Progettare la luce eco-compatibile

Lighting design, ingranaggio di una progettazione multidisciplinare

La professione di lighting designer è estremamente mutata negli ultimi anni, come testimonia il sondaggio condotto in APIL per conoscere i mutamenti del mercato della luce e per meglio interpretare le esigenze degli associati. Sempre più infatti il lighting designer, all’interno del processo di progettazione multidisciplinare, non si limita alla definizione del concept della luce, ma concorre al raggiungimento dell’obiettivo finale di garantire il benessere della persona nei diversi ambiti applicativi (scuole, uffici, musei, retail, architettura in genere, ecc). Come professionisti specializzati nella progettazione della luce, ci inseriamo dunque all’interno della macchina progettuale confrontandoci con tutti gli attori coinvolti nel processo: architetti, ingegneri elettrici, strutturisti, ecc.
La luce è un potente strumento di design, attraverso il quale è possibile costruire scenografie, valorizzare gli spazi, definire percorsi e migliorare le condizioni di benessere degli individui che fruiscono dell’architettura. Tuttavia è solo attraverso una progettazione sapiente e rigorosa che si può arrivare a un risultato apprezzabile. Il punto di partenza è una solida preparazione in materia, la conoscenza delle nuove tecnologie d’illuminazione e di sistemi di controllo innovativi, oltre a una precisa consapevolezza del panorama normativo. Tutto ciò può essere riassunto nella fondamentale importanza del processo di formazione continua che ogni lighting designer dovrebbe seguire per individuare soluzioni di design finalizzate al raggiungimento degli obiettivi di progetto.
In quest’ottica Apil si propone sul territorio nazionale e internazionale, con attività preposte alla divulgazione della cultura del progetto d’illuminazione, con la consapevolezza che il panorama degli strumenti a disposizione del lighting designer è ancor più complesso a seguito dell’introduzione delle sorgenti LED che, ormai consolidate ed evolute, hanno portato a nuovi processi di progettazione e alla ridefinizione del panorama normativo. Il processo del progetto illuminotecnico si accosta infatti ad ambiti paralleli spesso compenetrati fra loro, quali i temi della gestione integrata (BMS), della sicurezza, del product engineering design, dell’ergonomia, Internet of Things, che obbligano il professionista a una conoscenza e competenza non solo del settore illuminotecnico, ma anche nei campi attigui.
Nasce con queste premesse l’esigenza di un focus sulla progettazione eco-sostenibile della luce che, oggetto di un incontro presso l’associazione, ha messo in relazione gli obiettivi del progetto illuminotecnico con i parametri definiti dalle certificazioni LEED e WELL, sempre più richieste dal cliente finale.
Per valutare la sostenibilità di un impianto di illuminazione è possibile usare i principi delle certificazioni ambientali sviluppate per “misurare” la prestazione degli edifici e dei componenti utilizzati, sia negli interventi di nuova costruzione, sia in quelli di ristrutturazione di edifici esistenti.
Tra le certificazioni più diffuse in Italia per gli edifici a uso uffici c’è sicuramente la certificazione LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) che fornisce molteplici protocolli di valutazione a seconda della tipologia di intervento, partendo da una scala di quartiere (LEED for Neighborhood Development) fino al livello di edificio e di fit-out o ancora per la gestione di edifici esistenti (LEED for Existing Building)

Tutti i protocolli LEED valutano la prestazione dell’intervento rispetto a criteri suddivisi nelle 9 aree:

Integrative Process (IP); Material and Resources (MR); Location & Transportation (LT); Indoor Environmental Quality (EQ); Sustainable Sites (SS); Innovation and Design Process (ID); Water Efficiency (WE); Regional Priority (RP); Energy and Atmosphere (EA).
In questo quadro l’illuminazione costituisce uno degli elementi di maggiore impatto sul rating finale della certificazione, come evidenziato dalla tabella 1 che fornisce le principali aree di intervento sia l’illuminazione interna sia per l’illuminazione esterna.

Progettare l’illuminazione esterna

Nella certificazione LEED l’illuminazione delle aree esterne è valutata sia in termini d’inquinamento luminoso prodotto, sia in termini d’insegne luminose.

Il protocollo misura l’inquinamento luminoso secondo due parametri:

• illuminazione verso l’alto: massima percentuale di lumen emesso al di sopra dell’asse orizzontale;

• illuminazione verso l’esterno del sito: massimo illuminamento orizzontale e verticale al confine del sito.

I limiti sono distinti per le varie tipologie di zone (da LZ0 a LZ4), a seconda dell’inquinamento luminoso del contesto in cui l’edificio è inserito. Per esempio, per un edificio posto in un’area rurale (LZ1), dove non sono presenti particolari elementi di illuminazione, il requisito risulta molto stringente. Al contrario nelle aree a elevata luminosità (LZ3 e LZ4), dove l’inserimento di nuove sorgenti non costituisce un problema, si possono illuminare elementi architettonici, facciate, arredi urbani, aree e percorsi pedonali, ovviamente contenendo l’ulteriore inquinamento prodotto. Prendendo a riferimento la zona LZ3 (area urbana), i limiti sono: emissione verso l’alto inferiore al 3% dei lumen totali del sito e illuminamento sul confine del sito inferiore a 2 lux.
Tuttavia anche nelle aree caratterizzate da elevata luminosità, è indispensabile limitare o spegnere tutte le luci non essenziali (non di sicurezza) nelle ore notturne, comprese quelle utilizzate per l’illuminazione architettonica e paesaggistica. Tutti gli apparecchi di illuminazione regolabili devono essere puntati correttamente in modo che la luce emessa non superi i confini dell’area interessata dal progetto.
L’altro aspetto da considerare è quello legato alle insegne luminose, per le quali vengono valutati due parametri:

• luminanza durante le ore notturne inferiore a 200 cd/mq

• luminanza durante le ore diurne inferiore a 2000 cd/mq

I requisiti LEED sono in larga parte in linea con alcune delle Leggi Regionali sul tema dell’inquinamento luminoso, quale ad esempio la Legge Regionale Lombardia n. 17/00 e s.m.i., che limitano le emissioni luminose verso l’alto dell’illuminazione, gli orari di funzionamento ammessi (apparecchi vengano spenti entro le ore 24:00) e il flusso luminoso delle insegne (minore di 4500 lm).
Questo significa che già il rispetto dei requisiti di alcune norme regionali già di per sé permette di rispondere ai requisiti della certificazione LEED. Tuttavia occorre considerare che rispetto al protocollo LEED, la normativa regionale ammette alcune deroghe al rispetto del requisito; per esempio per l’illuminazione di edifici e monumenti (di valore artistico, architettonico e storico), per i quali nei casi di comprovata inapplicabilità dell’utilizzo di illuminazione di tipo radente dall’alto verso il basso, sono ammesse altre forme di illuminazione.
II progetto del sistema di illuminazione esterna deve essere inoltre in grado di rispondere ai criteri e ai limiti di potenza specifica indicati nella Sezione 9 della norma ASHRAE 90.1-2010 che nella tabella 9.4.3, in base alla classificazione della zona, individua la densità di illuminazione massima ammissibile, per esempio per la zona LZ3:

• parcheggi esterni 1.1 W/mq

• percorsi pedonali (larghezza < 3m) 2.6 W/m di lunghezza

• percorsi pedonali (larghezza >3m) 1.7 W/mq

• aree verdi 0.54 W/mq

• porta ingresso 98 W/m di larghezza porta

• facciata 1.6 W/mq

Una strategia per progettare gli impianti di illuminazione per esterni conforme al protocollo LEED dovrebbe quindi:

• rivedere attentamente ogni disposto normativo o regolamento sull’illuminazione che può influire sul progetto illuminotecnico per il sito in esame;

• valutare le conseguenze sul progetto e studiare i possibili problemi di dispersione di luce nelle aree limitrofe in funzione del tipo di zona in cui l’area di progetto è ubicata;

• progettare l’impianto di illuminazione esterna al fine di minimizzare l’illuminazione verso l’alto prodotta dalla riflessione della luce su superfici adiacenti;

• scegliere attentamente la posizione dei dispositivi al fine di controllare l’abbagliamento e contenere l’illuminazione prodotta all’interno dell’area di progetto;

• porre particolare attenzione agli apparecchi di illuminazione che sono nelle vicinanze del confine del sito e garantire la minimizzazione dell’illuminazione prodotta da questi dispositivi oltre il confine del progetto;

• illuminare il minimo indispensabile ed esclusivamente dove necessario;

• progettare e sviluppare un piano di controllo al fine di parzializzare o spegnere le luci in base all’orario di occupazione o servizio dell’edificio;

• prevedere densità di illuminazione conformi alla norma ASHRAE 90.1-2010

• controllare automaticamente l’illuminazione esterna in base alla luce naturale (crepuscolare o con programmazione temporale)

• spegnere l’illuminazione esterna non di sicurezza (ad esempio facciata e landscape) e delle insegne tra mezzanotte e le 6:00

Progettare l’illuminazione interna

Per l’illuminazione interna, gli aspetti fondamentali da considerare in una buona progettazione sono la riduzione dei consumi energetici e il comfort.
Una strategia per ridurre il consumo dell’illuminazione potrebbe prevedere la combinazione dei seguenti elementi:

• sistemi di illuminazione con fonti LED, anche per l’Illuminazione di emergenza e di segnalazione delle vie di fuga;

• ridotte densità di illuminazione per i vari ambienti dell’edificio (vedi tabella 2 che riporta una combinazione di densità di illuminazione che possono portare a un risparmio fino al 30% rispetto all’edificio di riferimento costruito secondo i parametri ASHRAE);

• gestione dell’illuminazione tramite sensori di presenza e luminosità. In particolare per le aree con occupazione non continuativa, quali ad esempio aule, sale riunioni, aree break/pranzo, sale stampa e spogliatoi, sensori per spegnere automaticamente l’illuminazione quando non sono presenti persone permettono un notevole risparmio di energia. Per le aree perimetrali, l’uso di sensori di luminosità permette di ridurre il consumo di energia quando è disponibile la luce naturale.

• sistema centralizzato di supervisione per spegnimento temporizzato dell’illuminazione non di sicurezza (durante l’orario notturno), anche in grado di riportare alla modalità di funzionamento automatico le eventuali forzature manuali locali;

• controlli separati per l’illuminazione di accento, task lighting, lampade decorative.

Nell’ottica di garantire e verificare il risparmio energetico atteso, un elemento utile è quello di prevedere la contabilizzazione di dettaglio dei consumi energetici, come indicato anche nel protocollo LEED, misurando con multimetri dedicati l’impianto di illuminazione.

Una contabilizzazione di dettaglio permette, in fase di gestione dell’immobile, di verificare l’efficienza del sistema, per esempio confrontando i consumi attesi con il risparmio stimato in sede di progetto con il modello energetico dinamico. Inoltre, conoscendo i consumi legati all’illuminazione, è possibile stimare possibili saving legati a interventi sull’impianto, quali ad esempio operazioni di sostituzione delle lampade o modifiche delle modalità di gestione del sistema (riduzione degli orari di accensione o verifica delle modalità di accensione dell’illuminazione artificiale a compensazione di quella naturale).
È sempre auspicabile quindi avere un livello di dettaglio sufficiente per misurare i possibili risparmi per:
illuminazione esterna; illuminazione interna aree comuni; illuminazione per ciascun piano; illuminazione interna decorativa o illuminazione d’accento.
Esiste poi un tema della qualità legata all’illuminazione interna. Anche in questo caso si può fare riferimento ai criteri e principi delle certificazioni LEED e più ancora WELL (certificazione che valuta il benessere degli occupanti all’interno degli ambienti, in particolare per uffici, in cui i requisiti legati all’illuminazione sono raccolti in una sezione dedicata “Light”, composta da 11 features).
Il primo aspetto da considerare sono i sistemi di controllo dell’illuminazione da collocare all’interno del locale negli spazi con presenza di postazioni fisse di lavoro, quali uffici singoli, reception, uffici open space… Una soluzione per garantire la possibilità di controllare la luce secondo le esigenze personali a tutti gli occupanti, anche con più livelli di illuminamento, è quella di utilizzare, specialmente in open space, lampade da tavolo. In questi casi è auspicabile coordinare la strategia illuminotecnica complessiva tra illuminazione di base a soffitto e lampade da tavolo per un’illuminazione puntuale sulle postazioni di lavoro, per ottenere adeguati livelli di illuminamento, minimizzando i consumi.
La controllabilità e la possibilità di gestire vari scenari di funzionamento dovrebbe essere considerato anche nella progettazione di spazi come meeting room e showroom, con un sistema di controllo adeguato.

Per questi spazi la certificazione LEED indica i seguenti requisiti:

• almeno tre livelli di illuminamento (spento, acceso e almeno un livello intermedio);

• controlli disposti all’interno del locale e facilmente riconoscibili;

• controlli separati per zona proiezione e sala.

Il secondo aspetto indicato nelle certificazioni LEED e WELL è relativo al comfort per il quale vanno garantiti i seguenti principi:

• apparecchi luminosi con luminanza inferiore a 2500 cd/mq e angolazione compresa tra 45° e 90°;

• fonti luminose con un indice di resa cromatica (CRI) maggiore di 80;

• fonti luminose con una vita utile di almeno 24.000 ore per almeno il 75% dell’impianto di illuminazione;

• luce ambientale diretta al massimo per il 25% di tutti gli spazi regolarmente occupati;

• raggiungere o superare le soglie di riflettanza media per area indicate nella tabella 3, per almeno il 90% dell’area regolarmente occupata;

• un rapporto tra illuminanza media sulla superficie verticale e illuminanza media dell’area di lavoro minore o uguale a 1.10 per almeno il 75% dell’area regolarmente occupata;

• un rapporto tra illuminanza media dei soffitti e illuminanza media dell’area di lavoro minore o uguale a 1.10 per almeno il 75% dell’area regolarmente occupata;

• controllo dell’abbagliamento dovuto all’illuminazione, attraverso illuminazione con valori di luminanza e del valore di uniformità UGR;

• comfort visivo, con livelli di illuminamento minimi per l’illuminazione di base e le aree di lavoro e valori massimi di contrasto visivo tra i vari spazi (es. stanze principali e aree di supporto) e all’interno della stessa stanza tra il piano di lavoro e le superfici adiacenti;

• un livello di illuminamento melanopico, che consideri cioè il ciclo circadiano incorporando anche l’illuminazione naturale;

• limitazione dell’illuminazione diretta sullo schermo dei computer.