La luce zenitale è la luce naturale che entra negli ambienti dall’alto attraverso aperture nella copertura, come lucernari e superfici vetrate, e comprende sia la luce diffusa del cielo sia l’eventuale irraggiamento solare diretto.
Progettare la luce zenitale significa definire il percorso della radiazione luminosa dal cielo alle superfici interne, attraverso la geometria della copertura, le aperture e gli eventuali vani di raccordo. La superficie vetrata rappresenta soltanto una delle variabili: profondità delle imbotti, ostacoli, riflessioni e schermature determinano quanta luce raggiunge gli ambienti e come si distribuisce. Il progetto deve quindi coordinare disponibilità luminosa, comfort visivo e comportamento termico.
Coperture e aperture: il progetto in sezione
La luce dall’alto permette di illuminare zone profonde della pianta, difficilmente raggiungibili dalle finestre perimetrali. Per scegliere il sistema occorre leggere insieme sezione dell’edificio, orientamento e destinazione degli spazi.
Un lucernario sul piano di falda, una vetrata quasi orizzontale ed un’apertura verticale ricavata in un rialzo della copertura intercettano infatti porzioni di cielo differenti e ricevono il sole con angoli diversi, modificando la quantità e la distribuzione della luce all’interno.
Questo rapporto fra geometria ed esposizione è particolarmente evidente nelle coperture a shed, dove la successione dei profili permette di orientare le superfici vetrate per ottenere condizioni luminose specifiche.
Nell’emisfero settentrionale, l’esposizione verso nord privilegia una luce diffusa e relativamente stabile, mentre le aperture verso sud richiedono un controllo dell’irraggiamento diretto coerente con il percorso stagionale del sole. L’orientamento deve quindi essere valutato insieme all’inclinazione del vetro e agli ostacoli circostanti, che possono limitarne l’esposizione al cielo.
La verifica in sezione deve inoltre seguire il percorso della luce dall’apertura fino all’ambiente. Quando un controsoffitto separa lo spazio interno dalla copertura, il vano di raccordo diventa parte del sistema ottico: se lungo e stretto, comporta maggiori perdite dovute alle successive riflessioni sulle pareti.
Nei sistemi tubolari, queste perdite vengono contenute mediante superfici interne altamente riflettenti, mentre un diffusore terminale distribuisce la luce nell’ambiente. Anche in questo caso, la resa dipende dalla lunghezza e dalla configurazione del percorso.
Distribuire la luce attraverso geometrie e superfici
Per poter distribuire la luce zenitale in modo coerente con l’uso degli spazi, il dimensionamento delle aperture deve partire dalle superfici da illuminare. Aperture distribuite possono offrire maggiore uniformità rispetto a un unico lucernario centrale, mentre un taglio lineare vicino ad una parete può illuminarla e sfruttarne la riflessione per contribuire all’illuminazione dell’ambiente.
La scelta fra le configurazioni richiede di valutare posizione e distanza delle aperture in rapporto all’altezza dello spazio e alla distribuzione luminosa prodotta da ciascun sistema.
Il risultato dipende anche dalla geometria delle imbotti e dalle caratteristiche delle superfici incontrate dalla luce.Una svasatura verso l’interno ne favorisce la distribuzione e può attenuare il contrasto fra apertura e soffitto.
Chiesa di Dio Padre Misericordioso, Richard Meier, Roma, 2003. Vedi i nostri disegni dwg del progetto ►
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Una svasatura verso l’interno ne favorisce la distribuzione e può attenuare il contrasto fra apertura e soffitto. Tale effetto va valutato insieme alle finiture, poiché superfici chiare e opache favoriscono la riflessione diffusa, mentre quelle scure assorbono una quota maggiore della luce incidente. Per verificare il percorso luminoso, la sezione deve rappresentare anche travi, impianti e schermi, che possono intercettarlo e generare zone d’ombra.
L’impiego delle superfici come elementi di redistribuzione luminosa trova un riferimento significativo nel Kimbell Art Museum di Louis Kahn. Qui i lucernari longitudinali alla sommità delle volte lavorano insieme a riflettori in alluminio perforato, che indirizzano la luce sulle superfici curve della copertura. Queste superfici contribuiscono a diffondere la luce nelle sale, attraverso un sistema in cui apertura, riflettore e geometria delle volte concorrono al risultato.
Vetri e schermature per il comfort visivo e termico
Il controllo della luce zenitale richiede una scelta coordinata di vetrate e schermature, capace di conciliare disponibilità luminosa e contenimento degli apporti termici.
Per selezionare il vetro occorre distinguere tre prestazioni complementari:
- La trasmissione luminosa indica la quota di luce visibile che lo attraversa;
- Il fattore solare indica la quota dell’energia solare incidente che entra nell’ambiente, sia per trasmissione diretta sia come calore ceduto dalla vetrata dopo l’assorbimento;
- La trasmittanza termica quantifica il flusso di calore per unità di superficie e differenza di temperatura.
Una trasmissione luminosa elevata non garantisce la protezione dal surriscaldamento, così come una buona capacità isolante non risolve da sola il controllo solare. La valutazione termica deve inoltre considerare il contributo del telaio e le prestazioni del serramento nel suo complesso.
Alla selezione della vetrata si affianca il progetto delle schermature. Quelle esterne intercettano la radiazione prima che attraversi il vetro e sono generalmente più efficaci nel contenere gli apporti termici. Schermi interni e lamelle consentono invece di modulare la luce e, secondo la loro configurazione, indirizzarla verso superfici riflettenti. Posizione e geometria vanno studiate in relazione al percorso del sole, per evitare che i raggi diretti investano postazioni di lavoro, monitor o superfici capaci di produrre riflessi disturbanti.
Anche la diffusione della luce richiede particolare attenzione: un materiale diffondente attenua la concentrazione dei raggi, ma può diventare una superficie molto luminosa nel campo visivo. Il comfort dev’essere valutato considerando sia l’illuminamento sui piani di lavoro sia la luminanza delle superfici osservate, cioè la luce emessa o riflessa verso l’utente. Quest’ultima va esaminata in rapporto alla posizione dell’osservatore, alla direzione dello sguardo e al contrasto con le superfici circostanti.
Il comfort dev’essere valutato considerando sia l’illuminamento sui piani di lavoro sia la luminanza delle superfici osservate. Quest’ultima va esaminata in rapporto alla posizione dell’osservatore, alla direzione dello sguardo e al contrasto con le superfici.
Casa das Histórias Paula Rego, Eduardo Souto de Moura, Cascais, Portogallo, 2009. Vedi i nostri dwg del progetto ►
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Nodi costruttivi e verifica della prestazione
La posizione delle aperture va coordinata con l’orditura portante, individuando gli eventuali rinforzi necessari e definendo il raccordo fra lucernario e copertura. Tale nodo deve garantire continuità dell’isolamento e tenuta all’aria, oltre a gestire l’acqua attraverso un basamento e scossaline coerenti con il manto e con il percorso di deflusso delle precipitazioni.
La continuità dell’involucro dev’essere verificata anche lungo il vano di raccordo. Se attraversa un sottotetto non climatizzato, le sue pareti richiedono isolamento e sigillatura continui, in quanto discontinuità e superfici fredde possono favorire dispersioni e condensa.
I dettagli costruttivi del sistema devono inoltre agevolare la manutenzione. Questi devono consentire la pulizia delle vetrate, sulle quali i depositi riducono l’apporto luminoso, e assicurare l’accessibilità di schermature e meccanismi di apertura per controllo e sostituzione.
Alle verifiche costruttive si aggiunge il confronto delle prestazioni luminose ottenibili con diverse posizioni, dimensioni e schermature delle aperture.
Il fattore di luce diurna esprime il rapporto percentuale fra l’illuminamento in un punto interno e quello contemporaneamente disponibile all’esterno su un piano orizzontale non ostruito.
Biblioteca di Alessandria, Snøhetta, Alessandria d’Egitto, 2002. Vedi i nostri dwg del progetto ►
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Le simulazioni annuali, eseguite su un modello dell’edificio con dati climatici locali, permettono di stimare in quali zone e per quale percentuale delle ore di utilizzo la luce zenitale raggiunge i livelli di illuminamento previsti dal progetto. Il modello deve rappresentare fedelmente geometrie, proprietà dei materiali e schermature, così da rendere attendibile il confronto fra le soluzioni. I risultati luminosi vanno poi esaminati insieme alle valutazioni di abbagliamento e ai carichi termici.
Gli esiti delle analisi devono infine tradursi in dettagli e specifiche esecutive verificabili, affinché sia possibile controllare la corrispondenza tra le prestazioni previste e il comportamento dell’edificio realizzato.
In copertina: Biblioteca Salaborsa a Bologna. Fotografia © Archweb.com.
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