Ergonomia della visione, percezione, salvaguardia e salute in una biblioteca


Bilioteca Marucelliana

di Carla BALOCCO – Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Firenze
Elisabetta BALDANZI e Alessandro FARINI – CNR, Istituto Nazionale di Ottica di Firenze
Novella TESI – Suola di Ottica e Optometria, Università degli Studi di Firenze
Lorenza IACOPI – Scuola di Ingegneria Edile, Università degli Studi di Firenze

L’area di ricerca e realizzazione dell’illuminotecnica si è talmente allargata, interagendo con quella di altre scienze e discipline, che è in continua espansione ed evoluzione. È un segno di successo, ma anche di complessità acquisita. Affrontare un progetto illuminotecnico in soli termini modellistici e pragmatici, può portare ad una soluzione, sicuramente rispondente ai limiti di normativa, financo alla riduzione dei consumi energetici, ma che pone la questione del concetto devastante di “schema”, di schematizzazione e di riduzione del progetto al controllo della sola quantità e non qualità della luce; quest’ultima incipit di benessere visivo, efficacia, salute e successo. Il problema dello schematismo, della praticità minimalista e funzionalista, lo ritroviamo in molte realizzazioni perché sofferenti della mancanza di un approccio metodologico fisico consistente e di un retroterra storico-culturale. Il progetto di luce e con la luce, dovrebbe rimettere in scena un personaggio contestuale particolare: il senso comune. Ciò richiede immaginazione e rappresentazioni mentali: “rappresentare storie”, eventi della nostra cultura illuminanti ed illuminati che sono proprio quelle storie di luce sorprendenti in cui le persone si comportano secondo il senso comune, avendo recuperato la memoria storica del loro vissuto attraverso la luce.

A partire dal concetto di luce per il senso comune, abbiamo indagato e misurato come, e se, la luce esistente all’interno di un edificio storico destinato a biblioteca, possa garantire salvaguardia e tutela preventiva delle opere librarie, tutela della salute e corrette condizioni illuminotecniche, qualità di visione e percezione ma anche recupero della memoria storica. Il tema è complesso e ha richiesto un approccio metodologico multidisciplinare integrato: la campagna di misure fotometriche e radiometriche è stata accompagnata da prove di lettura tramite l’utilizzo di test optometrici quali il R-Ex Test ed il Radner Test. Il caso di studio è la sala di consultazione e lettura di libri rari della Biblioteca Marucelliana di Firenze. Questa ricerca operativa si propone come progetto pilota per ambienti simili, ambienti di lettura posti all’interno di edifici storici che fanno parte del nostro Cultural Heritage, dove libro, arte, cultura e Storia, vanno salvaguardati e tutelati insieme alla tutela della salute, della visione e percezione delle persone/operatori. I risultati delle simulazioni del clima luminoso presente forniscono le necessarie basi per future proposte che potranno portare alla realizzazione del progetto illuminotecnico pilota come linea guida per tutti gli ambienti di analogo pregio e finalità. Questo nostro lavoro segna la nota “fine dei grandi racconti” e l’attuale necessità di procedere per “parabole”, che servono anche per spiegare e comunicare la complessità di progetti di luce di qualità, di valore storico-filologico e di senso comune.

Richiami della storia
La Biblioteca Marucelliana è sita nel centro storico di Firenze su via Larga (oggi via Cavour). È un raro strumento di cultura generale, ricco di manoscritti, opere a stampa dei primi secoli, collezioni di stampe, disegni e melodrammi. Apre le sue porte ai lettori il 18 settembre del 1752, imponendosi fin da subito come luogo simbolo della cultura per la città: la prima biblioteca pubblica aperta a tutti senza distinzioni di ceto, che consentiva lo studio anche a chi non possedeva una libreria propria. La Sala di Consultazione riservata alla lettura dei libri antichi si affaccia sul giardino interno tramite sei aperture: al primo piano una finestra e due porte finestre con accesso sul ballatoio e tre finestre nella parte superiore. L’illuminazione artificiale della Sala si pone su due livelli: generale di sorgenti poste sulla sommità della libreria perimetrale, e illuminazione diretta sui tavoli di lettura e sulle librerie a scaffale libero.

Biblioteca Marucelliana di Firenze
Sala di Consultazione Libri Rari, Biblioteca Marucelliana di Firenze

Architettura dello spazio ed impianti
Primo passo dello studio ha riguardato la raccolta dei dati tecnici, architettonici e storici della sala. Sono state raccolte le informazioni relative agli impianti elettrici con individuazione dei corpi illuminanti,
sulla storia del luogo e classificazione del materiale librario e degli arredi. I materiali presenti sono molto diversi, tutti organici e quindi fotosensibili: cuoio, carta, plastica, tela e pergamena. La foto mostrata in Fig.1 evidenzia anche la miscellanea presente. Il degrado fotochimico e gli effetti ad esso correlati (scolorimento, invecchiamento, alterazione della struttura) sono danni ben noti ed il livello con cui i materiali si deteriorano dipende dalle condizioni di illuminazione, composizione chimica, caratteristiche spettrali della luce incidente, livelli di illuminamento e durata di esposizione alla luce. Abbiamo quindi definito un criterio di classificazione del materiale in funzione del tipo di carta e della classe di fotosensibilità.
La parete a Nord-Ovest ha sei finestre (con vetri basso-emissivi), sul secondo livello sono presenti tre finestre che, per l’altezza alle quali sono posizionate, non possono essere aperte e sono sprovviste di sistemi schermanti. I libri, sia al livello inferiore che superiore, sono collocati su scaffalature del 1600 in legno di noce, con decori intarsiati e dorati raffiguranti libri e nastri e sorretti da supporti a zampa di leone. Tutto dunque cade sotto il vincolo della tutela. Le sedie settecentesche provengono dalla Biblioteca Nazionale e dalla Biblioteca Riccardiana.
Il sistema di illuminazione artificiale presente si compone di:


• 8 lampade (Philips Softone 7W Energy saver, CT = 2700 K, Ra = 80-89), due per ciascun corpo illuminante, impiegate per illuminazione di accento prevista per le postazioni di lettura. Da notare il supporto direttamente inserito nella scrivania e di valore storico artistico;

• 30 faretti (Philips Genie 23 W Energy saver, CT = 2700 K, Ra = 80) collocati sopra le scaffalature sia al piano superiore che al piano inferiore;

• 12 lampade fluorescenti (Philips D36W, CT = 4000 K, Ra = 80-89), per la illuminazione di base e quindi posti al bordo in alto delle scaffalature perimetrali della sala.

Misure Illuminotecniche, radiometriche, fotometriche, e di ergonomia della visione
Si sono individuati piani e punti di misura significativi (tavoli, librerie, pavimento) su cui sono state tracciate le griglie di misura in riferimento alla normativa. Le misure fotometriche e radiometriche sono state condotte nel periodo primaverile, di massima variabilità delle condizioni di cielo e di sole, per le medie-basse latitudini come quella di Firenze. Sono state scelte giornate diverse per aspetti metereologici, compatibilmente con gli orari di accesso alla biblioteca, in modo da avere un valore rappresentativo della variabilità della luce naturale all’interno della sala. Si sono utilizzati: luxmetro digitale, spettrofotometro per il campo di lunghezze d’onda del visibile e spettroradiometro per il campo degli UV (300-380 nm) e del primo IR (780 – 1000 nm). Sono stati misurati illuminamento, luminanza e spettro di emissione delle sorgenti. A titolo esemplificativo, dalle misure si ottiene: in condizioni di sola luce naturale e per l’intero periodo primaverile (tutti i giorni di misura), i valori di illuminamento medio per le tre librerie sono 63 lux, 123 lux e 61 lux; l’illuminamento medio sul piano di lettura di fronte alla parete finestrata (Sud-Ovest) e quindi più significativo dal punto di vista illuminotecnico, è 359 lux. I valori medi di illuminamento in presenza di commistione di luce naturale ed artificiale (per tutto il periodo primaverile) sul tavolo di lettura (Sud-Ovest) risultano 228 lux e per sola luce artificiale 58 lux. Analogamente è stato ricavato il valore della luminanza media per le tre librerie e per il piano di lettura: con sola luce naturale, per le tre librerie al primo e secondo ordine del ballatoio (Nord-Est), rispettivamente 10 cd/m2, 18 cd/m2 e 15 cd/m2 e sul tavolo di lettura 27 cd/m2; con luce mista: 25 cd/m2, 13 cd/m2, 29 cd/m2 per ciascuna libreria e sul tavolo 38 cd/m2; con sola luce artificiale 15 cd/m2, 13 cd/m2, rispettivamente per le tre librerie, e sul tavolo 36 cd/m2.
Sono state rilevate le percentuali medie di UV nell’ambiente pari a 1,4 % in condizione di luce mista e di 1,6 % in condizione di luce naturale, e di IR uguali a 62,5 % in condizione di luce mista e a 71,9 % in condizione
di luce naturale. Tali componenti tendono ad aumentare se si considera un intervallo di lunghezze d’onda ancora più ampio, a causa della radiazione solare entrante assolutamente non controllata. La seconda fase delle misure ha riguardato due test di ergonomia della visione. Il primo, il R.Ex Test è un test optometrico composto da due tavole contenenti frasi con carattere della stessa dimensione ma con contrasto decrescente in modo da misurare la sensibilità al contrasto da vicino di soggetti normo e ipovedenti. Il secondo è il Radner Reading test e consiste in un test di lettura standardizzato, presente in più lingue, costituito da 28 brevi frasi, con grandezza decrescente, paragonabili tra loro per numero di parole (in totale 14), lunghezza delle parole, numero di lettere e sillabe per ogni parola, riga e frase, difficoltà lessicale e complessità sintattica, in modo da valutare l’acuità visiva. Le misure sono state condotte per le tre condizioni di illuminazione e su un campione di soggetti di età compresa tra i 19 ed i 24 anni. Ricordiamo che un’illuminazione di almeno 100 lux è considerata necessaria per una lettura confortevole da tutte le normative.

Radner Test
Radner Test a confronto sotto luce naturale (sx) e artificiale (dx)

Modellazione della luce e definizione del clima luminoso
Dalla costruzione di un modello solido architettonico tridimensionale, utilizzando tutte le informazioni e dati sperimentali di tipo ottico, fotometrico, colorimetrico e radiometrico, è stato definito il modello illuminotecnico e quindi con software commerciale sono state condotte le simulazioni illuminotecniche per tutte le combinazioni di luce. Le simulazioni hanno permesso di ricostruire il clima luminoso presente
in sala durante la stagione primaverile con la possibilità di estendere l’analisi a periodi dell’anno differenti per condizioni climatiche e di cielo.
I risultati mostrano le problematiche connesse al clima luminoso della sala, nonché la non rispondenza ai principi suggeriti dall’IFLA (International Federation of Library Associations and Institutions) per la cura ed il trattamento del materiale librario. L’IFLA considera consoni per l’illuminazione di questi ambienti tutti gli apparecchi che offrono la possibilità di inserire elementi ottici o dispositivi come filtri, lenti, pellicole sia per ridurre l’UV, sia per correggere la componente visibile e del vicino e medio IR.

  • illuminazione naturale
  • illuminazione artificiale
  • illuminazione naturale e artificiale

Ciò risulta tanto più importante quando insieme alla conservazione e tutela preventiva, si uniscono finalità di esposizione filologica-storica degli oggetti, loro valorizzazione e qualità della visione e percezione, sia per l’aspetto/funzione museale, sia per l’ergonomia della visione e la salute degli occupanti. In effetti la dose di luce annuale LO suggerita dalla normativa per la tutela e conservazione preventiva del materiale cartaceo dovrebbe essere al massimo 150 kLux/ora*anno.
Quanto si ottiene in riferimento ai risultati delle simulazioni, considerando in via cautelativa 19 ore settimanali di apertura al pubblico, con sola luce naturale è 195 kLux/ ora*anno, con mix naturale-artificiale è 276 kLux/ora*anno e con sola luce artificiale 162 kLux/ora*anno. Ciò dimostra come in tutti i casi la dose di luce annuale sia superiore ai valori limite suggeriti. D’altra parte anche i rapporti di illuminamento, che indicano sua uniformità ed equilibrio, minimo su medio e minimo su massimo, valutati sui piani di lavoro, sono fuori dai limiti essendo rispettivamente 0,38 e 0,23.

Risultati e Discussione
Le misure illuminotecniche, radiometriche e fotometriche, hanno consentito di calibrare e tarare il modello di simulazione illuminotecnica che ha restituito il clima luminoso presente in sala, in condizioni
di sola luce naturale, sola artificiale e in presenza di luce artificiale e naturale. I valori di tutti i parametri illuminotecnici connessi alla visione e percezione, nonché di quelli legati alla conservazione preventiva, non rispettano i valori limite suggeriti dalla normativa. Forte è lo squilibrio dei livelli di illuminamento e delle luminanze, scarso l’indice di resa del contrasto. I test di ergonomia hanno mostrato come i soggetti hanno ottenuto buoni risultati sia sotto condizioni di luce naturale che artificiale, ma con preferenza e quindi migliori per quella naturale. Mentre per il Radner test una percentuale seppur contenuta di soggetti ha svolto meglio il test sotto luce artificiale, per quanto riguarda il Rex Test questo non è mai accaduto. In particolare, per i risultati di Rex Test e Radner Test il confronto tra gli esiti dei soggetti che hanno svolto i test sia in condizione di luce naturale sia in condizione di luce artificiale, ha mostrato che i soggetti riescono a raggiungere livelli di contrasto molto bassi e con tempo di esecuzione maggiore se sottoposti a luce artificiale, nonché una riduzione del contrasto critico di stampa.

  • Radner Test
  • R.Ex Test

Quantità e qualità della luce, soprattutto luce naturale, favoriscono un miglioramento della lettura e della percezione visiva. L’acuità visiva diminuisce sotto la luce artificiale con conseguente riduzione della qualità di percezione e di visualizzazione del dettaglio, ma senza compromissione delle prestazioni richieste, a dimostrazione di un buon adattamento di tutti i soggetti su un ampio intervallo di illuminamento.
Si nota inoltre che le prestazioni sotto la luce naturale risultano maggiori di quelle eseguite sotto luce artificiale, con migliore percezione del contrasto e aumento della velocità di lettura, nonostante le simulazioni comprovino che i livelli di illuminamento, la distribuzione ed uniformità, anche con sola luce naturale, non rispettano le indicazioni della normativa vigente. Anche in condizioni di luce artificiale non sono rispettati i requisiti illuminotecnici ed ergonomici.

I risultati delle simulazioni evidenziano che l’illuminazione della sala andrebbe opportunamente progettata e controllata sia come luce di base che ancor di più come luce di accento. Il controllo della radiazione luminosa naturale andrebbe integrato al controllo dell’illuminazione artificiale per la quale sarebbe ottimale la sostituzione di molte sorgenti con tecnologie di illuminazione allo stato solido (LED) eventualmente da integrare con quelle a scarica presenti.

Considerazioni conclusive
L’approccio metodologico integrato ed interdisciplinare applicato allo studio del clima luminoso della biblioteca storica, i risultati ottenuti sia dalle misure che dalle simulazioni illuminotecniche, forniscono le basi fondamentali per future proposte, che potranno portare alla realizzazione di un progetto illuminotecnico pilota che di fatto mostrerà in pratica le principali linee guida per tutti gli ambienti di analogo pregio e finalità.
Dai dati relativi le grandezze fotometriche e radiometriche, si è potuto evincere la totale mancanza di coerenza e rispetto dei valori suggeriti dalla normativa sia per la conservazione e tutela preventiva del materiale librario che per la corretta visione e percezione. Dalla sperimentazione condotta per il R.Ex. Test ed il Radner Test, possiamo concludere che le prestazioni sotto luce naturale risultano migliori di quelle eseguite sotto luce artificiale: si è riscontrata una migliore percezione del contrasto e un aumento della velocità di lettura quando R.Ex Test e Radner Test vengono effettuati in un ambiente in cui l’illuminamento è uniforme, equilibrato ma anche mediamente alto in valore. Questo però non accade nella Sala di Consultazione dove le condizioni di luce artificiale non soddisfano le esigenze richieste dai compiti visivi. Le simulazioni illuminotecniche mostrano come le prestazioni migliori e la qualità della visione e percezione si possano ottenere in presenza di luce naturale, controllata e ben direzionata, specie nell’ottica di una sua commistione con quella artificiale.

Ringraziamenti
Gli autori ringraziano la Dott.ssa Katia Bach, Direttrice della Biblioteca Marucelliana, per aver reso possibile questa ricerca. Un particolare ringraziamento va a tutto il personale della Biblioteca ed alle Dott.sse Silvia Fusco e Rosanna Cuffaro, nonché agli studenti della Scuola di Ingegneria del CdL in Ingegneria Edile che si sono prestati a svolgere i test di ergonomia della visione.

Riferimenti bibliografici 
• M. Prunai Falciani, Biblioteca Marucelliana, Firenze, Fiesole, Nardini, 1999
• E. Jahier, "La Biblioteca Marucelliana", in Belfagor. Rassegna di varia umanità, Anno VI, 1951
• E. Francioni, "Lo spazio della Biblioteca dal 700 ad oggi", 1999
• CIE 157, Control of damage to museum objects by optical radiation. Technical report n. 157, Vienna 2004
• CIE, CIE 89/3 1991, On deterioration of the exhibited museum objects by optical radiation.
• CIBSE Lighting guide – museum art galleries, CIBSE, London 1994
• UNI EN 12464-1 Light and lighting – Lighting of work places – Part 1: Indoor work place, 2004
• Atto di indirizzo sui criteri tecnico–scientifici e sugli standard di sviluppo dei musei, ambito VI, Sotto-ambito I. MIBAC Ministero per i Beni e le Attività Culturali 2000
• N. Tesi, Analisi Illuminotecnica della Sala di consultazione della Biblioteca Marucelliana, Tesi di Laurea Triennale, Scuola di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali, CdL in Ottica e Optometria, Università degli Studi di Firenze, A.A. 2015-2016 (Relatori: Proff. E. Baldanzi e C. Balocco).

L’articolo è originariamente apparso su LUCE n°321, settembre 2017.

Precedente Nasce l’incubatore delle start up che operano in ambito “Smart city”
Prossimo Iren Smart Solutions e Fresia Alluminio siglano un accordo per l’efficientamento energetico