utilizzare reattori elettronici in alta frequenza migliora le performance energetiche dell'apparecchio di illuminazione, infatti la conversione della frequenza di rete (50 Hz) in alta frequenza (kHz) migliora l'efficacia dei tubi fluorescenti che forniscono lo stesso flusso luminoso ma assorbono meno potenza.
Se si analizza uno caso studio di un progetto di rifacimento dell'impianto di illuminazione di una palazzina uffici di 1500 m2 totali, con l'installazione di apparecchi di illuminazione equipaggiati con reattore elettronico dimmerabile e sistema automatico di regolazione del flusso, posta a confronto con apparecchi di illuminazione ad alimentatore convenzionale, si evince che a fronte di un onere di installazione iniziale del 20% più alto, si ottengono i seguenti benefici indicati nella tabella 1.
Quindi l'impianto in oggetto è in grado non solo di generare risparmi energetici con tempi di rientro molto rapidi, ma permette di gestire dei benefici ambientali pari a:
- risparmio energetico annuale: 30150 kWh/anno pari a 30,15 MWh/anno;
- tonnellate equivalenti petrolio: 6,6 Tep/anno;
- emissioni di CO2 evitate: 15,9 tonn/anno.
Conclusioni
I sistemi di regolazione sono il futuro degli edifici, sia per garantire una migliore prestazione illuminotecnica, sia per garantire un efficiente risparmio energetico.
Per funzionare correttamente ed efficacemente richiedono una progettazione illuminotecnica e impiantistica attenta e puntuale, dove gli attori sono tre: il progettista elettrico, il progettista illuminotecnico e quello architettonico, che devono lavorare all'unisono per ottenere il migliore risultato estetico, economico e prestazionale
|
|