I condotti di luce naturale di grande diametro. Applicazione ad un caso di studio e progettazione di un prototipo di sfera integratrice per la misurazione della loro efficienza

The topic develops the study and the analysis of the sources of the natural light and the transport of the solar radiation inside the building. At the beginning the technological characteristics of the tubular light guides are examined to understand the operation of the system, in particular the Solarspot® one: the analysis of the materials and the elements which compose the system helps to study the theme of the energy saving. This issue is very important to be considered in the design of a building: for this reason is useful to make a comparison of the tubular light guides and the photovoltaic panels. Both of these system use the solar radiation, but in a different way: the analysis consists in the calculation of the number of tubular light guides, which are necessary to illuminate an office, comparing this system with artificial lights fed by the photovoltaic panels. At this point the next step concerns with the integration of the tubular light guides in the buildings: in the residential ones the system is composed by tubes of small diameter, instead in the buildings with an industrial or productive functions the tubular light guides, which are installed, have a bigger diameter, because of the request of more light. The case study analyzes some industrial warehouses in the town of Canale, near Cuneo: the complex is composed by different buildings which need a refurbishment of the roofs, so the design deals with the integration of tubular light guides of big diameter. After the lighting study of the internal spaces of the buildings with the utilization of the tubular light guides with big diameter, the design deals with the energy and economic saving: the results shows that the tubular light guides reduce the electric consumes and the lighting spending. Today there isn‟t an instrument to calculate and estimate the performances of the tubular light guides of big diameter and for this reason the design process is direct to the realization of an integrating sphere, following the requirements of the referring norm. After the analysis of the geometric solids assimilated to a sphere, different hypothesis are proposed to design the external covering of the integrating sphere: the first idea deals with the discretization of the surface in triangular elements, produces with the thermoforming process. The second idea is to use a different material to produce the elements: after an analysis of the producing process and the constraints of transport and movements, it is decided to realize the integrating sphere with self-supporting elements made of fiberglass.

Il tema viene sviluppato partendo da uno studio e un’analisi delle sorgenti di luce naturale e delle modalità con cui la radiazione solare può essere trasportata all’interno dell’edificio. Vengono indagate e approfondite le caratteristiche tecnologiche dei condotti di luce naturale, in particolare del sistema Solarspot®: oltre all’aspetto costruttivo e all’analisi di tutti i materiali ed elementi che costituiscono il sistema, si affronta il tema del risparmio energetico. La riduzione dei consumi elettrici è un aspetto importante da valutare: per questo si esegue un confronto tra l’installazione di condotti solari e l’utilizzo di pannelli fotovoltaici in grado di alimentare delle lampade artificiali per illuminare un ambiente adibito a uffici. A questo punto si affrontata il tema dell’integrazione dei condotti di luce naturale negli edifici: a partire dalla destinazione d’uso residenziale, si arriva a parlare dell’integrazione in uffici e capannoni industriali, dove i diametri utilizzati sono maggiori, poiché la quantità di luce richiesta è superiore. Si realizza quindi un progetto applicativo del sistema in alcuni capannoni industriali nel comune di Canale (CN): diversi edifici che compongono il complesso produttivo necessitano un intervento urgente sulle coperture, così si procede con l’integrazione dei condotti di luce naturale di grande diametro per i vari edifici oggetto di analisi. Dopo lo studio luminoso degli ambienti interni con l’integrazione dei condotti solari di grande diametro, vengono fatte alcune considerazioni riguardo al risparmio energetico garantito con tale sistema e al conseguente risparmio economico: il risultato ottenuto mostra come l’integrazione dei condotti solari nei capannoni produttivi analizzati riduca notevolmente i consumi e la spesa da sostenere per illuminare gli ambienti. Dal momento che oggi manca uno strumento in grado di stimare in maniera precisa la resa di tali condotti solari di grande diametro, si procede con il progetto di realizzazione di una sfera integratrice, seguendo i requisiti imposti dalla norma di riferimento. Dopo una prima analisi di solidi assimilabili a una sfera, vengono avanzate diverse ipotesi per realizzare la superficie esterna dell’integratore: si inizia con la discretizzazione della superficie in facce triangolari, da realizzare tramite termoformatura, cercando di ottenere forme modulari e ripetibili il maggior numero di volte. In seguito si decide di utilizzare come materiale la vetroresina, arrivando infine a definire le dimensioni e la forma dei moduli necessari a formare la sfera integratrice come richiesto dalla normativa di riferimento: il numero ottimale di moduli è relazionato anche ai vincoli legati al trasporto dei singoli elementi all’interno del locale dove dovrà essere installato l’integratore.