Ciò che emerso da diversi studi scientifici, in gran parte concentrati negli ultimi 15-20 anni, è che la luce percepita dagli occhi, ha forti ripercussioni sugli esseri umani dal punto di vista della fisiologia, dell'umore e del comportamento. Questi effetti sono influenzati dalle seguenti caratteristiche della luce: intensità, spettro, orario di esposizione, durata dell'esposizione, pattern di esposizione. L'orario di esposizione risulta molto importante in quanto, come si vedrà, occorre considerare separatamente gli effetti della luce diurni da quelli notturni.

Molte funzioni biologiche (come ad esempio i livelli ormonali) sono ritmiche, si ripetono cioè secondo un programma ciclico, nella maggior parte dei casi il ciclo è giornaliero ed è chiamato ritmo circadiano. Queste funzioni biologiche sono controllate dai cosiddetti orologi biologici, a loro volta coordinati dall'orologio biologico centrale. Quest'ultimo utilizza il segnale luminoso per coordinarsi con il programma solare: il sorgere del sole al mattino segnala al nostro corpo l'inizio della giornata, mentre la luce calda del tramonto indica la fine della giornata. Il processo è mediato da specifici recettori "non visivi", presenti sulla retina, diversi dai coni e i bastoncelli. Per dare un'idea di quanto sia giovane la ricerca sugli aspetti non visivi della luce, basti sapere che la scoperta di questi recettori (ipRGC), risale a poco più di dieci anni fa.

Se l'orologio biologico centrale non riceve gli stimoli corretti, possono insorgere fenomeni come il jat lag, malessere generalizzato, stanchezza e disturbi del sonno. Ciò risulta oggi di importanza primaria se si pensa che trascorriamo la maggior parte del tempo in ambienti chiusi, "artificiali", in molti casi in condizione di carenza di luce naturale. In questo modo quindi possono venire a mancare gli stimoli necessari alla regolazione dei ritmi biologici. La progettazione di un ambiente deve quindi tenere conto di questo, massimizzando l'apporto di luce naturale e adottando alcune attenzioni particolari al progetto del sistema di illuminazione artificiale.

Si tratta quindi di guardare alla luce con una prospettiva nuova e completamente diversa. Anche la definizione con la quale siamo abituati a concepire la luce, in questo caso non è adeguata. Infatti per la radiazione in grado di stimolare il sistema biologico (e non quello visivo) si parla di luce circadiana. L'attenzione alla luce circadiana è importante per tutti i luoghi in cui vi sia una lunga permanenza degli utenti, come uffici, scuole e spazi produttivi, e per tutte le persone che si trovano a lavorare in ambienti privi di luce naturale, come ambienti senza finestre o nel caso del lavoro notturno. Una corretta stimolazione del sistema circadiano infatti permette di migliorare notevolmente i livelli di attenzione, le performance cognitive, ridurre lo stress e migliorare la qualità del sonno (diminuendo la stanchezza e la sonnolenza nella giornata successiva), riducendo così anche il rischio di incidenti sul lavoro.

Ci troviamo quindi di fronte a un punto di svolta nella pratica della progettazione illuminotecnica, questa professione nei prossimi anni subirà una radicale rivoluzione, le scoperte scientifiche e le nuove tecnologie, permetteranno ai progettisti di applicare queste nuove conoscenze al progetto, creando ambienti può salubri e più adatti al lavoro o al riposo.

Questa tesi si propone di indagare in maniera approfondita il tema degli aspetti non visivi della luce, cioè gli effetti biologici e psicologici della percezione luminosa da parte dell'organismo, valutandone le ricadute progettuali e concludendo con la definizione di alcune linee guida pratiche e utili alla progettazione.

L'analisi parte da una vasta bibliografia internazionale che tratta questo argomento sotto diversi aspetti, occorre sottolineare che dato il recente sviluppo di questo tema, la letteratura a riguardo è composta da un ampio numero di articoli scientifici specifici, mentre sono molto poche le pubblicazioni che trattano l'argomento in maniera completa e dal punto di vista della progettazione illuminotecnica. L'obiettivo della prima parte di questo lavoro (capitoli 1, 2, 3) è proprio un inquadramento a tutto campo di questo argomento: partendo dagli effetti che ha la luce sul corpo umano, analizzando in dettaglio la fisiologia e la biologia di questo meccanismo, gli aspetti sanitari, psicologici e le caratteristiche della luce in grado di generare una risposta biologica da parte dell'organismo.

Nei capitoli successivi (5, 6, 7) l'attenzione è rivolta alla progettazione, vengono quindi analizzati e confrontati alcuni parametri progettuali e metodi di calcolo, in grado di quantificare l'azione biologica di una sorgente luminosa. In seguito è stato scelto il modello di calcolo più avanzato per classificare diverse sorgenti luminose comunemente disponibili in ambienti domestici e di ufficio. I dati relativi a queste lampade sono stati acquisiti tramite uno spettrofotometro al laboratorio LAMSA (Laboratorio di Analisi e Modellazione dei Sistemi Ambientali) del Politecnico di Torino. In seguito all'elaborazione dei dati, è stato possibile confrontare i differenti spettri di emissione relativi alle lampade, in funzione della loro capacità di stimolare il sistema circadiano. Infine, tramite la simulazione di un piccolo ambiente per uffici, è stata testata la possibilità di applicare queste conoscenze alla progettazione illuminotecnica.

Nell'ultimo capitolo sono raccolte alcune linee guida utili per migliorare il benessere e le performance cognitive degli utenti di uffici, luoghi di lavoro, scuole, case di cura e case di riposo. Queste indicazioni sono suddivise in principi generali e linee guida per il progetto, queste ultime sono conoscenze acquisite in seguito all'analisi svolta nei capitoli precedenti.