Cerca
  • Illuminazione
  • Scenario

Human Centric Lighting: illuminazione smart al servizio dell’uomo

Human Centric Lighting: illuminazione smart al servizio dell’uomo

Cos'è lo Human Centric Lighting

Per anni abbiamo creduto che l’illuminazione di un ambiente dovesse rispondere solo ed esclusivamente alle nostre esigenze di visione, sicurezza e orientamento. Insomma, che avesse delle funzioni precise per aiutarci a svolgere le attività quotidiane.

La scienza e gli studi effettuati nel tempo ci hanno invece dimostrato che gli effetti della luce sull’uomo non si limitano a una pura questione visiva, ma incidono fortemente sulle funzioni cognitive di ciascun individuo e soprattutto sul suo ritmo biologico (ritmo circadiano). Questo significa che la luce può aiutare a essere più energici o più tranquilli, più vigili o più rilassati a seconda delle necessità. In sostanza, può farci sentire a nostro agio e aiutarci a vivere meglio.

Da tempo si parla di Human Centric Lighting (HCL) ovvero di come ottimizzare l’impatto biologico ed emotivo della luce sugli esseri umani attraverso progetti di illuminazione che mettano il benessere delle persone al centro.

schema di come lo human centric lighting influenza il benessere delle persone
Fonte: Architectural SSL

Definizione di Human Centric Lighting

L’associazione internazionale Lighting Europe ha dato la seguente definizione di Human Centric Lighting:

Un insieme di soluzioni e sistemi di illuminazione che combinano effetti visivi, biologici ed emozionali della luce, influenzando il benessere e le prestazioni individuali delle persone.

Consapevoli che la luce ha una forte influenza sull’uomo, sulla sua salute, sul suo stato psico-fisico, sulla sua produttività e sul suo umore, l’HCL studia quindi le modalità e gli strumenti per consentire l’illuminazione più corretta a ogni ora del giorno e dell’anno attraverso una pianificazione olistica.

Aspetti come la temperatura del colore e l’intensità della luce combinati con il materiale illuminato e la percezione umana giocano un nuovo ruolo. L’attenzione ora è rivolta prima di tutto all’uomo e ai suoi requisiti specifici e personali.

HCL in crescita negli uffici, nelle scuole e nei luoghi di cura

Secondo un recente studio pubblicato dall’associazione tedesca dei produttori elettrici ed elettronici ZVEI in collaborazione con Lighting Europe, lo Human Centric Lighting sta assumendo un ruolo sempre più importante nella società e nella vita di tutti noi.

Un uso consapevole della luce può contribuire a migliorare la concentrazione, la sicurezza e l’efficienza non solamente negli appartamenti, ma anche nei luoghi di lavoro e di apprendimento (edifici scolastici). Addirittura, la luce può essere usata come terapia (si parla di Light Therapy) per curare stati di ansia o depressione.

Da questa considerazione nasce anche l’individuazione di un mercato specifico, che secondo l’istituto tedesco raggiungerà nel 2020 un fatturato di 1,4 miliardi di euro. Inizialmente lo Human Centric Lighting crescerà nei segmenti di ufficio, sanità e istruzione. Nel 2020 invece si prevede che i settori più rilevanti saranno quelli legati alla formazione e al residenziale. Quest’ultimo, grazie anche alle funzioni di assistenza agli anziani, crescerà rapidamente arrivando a coprire circa il 45% del settore.

L'influenza della luce sull’uomo

Con lo Human Centric Lighting, l’uomo viene posto al centro dell’attenzione e l’illuminotecnica diventa uno strumento importante per contribuire al suo benessere, con una personalizzazione delle soluzioni sempre più spinta e sempre più avanzata. Oggi non si parla più soltanto di benessere biologico o percettivo ma anche di miglioramento della qualità della vita.

Secondo l’approccio HCL, ci sono tre sfere che vengono influenzate dalla luce e dal tipo di illuminazione a cui il progettista professionista deve prestare attenzione: quella visiva, emotiva, biologica.

Le tre sfere su cui impatta la luce emotiva biologica visiva
Le fasi di un progetto HCL – Human Centric Lighting – Fonte: licht.de

1. La sfera visiva

Una visione ottimale di quello che ci circonda è fondamentale per qualsiasi attività da svolgere. Vedere, orientarsi nello spazio, leggere i segnali luminosi (come le luci di emergenze) sono sicuramente aspetti importantissimi da tenere in considerazione quando si definisce un progetto di illuminazione di un ambiente. Tra l’altro esistono precisi riferimenti normativi e standard in proposito, come la norma DIN EN 12464-1 “Illuminazione interna del posto di lavoro” ad esempio che contiene i valori minimi da applicare nella progettazione di un ambiente di lavoro.

Un progetto illuminotecnico deve quindi avere come obiettivo primario quello di fornire condizioni visive ottimali.

2. La sfera emotiva

Ogni progetto di illuminazione deve poi considerare quali emozioni vuole suscitare nelle persone che vivono un certo ambiente. Vuole dare una sensazione di calore e accoglienza, magari nel foyer di un hotel o in una casa di cura, oppure vuole regalare relax? O ancora vuole rendere una persona più vigile e più energica, magari sul posto di lavoro?

Non esistono standard o regole da seguire in questo caso. Bisogna affidarsi all’esperienza di un professionista e alle buone pratiche. E poi valutare i risultati e personalizzare il più possibile le soluzioni sulla base delle esigenze specifiche di ciascun individuo.

3. La sfera biologica

Gli aspetti biologici della luce vanno ponderati con molta attenzione. Perché influenzano il ritmo circadiano e possono aiutare una maggiore produttività durante il giorno da un lato e un migliore sonno notturno dall’altro. Norme quali DIN SPEC 5031-100, DIN SPEC 67600 e il documento DGUV sugli impatti della luce non visivi nel contesto della sicurezza industriale contengono note e raccomandazioni sulla pianificazione degli impatti biologici o melantopici.

Un concept di HCL ben progettato può evitare effetti biologici negativi causati da un’illuminazione inadeguata o addirittura nociva.

nota: fonte licht.de – Guida HCL

Perché serve il progetto di illuminazione di un professionista

Lo Human Centric Lighting punta ad avere effetti positivi sugli esseri umani in maniera duratura.

Per fare questo, l’analisi degli effetti della illuminazione devono essere inclusi nel processo di progettazione e pianificazione sin dall’inizio. È importante coordinare strettamente tutte le competenze in gioco (dall’architetto all’ingegnere, dal designer al system integrator), i prodotti e i materiali. Solo un sistema di illuminazione ben studiato, gestito e funzionante in conformità con le linee guida e gli standard di riferimento, può soddisfare i bisogni delle persone.

I concetti di HCL devono essere stabiliti nel progetto in una fase iniziale e forniscono le basi per una pianificazione olistica e interdisciplinare. La luce naturale viene utilizzata laddove possibile ed è molto importante. La stessa luce naturale va poi miscelata e calibrata con la luce artificiale.

L’illuminazione deve poi consentire una transizione dinamica di vari scenari di illuminazione – dalla mattina al giorno, alla sera, alla notte.

Cos'è il ritmo circadiano

Il ritmo circadiano è il complesso sistema che regola i ritmi biologici degli esseri viventi in sintonia con l’ambiente. Il cambiamento dei parametri fisiologici come temperatura e pressione sanguigna nei mammiferi, la perdita delle foglie in autunno o la fioritura in primavera di alcune piante, così come l’alternanza tra fase di sonno e veglia negli animali, sono eventi controllati dagli orologi endogeni per rispondere ai cambiamenti ambientali causati in primo luogo dalla rotazione terrestre.

Riferendosi a una persona, il ritmo circadiano è prettamente legato al suo orologio biologico. Dal latino, circa diem “di un giorno circa”, indica il ciclo sonno-veglia e le variazioni dei parameri fisici umani presenti nell’arco temporale di un giorno solare (24 ore).

La circadianità è data sia da elementi esterni, come la rotazione terrestre e quindi l’alternarsi di giorno e notte, sia da caratteristiche interne all’individuo.

Come funziona orologio biologico nelle 24 ore del giorno e nel ciclo giorno-notte

Il ritmo circadiano ci fa stare bene

Nell’arco delle 24 ore, le variazioni che coinvolgono il ritmo circadiano non si riferiscono soltanto al ciclo sonno-veglia, ma anche altri aspetti molto importanti dell’individuo: il metabolismo, il rilascio di alcuni ormoni, la pressione sanguigna e la temperatura corporea.

Tanto è vero che c’è una correlazione molto stretta tra la qualità del sonno e lo stato di salute di una persona. Le persone che soffrono di insonnia o di apnee notturne, ad esempio, aumentano il loro stato di stress (per il rilascio di alcuni ormoni durante la notte) e di conseguenza il rischio di ipertensione arteriosa.

La luce regola il ritmo circadiano

La luce interviene in modo determinante nel processo di regolazione dell’orologio biologico. Ogni fase sonno/veglia viene resettata grazie alla presenza di luce per essere sincronizzata al ciclo giorno/notte. Infatti, in assenza di stimolazione luminosa e per alcune persone non vedenti, tale sincronizzazione viene a mancare con possibili conseguenze nocive sulla salute.

Ma cosa succede esattamente? La luce (solare o artificiale che sia) trasmette il segnale al cervello che a sua volta induce la produzione di melatonina. E la melatonina è “l’ormone del sonno” e si caratterizza da un andamento variabile nel corso del giorno e da un picco di produzione nelle ore notturne. Il livello di melatonina si riflette nel ciclo sonno-veglia: la sua presenza nel sangue sostiene il rilassamento e il sonno, mentre al contrario, la sua assenza, aumenta il livello di vigilanza e attenzione.

Illuminazione e salute

La luce può dunque regolare l’orologio circadiano in modo da ritardarlo o anticiparlo. Dai dati empirici si è rilevato nel tempo che un’esposizione alla luce al momento del risveglio comporta soppressione della melatonina, produzione di cortisolo (l’ormone dello stress) e determina un aumento delle prestazioni dell’individuo. L’esposizione alla luce durante la prima metà della notte ritarda il ritmo circadiano e riduce la propensione al rilassamento e al sonno; mentre la stessa esposizione nella seconda metà della notte, comporta un anticipo del ciclo circadiano.

Human Centric Lighting: il vairare naturale della luce
Luce naturale: variazione dello spettro nell’arco delle 24 ore

Il ritmo circadiano è influenzato anche dalla quantità di luce somministrata: uno stimolo di luce intenso ha un effetto maggiore nella cessazione di produzione di melatonina rispetto a uno stimolo generato da un’illuminazione fioca. Anche il modo in cui varia lo stimolo luminoso ha una sua valenza: variazioni repentine del livello di illuminamento sono più efficaci di variazioni graduali per la soppressione della melatonina.

Ritmo circadiano: le scoperte genetiche e il Nobel per la medicina 2017

Nel 2017, il Nobel per la medicina è andato a tre genetisti americani: Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young. È a loro che va il merito di aver finalmente capito come funziona il meccanismo molecolare che controlla il ritmo circadiano.

Studiando il DNA di un semplice moscerino della frutta, gli scienziati sono infatti riusciti a isolare il gene che controlla il ciclo sonno-veglia, dimostrando che questo gene, chiamato “period” codifica una proteina che si accumula nelle cellule durante la notte e poi viene degradata durante il giorno. Insieme sono stati scoperti altri due geni, “timeless” e “doubletime”: il primo codifica una proteina per controllare il ritmo biologico, il secondo controlla la frequenza delle oscillazioni corrispondente al ciclo giorno-notte.

I benefici dello Human Centric Lighting

“L’impatto della luce sul nostro ritmo circadiano è più potente di qualsiasi droga esistente”.

Ad affermarlo, nel 2013, è stato il medico americano e ricercatore del sonno Charles Czeisler che per anni ha studiato le correlazioni tra illuminazione, ritmi circadiani e qualità del sonno.

Dagli anni 2000 in avanti sono state effettuate diverse sperimentazioni e realizzati modelli di calcolo per valutare l’impatto circadiano della luce (tra i più interessanti, quello del Light Research Center americano). Al momento, però, ci sono soltanto dati empirici su cui basarsi… il che non permette ancora di arrivare alla definizione di regole e normative precise in materia.

Quello che ormai è certo è che la luce può provocare uno sfasamento del ciclo giorno-notte, e quindi del ritmo circadiano, generando conseguenze importanti sulle funzioni fisiche delle persone.
Pensiamo a un esempio classico, quello del fuso-orario o jet lag. Quando si viaggia in un senso, verso est o verso ovest, si modifica l’orario. Di conseguenza, le persone che viaggiano in una di queste direzioni, devono riadattarsi al fuso orario, un processo che può richiedere tempo e a volte qualche aiuto (come l’assunzione di melatonina).

Alterare il ritmo circadiano fa male alla salute

Con l’avvento dell’illuminazione elettrica artificiale è avvenuto che la classica alternanza luce-buio naturale è stata alterata.
Questo perché viviamo per la gran parte del nostro giorno (in media il 90%!!!) in ambienti interni (uffici, scuole, aziende…) dove per lo più riceviamo stimoli luminosi inadeguati o insufficienti. Ma anche perché spesso durante la notte riceviamo stimoli eccessivi (non pensiamo soltanto all’illuminazione classica ma anche alla luce emessa dagli schermi LED di televisori e cellulari che troppo spesso ci accompagnano fino al momento in cui ci addormentiamo e non fanno molto bene alla nostra salute).

L’alterazione dell’equilibrio tra l’orologio biologico e il ciclo giorno-notte può generare conseguenze potenzialmente negative sulla salute delle persone. Molti studi hanno mostrato che tale sfasamento è collegato all’insorgenza di diverse patologie, che possono essere di lieve entità (come disturbi gastro-intestinali e cardiovascolari, stati di confusione, stress, ansia, cefalea e disturbi dell’umore e del sonno) o di entità più grave.

In questo secondo ambito rientrano ad esempio alcune forme di depressione (pensiamo a chi vive nei Paesi del Nord Europa, con periodi di buio molto lunghi durante l’autunno-inverno, e soffre di SAD – Seasonal affective disorder) o addirittura alcune forme di cancro (è risaputo che la melatonina è un agente oncostatico endogeno in quanto inibisce le attività metaboliche cellulari di alcuni tipi di cellule, come quelle tumorali).

Human Centric Lighting: i benefici visivi, biologici ed emotivi

Lo Human Centric Lighting assume quindi un valore di primo piano in tutti quegli ambienti in cui la luce gioca un ruolo centrale: ospedali, case di cura, scuole, uffici. Ma, in generale, in tutti gli spazi interni, anche quelli privati, in cui si trascorre gran parte della nostra giornata.

Ma quali sono i benefici dello HCL?
Si distinguono per aree di applicazione in:

  • visivi: miglioramento della visibilità, del comfort visivo, della sicurezza e dell’orientamento.
  • biologici: aumento dello stato di vigilanza e concentrazione, miglioramento delle prestazioni cognitive, regolarizzazione del ciclo sonno-veglia.
  • emotivi: miglioramento dell’umore, eccitazione, rilassamento, controllo dell’impulso.
Schema dei benefici dello Human Centric Lighting
I benefici dello HCL – Fonte: Lighting Europe

La luce è quindi in grado di agire sullo stato fisico delle persone ma anche sul loro stato psicologico lavorando direttamente sul sitema limbico. La luce non ha infatti soltanto degli effetti biologici, bensì interviene:

  • Sincronizzando i ritmi circadiani;
  • Inibendo la produzione di melatonina;
  • Aumentando le performance cognitive;
  • Migliorando l’umore;
  • Migliorando la performance fisica negli atleti.

Non a caso, alcune sperimentazioni, hanno dimostrato che anche le persone non vedenti possono beneficiare della luce e di una corretta illuminazione…

HCL: aspetti tecnici per una corretta illuminazione

Tornando allo Human Centric Lighting, ci sono alcuni aspetti tecnici che vanno considerati per una corretta implementazione di un progetto illuminotecnico:

  • l’illuminazione intelligente (utilizzo di sensori e sistemi di controllo e pilotaggio)
  • il tunable white (nella variazione dell’intensità e della temperatura colore)
  • la personalizzazione, sulla base delle singole esigenze degli individui o degli ambienti.

Di fatto, bisogna parlare sempre di luce dinamica che possa essere modulata e regolata in base alle necessità di utilizzo e al tempo.
Il termine di riferimento per un progetto HCL resta poi la possibilità di riprodurre una luce di qualità, il più possibile simile alla luce naturale.

I benefici dello HCL devono essere reali e misurabili

Non basta possedere determinati requisiti tecnici, per poter parlare di Human Centric Lighting. HCL è stato per anni un termine abusato e uno “slogan” per vendere più prodotti usato dall’industria… Ma per potersi definire veramente Human Centric Lighting, il progetto di illuminazione e il sistema adottato devono garantire risultati reali per il nostro benessere quotidiano.

I benefici devono supportati da prove scientifiche basate sull’utente, adattando quindi il sistema alla persona specifica, alle sue abitudini e attività.

Se è vero che l’illuminazione HCL può portare innumerevoli benefici nel nostro quotidiano, è anche vero che, se mal pensata o mal gestita, può causare effetti negativi: se di sera si usa una luce troppo fredda, pensata per dare energia al mattino, riscontreremo più difficoltà nell’addormentarci.

Schema sulle applicazioni dell'illuminazione e sulla necessità dello Human Centric Lighting
Schema HCL per applicazione – Fonte: Lighting Europe

Migliorare la qualità della vita con la luce…

In alcuni ambienti o per alcuni tipi di lavoro, lo HCL diventa ancora più determinante perché può portare a un reale miglioramento della qualità della vita.

Pensiamo a chi lavora in fabbrica facendo i turni di notte o ai piloti d’aereo e al personale di bordo che lavorano per lunghi periodi su rotte transmeridianiche. Pensiamo anche ai pazienti degli ospedali, agli anziani nelle case di cura o ai bambini di una scuola, soggetti sicuramente più fragili per i quali servirebbe un’attenzione più alta nella progettazione del sistema di illuminazione e del tipo di luce.

In una società frenetica e indaffarata come quella attuale, è necessario che la tecnologia contribuisca al benessere dell’uomo, o perlomeno intervenga là dove non arriva la natura. Così anche l’illuminazione, o meglio lo Human Centric Lighting, può dare  il suo contributo nel nostro quotidiano, portando sollievo nelle nostre vite caotiche.

Scritto da
Laura Baronchelli