La luce naturale in ogni ambiente

I più grandi architetti, dall'antichità fino ai nostri giorni, hanno sviluppato, affinato e realizzato la propria genialità intorno ad un cardine affascinante e fondamentale: governare e plasmare la luce naturale per ottenere gli effetti voluti all'interno degli edifici.
Si pensi ad esempio alla perfetta concentrazione di fasci o lame di luce in punti precisi di edifici o siti sacri, progettata in funzione delle celebrazioni rituali legate alla posizione astronomica del sole in determinati giorni dell'anno (ricerca sviluppata presso tante antiche civiltà), oppure alla creazione di ambienti con luce diffusa o concentrata, più o meno intensa a seconda delle funzioni svolte nei singoli spazi, così come del sapiente gioco luce - ombra, che ci hanno consegnato i capolavori romanici, gotici e rinascimentali.
Architetture della luce che hanno trovato la loro sublimazione nelle opere moderne di Le Corbusier (cappella di Notre Dame du Haut - Ronchamp -), di Aalto (chiesa di Riola di Vergato - Bologna -, biblioteca di Rovanjemi - Finlandia -) di Kahn (biblioteca Exeter - USA -) e altri.
Recenti teorie fanno risalire l'utilizzo funzionale della luce solare addirittura agli scavi delle tombe egizie, quasi 3000 anni a. C..
Secondo tali teorie l'illuminazione dei meandri scavati nella roccia, tanto nelle pareti della Valle dei Re quanto nelle Mastabe di Saqqara o nella camera sotterranea, cunicoli e gallerie, camera del re e camera della regina, nelle piramidi, veniva ottenuta per mezzo di una sequenza di specchi opportunamente orientati, che consentivano ai tagliapietre, agli stuccatori, agli scultori e ai decoratori di lavorare in condizioni di illuminamento adeguato anche a decine di metri di distanza dalla fonte di luce esterna, senza gli inconvenienti dovuti alla illuminazione ottenuta con stoppini impegnati di olio e grasso, seppure cosparsi di sale per limitare il fumo.
Era la prima applicazione pratica della riflessione speculare o diffusa dei materiali allora disponibili (rame o bronzo, con le cui superfici perfettamente levigate si ottenevano gli specchi).
La stessa proprietà ottica, insieme con la trasparenza e, in misura minore, con la rifrazione, è la base sulla quale si è sviluppata la ricerca che ha portato alla realizzazione dei "condotti di luce naturale".
Per comprendere appieno il funzionamento del sistema pare opportuno un breve richiamo di queste proprietà, con particolare riferimento alla riflessione.
Riflessione speculare: L'angolo tra il raggio incidente e la normale alla superficie colpita è uguale all'angolo tra il raggio riflesso e la stessa normale.
Questa riflessione avviene in presenza di superfici prive di qualsiasi irregolarità ed è tipica dei metalli lucidati. Viene portata alla massima efficacia nelle moderne pellicole multistrato ad alta riflessivita, nelle quali anche le asperità microscopiche vengono eliminate.
Il coefficiente di riflessione, fondamentale per i condotti di luce, definisce il rapporto tra il flusso luminoso riflesso e quello incidente.
Per avere un'idea dell'efficacia di un qualsiasi veicolo di propagazione della radiazione luminosa, rispetto a questa proprietà, si pensi che il valore di questo rapporto è pari a 0,90 per l'argento lucidato (con o senza vetro) ed a 0,55 per l'acciaio lucidato.
Le pellicole ad alta riflessione, impiegate nei condotti attualmente in uso, presentano valori che si attestano intorno a 0,94 - 0,96, mentre quelle di nuova generazione, più costose ma già sperimentate, arrivano a 0,998, (usate negli impianti Brixia Solar ).
Questo vuol dire che nei moderni condotti di luce il flusso in entrata subisce perdite pressochè irrilevanti, in presenza di diametri adeguati (30, 40, 50 cm), rispettivamente fino a lunghezze di otto, dieci, quindici metri.
Nella pratica si ottiene la riflessione diffusa o quella semidiffusa, che seguono la legge di Lambert.

La luce naturale in ogni ambiente

Captazione

Negli impianti più diffusi ed efficaci questa funzione è affidata a una parabola ad alta riflessione, che intercetta sia il flusso luminoso diretto che la luce diffusa nella volta celeste, per l'intero arco della giornata e indipendentemente dall'orientamento della copertura, purchè in posizione tale da ricevere la radiazione solare, e li riflette nel condotto con una calcolata deviazione dell'angolo di incidenza, ottenuta per mezzo di un sistema di prismi che svolgono la funzione di lenti di Fresnel.
Questi prismi sono ricavati per mezzo di apposite pieghe poste alla base della calotta sferica che ospita e protegge la parabola.
La deviazione del flusso luminoso tende a orientarlo verso il parallelismo con l'asse e con le pareti del condotto di convogliamento, allo scopo di ridurre al minimo le riflessioni interne e la conseguente perdita di rendimento del sistema.
La calotta sferica è realizzata in materiale ad alta trasparenza e alta resistenza, normalmente in metacrilato antiurto o policarbonato, con leggera carica elettrostatica per evitare il deposito di polveri e per mantenere invariato nel tempo il fattore di trasparenza.
L'elemento captante può essere realizzato con soluzioni e materiali molto diversificati, in funzione delle condizioni di installazione, di compatibilità architettonica e paesaggistica e di funzionalità.
La parte esterna al manto di copertura può essere rivestita in rame, in acciaio inox, in laterizio e intonaco o altro, così come può essere mascherata, in particolari contesti, all'interno di finti comignoli o di altri manufatti appositamente studiati.
L'inserimento di questa componente esterna nei solai di copertura di spazi interrati si può ottenere sia con lastre circolari blindate ad alta trasparenza, che consentono il passaggio pedonale e carrabile, sia per mezzo di adattamenti che raggiungono la perfetta integrazione con eventuali spazi verdi o arredi esterni.
La parabola di captazione e il sistema di riflessione imposta consentono di convogliare nel condotto la massima quantità luce in qualsiasi condizione di luminanza della volta celeste (radiazione diretta e luminosità diffusa), in relazione sia alle coordinate geografiche (latitudine e longitudine), alla declinazione solare (giorno dell'anno), all'angolo orario (ora del giorno), sia all'andamento ed alla posizione della superficie d'appoggio dell'elemento captante (falda di copertura, superficie piana, parete esterna), alla sola condizione che la parabola intercetti la radiazione solare e la luminosità diffusa.