Illuminazione Degli Interni

Mario Bonomo – Chiara Bertolaja

ILLUMINAZIONE DEGLI INTERNI GUIDA ALLA PROGETTAZIONE

CON ESEMPI D’IMPIANTI SVILUPPATI FINO ALLA SCELTA DEGLI APPARECCHI E ALLA VALUTAZIONE DEI RELATIVI ONERI D’ESERCIZIO

SOFTWARE INCLUSO REPERTORIO FOTOGRAFICO, VIDEO DI APPROFONDIMENTO RELATIVO ALLA RESA DEL CONTRASTO ED AL VOLUME D’OFFESA, TUTORIAL ED ESEMPI DI PROGETTO Glossario (principali termini tecnico-normativi) e F.A.Q. (domande e risposte sui principali argomenti)

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Mario Bonomo – Chiara Bertolaja ILLUMINAZIONE DEGLI INTERNI – GUIDA ALLA PROGETTAZIONE ISBN 13 978-88-8207-744-0 EAN 9 788882 077440 Manuali, 168 (eBook) Prima edizione, maggio 2015

© GRAFILL S.r.l. Via Principe di Palagonia, 87/91 – 90145 Palermo Telefono 091/6823069 – Fax 091/6823313 Internet http://www.grafill.it – E-Mail [email protected] Tutti i diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica e di riproduzione sono riservati. Nessuna parte di questa pubblicazione può essere riprodotta in alcuna forma, compresi i microfilm e le copie fotostatiche, né memorizzata tramite alcun mezzo, senza il permesso scritto dell’Editore. Ogni riproduzione non autorizzata sarà perseguita a norma di legge. Nomi e marchi citati sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici.


III

INDICE

PREFAZIONE............................................................................................................... p. 1

1. LE GRANDEZZE FOTOMETRICHE................................................................ ˝ 1.1. La luce.......................................................................................................... ˝ 1.2. Il flusso luminoso.......................................................................................... ˝ 1.3. L’intensità luminosa...................................................................................... ˝ 1.4. Il solido fotometrico..................................................................................... ˝ 1.5. L’illuminamento............................................................................................ ˝ 1.6. L’illuminamento da sorgenti puntiformi....................................................... ˝ 1.7. L’illuminamento da sorgenti lineari.............................................................. ˝ 1.8. La luminanza................................................................................................ ˝ 1.9. L’illuminamento da grandi superfici luminose............................................. ˝ 1.10. L’illuminazione naturale............................................................................... ˝ 1.11. Il colore......................................................................................................... ˝ 1.12. La resa cromatica.......................................................................................... ˝

3 3 4 5 6 11 12 13 15 17 21 25 28

2. LA MISURA DELLA LUCE................................................................................. 2.1. La misura dell’illuminamento....................................................................... 2.2. La misura del flusso luminoso...................................................................... 2.3. La misura della luminanza............................................................................ 2.4. La misura dell’intensità luminosa................................................................. 2.5. La misura del “colore” della luce................................................................. 2.6. Il rilievo dello spettro luminoso....................................................................

˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝

30 30 31 31 32 33 34

3. SORGENTI LUMINOSE...................................................................................... 3.1. Generazione della luce.................................................................................. 3.2. Lampade ad incandescenza........................................................................... 3.3. Lampade ad alogeni...................................................................................... 3.4. Lampade LED.............................................................................................. 3.5. Lampade OLED............................................................................................ 3.6. Lampade fluorescenti.................................................................................... 3.6.1. Lampade fluorescenti compatte..................................................... 3.6.2. Lampade fluorescenti lineari.......................................................... 3.7. Lampade ad alogenuri................................................................................... 3.8. Lampade al sodio ad alta pressione..............................................................

˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝

35 35 35 37 39 43 45 45 46 47 49


IV

ILLUMINAZIONE DEGLI INTERNI – GUIDA ALLA PROGETTAZIONE

4. APPARECCHI D’ILLUMINAZIONE................................................................ 4.1. Apparecchi d’illuminazione.......................................................................... 4.2. Protezioni...................................................................................................... 4.3. Sistemi ottici................................................................................................. 4.3.1. Riflettori......................................................................................... 4.3.2. Rifrattori e lenti.............................................................................. 4.3.3. Diffusori......................................................................................... 4.3.4. Schermi.......................................................................................... 4.3.5. Filtri................................................................................................ 4.4. Sistemi di montaggio....................................................................................

p. ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝

51 51 51 53 53 59 60 60 60 60

5. GLI OBIETTIVI DI UNA BUONA ILLUMINAZIONE................................... 5.1. I livelli di illuminamento.............................................................................. 5.2. L’equilibrio delle luminanze......................................................................... 5.3. Chiarezza e illuminamenti delle superfici dei locali..................................... 5.4. Direzionalità della luce................................................................................. 5.5. La limitazione dell’abbagliamento............................................................... 5.6. Caratteristiche cromatiche della luce............................................................ 5.7. La modellazione delle persone e degli oggetti tridimensionali.................... 5.8. Integrazione della luce naturale con la luce artificiale.................................. 5.9. Integrazione dell’impianto nell’ambiente..................................................... 5.10. L’economia degli impianti............................................................................

˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝

66 66 67 68 68 72 75 76 79 80 80

6. ESEMPI DI PROGETTAZIONE......................................................................... 6.1. Errori ricorrenti............................................................................................. 6.1.1. Gli ambienti residenziali................................................................ 6.1.2. Apparecchi a più lampade.............................................................. 6.1.3. Illuminazione diretta e indiretta..................................................... 6.2. ESEMPIO 1 L’illuminazione indiretta della navata laterale di una chiesa...................... 6.3. ESEMPIO 2 L’illuminazione di una specchiera (in un bagno)......................................... 6.4. ESEMPIO 3 L’illuminazione di una sala da pranzo con un mobile libreria..................... 6.4.1. Illuminazione del tavolo da pranzo................................................ 6.4.2. Illuminazione del mobile libreria................................................... 6.5. ESEMPIO 4 L’illuminazione di una camera d’albergo.................................................... 6.5.1. Descrizione dell’impianto.............................................................. 6.5.2. Scenari luminosi............................................................................. 6.5.3. Calcolo degli oneri di energia........................................................ 6.6. ESEMPIO 5 L’illuminazione di un ufficio.........................................................................

˝ ˝ ˝ ˝ ˝

81 81 81 82 82

˝

84

˝

86

˝ ˝ ˝

88 88 90

˝ ˝ ˝ ˝

95 96 96 98


˝ 100

V

INDICE

6.7.

ESEMPIO 6 L’illuminazione di una biblioteca................................................................. p. 103 6.8. ESEMPIO 7 L’illuminazione di un ristorante................................................................... ˝ 105 6.9. ESEMPIO 8 L’illuminazione della lavagna in un’aula scolastica.................................... ˝ 107 6.10. ESEMPIO 9 L’illuminazione di una scaffalatura in un negozio....................................... ˝ 108 6.11. ESEMPIO 10 Integrazione fra luce artificiale e luce naturale........................................... ˝ 111 6.12. La verifica del progetto con i programmi di calcolo..................................... ˝ 115

7. CENNI DI ELETTROTECNICA.........................................................................

˝ 126

8. ILLUMINAZIONE D’EMERGENZA................................................................

˝ 128

9. REQUISITI ILLUMINOTECNICI PER LE AREE O LE ATTIVITÀ PIÙ COMUNI...............................................

˝ 130

10. INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO............................................. 10.1. Note sul software incluso.............................................................................. 10.2. Requisiti hardware e software...................................................................... 10.3. Installazione ed attivazione del software......................................................

˝ ˝ ˝ ˝

11. BIBLIOGRAFIA....................................................................................................

˝ 137


135 135 135 135


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PREFAZIONE

La progettazione dell’illuminazione, tanto naturale che artificiale, ha subito profonde modifiche negli ultimi anni soprattutto per le innovazioni tecnologiche intervenute, oltre che per l’importanza sempre crescente del contenimento dei consumi energetici. La luce, in particolare quella prodotta dall’uomo, ha assunto un ruolo nella vita moderna che la vede protagonista in ogni attività umana e spesso ne condiziona il successo, oltre che la sicurezza. La luce si manifesta sotto diversi aspetti che ne definiscono la qualità: –– l’aspetto funzionale, in moltissimi casi quello prevalente, che riguarda la sua idoneità a consentire l’esecuzione d’una certa attività in piena sicurezza e comfort per gli operatori: il lavoro in un ufficio o in uno stabilimento; la scelta di un oggetto da acquistare in un negozio; l’esecuzione d’uno sport in una palestra; la vista d’uno spettacolo, ecc.; –– l’aspetto formale proprio degli apparecchi d’illuminazione, nell’illuminazione artificiale; e di tutto quanto viene predisposto per massimizzare l’utilizzo della luce diurna, quali aggetti schermanti o filtranti la luce all’esterno delle finestre, vetrate speciali, plafoni, tubi di luce, ecc.; –– l’aspetto formale dello scenario luminoso cui l’illuminazione dà vita, aspetto importante soprattutto quando da esso dipende in buona parte il comportamento del destinatario dell’impianto: ad esempio quello d’un possibile acquirente in un negozio, o di un visitatore in un locale pubblico o privato, ecc.; e da ultimo, –– l’aspetto economico, soprattutto quello dei costi d’esercizio. Una seria progettazione deve conciliare tutti questi aspetti, con un bilanciamento fra un aspetto e gli altri che deve tener conto delle finalità dell’impianto: ad esempio l’aspetto formale dell’impianto avrà un ruolo importantissimo quando si tratta di inserirlo in un ambiente dove le sorgenti di luce originarie non sono più utilizzabili con le nuove tecnologie, o sono inadeguate alle nuove funzioni dell’ambiente stesso, oppure devono minimizzare il loro impatto sull’ambiente, oppure viceversa quando devono far parte integrante della sua architettura; l’aspetto formale dello scenario luminoso ha specialmente importanza nei locali di soggiorno, di ritrovo e nei locali commerciali dove il gradimento e il comfort del visitatore influenzano in buona parte la sua propensione ad acquistarne i prodotti esposti; e i costi d’esercizio avranno tanto più rilevanza, quanto più lungo sarà il tempo dell’utilizzazione annua dell’impianto oppure più rilevante la loro incidenza sul bilancio di quella Azienda. Il progetto d’un impianto d’illuminazione deve, da una parte, fissarne gli obiettivi: “quanta luce” sui piani di lavoro o di osservazione, da quante sorgenti e secondo quali direzioni d’impatto; quanta nelle aree circostanti; la sua distribuzione nei vari scenari di osservazione; l’effetto rilievo che si desidera ottenere (su singoli oggetti o negli ambienti), la resa dei colori che devono avere le sorgenti e ogni altro obiettivo del progettista; dall’altra, individuare i mezzi per conseguire detti obiettivi: quanti centri luminosi utilizzare e con quali caratteristiche, dove collocarli;


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se e in che misura utilizzare la luce naturale durante il giorno; le modalità di accensione o parzializzazione ed ogni altro particolare dell’impianto. Nella presente Guida, si cercherà di evitare la consueta trattazione separata di queste due parti, illustrando, per ogni grandezza fotometrica o per ogni nozione introdotta, le sue pratiche applicazioni nel processo progettuale, con esempi ed esercitazioni. Dovrebbe sortirne una trattazione meno arida e di maggior interesse della maggior parte di quelle in circolazione. La guida si compone di una prima parte che introduce le grandezze fotometriche, ne illustra le applicazioni nel progetto e ne elenca i sistemi di misura. Una seconda parte tratta la generazione della luce e le sorgenti luminose, in particolare quelle che oggi stanno soppiantando gradualmente tutte le altre: i LED, nonché la famiglia più recente di questo tipo di sorgete, gli OLED, che proprio attualmente si stanno per affacciare sul mercato con prospettive di notevole interesse. Una terza parte sarà dedicata agli apparecchi d’illuminazione, ed in particolare alle ottiche. Una quarta parte riassumerà tutti gli obiettivi che una progettazione si prefigge e che condizionano la qualità d’una installazione; trattazione in buona parte già intravvista nelle parti precedenti e che qui riapparirà in forma organica. L’ultima parte completerà il quadro dei sistemi di progettazione, trattando in particolare l’illuminazione naturale, e fornirà numerosi esempi di casi ricorrenti d’impianto per le più diffuse applicazioni. Saranno infine forniti alcuni cenni di elettrotecnica elementare, la cui conoscenza è indispensabile per un progettista della luce, data la sua stretta interrelazione con il disegno dell’impianto d’illuminazione.


3 CAPITOLO 1

LE GRANDEZZE FOTOMETRICHE

1.1. La luce La luce è il prodotto di un fenomeno fisico: le radiazioni emesse da una sorgente luminosa (direttamente: dal sole, da una lampada o indirettamente: da qualsiasi superficie che rifletta o trasmetta le radiazioni a sua volta ricevute); e di un fenomeno fisiologico: la risposta dell’occhio che, investito dalle radiazioni comprese entro una certa gamma di lunghezze d’onda, fornisce agli esseri viventi la visione: la sensazione di quanto ci circonda illuminato. La luce quindi è un fenomeno che prende forma nell’occhio, quando esso è investito da radiazioni emesse da sorgenti luminose (primarie, oppure secondarie, come prima accennato). La risposta dell’occhio avviene quando le radiazioni che lo colpiscono hanno una lunghezza d’onda compresa fra i 380 nano metri (380 milionesimi di millimetro) e 780 nanometri; essa cambia d’intensità fra zero ed un massimo (figura 1.1), quando la lunghezza d’onda cresce fino a circa il centro di detta gamma, per poi calare a zero con il crescere ulteriore della lunghezza d’onda delle radiazioni fino al limite superiore della gamma; e assegna un colore agli oggetti illuminati a seconda della lunghezza d’onda delle radiazioni che essi gli indirizzano: il colore assegnato varia, procedendo in direzione crescente con la lunghezza d’onda, dal violetto, nella gamma fra i 380 e i 435 nm, al blu, dai 435 ai 500 nm, al verde, dai 500 ai 565 nm, al giallo, dai 565 nm ai 600 nm, all’arancione dai 600 ai 630 nm e al rosso, dai 600 ai 780 nm.

Figura 1.1. Curva di risposta dell’occhio alle radiazioni emesse da una sorgente luminosa

La risposta dell’occhio indicata nella figura 1.1 si riferisce alla visione cosiddetta fotopica, cioè la visione in condizioni di luminosità dell’ambiente abbastanza elevata da assicurare


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all’osservatore il pieno riconoscimento dei colori; questa situazione è praticamente la sola che interessa la progettazione della luce negli interni. In realtà la curva della risposta dell’occhio si sposta verso le lunghezze d’onda più basse, quando la luminosità dell’ambiente è estremamente ridotta (la sua luminanza – grandezza che vedremo più avanti – è inferiore a qualche centesimo di candela al metro quadrato: le condizioni assimilabili a quelle esistenti di notte con luna piena); la visione in quest’ultima situazione prende il nome di visione scotopica, e la risposta massima dell’occhio si sposta dai 555 nm della curva di figura 1.1 ai 510 circa nm. E si è individuata pure una terza situazione, intermedia fra le due viste finora, detta visione mesopica.

1.2. Il flusso luminoso La luce è quindi il prodotto delle due grandezze con cui sono quantificati i due fenomeni che la originano: –– le radiazioni, con la loro potenza ε(λ)dλ espressa in watt (ε epsilon è la potenza, per unità di λ, delle radiazioni comprese entro la gamma infinitesimale dλ delle lunghezze d’onda) –– e la risposta dell’occhio V(λ), che varia da 0 a 1 secondo la curva di figura 1.1 in funzione di lambda. Il flusso luminoso prodotto dalla radiazione è quindi: ε ( λ ) = ε ( λ ) dλ V ( λ )

e il flusso luminoso prodotto da una sorgente che emette un flusso di radiazioni di diverse lunghezze d’onda: 780

∫ ε (λ ) V (λ ) d λ

380

L’espressione che esprime il flusso luminoso Φ emesso da una sorgente comprende in realtà anche un coefficiente K = 683 (lm∙W-1), che serve a raccordare l’espressione sopra riportata all’unità di misura in uso al momento in cui la fotometria venne disciplinata secondo l’attuale assetto: il lumen (abbreviato in lm)1: 780

Φ = 683 ∫ ε ( λ ) V ( λ ) d λ

(1)

380

Il valore di 683 esprime il flusso luminoso prodotto da una sorgente che emettesse una radiazione di un Watt sull’unica lunghezza d’onda di 555 nm dove l’occhio dà la massima risposta, senza alcuna perdita d’energia (sotto le consuete forme tipiche di ogni sorgente quale calore prodotto o irradiato). È evidente che la cifra di 683 (lm W-1), rappresenta un limite d’interesse solo teorico, in quanto una sorgente come sopra ipotizzata, oltre a risultare irrealizzabile per il noto principio che ogni trasformazione energetica comporta inevitabili perdite, non avrebbe alcun valore 1

Definito come il flusso luminoso emesso nell’angolo solido unitario da una sorgente puntiforme che emette uniformemente un’intensità luminosa di una candela.


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1. LE GRANDEZZE FOTOMETRICHE

di “luce”, per la povertà della sua banda di radiazioni, limitata ad una sola lunghezza d’onda e quindi in grado di riprodurre soltanto quel colore (il giallo), lasciando al buio tutti gli altri colori. Ogni superficie colorata, infatti, appare tale in quanto riflette, verso gli occhi di chi la osserva, la quota parte delle radiazioni che la investono corrispondente alle lunghezze d’onda dei suoi colori, assorbendo, sotto forma di calore, tutte le altre. In pratica, le sorgenti luminose oggi disponibili hanno efficienze luminose molto inferiori a quel limite teorico: tali efficienze variano da un minimo di circa 30 lm/watt delle migliori lampade ad incandescenza (quelle con alogeni, a bassissima tensione e con bulbo attivato con Cerio), ad un massimo (per le sorgenti che emettono radiazioni ben distribuite nella gamma visibile) di circa 130 lm/watt delle lampade a LED (valore, quest’ultimo, peraltro in costante evoluzione con il procedere delle ricerche).

1.3. L’intensità luminosa È il flusso dΦ contenuto in un angolo solido infinitesimale dω avente per asse una data direzione:

I = dΦ / dω

(2)

È un vettore il cui insieme mostra la ripartizione nello spazio del flusso luminoso emesso da una sorgente. È espresso in candele, che vengono abbreviate in cd. Consideriamo ad esempio una lampada ad alogeni (figura 1.2). Essa emette luce in tutte le direzioni in modo uniforme (prescindendo dalla trascurabile discontinuità in corrispondenza dell’attacco della lampada). Essendo I costante, dall’espressione sopra indicata il suo valore si ricava dal rapporto fra tutto il flusso emesso dalla lampada (Φ) e l’angolo solido corrispondente a tutto lo spazio (4π):

I = Φ / 4π

Una lampada da 60 W, 1700 lm, emette un tutte le direzioni un’intensità di: 1700 / 4π = 135 cd

Figura 1.2. Ripartizione nello spazio del flusso luminoso emesso da una sorgente ad alogeni da 12 V con bulbo rivestito di cerio


(3)

6


Un altro esempio è fornito da un LED (figura 1.3, lampada che vedremo più avanti) con un’emissione di tipo lambertiano (distribuzione luminosa che contraddistingue anche tutte le superfici diffondenti, come le tinteggiature opache dei muri, il cielo, i prati). In questo caso, che riguarda con buona approssimazione la maggior parte dei LED oggi prodotti, l’intensità varia secondo la funzione: I = I0 cosα

(4)

Dalla formula (2) si ottiene2: Φ=

4π

4π

0

0

∫ I ⋅ dω =

∫ I0 cosα ⋅ dω

da cui:

Φ = I0 π

(5)

Se quel LED emette un flusso luminoso di 100 lm, l’intensità massima I0 è di 100/π = 33 cd.

Figura 1.3. La ripartizione “lambertiana” di un LED (I = I0 cos α)

1.4. Il solido fotometrico Più in generale, la forma con cui il flusso luminoso viene emesso da una sorgente dipende dal tipo di ottica (riflettore, diffusore o lente) di cui la sorgente viene dotata. La forma viene denominata: indicatrice d’emissione – o più semplicemente solido fotometrico – e viene indicata in forma grafica o tabellare (vedi figura 1.4). Essa viene ricavata in laboratorio per mezzo di un goniofotometro, che verrà illustrato nel seguito.

2

Cfr. M. Bonomo, Illuminazione d’interni, Maggioli Editore, pp. 18 e 19 [1].



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Figura 1.4. Rappresentazione delle intensità luminose emesse da una sorgente di luce, in cd/klm, in forma grafica polare ed in formato tabellare

In figura 1.5 sono illustrati i piani passanti per l’asse ottico dell’apparecchio in cui è suddiviso il solido, chiamati piani C; per ciascun piano sono riportate le intensità in funzione dell’angolo gamma, a partire dalla verticale verso il basso. Il piano C0 è quello generalmente perpendicolare all’asse minore dell’apparecchio. La rappresentazione grafica avviene in forma polare o cartesiana.


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Figura 1.5. Le coordinate Cγ della rappresentazione di un solido fotometrico

Nella forma polare (figura 1.6), l’intensità luminosa emessa dall’apparecchio è rappresentata da un vettore il cui valore è indicato dai cerchi che hanno per centro l’origine del vettore; e la sua direzione nel piano del diagramma è dato dalla sua inclinazione rispetto la verticale, l’angolo γ della figura.

Figura 1.6. Diagramma polare del solido fotometrico di un apparecchio avente per sorgente un LED dotato di una lente con la quale l’apertura del fascio è 104°



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Nella rappresentazione cartesiana (figura 1.7), l’intensità è data dall’asse y, mentre l’angolo γ è riportato nelle ascisse. Se il solido fotometrico è identico su tutti i piani passanti per il suo asse ottico, è sufficiente a rappresentarlo un solo diagramma: è il caso di un solido a simmetria rotazionale; quando invece la distribuzione delle intensità cambia da piano a piano, sono necessarie a rappresentarlo più diagrammi, o meglio si fa uso della rappresentazione tabellare (figura 1.4).

Figura 1.7. Diagramma cartesiano dello stesso solido fotometrico di figura 1.6

L’intensità luminosa è espressa normalmente in candele ogni 1000 lumen emessi dall’apparecchio; questo allo scopo di poter utilizzare lo stesso diagramma per centri luminosi che hanno la stessa ottica e lampade delle stesse dimensioni, ma emissione luminosa diversa. Ad esempio, apparecchi con lo stesso tipo di LED e la stessa ottica, ma alimentati con diversa corrente elettrica; oppure lampade fluorescenti tubolari con lo stesso diametro (ad esempio, di 16 mm, che è il tipo attualmente in uso), ma differente lunghezza e quindi differente emissione luminosa (per queste lampade, il riflettore opera soltanto in direzione normale all’asse del tubo). Nel caso delle figure 1.6 e 1.7, le intensità luminose in candele si ricavano moltiplicando i valori del grafico per il flusso del LED in migliaia di lumen: se quel LED, quando funziona senza ottica, emette 120 lm con la prevista corrente di 350 mA, l’intensità massima emessa risulterà di 250×0,12 = 30 cd. Nei diagrammi delle due figure, è indicata una sola curva, che rappresenta l’intero solido fotometrico; si tratta infatti di un solido a simmetria rotazionale, così chiamato quando l’emissione luminosa ha la stessa forma in tutti i piani passanti per l’asse ottico dell’apparecchio. Nelle figure è indicata anche l’apertura del fascio luminoso, che è l’angolo compreso fra le due intensità pari alla metà della massima; questo angolo è chiamato anche apertura del fascio al 50% (con riferimento al valore delle due intensità che ne sono i limiti), per distinguerlo dall’apertura al 10%, usata talvolta per indicare l’ampiezza entro cui viene emessa la quasi totalità del flusso luminoso. L’ampiezza al 50% è molto utile per la progettazione, come vedremo.


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Dalla curva fotometrica, in particolare per gli apparecchi a simmetria rotazionale, è possibile ricavare il flusso emesso dall’apparecchio, per confrontarlo con quello proprio della sorgente “nuda”, e conoscere il rendimento dell’apparecchio:

η=

Flusso emesso dall’apparecchio Flusso emesso dalla lampada “nuda”

(6)

Calcoliamo, ad esempio, il flusso emesso dall’apparecchio di figura 1.6, suddividendo il diagramma fotometrico in tanti spicchi coassiali di ampiezza di 15° (figura 1.8).

Figura 1.8. Calcolo del flusso emesso dall’apparecchio di figura 1.6; il LED nudo ha un flusso luminoso di 70 lm. Dal calcolo risulta che il flusso luminoso emesso dall’apparecchio (LED+lente) è 45 lm

La formula (2) I = dΦ/dω, risolta rispetto a flusso Φ e calcolata per sommatoria, diventa: 4π

Φ=

∫ I ⋅ dω ≈ ∑ Ii ⋅ 2π (cos γ(i−Δi) − cos γ(i+Δi) ) = 0

= 2π ⋅ 0,07[I7,5° (cos0° − cos15°) + I22,5° (cos15° − cos30°) + I37,5° (cos30° − cos 45°) +I52,5° (cos 45° − cos60°) + I67,5° (cos60° − cos75°)] = = 2π ⋅ 0,07[248(cos0° − cos15°) + 240(cos15° − cos30°) + 215(cos30° − cos 45°) +129(cos 45° − cos60°) + 35(cos60° − cos75°)] = 45 lm Nella formula il valore 0,07 è il flusso in klm emesso dal LED, che va moltiplicato per le intensità relative Ii (cd/klm) per ottenere le intensità in candele.


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La somma ha per addendi i flussi parziali dati dai prodotti dell’intensità media di ciascuno spicchio I7,5°, I22,5°, ecc., per l’angolo solido dello spicchio d’appartenenza:

(

2π cos γ(i−Δi) − cos γ(i+Δi)

)

dove Δi è la metà dell’ampiezza di ogni spicchio. Se il LED impiegato nell’apparecchio ha un flusso di 70 lm, il rendimento dell’apparecchio risulta approssimativamente di 45/70 = 64%. L’intensità luminosa viene utilizzata, come vedremo, per il calcolo dell’illuminamento in un punto d’una superficie su cui essa impatta. à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 3 – L’illuminazione di una sala da pranzo con mobile libreria.

1.5. L’illuminamento È la “densità” di flusso luminoso che impatta su una superficie: il rapporto cioè fra il flusso che incide su una superficie e l’area della stessa; tanto più preciso, quanto più piccola è la superficie considerata, perché se il flusso che impatta su quella superficie varia da punto a punto, quel rapporto fornisce soltanto un valore medio, e non quello esatto per ogni punto. L’unità di misura è il lux (abbreviato in lx), che è l’illuminamento provocato su una superficie di un metro quadro sulla quale incide un flusso di un lumen. L’illuminamento è una grandezza basilare nella nostra disciplina, perché ad esso principalmente si riferiscono tutte le normative3. Nel caso abbastanza ricorrente di installazioni che prevedano un’illuminazione uniforme sul piano di calpestio o di lavoro, con centri luminosi dello stesso tipo e disposti secondo una griglia regolare, la relazione che lega fra loro il flusso luminoso Φ e l’illuminamento E è quella cosiddetta del flusso totale:

Emedio =

Φ ⋅UF ⋅ M S

(7)

Dove: UF è il fattore di utilizzazione; M è il fattore di manutenzione; S è la superficie del locale (pavimento); UF è il rapporto fra la quantità di flusso che raggiunge il piano da illuminare – sia direttamente che per riflessione dalle altre superfici del locale – e quella emessa dalle sorgenti luminose. Essa dipende dal rendimento degli apparecchi, dalla forma del solido fotometrico, dalla contiguità fra loro delle pareti e dalla loro chiarezza. La formula (7) si avvaleva, per ottenere il valore di UF di un determinato apparecchio, di una tabella, fornita da ogni costruttore per ogni suo apparecchio, che indicava il fattore UF in funzione del cosiddetto indice del locale (indice che teneva conto della forma del locale) e dei fattori di riflessione delle sue superfici. Questa tabella attualmente non è più fornita dai costruttori,

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In Italia, per l’illuminazione dei luoghi di lavoro negli interni: la Norma UNI-EN 12464-1, anno 2011 [2].


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in quanto ritenuta di scarsa utilità dopo la diffusione dei programmi di calcolo per PC. Ma la formula del flusso totale è tuttora utile per calcoli di prima approssimazione, per individuare le soluzioni d’impianto da immettere nei programmi di cui sopra, dato che tali programmi sono essenzialmente di verifica e non di progetto. Per utilizzare la formula (7), occorre stimare un valore per il parametro UF, in base prima di tutto al rendimento dell’apparecchio (perché UF sarà forzatamente inferiore a tale valore) e poi alla quantità di luce diretta all’esterno del piano da illuminare e, se quest’ultima quantità è consistente, la chiarezza delle pareti su cui essa va ad incidere. Con la pratica, tale stima può dare sufficienti risultati, utili soprattutto per inserire dati abbastanza attendibili e rendere più rapido l’uso dei programmi di calcolo. M è il fattore di manutenzione, rapporto fra l’illuminamento al termine di un ciclo di manutenzione per la pulizia o il cambio della lampada e l’illuminamento iniziale; tale fattore porta ad un sovradimensionamento dell’impianto per poter garantire l’illuminamento desiderato nelle sue condizioni più precarie (quelle appunto al termine del ciclo di manutenzione). La (7) consente di calcolare il flusso luminoso da installare in un locale in cui sia richiesta una buona uniformità (Emin/Em = 0,8, dove Emin è l’illuminamento minimo e Em è l’illuminamento medio), come una palestra, un laboratorio, ecc.: Φ=

Em ⋅ S UF ⋅ M

Anticipiamo qui che con le sorgenti a LED (che vedremo in un prossimo paragrafo), per le quali il costruttore fornisce normalmente il flusso luminoso emesso dall’apparecchio (e non quello emesso dal LED nudo), UF tiene conto soltanto del flusso disperso nell’ambiente. Tale fattore, per locali di grandi dimensioni e per fasci di luce abbastanza concentrati (aperture non superiori a 60°), è poco inferiore al rendimento dell’ottica di cui è dotato il LED (essendo le pareti del locale lambite dalla luce solo marginalmente); il fattore M può tenersi dell’ordine di 0,9, in quanto la durata dei LED (che è il numero di ore dopo le quali l’emissione del LED si riduce all’80% o al 70% di quella iniziale, a seconda del tipo di utilizzazione – cfr. il paragrafo 3.4. Lampade LED, p. 7) è normalmente di gran lunga superiore alla vita dell’installazione. à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 6 – L’illuminazione di una biblioteca (tavolo di lettura).

1.6. L’illuminamento da sorgenti puntiformi L’illuminamento provocato da una sorgente luminosa puntiforme in un punto di una superficie (figura 1.9) si calcola normalmente con l’espressione:

E=

I cos γ I cos3 γ = d2 h2

(8)

Dove: γ è l’angolo di incidenza dell’intensità sulla superficie; h è l’altezza della sorgente sulla superficie (distanza della sorgente dalla superficie misurata perpendicolarmente ad essa); d è la distanza fra sorgente e punto considerato della superficie.


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Le due espressioni sono equivalenti, dato che h = d · cos · γ; delle due, si usa quella che è più comoda, a seconda che si disponga di h o di d.

Figura 1.9. Le grandezze che intervengono nel calcolo dell’illuminamento in un punto di una superficie, provocato da una sorgente luminosa puntiforme

E se quel punto di superficie è illuminato da più sorgenti puntuali, la (8) si trasforma in sommatoria di tutte le n sorgenti: E=

I1 cos3 γ1 I2 cos3 γ2 + +… h12 h 22

È questo il caso degli interni, dove generalmente ogni superficie è illuminata, oltre che dai centri luminosi in essa installati, anche dalla luce riflessa dalle diverse superfici contigue, il cui contributo è tanto maggiore, quanto più queste superfici sono chiare, ravvicinate alla superficie considerata, e tanto più i centri luminosi le illuminano. La (8) consente di calcolare l’intensità luminosa I che occorre indirizzare verso un determinato punto di una superficie, da una precisa collocazione di un centro luminoso, per ottenere un certo valore d’illuminamento E (prescindendo dal contributo all’illuminamento E dato dalle altre sorgenti primarie e secondarie): I=

Ed 2 Eh2 = cos γ cos3 γ

à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 2 – L’illuminazione di una specchiera (in un bagno). Esempio 3 – L’illuminazione di una sala da pranzo con mobile libreria. Esempio 6 – L’illuminazione di una biblioteca (scaffali).

1.7. L’illuminamento da sorgenti lineari Quando i centri luminosi sono disposti in fila continua, supposta di lunghezza infinita, e la loro emissione luminosa, almeno nei piani longitudinali alla fila e interessanti il piano illuminato, è del tipo lambertiano, l’illuminamento in qualsiasi punto P del piano Σ può essere calcolato globalmente con la semplice formula (figura 1.10):


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E=

I (1m) πcos2 γ 2h

(9)

Dove: I(1m) è l’intensità luminosa emessa da ogni metro della fila luminosa nel piano perpendicolare al suo asse in direzione del punto P; γ è l’angolo d’incidenza dell’intensità I; h è l’altezza della fila sul piano Σ (in metri). L’ipotesi di lunghezza infinita vale con sufficiente approssimazione quando la lunghezza della fila è almeno tre volte la sua distanza dal punto P per ogni versante; se la fila ha origine proprio in corrispondenza del punto P, l’illuminamento si riduce alla metà4. La continuità della fila si intende valida anche in presenza di discontinuità ripetitive, quando esse sono di lunghezza trascurabile rispetto la distanza della fila dal punto P. L’intensità I(1m) è quella media della fila.

Figura 1.10. Disposizione di una sorgente lineare di lunghezza L che illumina il punto P su un piano Σ parallelo alla sorgente à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 5 – L’illuminazione di un ufficio. Esempio 9 – L’illuminazione di una scaffalatura in un negozio. 4

Se la fila di centri ha una lunghezza finita, come appare nella figura 1.10, e ha origine in corrispondenza di P, l’illuminamento in P è dato dalla formula: I(1m) cos2γ (ϑ + sin ϑ · cos ϑ) / 2h dove ϑ è espresso in radianti.


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1.8. La luminanza La luminanza di una superficie luminosa rispetto una certa direzione esprime la sua “luminosità” quando è vista da quella direzione. È il rapporto fra l’intensità emessa da detta superficie verso una data direzione e la sua superficie apparente (cioè la superficie con cui essa appare da quella direzione): L = I / Aapp

(10)

La superficie emittente può essere una sorgente primaria, cioè emettente luce propria, o secondaria, emettente per riflessione o per trasmissione la luce prodotta da sorgente ad essa estranea. Il simbolo usato è la L, l’unità di misura: la candela al metro quadrato, abbreviata in cd/m2.

Figura 1.11. La luminanza di una sfera di vetro satinato diffondente, di 30 cm di diametro con lampada a LED da 810 lumen

Consideriamo ad esempio l’apparecchio di figura 1.11: una sfera opalina del diametro di 30 cm con una lampadina a LED da 12 W, 810 lm; la sfera emette un flusso di 700 lm. L’intensità indirizzata verso qualsiasi direzione è costante pertanto la (2) diventa: 4π

Φ=

∫ Idω = I ⋅ 4π 0

da cui: I=

Φ 700 = = 55,7 cd 4π 4π

L’area apparente della sfera per l’osservatore (che è la proiezione della sfera su un piano perpendicolare alla direzione d’osservazione, peraltro in questo caso la stessa per tutte le direzioni) risulta quindi pari all’area di un cerchio:


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Aapp = π ⋅ r 2 = π ⋅ 0,152 = 0,07 m2 La luminanza della sfera per l’osservatore in figura 1.11 (ma anche per qualsiasi altra direzione) è: L=

55,7 ≈ 800 cd / m2 0,07

Un altro esempio: un metro quadrato di muratura intonacata, con fattore di riflessione ρ = 0,8 (il fattore di riflessione è il rapporto fra il flusso luminoso che la superficie riflette e quella che incide su di essa), è illuminato dal flusso che la sfera dell’esempio precedente gli indirizza (figura 1.12). Il suo illuminamento, dalla (8) è: E=

I cos3 γ 55,7 ⋅ cos3 55° = = 7,3 lx 1,22 h2

La luminanza L di una superficie perfettamente diffondente, di fattore di riflessione ρ e illuminata con un illuminamento pari a E, è data dall’espressione:

L = ρE/π

(11)

che possiamo adottare con sufficiente approssimazione per qualsiasi superficie (anche non perfettamente) diffondente. La luminanza di quella porzione di plafone risulterà quindi: L = 0,8⋅ 7,3 / π = 1,86 cd / m2

Figura 1.12. La luminanza che l’area diffondente “a” del plafone assume per effetto dell’illuminazione dall’apparecchio sospeso

La luminanza viene utilizzata nella progettazione essenzialmente per due scopi: per primo, per valutare se la luminosità di un apparecchio d’illuminazione, installato in una certa posizione d’un ambiente, può abbagliare i destinatari di quell’ambiente; vedremo questo aspetto in un prossimo capitolo. Per secondo, per valutare l’effetto di centri luminosi non puntiformi (come finora abbiamo considerato) e comunque caratterizzati dalla loro luminanza. Come ad esempio il cielo, una finestra, un soffitto luminoso (perché retro illuminato o perché illuminato da centri che indirizzano la luce solo verso l’alto) o un pannello OLED (una nuova sorgente caratterizzata appunto essenzialmente dalla sua luminanza, di cui si parlerà più avanti).


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Se questa sorgente superficiale è piccola, in relazione alla distanza alla quale vogliamo valutarne gli effetti (ad esempio meno di un terzo di quest’ultima), si può ancora considerarla puntiforme, collocandone il punto d’emissione della luce nel suo baricentro. L’intensità luminosa da essa emessa, dalla (10), risulta: I = L · Aapp e il calcolo dell’illuminamento sui piani illuminati può procedere come si è visto.

1.9. L’illuminamento da grandi superfici luminose Quando la superficie illuminante è vasta (cioè supera il terzo della sua distanza dal punto in cui desideriamo valutarne gli effetti), il calcolo va fatto generalmente suddividendola in tante superfici sufficientemente piccole da poterle considerare puntiformi e sommandone gli effetti. Per le superfici illuminanti di tipo diffondente, l’illuminamento in un generico punto d’un piano illuminato può essere calcolato con il seguente procedimento. Si costruisce una semisfera (di raggio R, assunto a piacere, ma al quale assegneremo il valore di 1, figura 1.13) avente per centro il punto considerato (P) e giacente sulla superficie (π) dove si trova il punto. Si congiunge P con tutti i punti che costituiscono il perimetro della superficie illuminante (Σ); le semirette così ottenute intercettano sulla semisfera una superficie Σ'; si proietta quest’ultima superficie sul piano π e si ottiene la superficie Σ''. Leggendo questa superficie nella scala R = 1, l’illuminamento in P è:

EP = L Σ´´

(12)

Figura 1.13. Procedimento per calcolare l’illuminamento in P prodotto dalla superficie luminosa Σ di tipo diffondente

Un primo esempio d’applicazione del procedimento può essere l’illuminazione esterna diurna, da un cielo di luminanza uniforme LC, di un punto sulla terra dal quale si veda l’intera volta celeste. Se costruiamo la semisfera attorno al punto e intercettiamo sulla sua superficie tutti i


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punti del perimetro della volta celeste, la Σ' è costituita da tutta la semisfera e la Σ'' non è altro che la superficie di base della semisfera; quest’ultima superficie vale πR2, ma avendo assegnato ad R il valore di 1, la (12) diventa: EP = Lcielo · π In uno spazio privo di oggetti schermanti, l’illuminamento di giorno è π volte la luminanza media del cielo. Un secondo esempio può essere dato dall’illuminazione prodotta da una finestra (figura 1.14).

Figura 1.14. Procedimento per calcolare l’illuminamento in P prodotto da una finestra esposta senza ostruzioni esterne

La superficie luminosa che illumina il punto generico P sul piano del tavolo è la finestra. Dobbiamo quindi valutarne la luminanza. Se il cielo è visibile fino all’orizzonte, la finestra riceve luce dal cielo e dal terreno in parti uguali; la sua luminanza sarà pertanto la media delle loro luminanze: Lfinestra = 0,5 (Lcielo + Lterreno). Congiungiamo il punto P sul tavolo con le due rette che costituiscono il bordo superiore ed inferiore della finestra, supposta di lunghezza infinita. La superficie intercettata sulla semisfera è Σ' (uno spicchio della semisfera), che, proiettata sul piano del tavolo, diventa l’area segnata in parte punteggiata e in parte a tratteggio. L’illuminamento P in con la finestra lunga all’infinito è: ⎛ π π ⎞ EP = L f ⋅ ⎜ − cosα ⎟ ⎝ 2 2 ⎠ L’illuminamento in P con la finestra reale si valuta sostituendo nella precedente espressione ⎛ ⎞ l’area ⎜ π − π cosα ⎟ con quella solo tratteggiata (valutata nella scala R = 1) ricavata dalla vista in ⎝ 2 2 ⎠ pianta del locale come indicato nella figura:


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EP = L finestra ⋅ Σʹ′ʹ′ Poiché siamo in un interno, teniamo presente che il punto P è illuminato non solo direttamente dalla finestra, ma anche dalla luce che gli viene riflessa da pareti e plafone. Poiché normalmente il contributo di tale illuminazione per riflessione è molto inferiore all’illuminazione diretta, per la sua determinazione si può utilizzare il metodo di calcolo approssimato seguente. L’illuminamento medio nel locale dovuto alla prima riflessione ep è dato dal rapporto fra il flusso che entra nel locale Φe e la sua intera superficie S, moltiplicato per il fattore ρ medio delle sue superfici: eP =

ρΦe S

Alla prima riflessione ne fa seguito una seconda ρ2Φe/S, poi una terza ρ3Φe/S, e così all’infinito: Eind. da cui:

P

=

ρΦe ⋅ (1+ ρ + ρ2 + ρ3 +…ρ∞ ) S Eind.

P

=

Φe 1 ⋅ S 1− ρ

(14)

L’ultima espressione è data dalla serie di Mac Laurin quando ρ è minore di 1: 1+ ρ + ρ2 + ρ3 +…ρ∞ =

1 1− ρ

Nell’esempio appena visto, il flusso entrante non è altro che il flusso incidente sulla finestra Φf moltiplicato per il fattore di trasmissione dei vetri τ e per il rapporto υ fra l’area a vetro Av e quella lorda della finestra Af. Il flusso incidente sulla finestra è dato dal prodotto del suo illuminamento per la sua area; l’illuminamento si ricava con lo stesso metodo seguito nel primo esempio, tenendo presente che qui il piano della finestra è verticale e i suoi due “cieli” sono metà il cielo e l’altra metà il terreno: π Φ finestra = ( Lcielo + Lterreno ) Af 2 e il flusso entrante: Φe = τ

π ( Lcielo + Lterreno ) Af v 2

L’illuminamento in P dovuto alle interriflessioni risulta (trascurando per brevità la luminanza Lterreno del terreno): τ π Lcielo ⋅ Af v ρ (15) Eind. P = 2 ⋅ S 1− ρ Un caso abbastanza ricorrente è quello di un corridoio o della navata di una chiesa che si desideri di illuminare in modo indiretto (generalmente, una navata laterale). Si consideri sufficiente in quella navata un illuminamento al suolo di 100 lx. La figura 1.15 mostra la sezione di una navata, larga 4,3 m e alta agli appoggi della volta 4,7 m (h); la volta sia bianca con un fattore


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di riflessione di 0,8. La superficie luminosa sarà la volta, cui attribuiamo la luminanza L (che è l’incognita). La Σ'' risulta l’area tratteggiata nella figura, che è anche la proiezione dei due semi cerchi c e c'. Essendo pari ad 1 il raggio della semisfera, l’area tratteggiata risulta: π 2 cosα = πcosα → EP = Lπcosα 2 da cui: L=

EP 100 = = 76,5 cd / m2 πcosα πcos65,42°

L’illuminamento che dovremo prevedere sulla volta si calcola con l’espressione (11) che lega le due grandezze quando è interessata una superficie diffondente, quale si può ritenere una comune tinteggiatura su muratura intonacata: Evolta =

Lπ 76,5⋅ π = = 300 lx ρ 0,8

Figura 1.15. L’illuminazione con luce indiretta della navata laterale di una chiesa


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Nella figura sono indicate due soluzioni alternative per illuminare la volta di quella navata: una con dei centri disposti lungo i due cornicioni (A) e l’altra (B) con dei centri sospesi in corrispondenza di ogni campata (di 5 m). Con la (7) risolta rispetto a Φ si ha: Φ=

ES UF ⋅ M

Considerando il flusso da installare in ogni campata: –– S (la superficie della volta di una campata) diventa 2,15 · π · 5 = 33,8 m2; –– M sia pari a 0,8, perché si prevedono cicli di manutenzione abbastanza ravvicinati; –– UF si assume pari a 0,7, valore molto prossimo al rendimento degli apparecchi che saranno impiegati, dato che, per la conformazione dell’installazione, il flusso da loro emesso non può che riversarsi sulla volta. Risulta: Φ=

300 ⋅ 33,8 = 18110 lm 0,8⋅ 0,7

da suddividere sui due lati, nella soluzione A o da installare nella conca B. Il tipo di apparecchio da prevedere in ognuno dei due casi si potrà determinare più avanti. à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 1 – L’illuminazione indiretta della navata laterale di una chiesa.

1.10. L’illuminazione naturale Il calcolo dell’illuminamento generato dalla luce naturale può essere valutato mediante il fattore di luce diurna di un dato punto di una superficie orizzontale in un interno [3] [4]. Questo fattore è il rapporto fra gli illuminamenti rilevabili in quel punto nelle due situazioni: 1) con la presenza del fabbricato, cioè nelle condizioni reali in cui si trova il punto considerato, Ep; 2) senza la presenza del fabbricato, cioè con il punto P esposto totalmente all’esterno, E'p:

DF =

EP E'P

(16)

In entrambi i casi la situazione dei fabbricati e degli oggetti esterni al locale considerato rimane invariata; ed inoltre si prescinde dalla luce solare diretta. L’illuminamento naturale di un edificio dipende, oltre che dalle condizioni di tale illuminazione (esposizione delle finestre, latitudine, ora del giorno, condizioni atmosferiche, ostruzioni esterne), dalla posizione del punto preso in considerazione (esso si riduce rapidamente man mano che ci si allontana dalla finestra), dalle dimensioni della finestra e dal tipo e numero dei suoi vetri, e da quanto si diffonde la luce al suo interno.


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I due illuminamenti considerati per il calcolo del fattore di luce diurna sono ambedue funzioni lineari della luminanza del cielo: infatti, l’illuminamento nelle condizioni reali è dato dalla somma della (12) e della (15): τ π Lcielo ⋅ Af v ρ EP = Lcielo ⋅ Σʹ′ʹ′ + 2 ⋅ S 1− ρ e l’illuminamento senza fabbricato dalla (13): E'P = Lcielo ⋅ π Quindi apparentemente il fattore di luce diurna non dipende dalla luminanza del cielo. Ciò però vale soltanto in modo approssimativo: in realtà, la luminanza del cielo in condizione di cielo sereno è fortemente condizionata dalla posizione del sole; e la luminanza del cielo interamente coperto varia da un massimo allo zenit (la verticale sul terreno), Lz, ad un minimo all’orizzonte, nel rapporto da 3 a 1. Infatti essa è data dalla formula: Lϑ = Lz ⋅

1+ 2sin ϑ 3

e l’illuminamento provocato sul terreno dall’intera volta celeste non è il valore semplificato ottenuto con la (13), ma in realtà la seguente: 7 E'P = Lz ⋅ π 9 L’errore può essere trascurato nei calcoli del risparmio conseguibile con l’utilizzazione della luce diurna, dato che una grande precisione in questi calcoli è difficilmente conseguibile per la grande variabilità delle condizioni atmosferiche di anno in anno. Dato un certo fattore di luce diurna per un determinato punto di un locale e per una data latitudine, la percentuale delle ore di lavoro illuminate a sufficienza dalla luce naturale può essere calcolata mediante il diagramma di figura 1.16. Ad esempio, per una latitudine di 47°, corrispondente ad una località del Nord Italia, l’illuminamento naturale medio è superiore ai 14000 lx per il 40% delle ore, per un orario di lavoro che vada dalle 6 alle 18; per il 45% per un orario 7:00-17:00; per il 60% per un orario 8:00-16:00 o 7:00-15:00 o 9:00-17:00; è superiore agli 11700 lx per il 50% per un orario 6:00-18:00; per il 55% per un orario 7:00-17:00; ecc.. Conoscendo il fattore di luce diurna di un dato punto del locale, si calcola l’illuminamento esterno corrispondente all’illuminamento richiesto con la (16), da cui: E'P =

EP DF

e quindi, per un illuminamento richiesto di 500 lx e un fattore di luce diurna del 4%, l’illuminamento esterno dovrà essere pari o superiore a:


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500 = 12500 lx 4% Per un orario di lavoro dalle 9 alle 17, il punto trovato sul diagramma sta tra la curva del 70% e quella del 60% e risulta circa del 66% (figura 1.16).

Figura 1.16. Percentuale delle ore comprese nei comuni orari di lavoro indicati in testa al diagramma e a una data latitudine, indicata in ascissa, durante le quali l’illuminamento naturale al suolo è pari o maggiore ai valori indicati in ordinata

È fondamentale quindi, per un’apprezzabile utilizzazione della luce diurna, realizzare ogni misura utile a favorire tale utilizzazione, lasciando la visuale dell’esterno per gli occupanti del locale, affinché sia mantenuto il contatto visivo con l’ambiente esterno, ma escludendo gli effetti negativi che potrebbero derivarne, quali: l’ingresso diretto dei raggi solari, l’eccessiva luminanza delle vetrate, l’eccessivo ingresso di calore.


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I mezzi che vengono proposti sono costituiti da vetrate composte da pannelli prismatizzati, fissi e con un lato dei prismi riflettente, per i lucernari, vedi figura 1.17; oppure, per le finestre, con i prismi senza lati riflettenti, e mobili, in modo che possano assumere l’inclinazione idonea per ogni stagione ad impedire l’ingresso del sole, vedi figura 1.18; in tutti i casi atti a convogliare la luce diffusa dal cielo. à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 10 – Integrazione fra luce artificiale e luce naturale.

Figura 1.17. Camera plenaria del Parlamento bavarese, Monaco di Baviera. Un sistema a vetri prismatici fissi riveste il soffitto-lucernario, permettendo un eccellente controllo della luce naturale. Un lato dei vetri è infatti rivestito con alluminio speculare ultra-puro (AL 99,99) che riflette completamente la luce solare diretta verso l’esterno. L’orientamento e l’inclinazione delle piastre prismatiche è stato studiato in base all’orientamento dell’edificio ed all’area geografica per essere il più efficiente possibile sia in termini energetici che manutentivi (doc. SITECO)



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Figura 1.18. Ospedale di Linz, Austria. Schermi prismatici mobili sono disposti in tre file di lamelle nella parte superiore dei balconi della facciata orientata a sud-ovest, per proteggere dai raggi diretti del sole le retrostanti ampie finestre delle camere di degenza e consentire l’ingresso della luce naturale. La luce diretta del sole che incide ortogonalmente sugli schermi viene riflessa, mentre la luce naturale che incide con altri angoli entra nei locali. Un sistema di controllo regola l’allineamento degli schermi secondo la posizione del sole nelle varie stagioni e verifica le condizioni climatiche; con cielo nuvoloso le lamelle vengono impostate automaticamente in posizione orizzontale per garantire la massima trasmissione della luce e lasciare il più possibile libera la vista all’esterno (doc. SITECO)

1.11. Il colore La necessità di caratterizzare i colori con delle coordinate numeriche è avvertita in moltissime attività, compresa quella della progettazione degli impianti d’illuminazione, dove il colore rappresenta uno dei parametri importanti per la riuscita d’una installazione. Il sistema normalizzato della C.I.E. è basato sulla legge fondamentale della teoria del colore, in base alla quale ogni


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colore può essere ottenuto mediante la miscela dei tre colori primari: il Blu, il Verde e il Rosso. Di conseguenza, ogni colore può essere rappresentato in un diagramma a due variabili, con la terza variabile complementare alle altre due. I foto ricettori dell’occhio (i coni, in particolare) sono suddivisibili in tre categorie, a seconda della loro prevalente sensibilità a ciascuno dei tre colori fondamentali. La risposta di ognuna di tali categorie di ricettori è data dalle cosiddette funzioni colorimetriche (figura 1.19); le componenti tricromatiche del colore si ricavano dalla risposta X, Y, Z di ciascuna di tali categorie di ricettori a tutta la gamma delle radiazioni della luce: X=

780

∫ ε (λ ) x (λ ) d λ

380

Y=

780

∫ ε (λ ) y (λ ) d λ

380

Z=

780

∫ ε (λ ) z (λ ) d λ

380

Figura 1.19. Le risposte dei fotoricettori rossi x̅ (λ), gialli y̅ (λ) e blu z̅ (λ) alle radiazioni dello spettro del visibile

Dalle componenti tricromatiche X, Y, Z si ricavano le coordinate x, y, z: x=

X X +Y + Z

y=

Y X +Y + Z

z=

Z X +Y + Z

la cui somma è evidentemente uguale ad uno, consentendo la rappresentazione di ogni punto di colore in un diagramma cartesiano (vedi figura 1.20), dato che la terza coordinata può essere dedotta dalle altre due. In pratica, sono normalmente impiegate soltanto le prime due, come si vede dalla figura.



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Figura 1.20. Il triangolo dei colori della C.I.E.: x e y sono le coordinate tricromatiche del colore della luce (la terza coordinata, z è data da z = 1 – x – y). All’interno del triangolo, la curva di Planck (punto di colore del radiatore integrale di colore alle diverse temperature) e le rette isoprossimali del colore [N.B. La versione a colori della figura 1.20 (Il triangolo dei colori della C.I.E.) è visionabile nel repertorio fotografico del software incluso]

La figura 1.20 è il triangolo dei colori della C.I.E., diagramma su cui viene indicato il punto di colore della luce emessa da ogni sorgente luminosa [N.B. La versione a colori della figura 1.20 (Il triangolo dei colori della C.I.E.) è visionabile nel repertorio fotografico del software incluso]. La figura riporta anche i colori di ogni settore e al centro una linea rappresenta il bianco, nelle


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varie tonalità che esso può assumere a seconda della prevalenza delle radiazioni fredde (blu-violetto) o calde (giallo-rosso). Queste varie tonalità sono identificate con il termine “Temperatura di colore”. Essa è la temperatura (in gradi Kelvin) alla quale deve essere portato il corpo nero (o radiatore di Planck, che ne ha individuato la legge d’emissione), per ottenere la stessa tonalità di bianco della sorgente in esame. In realtà, tale similitudine avviene soltanto fra sorgenti del tipo radiatori termici, come le lampade ad incandescenza, il cui punto di colore giace sulla linea di Planck. Per tutte le altre sorgenti, il cui punto di colore si discosta da tale linea, si parla di temperatura isoprossimale (o correlata) di colore, che si individua sul diagramma dalle rette che riportano tale temperatura. Per qualificare una partita di lampade per quanto riguarda la costanza del loro punto di colore, è importante conoscere entro quale scostamento sarà contenuto tale punto: questo scostamento ha assunto una grande importanza per qualificare un lotto di lampade a LED, per le quali lo scostamento effettivo che ha luogo durante la loro produzione, anche nelle condizioni più rigorose della loro lavorazione, è presente ed è limitabile entro tolleranze ristrette soltanto con accurate selezioni. Queste tolleranze vengono identificate con il termine binning e quantificate con le dimensioni dello scostamento letto su un appropriato triangolo dei colori, ottenuto da quello visto in precedenza mediante un cambiamento delle coordinate, fatto in modo che gli scostamenti di pari entità risultino tali anche graficamente: cioè appaiano all’incirca come dei cerchi attorno a ciascun punto (figura 1.21).

Figura 1.21. Il triangolo dei colori modificato nella sua rappresentazione cartesiana in modo da poter leggere gli scostamenti nel punto di colore di un flusso luminoso in modo uniforme nelle varie direzioni

1.12. La resa cromatica Con questo temine si intende l’attitudine di una sorgente luminosa a riprodurre in modo naturale i colori degli oggetti illuminati. Si è visto che tale facoltà è posseduta dalle sorgenti le cui radiazioni sono presenti in quantità adeguata lungo tutto l’arco delle radiazioni “visibili”. Essa viene valutata con il metodo C.I.E., consistente nel confrontare la sorgente in esame con una sorgente campione avente la stessa temperatura di colore, quando ciascuna delle due illumina una serie di otto piastrine colorate.


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La resa Ra si calcola con la formula: Ra = 100 − 4,6 Sm dove Sm è la media degli scostamenti riscontrati nel confronto, letti nel diagramma di figura 1.21. La resa cromatica dà solo un’idea dell’attitudine d’una lampada a riprodurre fedelmente i colori, in quanto si basa sulla media dei risultati su otto colori. Se il colore dominante di un oggetto è ad esempio il giallo oro, e la lampada è povera in questo settore dello spettro, pur avendo un indice di resa cromatica alto (grazie alle sue buone prestazioni in altre zone dello spettro), la sua resa nell’illuminare quell’oggetto sarà poco soddisfacente. Ci possono essere casi in cui una lampada con resa cromatica scarsa è preferibile ad un’altra con maggior resa cromatica, quando la prima è particolarmente ricca delle radiazioni corrispondenti al colore degli oggetti da mettere in evidenza, come ad esempio il giallo nell’illuminare il pane in una panetteria, il rosa per la carne in una macelleria, ecc..


30 CAPITOLO 2

LA MISURA DELLA LUCE

2.1. La misura dell’illuminamento È una misura comune, che si fa con uno strumento portatile chiamato luxmetro (vedi figura 2.1). Esso si compone di un rilevatore di radiazioni, costituito da una lastra di silicio, che ha la proprietà di assumere una differenza di potenziale, fra le due superfici che lo delimitano, quando è colpito da radiazioni. Sul disco sono posizionati opportuni filtri che limitano la risposta del rilevatore alle sole radiazioni comprese nella gamma del visibile e modulano tale risposta secondo la curva V(λ); è inoltre sovrapposta un cupoletta per intercettare anche le radiazioni che potrebbero essere schermate dai bordi del rilevatore. Al rilevatore è accoppiato un circuito elettrico amplificatore, che facilita la lettura degli illuminamenti più modesti. Il segnale viene letto analogicamente, con un indice che si nuove lungo una scala graduata, oppure in forma digitale, con il valore espresso direttamente in lux. I luxmetri possono essere contenuti in un solo apparecchio, col quale si rileva l’illuminamento e si legge la misura, oppure con due apparecchi, uno per la rilevazione e uno per la lettura (dove è situato anche l’amplificatore); questa esecuzione consente di leggere la misura indipendentemente dal posto dove viene collocato il rilevatore. I luxmetri necessitano di tarature in tempi abbastanza ravvicinati, in relazione alle loro caratteristiche costruttive, per garantire misure sufficientemente affidabili. La precisione comunque comunemente richiesta è dell’ordine del 10%.

Figura 2.1. Luxmetri ad un solo corpo e luxmetri in cui il rilevatore e l’amplificatore con il numeratore per la lettura sono separati


2. LA MISURA DELLA LUCE

31

2.2. La misura del flusso luminoso Si effettua con la sfera di Ulbricht (figura 2.2), consistente in una sfera metallica apribile in due metà, di diametro tanto maggiore quanto più precisa deve essere la misura, dipinta di bianco al suo interno. Al centro viene sospeso il centro luminoso di cui si vuole misurare il flusso luminoso emesso (generalmente solo lampade o piccoli apparecchi). L’illuminamento della superficie interna della sfera è uniforme, per le infinite interriflessioni che avvengono al suo interno, e proporzionale al flusso della sorgente. La sua misura si effettua con luxmetro posto dietro una finestrella ricavata sulla sfera, orientato verso la parete opposta della sfera e schermato nei confronti della sorgente, per garantire che misuri solo l’illuminamento della sfera. Mettendo a confronto il valore rilevato con quello misurato con una sorgente campione di cui è noto il flusso, si ricava per proporzione il flusso luminoso della sorgente sottoposta a misura.

Figura 2.2. La sfera di Ulbricht per la misura del flusso luminoso emesso da una sorgente di luce

2.3. La misura della luminanza È costituito da una specie di cannocchiale (vedi figura 2.3) con cui l’osservatore inquadra la porzione della superficie di cui vuole determinare la luminanza; la luce emessa dalla stessa porzione di superficie incide una fotocellula (il sensore di radiazioni del luxmetro), dopo aver attraversato una finestrella che ne calibra l’area di provenienza e un insieme di filtri che hanno lo stesso scopo di quelli visti per il luxmetro. La corrente prodotta dalla fotocellula viene amplificata e inviata ad uno strumento analogico o digitale che ne dà la misura direttamente in cd/m2. L’apertura dell’angolo di acquisizione della luce dipende dalle dimensioni della porzione di area da misurare; per misure di interni, l’apertura di tale angolo è generalmente non inferiore ai 3°.


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Anche per i luminanzometri è necessario per l’affidabilità delle misure una sua ritaratura periodica (almeno ogni due anni) presso un laboratorio specializzato.

Figura 2.3. Un luminanzometro per interni

2.4. La misura dell’intensità luminosa Questa misura si effettua con il goniofotometro, apparecchio di grandi dimensioni, da laboratorio (vedi figura 2.4). Esso rileva l’illuminamento emesso verso tutte le direzioni da un apparecchio d’illuminazione; dall’illuminamento, si ricava l’intensità dalla (8) I = E · h2, essendo nota la distanza fra l’apparecchio e la fotocellula e predisponendo la cellula sempre perpendicolare all’intensità da rilevare. La tecnica attualmente più comunemente adottata per questa misura prevede la cellula sempre nella stessa posizione, ad una distanza dall’apparecchio da rilevare tale per cui le radiazioni emesse dall’apparecchio raggiungano la fotocellula il più possibile perpendicolari al suo piano, indipendentemente dalle dimensioni dello stesso; tale distanza, per tale motivo, non è mai generalmente inferiore alla decina di metri. L’apparecchio viene fatto girare attorno ad un asse verticale, per il rilievo nei piani C (vedi figura 1.5), mantenendo inalterato l’orientamento della sorgente luminosa (condizione necessaria affinché il flusso da lei emesso non vari durante la prova), Per rilevare le emissioni nelle varie direzioni γ, con γ ≠ 0, l’apparecchio viene fatto ruotare (sempre mantenendo verticale il suo asse) attorno ad uno specchio che ne rimanda la sua emissione alla fotocellula: lo specchio rimane sempre sull’asse perpendicolare al piano della fotocellula. Questo tipo di goniofotometro ha il vantaggio, rispetto altre esecuzioni che non si avvalgono dello specchio e prevedono la misura diretta fra apparecchio e cellula, di disporre in un piano orizzontale la direttrice apparecchio-cellula (che facilita il reperimento delle spazio necessario), senza che l’orientamento della sorgente luminosa subisca modifiche. A questo vantaggio fa da contraltare l’onerosità di uno specchio di grandi dimensioni (almeno pari alla dimensione massima dell’apparecchio più grande da rilevare), perfettamente piano, e delle cui caratteristiche di riflessione selettive occorre peraltro tener conto nelle misure.


2. LA MISURA DELLA LUCE

33

Figura 2.4. Un goniofotrometro a specchio e schema del suo funzionamento

Una particolare cura va prestata per evitare che il fotorivelatore abbia a ricevere luce da altri corpi estranei alla misura (quali ad esempio le superfici del locale). Il rilievo richiede un certo impegno per fissare l’apparecchio all’apparato, essendo necessaria una grande precisione nel posizionamento del suo centro focale, mentre il rilievo avviene in modo automatico, con l’elaborazione dei dati finali in formato digitale, comprensivi della tabella delle intensità (figura 1.4).

2.5. La misura del “colore” della luce La misura del colore della luce emessa da una sorgente luminosa consiste nel rilevarne le coordinate tricromatiche e la temperatura di colore mediante il colorimetro. Tale strumento si avvale di tre celle fotometriche, dotate di appositi filtri che consentono di calibrare la loro risposta a quella dei fotoricettori rossi, giallo e blu dell’occhio; la strumento elabora le misure e fornisce direttamente le coordinate tricromatiche della sorgente luminosa in esame e la sua temperatura di colore.


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2.6. Il rilievo dello spettro luminoso Si effettua con lo spettroradiometro, strumento che misura la potenza delle radiazioni emesse da una sorgente luminosa per ogni intervallo della lunghezza d’onda Δλ di un nm o più sovente di 5 nm in tutta la gamma del visibile e converte tali misure in flusso luminoso moltiplicandole per il corrispondente valore della risposta dell’occhio. Il risultato è lo spettro della sorgente luminosa (figura 2.5). Utilizzando le funzioni colorimetriche x', y' e z', lo strumento fornisce le coordinate tricromatiche e la temperatura di colore della luce.

Figura 2.5. Distribuzione spettrale di un LED con 2700 K di temperatura di colore e resa cromatica superiore a 90


35 CAPITOLO 3

SORGENTI LUMINOSE

3.1. Generazione della luce Si possono suddividere in quattro grandi categorie i processi fisici per la generazione di radiazioni “luminose” (cioè atte a diventare luce nell’impatto con gli occhi) che si sono succedute nella storia dell’uomo: –– la fiamma prodotta dalla combustione di un materiale, quale si ha con una candela, con una lampada a gas, un braciere, ecc.; –– l’incandescenza di un filamento di tungsteno, che è il sistema che ha interessato fino a metà del secolo scorso la generalità delle sorgenti luminose installate negli impianti e che è tuttora utilizzato essenzialmente nelle lampade ad alogeni a bassissima tensione (12-24 V); –– la scarica elettrica nei gas, che si è sviluppato dagli anni ’50 fino alla prima decade del presente secolo e che anche attualmente rimane competitiva con alcuni prodotti per molte applicazioni; –– ed infine la luce prodotta da alcune lastre di materiale semiconduttore quando sono attraversate da corrente elettrica continua (i LED, con materiale metallico, e gli OLED con materiale organico), che sta diffondendosi in ogni applicazione in sostituzione delle precedenti tecnologie. Lo schema generale delle sorgenti luminose di interesse attuale per l’illuminazione d’interni è riprodotto in figura 3.1 (vedi pagina che segue). 3.2. Lampade ad incandescenza È la prima lampada elettrica utilizzata per l’illuminazione degli interni, attualmente prodotta soltanto nei formati con riflettore incorporato, dopo che la Comunità Europea le ha messe fuori mercato (anno 2009), fissando dei minimi nell’efficienza delle lampade non compatibili con la loro tecnologia; tale decisione è stata originata dall’esigenza di contenere il consumo d’energia, reso possibile dall’avvento delle nuove sorgenti (a scarica nei gas e a LED). La lampada ad incandescenza è ancora prodotta, anche e soprattutto, nella tecnologia con alogeni, descritta nel successivo paragrafo. La lampada ad incandescenza è costituita da un’ampolla di vetro entro cui un filamento di tungsteno, doppiamente spiralizzato, viene portato all’incandescenza (circa 2700 gradi Kelvin) dalla corrente elettrica che lo percorre. La scelta del tungsteno è motivata dalla elevata temperatura in cui la sublimazione ha inizio; nei radiatori termici, com’è una lampada ad incandescenza, tanto più elevata è la temperatura di funzionamento, quanto maggiore è la sua efficienza luminosa. La spiralizzazione del filamento serve a rendere compatta la sorgente, limitandone così la superficie esposta e conseguentemente limitarne il raffreddamento. Nell’ampolla sono contenuti


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Figura 3.1. Le sorgenti luminose attualmente utilizzate nell’illuminazione degli interni


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3. SORGENTI LUMINOSE

dei gas inerti (argon e azoto), allo scopo di contrastare l’evaporazione dl tungsteno, limitando nel contempo la trasmissione di calore per conduzione verso l’ampolla. Il solo formato di una certa diffusione di queste lampade è rimasto quello descritto nella tabella 3.1. Tabella 3.1. Caratteristiche delle lampade ad incandescenza con riflettore incorporato Intensità Apertura Potenza1 massima del fascio luminosa (W) luminoso (lm)

1 2

40

430

30°

60

765

30°

40

290

50°

60

460

50°

75

660

50°

100

900

50°

Altre principali caratteristiche

Disegno

Durata: 1000 h Resa dei colori: Ra = 100 Temperatura di colore: Tk = 3000 K Luminanza: da 2 a 8 cd/cm² Tempo di accensione: 0 Tempo di riaccensione2: 0 Attacco: E27 Apparecchiature ausiliarie: nessuna

Potenza nominale della lampada; coincide con la potenza assorbita, data l’assenza di apparecchiature ausiliarie. Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione.

3.3. Lampade ad alogeni Sono l’edizione più recente delle lampade ad incandescenza, anch’esse in buona parte messe fuori mercato dal regolamento della Comunità Europea. Esse sono costituite da un bulbo di quarzo entro cui un filamento di tungsteno viene attraversato e portato all’incandescenza da corrente elettrica. Nel bulbo sono presenti, oltre al gas di riempimento, anche dei gas alogeni (iodio, bromo), che si combinano con il tungsteno evaporato dal filamento, nelle zone meno calde del bulbo, per poi dissociarsi in prossimità del filamento e andarvisi a depositare nuovamente. L’assenza di deposito di tungsteno sul bulbo che ne deriva ha consentito il funzionamento di questa lampada ad una temperatura maggiore di quella impiegata nelle comuni lampade ad incandescenza, portando di conseguenza un significativo incremento nella sua efficienza. L’uso della bassissima tensione ha portato poi alla maggiorazione del diametro del filamento e conseguentemente ad una sua minor volatilità; le minime dimensioni del bulbo hanno consentito inoltre l’aumento della pressione interna, anch’essa utile per contrastare l’evaporazione dl tungsteno; e con il rivestimento del bulbo con del Cerio, unitamente alla sua esecuzione sferica, si è ottenuto che le radiazioni infrarosse emesse dalla lampada vengano in buona parte riflesse sul filamento, con il conseguente recupero di calore. Tutti questi accorgimenti hanno portato l’efficienza di queste lampade a valori dell’ordine di 30 lm/watt e la loro durata a 4000-5000 ore. Nelle tabelle 3.2, 3.3 e 3.4 le caratteristiche delle lampade ad alogeni non escluse dalla normativa della C.E. e che possono ancora essere prese in considerazione, come alternativa alle più efficienti lampade a scarica o a LED, soprattutto per la ineguagliata resa cromatica. Queste lampade, come è sopra accennato, hanno il quarzo del bulbo additivato con il Cerio e sono a bassissima tensione (12 o 24 V); richiedono perciò l’uso di un trasformatore 220 V / 12


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o 24 V, che può essere incorporato nell’apparecchio oppure installato a parte, per ogni singola lampada o per un gruppo di lampade. A fine vita, le lampade ad alogeni qui considerate emettono un flusso luminoso dell’ordine del 90% di quello iniziale. Esse, inoltre, possono funzionare comunque orientate. Caratteristica peculiare di queste lampade è la grande dipendenza della emissione luminosa e della durata dalla tensione d’alimentazione (caratteristica comune a tutti i tipi di lampade ad incandescenza); per un loro corretto funzionamento, è consigliabile la loro alimentazione tramite uno stabilizzatore di tensione (apparecchiatura che regola la sua tensione d’uscita entro variazioni di meno del 2%). Tabella 3.2. Caratteristiche dei tipi più efficienti1 di lampade ad alogeni nude per bassissima tensione d’alimentazione (12 V) Flusso Potenza2 luminoso (W) (lm)

1 2 3

25

500

35

900

50

1250

65

1700


Disegno

Durata: 4000 h Resa dei colori: Ra = 100 Temperatura di colore: Tk = 3000 K Luminanza: 3-500 cd/cm² Tempo di accensione: 0 Tempo di riaccensione3: 0 Attacco: GY 6,35 (bi-spina) Apparecchiature ausiliarie: trasformatore

Lampade con ampolla sferica rivestita di cerio, per il recupero delle radiazioni infrarosse. Potenza nominale della lampada; la potenza assorbita si ricava aggiungendo a quella nominale le perdite del trasformatore. Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione.

Tabella 3.3. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade ad alogeni con riflettore metallico incorporato e per bassissima tensione d’alimentazione (12 V) Potenza1 Intensità Apertura massima (gradi) (W)

1 2 3

35

22 500

8

35

4500

24

50

33 000

8

50

5800

24

50

2000

45

65

45 000

8

65

8500

24

65

2800

45


Disegno

Durata: 4000 h Resa dei colori: Ra = 100 Temperatura di colore: Tk = 3000 K Luminanza: 25-500 cd/cm² 2 Tempo di accensione: 0 Tempo di riaccensione3: 0 Attacco: G53 (morsetti), immagine a destra Apparecchiature ausiliarie: trasformatore

Potenza nominale della lampada: la potenza assorbita si ricava aggiungendo a quella nominale le perdite nel trasformatore. Nella direzione dell’intensità massima. Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione.


39


Tabella 3.4. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade ad alogeni con riflettore dicroico e per bassissima tensione d’alimentazione (12 V)

Potenza2 Intensità Apertura massima (gradi) (W) 20 20 20 20 35 35 35 35 50 50 50 50

6000 2300 1000 450 12 500 4400 2200 1100 15 000 5700 2850 1430

10 24 36 60 10 24 36 60 10 24 36 60


Disegno

Durata: 5000 h Resa dei colori: Ra = 100 Temperatura di colore: Tk = 3000 K Luminanza: 15-700 cd/cm² 3 Tempo di accensione: 0 Tempo di riaccensione (4): 0 Attacco: GU5,3 Apparecchiature ausiliarie: trasformatore

1

Lampade con ampolla sferica rivestita di cerio, per il recupero delle radiazioni infrarosse. Potenza nominale della lampada: la potenza assorbita, si ricava aggiungendo a quella nominale le perdite nel trasformatore. 3 Nella direzione dell’intensità massima. 4 Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione. 2

3.4. Lampade LED Il LED (acronimo che deriva dalle parole Light Emitting Diode) è un semiconduttore che emette luce quando è attraversato da una corrente elettrica continua. Esso si basa sul seguente fenomeno: certi metalli cristallini di elevata purezza, se additivati con determinate quantità di altri materiali (le impurità), presentano sulle due superfici opposte una differenza di tensione elettrica (una superficie sarà a potenziale positivo e l’altra negativo). Se si mettono fra loro in contatto due piastrine di tali materiali in modo che risultino adiacenti due superfici di potenziale opposto, ci sarà un trasferimento delle cariche elettriche da un corpo all’altro, per stabilire l’equilibrio delle cariche, e contestualmente un’emissione d’energia sotto forma di radiazioni, come contro-partita dell’energia liberata nel trasferimento del potenziale. Se si protrae la condizione iniziale di differenza di potenziale fra le due superfici esterne dell’insieme, alimentandole con una batteria, l’emissione di radiazioni diventa continua. La luce emessa è generalmente monocromatica, del colore dipendente dai materiali e dalle impurità utilizzate. I colori sono generalmente il blu, il verde, il giallo e l’ambra. Il bianco si crea facendo filtrare le radiazioni emesse da un LED con luce blu con uno strato di sostanze fluorescenti, analogamente a quanto si fa con le lampade fluorescenti (che trasformano le radiazioni ultraviolette del mercurio con le sostanze fluorescenti applicate all’interno dei tubi); oppure miscelando le radiazioni prodotte da tre LED emettenti, opportunamente dosati, i tre colori primari. Caratteristiche del LED sono: –– dimensioni estremamente piccole, che lo rendono adatto ad essere utilizzato in apparecchi poco ingombranti per le più diverse applicazioni;


40


–– un’efficienza luminosa elevata, tanto maggiore quanto minore è l’esigenza sulla qualità della luce: resa cromatica, temperatura “calda” di colore, contenimento nella dispersione dei punti di colore fra i vari componenti di un lotto (il binning, dato dalle dimensioni dei cerchi – figura 1.21, p. 28 – attorno al punto di colore convenuto entro cui essi devono trovarsi); –– una durata di decine di migliaia di ore, fino a oltre le 50000, con un suo uso appropriato; –– la pratica assenza di radiazioni tanto ultraviolette quanto infrarosse, per cui si rivela sorgente preziosa per l’illuminazione di oggetti sensibili alle radiazioni; –– l’emissione di luce solo da un versante del suo corpo, per cui il controllo ottico della luce emessa è facilitato e più efficiente. Per i LED, la vita è generalmente definita con il numero di ore dopo il quale l’emissione luminosa scende ad una data percentuale del suo valore iniziale. È il degrado dell’emissione luminosa che determina la durata della vita utile, poiché il guasto della lampada potrebbe avvenire molto tempo dopo che essa ha perso gran parte della sua emissione. Il simbolo usato è la lettera L seguita da 80, 70 o 50 in pedice (L80, L70, L50), la percentuale limite dell’emissione luminosa, dopo normalmente 50000 ore di funzionamento. I valori di 70 e 50 sono i due limiti ritenuti accettabili rispettivamente per applicazioni d’illuminazione generale – dove un decremento del 30% è generalmente poco percepito – e per applicazioni d’illuminazione decorativa o d’accento. In pratica, il decremento nell’emissione di luce viene ricavato in laboratorio soltanto dopo circa 6000 ore, e i valori finali dopo 50000 ore, per determinare L80 o L70 o L50, sono ricavati per estrapolazione, essendo impraticabile una prova di 50000 ore (oltre cinque anni!) per un tipo di LED che sicuramente sarebbe obsoleto dopo un tale lasso di tempo. I LED vengono forniti di norma già montati negli apparecchi d’illuminazione, data la necessità di effettuare il loro montaggio e le loro connessioni elettriche in officine specializzate. Dette connessioni si effettuano per saldatura: tale operazione richiede, date le dimensioni estremamente ridotte di ogni esemplare, l’impiego di attrezzature speciali. Nelle tabelle 3.5 e 3.6 sono indicate le prestazioni di un LED, a luce bianca e colorata, fra i più diffusi attualmente per applicazioni d’illuminazione. I LED necessitano di un’apparecchiatura ausiliaria per trasformare in continua la corrente alternata della rete e per garantire il valore di corrente corretto per i LED alimentati; questa apparecchiatura viene chiamata correntemente “driver”. Tabella 3.5. Flusso luminoso e potenza assorbita dei LED Rebel ES della Luxeon Flusso luminoso Efficienza luminosa per luce con tonalità (temperatura Potenza (lm/W) Corrente di colore, resa cromatica CRI) assorbita (mA) 1 (W) Molto calda, Calda, Neutra, a 2770 K a 3000 K a 4000 K 2700 K, 95 3000 K, 95 4000 K, 80 350 75 81 114 0,96 78 84 118 700 135 145 205 2,10 64 69 98 1000 184 197 279 3,10 59 63 90 1

A questa potenza, occorre aggiungere quella assorbita dal driver, che normalmente alimenta più LED.


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Tabella 3.6. Flusso luminoso dei LED Rebel della Luxeon a luce colorata Corrente (mA) 350 700

Flusso luminoso per luce colorata di colore dominante Verde Arancio Blu Rosso Ambra 100 70 40 60 60 161 134 70 119 98

Come si vede, lo stesso LED può essere utilizzato con diversi valori di corrente elettrica d’alimentazione, cui corrispondono valori differenti d’emissione luminosa, ma anche esigenze di smaltimento del calore crescenti con l’aumentare della corrente. La dissipazione del calore è infatti una esigenza essenziale per il corretto esercizio d’un LED. La difficoltà di smaltire il calore per un LED dipende dalla sua limitata superficie disperdente, date le sue dimensioni minime (dell’ordine del millimetro); una temperatura eccedente quella limite riduce fortemente l’efficienza e la vita del LED. Il calore viene smaltito passivamente o attivamente: nel primo caso, il LED è tenuto a contatto di un adatto scambiatore di colore, generalmente costituito da un corpo metallico alettato per favorirne l’areazione; nel secondo caso, sul lato posteriore del LED è applicato un piccolo estrattore d’aria a ventola o a vibrazione. I LED vengono forniti privi di ottica incorporata o con ottica incorporata. Nel primo caso, la luce viene emessa secondo una curva identica nei vari piani, la cui forma si avvicina a quella di una sfera tangente alla sua superficie: l’apertura del fascio (pag. 8) varia in generale fra i 90° e i 120°. Nel secondo caso, l’ottica è generalmente costituita da una lente, che devia i raggi luminosi che vi si incidono secondo le leggi dell’ottica per formare la distribuzione luminosa desiderata. L’ottica può in alcuni casi essere separata dal LED ed essere costituita da un riflettore, che viene applicata ad ogni singolo elemento. Nelle figure 3.2 e 3.3 sono illustrati due esempi di ottiche lenticolari che effettuano, la prima, la concentrazione dei raggi entro un piccolo angolo d’uscita; e il secondo, l’emissione di radiazioni in una direzione angolata rispetto l’asse del LED.

Figura 3.2. Esempio di lente concentrante per sorgente LED (doc. Lumileds)

Figura 3.3. Esempio di lente con distribuzione asimmetrica per sorgente LED (doc. Lumileds)

I LED sono disponibili in diverse configurazioni: –– ad elementi singoli, come quelli di cui alla tabella 3.5, costruiti a luce bianca e per diverse temperature di colore, di cui tre appaiono in tabella: i LED possono essere alimentati da vari valori di corrente (continua), se sono predisposti gli adeguati dispersori di calore; l’efficienza luminosa, come si vede, è massima per il valore minore di corrente. I LED singoli sono pure disponibili per luce nei colori verde, ciano, blu, rosso, arancione, ambra;


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–– a moduli: su una stessa basetta sono montati e connessi elettricamente più LED, per ottenere un gruppo compatto di sorgenti. Nella tabella 3.6 sono indicate le potenze e i flussi luminosi emessi dai moduli (arrays) Luxeon K di cui alla figura 3.4. I moduli possono essere alimentati fino a 700 mA e sono disponibili moduli con temperature di colore di 2700 K (tonalità di luce simile a quella delle vecchie lampade ad incandescenza) e di 4000 K; –– a moduli che incorporano anche il driver, per cui essi possono essere direttamente alimentati dalla rete a 230 V corrente alternata, con semplificazione del corpo illuminante; –– a moduli lineari, in cui i LED sono installati sul supporto di base in fila continua, per lunghezze che possono arrivare a 5 m, se il supporto è avvolgibile a nastro. Questi moduli a nastro sono privi di ottiche, per cui l’emissione è di tipo lambertiano. Essi sono disponibili con LED di potenza limitata (fra un decimo e un centesimo di Watt), per solo scopi decorativi, o con LED di potenza (oltre 1 W) per illuminazione; –– nei formati delle lampade ad incandescenza e ad alogeni, per la loro sostituzione negli apparecchi esistenti o comunque previsti per quelle lampade (tabelle 3.8, 3.9 e 3.10).

Figura 3.4. I moduli (arrays) Luxeon K nei cinque formati previsti da 4W, 7W, 11W, 15W, 22W Tabella 3.7. Flusso luminoso e potenza assorbita degli arrays K della Luxeon di 3000 K di temperatura di colore e con corrente d’alimentazione di 350 mA

1

Numero di LED

Resa cromatica CRI

Flusso luminoso (lm)

Potenza assorbita (W)1

Efficienza luminosa (lm/W)

4 8 12 16 24

85 85 85 85 85

370 740 1125 1500 2250

3,7 7,3 11,0 14,7 22,0

101 101 102 102 102

Dimensione massima del gruppo dei LED (mm) 7,7 10,7 13,4 17,0 19,8

A questa potenza, occorre aggiungere quella assorbita dal driver.


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Tabella 3.8. Caratteristiche delle lampade a LED disponibili per la sostituzione delle lampade ad incandescenza per illuminazione generale Flusso Potenza luminoso Attacco (Watt) (lm) 8,0

470

E 27

12,0

810

E 27

14,5

1055

E 27

5,0

250

E 14

4,5

250

E 14


Disegno

Durata: 25000 h Resa dei colori: Ra = 100 Temperatura di colore: Tk = 3000 K Luminanza: 3,5 cd/cm² Tempo di accensione: 0 Tempo di riaccensione: 0 Attacco: E27 Apparecchiature ausiliarie: trasformatore

Tabella 3.9. Caratteristiche delle lampade a LED con riflettore incorporato; alimentazione: 230 V in corrente alternata Intensità Apertura Potenza Diametro Lunghezza massima del fascio Attacco (Watt) (mm) (mm) (cd) luminoso 6

500

30

50

83

E27

6

500

30

50

85

E14

3

250

30

50

85

E14

Disegno

Tabella 3.10. Caratteristiche delle lampade a LED con riflettore incorporato; alimentazione: 12 V in corrente alternata Potenza (Watt)


Attacco

Diametro (mm)

Lunghezza totale (mm)

10

578

G53

111

60,5

10

572

G53

111

60,5

12

745

G53

111

60,5

12

725

G53

111

60,5

Disegno

3.5. Lampade OLED Sono sorgenti luminose atipiche, da poco apparse sul mercato, con prestazioni ancora in sviluppo e tipologie pressoché sperimentali, ma dalle caratteristiche di grande interesse proprio per la loro specificità rispetto le sorgenti esistenti. Esse sono sorgenti che si sviluppano in superficie


44


ed emettono luce da uno o da ambedue i versanti in modo diffondente: sono costituiti da più strati di materiale organico semiconduttore1 molto sottili (inferiori al micron), racchiusi fra due lastre di materiale conduttori di elettricità, che fungono da elettrodi, di cui almeno uno trasparente: la luce è emessa da questa superficie (o da ambedue, se anche l’altra è trasparente). Analogamente ai LED, quando fra le due lastre-elettrodi è applicata una tensione in corrente continua, si ha emissione di luce. La lastra trasparente può apparire come uno specchio, quando l’OLED è spento, oppure opaca; oppure l’intero OLED può risultare trasparente. Il suo spessore totale può essere di qualche millimetro e la lastra completa essere flessibile. Le caratteristiche di un OLED possono così descriversi: –– diffusione di luce omogenea da tutta la superficie, con luminanza contenuta (finora la luminanza dei prodotti esistenti non supera le 2000 cd/m2) e quindi confortevole anche nella visione diretta; –– lo spessore minimo e quindi la grande leggerezza; –– una buona resa cromatica (Ra oltre 80) e una buona tonalità di luce; –– una buona efficienza; si sono raggiunti per ora i 40 lm/W (quindi già oltre quella delle migliori lampade ad alogeni); –– nessuna emissione di radiazioni ultraviolette e infrarosse; –– si presta alla realizzazione di prodotti flessibili. Queste caratteristiche fanno prevedere un impiego degli OLED del tutto nuovo rispetto quanto finora visto con le attuali sorgenti, quale elemento che verrà a far parte dell’architettura degli interni (in qualità di specchi, tende, rivestimenti, ecc.), piuttosto che limitarsi ad elemento complementare come sono gli attuali centri luminosi.

Figura 3.5. Una installazione con sorgenti OLED per l’uscita di uno dei modelli della casa automobilistica inglese Aston Martin (doc. Jason Bruges Studio)

1

Organico è un materiale di cui il Carbonio è uno dei componenti; semiconduttore è un materiale che ha la proprietà di consentire il passaggio della corrente elettrica, da un versante all’altro della lastra in cui è formato, soltanto in un senso.


45


3.6. Lampade fluorescenti Sono lampade del tipo a scarica nel gas: la scarica elettrica fra due catodi posti alle estremità di un tubo di vetro provoca l’emissione di radiazioni nell’impatto degli elettroni con gli atomi del vapore di mercurio contenuto al suo interno. Le radiazioni, in gran parte emesse nella regione ultravioletta, vengono trasformate in radiazioni visibili dalle polveri fluorescenti di cui è rivestito internamente il tubo. La composizione delle polveri di rivestimento determina la resa del colore e la temperatura (correlata) di colore. Le lampade fluorescenti, come tutte le lampade a scarica, necessitano di apparecchiature ausiliarie per il loro funzionamento (alimentatori); attualmente tale apparecchiatura è di tipo elettronico, che rispetto ai precedenti esemplari, è poco voluminoso, molto leggero, ha perdite d’energia modestissime, accende subito la lampada senza sfarfallii ed è silenzioso. I principali tipi di lampade fluorescenti si suddividono in compatte e lineari. 3.6.1. Lampade fluorescenti compatte Sono lampade il cui tubo di scarica ha diametro ridotto (da 10 a 15 mm) ed è ripiegato due o più volte, allo scopo di miniaturizzare la sorgente e renderla utilizzabile negli apparecchi tradizionalmente impiegati negli ambienti domestici. Queste lampade hanno forme diverse e, in alcuni formati, incorporano le apparecchiature ausiliarie. In quest’ultimo caso, queste apparecchiature sono generalmente di tipo elettronico e l’attacco è a vite, in quanto la lampada può sostituire direttamente quelle a incandescenza. In tabella 3.11, le più diffuse lampade fluorescenti compatte con alimentatore separato e i tabella 3.12 quelle con alimentatore incorporato. L’efficienza del sistema lampada-alimentatore, per le lampade con alimentatore separato, è dell’ordine dei 70-80 lm/W (con alimentatore elettronico). Tabella 3.11. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade fluorescenti compatte con alimentatore separato. Flusso Potenza1 luminoso (lm) (W) 5 250 7 400 9 600 11 900 10 600 13 900 18 1200 26 1800 18 1200 24 1800 36 2900 40 3500 55 4800 80 6000 1 2 3


Disegno

Durata: ~_ 8000 h Resa dei colori: Ra = 85 Temperatura di colore: Tk = da 2700 K a 6500 K Luminanza: da 2 a 6 cd/cm² Tempo di accensione: ~_ 0 Tempo di riaccensione²: ~_ 0 Attacco: a 2 o 4 spine a una sola estremità; di tipo differente per i vari gruppi Apparecchiature ausiliarie: alimentatore elettronico³ o ferromagnetico

Potenza nominale della lampada; la potenza assorbita si ricava aggiungendo a quella nominale le perdite nell’alimentatore. Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione. Le perdite nell’alimentatore elettronico sono nettamente inferiori a quelle nell’alimentatore tradizionale.


46


Tabella 3.12. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade fluorescenti compatte con alimentatore incorporato Potenza1 (W) 5 8 11 11 15 20 23 27 33 1 2

Flusso luminoso (lm) 230 400 600 600 875 1200 1500 1800 2250


Disegno

Durata: ~_ 5000 h Resa dei colori: Ra = 85 Temperatura di colore: Tk = 2700 K Luminanza: 0,3-6 cd/cm² Tempo di accensione: ~_ 0 Tempo di riaccensione (2): ~_ 0 Attacco: E14 (a vite) le prime tre; E27 (a vite) le rimanenti Apparecchiature ausiliarie: nessuna

Potenza nominale della lampada; coincide con la potenza assorbita, data l’assenza di apparecchiature ausiliarie. Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione.

3.6.2. Lampade fluorescenti lineari Queste lampade sono costituite da un tubo rettilineo o forgiato a U o a cerchio. Le più diffuse sono il tipo rettilineo, nei formati da 55, 85, 115 e 145 cm di lunghezza e di 16 mm di diametro. Tabella 3.13. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade fluorescenti lineari Potenza1 (W)


14

1200

21

1900

28

2600

35

3300

24

1750

39

3100

49

4300

54

4450

80

6150

1 2


Disegno

Durata: ~_ 20000 h Resa dei colori: Ra ~_ 85 Temperatura di colore: Tk = 2700 K a 6500 K a seconda dei tipi Luminanza: ~_ 1 cd/cm² Tempo di accensione: ~_ 0 Tempo di riaccensione2: ~_ 0 Attacco: bi-spina a ogni estremità (G5) Apparecchiatura ausiliaria: alimentatore elettronico

Potenza nominale della lampada; la potenza assorbita si ricava aggiungendo a quella nominale le perdite nell’alimentatore. Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione.



47

Vengono prodotte con polverature diverse per ottenere varie temperature e rese di colore. Quest’ultima caratteristica è contraddistinta, per la maggior parte dei tipi, da un indice pari a 85; in tal caso l’efficienza luminosa presenta i valori massimi. Per alcuni tipi di lampade, contraddistinte da una sigla particolare propria di ciascuna casa costruttrice, l’indice di resa cromatica raggiunge valori oltre il 90; l’efficienza luminosa si riduce di conseguenza di circa il 30%. L’efficienza luminosa varia da 53 a 94 lm/W in funzione della potenza e delle caratteristiche di resa del colore. Le temperature di colore (o tonalità di luce) sono divise nelle quattro gamme: –– a 2700 K (tonalità calda per bassi illuminamenti); –– a 3000 K (tonalità calda); –– a 4000 K (tonalità intermedia); –– a 6500 K (tonalità fredda). La lunga durata delle lampade fluorescenti lineari (superiore alle 16000 ore) e la loro alta efficienza hanno determinato la loro incontrastata diffusione non soltanto nel terziario (scuole, uffici, laboratori, saloni commerciali), ma anche in parte del settore domestico e rappresentano tuttora un’alternativa valida alla nuova sorgente LED (soprattutto se installate in apparecchi appropriati).

3.7. Lampade ad alogenuri Il principio di funzionamento è analogo a quello delle lampade fluorescenti: la scarica elettrica colpisce, all’interno di un piccolo tubo di quarzo o, nelle esecuzioni più recenti, di allumina sinterizzata, una miscela di gas costituito, oltre al mercurio, ioduri di sodio, di tallio e di indio e, nella famiglia di lampade con particolare resa cromatica, di disprosio, di olmio, di tulio e di cesio. Queste sostanze emettono radiazioni ben distribuite lungo la banda delle radiazioni visibili, dando luogo ad un’emissione di luce con una buona resa del colore; non è necessario pertanto ricorrere al rivestimento dell’ampolla esterna con polvere fluorescente, come per le lampade fluorescenti. Un rivestimento diffondente è comunque presente nelle lampade ad ampolla ellissoidale, che rappresentano una delle tipologie con cui la lampada ad alogenuri viene prodotta, allo scopo di ridurne la luminanza per alcune tipiche utilizzazioni. Oltre all’alimentatore, necessario per la stabilizzazione della scarica, queste lampade generalmente richiedono l’accenditore, che, all’atto dell’accensione, invia alla lampada impulsi di tensione dell’ordine da 4 a 5 kV. Vengono costruite secondo le quattro seguenti tipologie: –– ellissoidale diffondente; –– tubolare in vetro chiaro con attacco unilaterale (tabella 3.14): a vite, nei formati maggiori, e bi-spina, in quelli minori, destinata agli impieghi in cui è richiesto un buon controllo del flusso luminoso; –– tubolare in vetro chiaro con doppio attacco (tabella 3.15): quando sia richiesto il preciso posizionamento della lampada nell’apparecchio, oppure si desideri ottenere il re-innesco della lampada a caldo. In questa circostanza si fa uso di accenditori in grado di inviare impulsi di tensione da 25 a 65 kV, a seconda della potenza della lampada; –– con riflettore incorporato.


48


Tabella 3.14. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade a alogenuri con attacco unilaterale e ampolla trasparente Potenza1 (W)


20

1650

35

3800

70

7100

150

14000

250

26000

400

40000

1000

110000

2000

240000

1 2


Disegno

Durata: da 7500 a 20000 h Resa dei colori: Ra = da 85-95 a seconda dei tipi Temperatura di colore: Tk = da 3000 K a 6000 Ka seconda dei tipi Luminanza: 1000-6000 cd/cm² Tempo di accensione: 4 minuti Tempo di riaccensione2: 10 minuti Attacco: G12 (bi-spina), G8,5, E27, E40 a seconda dei tipi Apparecchiature ausiliarie: alimentatore, accenditore e condensatore o, per qualche formato, alimentatore elettronico


Tabella 3.15. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade a alogenuri con attacchi alle due estremità Potenza1 (W)


70

6500

150

13250

250

25000

400

37000

1000

90000

2000

200000

1 2


Disegno

Durata: da 7500 a 20000 h, a seconda dei tipi Resa dei colori: Ra = 85-95 a seconda dei tipi Temperatura di colore: Tk = 3000-6000 K a seconda dei tipi Luminanza: 1000-6000 cd/cm² Tempo di accensione: 4 min Tempo di riaccensione2: 10 min Attacco: R7s (le prime 2); FC2 o cavi le altre, a seconda dei tipi Apparecchiature ausiliarie: alimentatore, accenditore e condensatore o, per qualche formato, alimentatore elettronico. Posizione di funzionamento: – 45% + 45% fra asse lampada e piano orizzontale, le prime quattro; qualsiasi le 2000 W; – 60% + 60% fra asse lampada e piano orizzontale, per la 3500 W



49


3.8. Lampade al sodio ad alta pressione In queste lampade l’arco elettrico è innescato fra due elettrodi posti all’estremità di un tubo di allumina sinterizzata, contenente dell’amalgama di sodio (lega di sodio e mercurio) e del gas (xenon o argon); l’impatto degli elettroni con gli atomi del gas provoca l’emissione di radiazioni nella gamma della visibile la cui distribuzione spettrale dipende dalla pressione del sodio all’interno del tubo. Le lampade al sodio ad alta pressione si possono dividere in tre grandi categorie, a seconda della pressione di funzionamento: –– le lampade al sodio di tipo «standard», con pressione del sodio di 10 kPa, caratterizzate dall’efficienza massima (da 65 a 125 lm/W, a seconda della potenza), temperatura di colore pari a 2000 K e scarsa resa del colore (Ra = 25); sono prodotte in una vasta gamma di potenze e secondo tre esecuzioni: tubolare con attacco Edison (tabella 3.16), che è l’esecuzione più diffusa; con ampolla diffondente e attacco Edison; e tubolare con doppio attacco; –– le lampade al sodio a resa del colore migliorata, con pressione del vapore di sodio di 40 kPa, un’efficienza pari a circa 2/3 di quella delle lampade di tipo «standard», una temperatura di colore di 2150 K e una resa di colore Ra = 65. Queste lampade vengono prodotte in una gamma limitata di potenze secondo le esecuzioni tubolari e con ampolla diffondente; –– le lampade al sodio cosiddette «a luce bianca» (tabella 3.17), con pressione del vapore di 95 kPa, temperatura di colore di 2500 K e una resa di colore Ra = 80. Queste lampade sono attualmente costruite secondo due esecuzioni, che differiscono per dimensioni e tipo di attacco, ambedue con ampolla in vetro trasparente tubolare. L’efficienza luminosa (considerata come sempre al lordo delle perdite nelle apparecchiature ausiliarie di cui ogni lampada deve essere dotata) varia fra 30 e 40 lm/W. Tabella 3.16. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade al sodio ad alta pressione con Ra = 25 e attacco a vite Potenza1 (W)

Flusso luminoso2 (lm)

50

4400/3500

70 100 150 250 400 600 1000


Disegno

Durata: 12000 h Resa dei colori: Ra = 25 6600/5600 Temperatura di colore: Tk = 2000 K Luminanza: 25-500 cd/cm², a seconda 10700/8500 della finitura dell’ampolla (polverata o trasparente) 17500/14500 Tempo di accensione: 5 min 33200/27000 Tempo di riaccensione3: 1 min Attacco: E27 (a vite) i primi due 56500/48000 formati, E40 gli altri sei formati Apparecchiature ausiliarie: 90000/– alimentatore, accenditore e condensatore 130000/120000

1

Potenza nominale della lampada; la potenza assorbita si ricava aggiungendo a quella nominale le perdite nell’alimentatore. I valori sotto indicati si riferiscono ai formati con ampolla trasparente e, dopo la barra, a quelli con ampolla diffondente. 3 Dopo una breve interruzione della tensione d’alimentazione. 2


50


Tabella 3.17. Caratteristiche dei tipi più comuni di lampade al sodio ad alta pressione «a luce bianca» Potenza1 (W)


35

1300

50

2300

100

4800

1 2


Disegno

Durata: 15000 ore Resa dei colori: Ra = 80 Temperatura di colore: Tk = 2500 Tempo d’accensione: 5 min Tempo di riaccensione2: 1 min Attacco: PG12-1 Apparecchiature ausiliarie: Alimentatore e unità di controllo per la stabilizzazione e l’accensione


Le lampade al sodio ad alta pressione necessitano dell’alimentatore e dell’accenditore; quest’ultimo provoca l’innesco della scarica inviando nel circuito impulsi di tensione dell’ordine di qualche chilovolt. Le lampade al sodio a «luce bianca» utilizzano un’apparecchiatura ausiliaria più complessa in quanto incorpora, oltre all’alimentatore, un dispositivo che funge da stabilizzatore di tensione (in quanto anche modeste variazioni nella corrente di lampada potrebbero provocare notevoli variazioni nel colore della luce emessa).


51 CAPITOLO 4

APPARECCHI D’ILLUMINAZIONE

4.1. Apparecchi d’illuminazione Gli apparecchi d’illuminazione sono i sistemi che tradizionalmente: –– sostengono la sorgente luminosa, –– la proteggono, –– ne controllano l’emissione, –– ne consentono l’alimentazione elettrica, e generalmente, –– ne incorporano le apparecchiature ausiliarie. Il minimo assetto che può assumere un apparecchio è il portalampada, con il supporto che lo sostiene (vedi figura 4.1 a fianco – Esempio di apparecchio nella sua edizione più semplice: il portalampada e il relativo supporto – doc. FLOS, apparecchio Parentesi di Achille Castiglioni); in generale, un apparecchio, oltre al portalampada, è costituito da un corpo che protegge la sorgente e i relativi componenti elettrici dagli urti, assicurando loro le condizioni termiche per un corretto funzionamento, e protegge gli utilizzatori dai pericoli che possono insorgere per contatti con le parti in tensione; esso è inoltre costituito da elementi ottici che indirizzano la luce emessa dalle lampade secondo le modalità previste per la sua utilizzazione; e da ultimo, un apparecchio si compone anche degli accessori necessari per il suo collocamento nell’ambiente, in base ai quali il suo sistema di montaggio è classificato. 4.2. Protezioni La protezione della lampada è qualificata dal grado di ermeticità, che appare nell’etichetta di cui ogni apparecchio è munito, e che è dato dalle lettere IP seguite da due numeri: il primo esprime l’ermeticità all’ingresso dei corpi solidi e il secondo all’ingresso dell’acqua (vedi seguenti tabelle 4.1 e 4.2). Per gli interni privi di condizioni di criticità (come ad esempio umidità, pericolo d’incendio o di esplosione, presenza di polvere da lavorazioni, ecc.), il grado corrente di ermeticità richiesto è l’IP 20, dove il 2 sta per l’impossibilità che le dita di un bambino possano penetrare all’interno dell’apparecchio venendo a contatto con parti in tensione; e lo zero indica che non vi è alcuna protezione contro l’ingresso di liquidi.


52


Tabella 4.1. Classificazione IEC (International Electrical Committee) degli apparecchi secondo il grado di ermeticità all’ingresso di corpi solidi Prima cifra caratteristica 0 1 2 3 4 5

6

Descrizione

Simbolo

Non è prevista alcuna particolare protezione. Non devono poter penetrare corpi solidi di dimensioni superiori a 50 mm di diametro. Non devono poter penetrare corpi solidi di diametro superiore a 12 mm. Non devono poter penetrare utensili, fili o altro di diametro o spessore superiore a 2,5 mm o corpi solidi di diametro superiore a 2,5 mm. Non devono poter penetrare fili o piattine di spessore superiore a 1,0 mm o corpi solidi superiori a 1,0 mm di diametro. La penetrazione di polvere non è totalmente esclusa, ma il quantitativo penetrato non deve essere tale da nuocere al buon funzionamento del materiale. Non è ammessa alcuna penetrazione di polvere.

Tabella 4.2. Classificazione IEC degli apparecchi secondo il grado di ermeticità all’acqua Seconda cifra Descrizione Simbolo caratteristica 0 Non è prevista alcuna particolare protezione. Le gocce d’acqua che cadono verticalmente non devono provocare ef1 fetti dannosi. Le gocce d’acqua che cadono verticalmente non devono provocare ef2 fetti dannosi quando l’involucro è inclinato di un qualsiasi angolo fino a 15° rispetto alla sua posizione ordinaria. L’acqua che cade a pioggia da una direzione facente con la verticale un 3 angolo fino a 60° non deve provocare effetti dannosi. L’acqua spruzzata sull’involucro da tutte le direzioni non deve provo4 care effetti dannosi. L’acqua proiettata con un ugello sull’involucro da tutte le direzioni non 5 deve provocare effetti dannosi. Nel caso di ondate oppure di getti potenti l’acqua non deve penetrare 6 nell’involucro in quantità dannosa. Non deve essere possibile la penetrazione d’acqua in quantità dannosa 7 all’interno dell’involucro immerso in acqua, in condizioni determinate di pressione e di durata. Il materiale è adatto per rimanere sommerso in continuità in acqua nelle 8 condizioni specificate dal costruttore.

Per i locali contenenti bagni o docce, è prescritto che il secondo indice sia almeno 1, che corrisponde all’ermeticità nei confronti di gocce d’acqua che cadono verticalmente, o, nei casi in cui sia prevista la pulizia con getti d’acqua, come in bagni destinati a comunità, almeno 5, che


4. APPARECCHI D’ILLUMINAZIONE

53

corrisponde appunto all’ermeticità in quelle condizioni operative. Per gli apparecchi da incassare nei pavimenti, è necessaria un’ermeticità almeno di grado IP 67, se l’acqua non può ristagnare sull’apparecchio per la presenza di vie di scarico dell’acqua attorno ad esso; in assenza di tali vie di scarico, l’ermeticità deve essere di grado IP68. La normativa del settore è contenuta nelle Norme del Comitato Elettrotecnico Italiano (Norma 64-8). La protezione riguardo i pericoli per le persone da contatti elettrici riguarda soltanto gli apparecchi alimentati a tensione oltre i 50 Volt (in pratica alla tensione di rete: 230 Volt): tale protezione è attuata con due sistemi alternativi: –– la messa a terra degli apparecchi. In tal caso, gli apparecchi si intendono in classe I; essi sono dotati di un morsetto tripolare, cui allacciare i due conduttori d’alimentazione e il conduttore di terra (il cavo che li alimenta è quindi tripolare); la protezione va in tal caso completata con un interruttore differenziale a monte dell’impianto; –– l’esecuzione dell’apparecchio a doppio isolamento o a isolamento rinforzato; questi apparecchi si intendono in classe II; essi riportano sulla targhetta il simbolo di due quadratini concentrici. Gli apparecchi alimentati a tensione inferiore ai 50 Volt s’intendono in classe III e riportano sulla targhetta questa stessa marchiatura. Esiste anche una esecuzione di apparecchi adatti ad essere installati su superfici normalmente infiammabili; sono così definite le superfici che possono incendiarsi se portate alla temperatura di 200 °C, ma che fino a quella temperatura non subiscono alcun danneggiamento. Questi apparecchi sono contraddistinti dal marchio F racchiuso in un triangolino, applicato sul lato che può essere montato a contatto della superficie. La protezione della lampada e delle apparecchiature ausiliarie deve riguardare anche il loro regime termico: l’apparecchio deve quindi essere costruito in modo che il calore prodotto al suo interno sia correttamente smaltito affinché le temperature dei vari componenti rimangano entro i limiti previsti.

4.3. Sistemi ottici Gli elementi di controllo per diffondere, concentrare, sagomare, schermare e convogliare la luce possono essere raggruppati in riflettori; lenti e rifrattori; diffusori; schermi; filtri. 4.3.1. Riflettori I riflettori sono superfici piane o ricurve, con finiture diverse, che intercettano una parte del flusso emesso dalla lampada e la riflettono in modo da dar luogo, assieme al flusso luminoso direttamente emesso dalla sorgente, a una specifica ripartizione delle intensità emesse dall’apparecchio. Il materiale con cui i riflettori sono realizzati è in massima parte l’alluminio, che ha un fattore di riflessione tra i più elevati. La riflessione è tanto più elevata quanto maggiore è la purezza dell’alluminio; il riflettore può essere monolitico, oppure realizzato in due strati, uno di sostegno, di lega d’alluminio oppure di plastica e l’altro di alluminio ad alta purezza. Quest’ultimo viene normalmente protetto dagli urti meccanici e dalla corrosione da uno strato di ossido, applicato con apposito processo elettrochimico.


54


La finitura della superficie contribuisce in modo rilevante a detta ripartizione: essa può essere «lucida», per una ripartizione molto precisa delle intensità (ad esempio nei proiettori molto concentranti), o corrugata, martellata, satinata, ecc., secondo definizioni e trattamenti propri di ciascun costruttore. Le forme che può assumere un riflettore sono svariate; fra le più diffuse, la parabola o il paraboloide, a seconda che il profilo sia piano o a tre dimensioni: è la forma che dà luogo alla massima concentrazione del flusso luminoso, per la nota proprietà della parabola di riflettere tutte le intensità emesse da una sorgente puntiforme, ubicata nel punto del suo asse chiamato “fuoco”, in direzione parallela al suo asse (figura 4.2). Tale forma è impiegata quando è necessario ottenere elevatissime intensità per l’illuminazione di obiettivi posti a grande distanza. È chiaro che per ottenere elevate intensità occorre che la sorgente luminosa abbia dimensioni minime e il riflettore sia il più possibile speculare.

Figura 4.2. La parabola

Una seconda forma interessante che viene utilizzata è l’evolvente: essa ha la proprietà di riflettere le intensità che tutti i punti della sorgente emettono verso di lei, all’esterno della sorgente stessa (figura 4.3) nella direzione più prossima a quella d’incidenza. È il percorso dell’estremità di un filo (figura 4.4), vincolato ad un punto della lampada (O) e di lunghezza sufficiente a intercettare il punto mediano del riflettore (A), quando viene svolto attorno alla lampada. Viene usata in particolare nella ristretta zona dei riflettori posta sul retro delle lampade, negli apparecchi per lampade fluorescenti, allo scopo di utilizzare anche la porzione di flusso sottesa da quella zona,



55

che altrimenti verrebbe in buona parte riflessa sulla stessa lampada e da essa assorbita. Il rendimento di questi apparecchi ne ricava incrementi anche superiori al 10%.

Figura 4.3. Il profilo ad evolvente di cerchio. Nessuna delle radiazioni emesse dalla lampada viene riflessa sulla stessa: la più esterna (e) viene riflessa tangenzialmente alla lampada (e’)

Figura 4.4. Tracciamento dell’evolvente

Una terza forma di uso diffuso è quella nota come wall-washer, consistente nell’indirizzare le intensità verso una superficie normale al piano dell’apparecchio (figura 4.5), in modo da “lavare” di luce il piano con un illuminamento il più possibile uniforme. Per ottenere un tale risultato, occorre che le intensità emesse varino, in funzione della direzione γ (figura 4.6), con il cubo del


56


suo coseno1. Nei piani perpendicolari alla figura 4.6, la ripartizione delle intensità deve essere sufficientemente ampia da consentire un buon distanziamento dei centri luminosi fra loro.

Figura 4.5. Modi di impiego di un apparecchio wall-washer

Figura 4.6. Illuminazione wall-washer di una parete

1

Infatti, per la (8), deve essere: Ei =

da cui

cos3 γi+k Ii cos3 γi Ii+k cos3 γi+k I = ⇒ i = h2 h2 Ii+k cos3 γi



57

Un’altra forma di riflettore adatto in particolare all’illuminazione di uffici è quella cosiddetta bat-wing (vedi figura 5.3, p. 39), in cui il flusso luminoso è indirizzato soprattutto nelle direzioni fra i 30° (rispetto la verticale) e i 50°; in tal modo, si limitano le intensità che colpiscono la superficie piana delle scrivanie, dove si svolge in buona parte l’attività d’ufficio, con angoli d’incidenza al di sotto dei 30°, che è proprio la direzione speculare a quella di lettura e scrittura, evitando in tal modo che la luce emessa dagli apparecchi si rifletta specularmente verso gli occhi di chi sta leggendo o scrivendo (vedi paragrafo 5.4. Direzionalità della luce, p. 36); la limitazione di emissioni al di sopra dei 50° è richiesta dall’esigenza di evitare abbagliamento (vedi paragrafo 5.5. La limitazione dell’abbagliamento, p. 40). La forma più diffusa per l’illuminazione di ambienti dove si richieda un illuminamento abbastanza uniformemente distribuito e non ricorrano particolari esigenze di limitazione delle riflessioni speculari (cioè non siamo in un ufficio né in un’esposizione di quadri), è quella a simmetria rotazionale con ampiezza generalmente non superiore ai 90° (figura 4.7).

Figura 4.7. Tipiche indicatrici di emissione per apparecchi destinati all’illuminazione generale degli ambienti; a sinistra emissione diretta (solo verso il basso), a destra emissione semidiretta (tanto verso l’alto quanto verso il basso, con prevalenza di quest’ultima)

Un’altra forma molto utilizzata è quella cosiddetta a simmetria piana, in cui la distribuzione è simmetrica in ognuno dei piani C principali dell’apparecchio, ma con un’apertura differente. Serve per illuminare aree rettangolari, quali ad esempio il corridoio compreso fra due filari di scaffalature in una biblioteca, in un supermercato, in un grande magazzino (figura 4.8).


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Figura 4.8. Indicatrici di emissione di un apparecchio per lampada fluorescente lineare adatto all’illuminazione di un corridoio compreso fra due scaffalature

Figura 4.9. Un riflettore ellittico nelle sue diverse configurazioni

Infine, da segnalare il riflettore ellittico, con il quale la sorgente luminosa può essere incassata nell’apparecchio, fuori dalla vista, ma conservando i suoi effetti all’esterno, come si può riscontrare nella figura 4.9: in una ellissi, infatti, tutte le intensità emesse da una sorgente puntiforme collocata in uno dei suoi fuochi (F1), vengono riflesse (se il riflettore è perfettamente



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speculare) sull’altro fuoco (F2). Perciò tutte le radiazioni passano per questo secondo fuoco, che dall’esterno è visto come la vera sorgente, ma senza la sua presenza fisica. 4.3.2. Rifrattori e lenti Il rifrattore è costituito generalmente da una lastra piana o curva di cui una superficie è liscia, mentre l’altra presenta delle scanalature o dei prismi conici o piramidali: poiché l’indice di rifrazione del materiale di cui è costituita la lastra differisce da quello dell’aria, le intensità luminose uscenti dalla lastra avranno direzioni diverse da quelle originarie, in dipendenza degli angoli della prismatura. È in tal modo possibile ottenere distribuzioni della luce adeguate alle diverse applicazioni; il rifrattore viene generalmente accoppiato al riflettore, il cui compito è quello di convogliare verso il rifrattore il flusso luminoso che la lampada emette nelle altre direzioni. Il rifrattore più comunemente impiegato per l’illuminazione di interni è del tipo mostrato in figura 4.10. Esso consiste in un pannello in materiale plastico che è montato al di sotto delle lampade.

Figura 4.10. Un apparecchio con schermo-rifrattore (doc. FontanaArte, apparecchio VITRO di Emmanuel Babled)

Le lenti richiedono sorgenti puntiformi, per poter convergere le radiazioni emesse nelle direzioni imposte dalle leggi dell’ottica; esse pertanto si sono sviluppate particolarmente con l’avvento dei LED, le cui minime dimensioni si prestano appunto al controllo ottico da parte d’una lente. Sono fatte di materiale plastico con ottime caratteristiche di trasparenza e di durata nel tempo. Con i LED, la cui emissione è tutta verso un solo versante, non è più indispensabile l’accoppiamento con un riflettore per il recupero del flusso indirizzato verso il retro della lampada. Tuttavia anche con le lenti il riflettore è talvolta usato per meglio controllare il flusso uscente dall’insieme del LED con la sua lente. Sono attualmente disponibili lenti in grado di convogliare il flusso emesso dal LED secondo una gran varietà di solidi fotometrici, con ottimi rendimenti (fra l’80 e il 90%) e dimensioni dell’ordine di 10 mm÷25 mm in pianta; esse sono costruite per LED singoli, per moduli di LED (gli array) e per moduli lineari, in sbarre di varie lunghezze.


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4.3.3. Diffusori Sono materiali (ad esempio: vetro opale, plastiche traslucide) che vengono frapposti fra le singole sorgenti luminose e la superficie d’emissione della luce, allo scopo di diffondere la luce, ridurre la luminanza della sorgente e rendere la superficie d’emissione uniformemente luminosa. Il materiale utilizzato deve presentare e soprattutto conservare nel tempo: un alto grado di diffusione della luce, un minimo fattore di assorbimento e un’elevata resistenza al calore. 4.3.4. Schermi La schermatura d’una sorgente luminosa ha generalmente lo scopo di nascondere le lampade dalla vista, allo scopo di evitare l’abbagliamento che essa potrebbe provocare, soprattutto se installata impropriamente (vedi paragrafo 5.5. La limitazione dell’abbagliamento). Le funzioni di schermatura possono essere esplicate dallo stesso disegno dell’apparecchio o da sistemi di schermatura addizionali applicabili su di esso. L’angolo rispetto l’orizzontale al di sopra del quale la lampada non è visibile si chiama angolo di schermatura, vedi figura 4.11. Luminanza della lamada Kcd/m2 20÷50 50÷500 ≥ 500

Angolo minimo di schermatura α 15° 20° 30°

Figura 4.11. Angolo α di schermatura minima raccomandata negli apparecchi in relazione alla luminanza delle lampade

4.3.5. Filtri Sono generalmente materiali plastici o vetri trattati o verniciati, che hanno per scopo l’assorbimento di una parte delle radiazioni emesse dalla sorgente per ottenere della luce variamente colorata oppure per depurare la luce emessa dalle radiazioni nocive alle superfici illuminate: ad es. per ridurre il contenuto delle radiazioni ultraviolette e infrarosse nell’illuminazione di oggetti deteriorabili, rispettivamente per effetto delle alterazioni chimiche dei pigmenti e dell’eccessivo riscaldamento superficiale (nelle pinacoteche, nei musei ecc.). Con l’avvento dei LED, disponibili direttamente nei vari colori e pressoché privi di radiazioni ultraviolette e infrarosse, l’uso di filtri è destinato praticamente a scomparire, tenuto anche conto dell’effetto negativo esercitato dai filtri sulla resa cromatica della luce trasmessa, per effetto dell’azione filtrante non strettamente limitata alle radiazioni da sopprimere.

4.4. Sistemi di montaggio Il sistema di montaggio è il primo dato in base al quale gli apparecchi sono individuati nei cataloghi e costituisce la loro classificazione basilare: si distinguono pertanto: –– gli apparecchi a plafone (quelli che sono montati in aderenza al plafone); –– gli apparecchi per incasso al plafone, o nel falso plafone (totalmente o solo in parte); –– gli apparecchi a sospensione;



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Figura 4.12. Alcuni tipi di binari elettrificati per l’alimentazione ed il sostegno sia di apparecchi a tensione di rete (i primi tre) che per apparecchi a bassissima tensione, 12 V o 24 V (doc. iGuzzini)


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–– gli apparecchi da applicare su binari; –– gli apparecchi da montare su tesate; –– gli apparecchi da applicare a parete; –– gli apparecchi da incassare nella parete; –– gli apparecchi a piedistallo; –– gli apparecchi da tavolo; –– gli apparecchi da incasso nel pavimento; –– gli apparecchi con fibre ottiche. Gli apparecchi a plafone, a parete e a sospensione vengono realizzati generalmente in almeno due corpi, uno dei quali viene fissato al muro e viene collegato ai conduttori d’alimentazione (con una morsettiera o meglio con la femmina di una presa a spina); l’altro viene montato sul primo, dopo aver collegato i conduttori d’alimentazione o innestato la spina. Occorre evitare tassativamente che la connessione elettrica abbia a subire alcun tipo di sollecitazione meccanica durante l’esercizio dell’impianto. Per gli apparecchi a binario: ci sono binari a tensione di rete, trifasi con neutro più conduttore di terra e binari per la bassissima tensione (24 V): quest’ultima esecuzione è impiegata per collocarvi gli apparecchi il cui trasformatore (per le alogene) o driver (per i LED) è collocato a monte del binario; la potenza alimentabile in tali casi è limitata non soltanto da quella del trasformatore o del driver, ma anche dalla caduta di tensione e dalle perdite che si manifestano lungo il binario, per effetto dell’alto valore di corrente che vi circola. Vi sono binari per installazione a soffitto, per incasso nel soffitto e installazione sospesa (figura 4.12 a pagina precedente). Anche nel caso di montaggio dei centri su binario, occorre tener presente la raccomandazione sopra espressa: di evitare che la connessione elettrica abbia a subire alcuna sollecitazione meccanica. Gli apparecchi da montare su tesate utilizzano generalmente una coppia di sottili funi d’acciaio alimentate a bassissima tensione tramite un trasformatore 230 V / 12 V installato a muro in corrispondenza di una estremità della tesata. Le funi fungono tanto da sostegno che da conduttori d’alimentazione; esse possono essere nude o isolate per una maggior protezione (figura 4.13).

Figura 4.13. Apparecchi sospesi ad una coppia di funi metalliche, che ne fanno da conduttori d’alimentazione e da sostegno; la tensione è di 12 Volt, quindi largamente al di sotto dei limiti di pericolosità per i contatti diretti con persone ed animali (doc. Mizar)


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Per le tesate valgono le stesse avvertenze sopra citate a proposito dei binari a bassissima tensione, sulla necessità di limitare il numero di apparecchi sotto lo stesso trasformatore e lungo la stesa tratta, al fine di contenere la caduta di tensione entro limiti accettabili (≤ 3%). Gli apparecchi da incasso nel plafone possono far parte di un sistema integrato, nel quale al plafone è sospeso un falso plafone costituito da pannelli termo acustici e all’interno fra i due sono installate le condutture elettriche e le canalizzazioni dell’aria per il riscaldamento e il condizionamento dei locali. Gli apparecchi d’illuminazione fungono anche da bocche di espulsione dell’aria esausta: alla parte superiore dell’apparecchio fa capo un canale che convoglia l’aria da estrarre all’esterno (normalmente allo scambiatore di calore per il recupero del calore a beneficio dell’aria da immettere); oppure la parte superiore dell’apparecchio è forata per l’immissione diretta dell’aria viziata nell’intercapedine fra il plafone e il falso plafone, se l’intercapedine fa da plenum dell’aria da estrarre. Gli apparecchi da incasso a pavimento devono avere un grado di ermeticità adeguato (vedi paragrafo 4.1. Protezioni) e una resistenza meccanica compatibile ai carichi che possono sopportare nell’esercizio. È raccomandabile che i proiettori (tutti gli apparecchi destinati a concentrare il loro flusso luminoso verso determinati punti del locale) siano dotati di sistemi di fissaggio del puntamento, per evitare che gli urti o le manomissione che abbiano a subire durante l’esercizio ne modifichino l’orientamento, compromettendo la riuscita dell’installazione. Tali sistemi di fissaggio sono indispensabili allorché gli apparecchi sono installati in posizioni non immediatamente accessibili. Per le operazioni di puntamento, quando la precisione di tale operazione sia basilare per la riuscita dell’installazione, è opportuno far ricorso ad un piccolo puntatore laser, da applicare alla “bocca” del proiettore, in modo che si abbia la perfetta coassialità fra direzione di puntamento del laser e asse del proiettore; quest’ultimo viene così orientato verso il punto cui è destinato, facendo coincidere tale punto con l’areola luminosa prodotta dal laser. In tal modo il puntamento può avvenire durante le ore del giorno, con una precisione molto maggiore di quella ottenibile con un puntamento basato sul solo apprezzamento visivo. I sistemi con fibre ottiche sono impiegati quando è necessario o opportuno collocare la sorgente luminosa in una posizione separata e talvolta distante da quella dove devono essere ubicati gli oggetti da illuminare; oppure si vuole moltiplicare la luce prodotta dalle fonti luminose in un maggior numero di sorgenti. La trasmissione della luce per mezzo di fibre ottiche si basa sul fenomeno della rifrazione della luce nell’impatto di una radiazione luminosa su una superficie di separazione fra due mezzi aventi un differente indice di rifrazione, nel nostro caso il vetro (o la plastica) e l’aria. All’impatto con la superficie, la radiazione subisce una deviazione secondo la legge di Snell: il rapporto fra i seni dell’angolo d’incidenza i e dell’angolo di rifrazione r è inversamente proporzionale ai rispettivi indici di rifrazione (figura 4.14): Legge di Snell :

sin i n2 = sin r n1

Quando una radiazione all’interno di un mezzo a maggior indice di rifrazione rispetto quella contigua raggiunge la superficie di contatto fra le due con un angolo d’impatto superiore ad un certo valore, detto angolo limite, essa viene totalmente riflessa all’interno dello stesso mezzo di provenienza. Se tale mezzo è compreso fra due superfici fra loro parallele, come ad esempio nel


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caso di un corpo cilindrico, una fibra ottica che fa da conduttore, la radiazione si trasmette lungo il conduttore per riflessioni multiple. Nel caso di una fibra ottica in vetro, abbiamo il passaggio di luce tra la fibra in vetro (con indice di rifrazione compreso in base al tipo di vetro tra i valori n1 = 1,5÷1,9) e l’aria (che ha indice di rifrazione n2 = 1), l’angolo limite, per il quale si ha r = 90°, ossia il raggio rifratto diventa parallelo alla superficie di separazione, sarà per la legge di Snell: i lim = sin −1

n2 1 = sin −1 = 41,8° ÷ 31,7° 1,5÷1,9 n1

Questo significa che tutte le radiazioni che impattano sulla sezione d’inizio delle fibre con un angolo inferiore a tale valore vengono trasmesse lungo di esse seguendone il tracciato anche se curvilineo.

Figura 4.14. La deviazione che subisce una radiazione luminosa nel passaggio tra due superfici a differente indice di rifrazione

I sistemi a fibra ottica sono composti da un “illuminatore”, da un fascio di fibre di vetro o di plastica trasparente e da terminali. L’illuminatore è un apparecchio che incorpora la sorgente luminosa, il gruppo ottico (riflettore o lente), se questo non fa già parte della sorgente, per indirizzare le radiazioni luminose in direzione assiale rispetto al fascio di fibre che gli viene connesso. La sorgente luminosa utilizzata è la lampada ad alogeni con riflettore incorporato, la lampada ad alogenuri e attualmente soprattutto il LED.



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Il fascio di fibre ottiche è costituito da fibre in vetro oppure in metacrilato, saldate assieme all’estremità che fa capo all’illuminatore e di lunghezza dell’ordine di qualche metro; le fibre sono composte da fili elementari del diametro di qualche decina di micron, raccolte in fasci, chiamati fibre, di diametri variabili da 1 mm a 6 mm circa e protetti meccanicamente da una guaina termoplastica, a loro volta raccolti in “bundle”, che possono comprendere un numero di fibre fino ad un centinaio, per quelle in vetro, e fino a 250 per quelle in plastica. All’altra estremità, ogni fibra viene dotata del terminale. Il terminale è un cilindro di metallo che ha la funzione di dare stabilità meccanica a questa parte della fibra, per il suo inserimento nei cosiddetti “faretti” che servono a fissare la fibra nella sua posizione di utilizzazione, ad orientarla e a modificarne la forma della sua indicatrice di emissione (che, in assenza di ottiche supplementari, ha un’apertura dell’ordine di circa 60°). Le fibre di plastica sono più economiche, ma hanno una qualità inferiore, per efficacia nella trasmissione della luce, per potere di filtraggio delle radiazioni ultraviolette e infrarosse, per durata. I relativi campi di applicazione discendono pertanto da tale diversità qualitativa: l’illuminazione decorativa e la segnalazione luminosa per le fibre in plastica; l’illuminazione di oggetti d’arte per le fibre in vetro. Il rendimento dell’illuminazione con fibre ottiche è modesto; l’attenuazione del flusso luminoso è in genere di oltre il 50% nell’illuminatore e aumenta poi in proporzione alla lunghezza della fibra; per cui tale tecnica va limitata nei casi in cui la configurazione dell’impianto con essa ottenibile sia di preminente importanza.


66 CAPITOLO 5

GLI OBIETTIVI DI UNA BUONA ILLUMINAZIONE

L’illuminazione d’un ambiente deve adempiere essenzialmente alle seguenti finalità: –– assicurare innanzi tutto il sicuro ed efficiente svolgimento dell’attività che gli occupanti sono chiamati a compiere; –– creare condizioni ambientali confortevoli per il benessere degli occupanti. Queste finalità si raggiungono con un’illuminazione: –– quantitativamente adeguata sull’area dove si svolge l’attività e al resto dell’ambiente; –– ben distribuita su tutte le superfici comprese nel campo visivo degli occupanti; –– opportunamente direzionata per garantire una visione nitida (senza fastidiosi riflessi) dei compiti visivi da svolgere (in particolare per attività di lettura o scrittura su superfici piane); –– non abbagliante; –– di adeguate caratteristiche cromatiche; –– integrata nelle sue componente: naturale e artificiale, dov’è possibile e opportuno; –– integrata nell’architettura dell’ambiente; –– attenta al corretto uso dell’energia. I parametri che “descrivono” l’illuminazione d’un ambiente sono numerosi e quasi tutti raccomandati nelle normative del settore; ma la loro importanza ed entità dipendono strettamente dal tipo d’ambiente e dalle finalità dell’installazione, come si vedrà nelle considerazioni che seguono. Occorre poi tener presente che i valori raccomandati per i vari parametri vanno intesi come valori di massima, da non perseguire fino all’ultimo decimale (come talvolta capita di rilevare in qualche relazione di collaudo), perché, da un lato, l’occhio ha una grande elasticità di risposta e riconosce la differenza tra due scenari luminosi solo quando esse sono d’un certo rilievo; la sua risposta infatti varia con il logaritmo dei valori misurati: passando ad esempio da un illuminamento di 100 lx ad uno di 1000 lx, la risposta dell’occhio varia appena del 50% (il rapporto dei due logaritmi: 2 e 3). Dall’altro lato, le misure sono sempre approssimate al ± 5%, per cui è privo di senso assegnare ad una misura o al risultato di un calcolo un valore con oltre due cifre significative (si scrive 5,3 lx e non 5,34 se il calcolo o lo strumento ci hanno fornito quest’ultimo valore; e così 53 lx e non 53,4; 530 lx e non 534 ecc.).

5.1. I livelli di illuminamento La grandezza basilare cui prioritariamente fanno riferimento le Norme è l’illuminamento, il cui valore “mantenuto” (cioè riscontrabile in qualsiasi momento della vita dell’impianto) è indicato nelle Norme per qualsiasi locale di lavoro e, per estensione, dovunque si svolga una certa attività. Il piano di riferimento su cui prevedere il suddetto valore è quello su cui si svolge il compito visivo: generalmente a 75 cm dal pavimento per uffici, scuole e officine; a quota zero


5. GLI OBIETTIVI DI UNA BUONA ILLUMINAZIONE

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per luoghi di transito; l’area di riferimento è quella dove effettivamente si svolge l’attività: ad esempio per un ufficio o studio, l’areola larga circa 60 cm e profonda 40 cm al centro del lato contiguo al lavoratore della scrivania. Gli illuminamenti raccomandati valgono per condizioni di osservazione medie: in caso di compiti visivi particolarmente gravosi, per le minime dimensioni degli oggetti da percepire, lo scarso contrasto di luminanza o di colore fra i dettagli degli oggetti, l’elevato costo di eventuali errori, l’eccezionale durata del compito, è raccomandabile adottare un livello maggiorato dell’ordine del 50% (maggiorazione minima significativa per l’occhio); e analogamente per compiti visivi in cui le condizioni sopra elencate sono meno gravose dell’usuale, gli illuminamenti possono ridursi al 70% di quelli indicati (in modo che il rapporto fra i due valori risulti sempre dell’ordine di 1,5, considerato significativo come è ricordato più sopra). Nella tabella inserita nel Capitolo 9 sono elencati i vari ambienti (non solo di lavoro) con le grandezze illuminotecniche raccomandate, fra cui al primo posto l’illuminamento. L’illuminamento va distribuito in modo uniforme nell’area su cui si svolge il compito visivo per cui esso è raccomandato; il rapporto fra l’illuminamento minimo e quello medio non deve risultare inferiore al valore indicato nelle tabelle sopra richiamate. I due valori da considerare sono quelli rilevati al centro delle maglie d’un reticolo di riferimento1. Per certi materiali sensibili alle radiazioni, l’illuminamento va dosato nel livello e nella durata per evitare il danneggiamento che la luce può provocare. Il danno deriva tanto dalla presenza di radiazioni a basse lunghezze d’onda, in particolare delle radiazioni Ultra Violette (λ ≤ 400 nm), quanto dal calore trasmesso o irradiato dai centri luminosi. Nella tabella 9.12 del Capitolo 9 (Requisiti illuminotecnici per le aree o le attività più comuni) sono indicati gli illuminamenti consigliati in particolare per le opere esposte nei Musei e nelle Pinacoteche, quale punto d’incontro fra le esigenze di una confortevole visione da parte dei visitatori e quelle di una buona conservazione delle opere [5] [6].

5.2. L’equilibrio delle luminanze L’illuminamento all’esterno dell’area dove si svolge correntemente il lavoro, per una profondità di almeno un metro, deve risultare dell’ordine di due terzi di quello del compito visivo, per assicurare una distribuzione di luminanze ben equilibrata. E anche l’area che fa da sfondo a quella dove si lavora è opportuno che sia adeguatamente illuminata: sia quando essa costituisce una parte rilevante del campo visivo, come ad esempio nel caso di colui che guarda lo schermo della televisione da una distanza di qualche metro; sia nei casi in cui l’osservatore, nello svolgimento d un lavoro, varia continuamente il suo campo visivo da un “compito” ad uno o più altri “compiti” o scenari, come ad esempio chi consulta il video di un computer, i suoi tasti e un documento posto sulla scrivania; oppure l’operatore che alterna la visione dei documenti sulla scrivania con quella dell’interlocutore che ha di fronte o della parete di fondo del locale, ad ogni sosta del suo lavoro. 1

La Norma precisa che il lato maggiore p di tale reticolo deve essere: p = 0,2×5log d, dove d è il lato maggiore dell’area; l’altro lato del reticolo è pari al numero intero più vicino al rapporto d/p. Per l’areola di 60 cm x 40 cm dove comunemente si opera in un ufficio, i lati del reticolo risultano di 15 cm × 13,3 cm e le maglie sono 12. Per un locale in cui l’attività ha luogo in tutta la sua area, non si considera comunque quella lungo le pareti, per una larghezza di mezzo metro.


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Nel primo caso (l’osservazione dello schermo televisivo), se lo sfondo è buio, esso dà luogo ad una distribuzione della luminanze nel campo visivo in cui la parte buia è di gran lunga prevalente: in queste condizioni, il livello di adattamento dell’occhio – il grado di apertura del suo “obiettivo” – si assesta in una posizione intermedia fra quelle corrispondenti alle due luminanze (dello schermo e dello sfondo), posizione non ottimale per la visione di quanto appare sullo schermo, che gli procura affaticamento visivo. Nel secondo caso (le osservazioni alternate fra scenari di luminanze molto differenti), il ripetuto adattamento degli occhi alle due o più luminanze provoca affaticamento. La Norma suggerisce di correlare la luminanza dello sfondo con quella del compito visivo, con un rapporto tra le due dell’ordine di 1/4÷1/5.

5.3. Chiarezza e illuminamenti delle superfici dei locali La chiarezza delle superfici interne svolgono un ruolo essenziale per una equilibrata distribuzione delle luminanze in un interno. I fattori di riflessione raccomandati e gli illuminamenti dovrebbero risultare come indicato nella tabella 5.1. Tabella 5.1. Fattori di riflessione e illuminamenti minime per le superfici interne dei locali Superficie Soffitto Pareti Pavimento Mobili E Arredi

Fattore di riflessione 0,7÷0,9 0,5÷0,8 0,2÷0,4 0,2÷0,7

Illuminamento minimo (lx) 30 lx 50 lx – –

5.4. Direzionalità della luce È abbastanza comune l’esperienza di dover spostare il foglio di carta che si sta leggendo o la lampada che lo illumina, per evitare la formazione di una “macchia” di luce troppo luminosa sul foglio: è quanto accade in generale su quasi tutti i fogli di carta, ma specialmente sulla carta molto lucida, quando la direzione della luce e la direzione dello sguardo sono speculari rispetto il piano del foglio. Il fenomeno è presente anche in alcune esposizioni di quadri – in particolare quelli ad olio e comunque in tutti i dipinti protetti da una lastra di vetro – dove il visitatore deve cercare una posizione idonea da cui osservare il quadro, diversa da quella naturale [7]. Per ovviare all’inconveniente, occorre che i centri luminosi che illuminano la superficie da osservare, o sulla quale si opera, siano situati in posizioni discoste da quelle speculari a tutte le possibili direzioni di osservazione: se si individua l’insieme di queste ultime (vedi figura 5.1 e figura 5.2 a p. 70), l’insieme speculare rispetto l’area da osservare, chiamato correntemente “volume d’offesa” [8], non deve contenere centri luminosi che la illuminino, o per lo meno, il cui contributo alla sua illuminazione in qualsiasi punto dell’area sia prevalente rispetto quello fornito dalle sorgenti ubicate correttamente (cioè al di fuori del volume d’offesa). Ciò vale



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anche e soprattutto per le sorgenti naturali (finestre, lucernari) o artificiali (plafoni) estese, la cui riflessione speculare sull’area dove si svolge il compito visivo è meno avvertita, perché riguarda una parte vasta dell’area; ma comunque sempre tale da rendere poco leggibile una parte dell’area.

Figura 5.1. A sinistra, lo spazio (campito in grigio scuro) che contiene tutte le direzioni di osservazione sull’areola della scrivania dove si svolge normalmente il lavoro d’ufficio. A destra, lo spazio (campito in grigio chiaro) di tutte le direzioni speculari, rispetto il piano di lettura, alle prime: il cosiddetto “volume d’offesa”

In un ufficio, occorre evitare la collocazione dei centri luminosi entro il volume d’offesa di ciascun posto di lavoro – compreso generalmente entro le direzioni d’osservazione inclinate rispetto la verticale da 10° a 30°, posizionandoli possibilmente ai due lati di ciascun posto. Nell’impossibilità di conoscere in tutti i casi l’ubicazione dei posti di lavoro, è consigliabile ricorrere a centri luminosi la cui emissione di luce nelle direzioni corrispondenti a quelle d’osservazione siano la più ridotta possibile: in tal modo questi apparecchi, comunque collocati, non daranno luogo a riflessioni speculari sull’area di lavoro, dato che il loro contributo nelle direzioni di lettura risulterà marginale (figura 5.3). Tale tipo di emissione, in cui la luce è emessa prevalentemente nelle direzioni comprese tra i 35° e i 55°, è chiamata “bat-wing”. Per l’illuminazione di superfici piane disposte verticalmente (quadri, cartelloni, manifesti, ecc.), il volume d’offesa di ciascuna opera si individua facilmente quale inviluppo dei volumi d’offesa per tutte le naturali posizioni d’osservazione, com’è indicato nella figura 5.2. à Vedi applicazione pratica nel Capitolo 3 – Esempi di progettazione: Esempio 8 – L’illuminazione della lavagna in un’aula scolastica.


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Figura 5.2. Studio del posizionamento di proiettori per l’illuminazione di uno dei quadri di una sala espositiva in un palazzo storico. Si noti come per poter individuare la zona corretta per il posizionamento degli apparecchi sia necessario tracciare il volume d’offesa sia in pianta che in sezione



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Figura 5.3. L’illuminazione di un posto di lavoro in un ufficio con apparecchi denominati bat-wing (ad ala di pipistrello) per la forma della loro curva di distribuzione delle intensità luminose. La presenza di un apparecchio di tal genere, all’interno del volume di offesa relativo al posto di lavoro rappresentato nella figura, non vi pregiudica la resa del contrasto, dato che l’illuminazione del posto è prevalentemente attuata dai centri luminosi contigui e esterni a tale “volume proibito”


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5.5. La limitazione dell’abbagliamento I centri luminosi posti in posizione ravvicinata alle comuni direzioni d’osservazione – e quindi normalmente quando sono visti dall’osservatore entro un cono di 45° di semi apertura (cioè entro quello che è considerato il suo campo visivo quando egli volge lo sguardo orizzontalmente), possono dar luogo ad abbagliamento, più o meno pronunciato in relazione alla loro vicinanza alle comuni direzioni d’osservazione, alla loro luminanza, alle loro dimensioni e alla luminosità generale dell’ambiente. La “misura” dell’abbagliamento per le posizioni e le direzioni d’osservazione più critiche si ottiene con l’indice UGR (Unified Glare Rating) [9], espresso dalla formula: n ⎛ ⎞ 0,25 Li 2 ⎟ UGR = 8 log ⎜ ω ⎜ Lb ∑ p 2 i ⎟ ⎝ ⎠ i=0

(17)

Dove: Lb è la luminanza della sfondo, che per semplicità si calcola con la formula: Lb = Ei / π dove Ei è l’illuminamento indiretto medio del locale: questa espressione è quella già vista in (12), avendo considerato il locale come una semisfera di luminanza Lb che dà luogo all’illuminamento Ei al suo centro; Ei, illuminamento medio indiretto del locale, è dato dall’espressione (14); Li è la luminanza del generico apparecchio i visto dalla posizione considerata dell’osservatore, rapporto fra l’intensità I che esso gli indirizza e la dimensione apparente della sua area luminosa – cioè la proiezione dell’area luminosa su un piano normale alla direzione d’osservazione, vedi la (10): L = I / Aapp; ωi è l’angolo solido sotto cui è visto l’apparecchio i: ω = Aapp/r2, dove r è la sua distanza dall’osservatore; pi è l’indice di posizione di Guth (l’indice che tiene conto della collocazione dell’apparecchio i nel campo visivo dell’osservatore) e si ricava dalla tabella 5.2. Tabella 5.2. L’indice di posizione p in funzione dei tre parametri H, R e T (vedi figura 5.4) T/R

H/R 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90

0,00 1,00 1,26 1,53 1,90 2,35 2,86 3,50 4,20 5,00 6,00 7,00 8,10 9,25 10,35 11,70 13,15 14,70 16,20 0,10 1,05 1,22 1,46 1,80 2,20 2,75 3,40 4,10 4,80 5,80 6,80 8,00 9,10 10,30 11,60 13,00 14,60 16,10 0,20 1,12 1,30 1,50 1,80 2,20 2,66 3,18 3,88 4,60 5,50 6,50 7,60 8,75 9,85 11,20 12,70 14,00 15,70 0,30 1,22 1,38 1,60 1,87 2,25 2,70 3,25 3,90 4,60 5,45 6,45 7,40 8,40 9,50 10,85 12,10 13,70 15,00 0,40 1,32 1,47 1,70 1,96 2,35 2,80 3,30 3,90 4,60 5,40 6,40 7,30 8,30 9,40 10,60 11,90 13,20 14,60 16,00 0,50 1,43 1,60 1,82 2,10 2,48 2,91 3,40 3,98 4,70 5,50 6,40 7,30 8,30 9,40 10,50 11,75 13,00 14,40 15,70 0,60 1,55 1,72 1,98 2,30 2,65 3,10 3,60 4,10 4,80 5,50 6,40 7,35 8,40 9,40 10,50 11,70 13,00 14,10 15,40 0,70 1,70 1,88 2,12 2,48 2,87 3,30 3,78 4,30 4,88 5,60 6,50 7,40 8,50 9,50 10,50 11,70 12,85 14,00 15,20 0,80 1,82 2,00 2,32 2,70 3,08 3,50 3,92 4,50 5,10 5,75 6,60 7,50 8,60 9,50 10,60 11,75 12,80 14,00 15,10 0,90 1,95 2,20 2,54 2,90 3,30 3,70 4,20 4,75 5,30 6,00 6,65 7,70 8,70 9,65 10,75 11,80 12,90 14,00 15,00 16,00 1,00 2,11 2,40 2,75 3,10 3,50 3,91 4,40 5,00 5,60 6,20 7,00 7,90 8,80 9,75 10,80 11,90 12,95 14,00 15,00 16,00 1,10 2,30 2,55 2,92 3,30 3,72 4,20 4,70 5,25 5,80 6,55 7,20 8,15 9,00 9,90 10,95 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 1,20 2,40 2,75 3,12 3,50 3,90 4,35 4,85 5,50 6,05 6,70 7,50 8,30 9,20 10,00 11,02 12,10 13,10 14,00 15,00 16,00 1,30 2,55 2,90 3,30 3,70 4,20 4,65 5,20 5,70 6,30 7,00 7,70 8,55 9,35 10,20 11,20 12,25 13,20 14,00 15,00 16,00 1,40 2,70 3,10 3,50 3,90 4,35 4,85 5,35 5,85 6,50 7,25 8,00 8,70 9,50 10,40 11,40 12,40 13,25 14,05 15,00 16,00 [segue]



T/R

73

H/R 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90

1,50 2,85 3,15 3,65 4,10 4,55 5,00 5,50 6,20 6,80 7,50 8,20 8,85 9,70 10,55 11,50 12,50 13,30 14,05 15,02 16,00 1,60 2,95 3,40 3,80 4,25 4,75 5,20 5,75 6,30 7,00 7,65 8,40 9,00 9,80 10,80 11,75 12,60 13,40 14,20 15,10 16,00 1,70 3,10 3,55 4,00 4,50 4,90 5,40 5,95 6,50 7,20 7,80 8,50 9,20 10,00 10,85 11,85 12,75 13,45 14,20 15,10 16,00 1,80 3,25 3,70 4,20 4,65 5,10 5,60 6,10 6,75 7,40 8,00 8,65 9,35 10,10 11,00 11,90 12,80 13,50 14,20 15,10 16,00 1,90 3,43 3,86 4,30 4,75 5,20 5,70 6,30 6,90 7,50 8,17 8,80 9,50 10,20 11,00 12,00 12,82 13,55 14,20 15,10 16,00 2,00 3,50 4,00 4,50 4,90 5,35 5,80 6,40 7,10 7,70 8,30 8,90 9,60 10,40 11,10 12,00 12,85 13,60 14,30 15,10 16,00 2,10 3,60 4,17 4,65 5,05 5,50 6,00 6,60 7,20 7,82 8,45 9,00 9,75 10,50 11,20 12,10 12,90 13,70 14,35 15,10 16,00 2,20 3,75 4,25 4,72 5,20 5,60 6,10 6,70 7,35 8,00 8,55 9,15 9,85 10,60 11,30 12,10 12,90 13,70 14,40 15,15 16,00 2,30 3,85 4,35 4,80 5,25 5,70 6,22 6,80 7,40 8,10 8,65 9,30 9,90 10,70 11,40 12,20 12,95 13,70 14,40 15,20 16,00 2,40 3,95 4,40 4,90 5,35 5,80 6,30 6,90 7,50 8,20 8,80 9,40 10,00 10,80 11,50 12,25 13,00 13,75 14,45 15,20 16,00 2,50 4,00 4,50 4,95 5,40 5,85 6,40 6,95 7,55 8,25 8,85 9,50 10,05 10,85 11,55 12,30 13,00 13,80 14,50 15,25 16,00 2,60 4,07 4,55 5,05 5,47 5,95 6,45 7,00 7,65 8,35 8,95 9,55 10,10 10,90 11,60 12,32 13,00 13,80 14,50 15,25 16,00 2,70 4,10 4,60 5,10 5,53 6,00 6,50 7,05 7,70 8,40 9,00 9,60 10,16 10,92 11,63 12,35 13,00 13,80 14,50 15,25 16,00 2,80 4,15 4,62 5,15 5,56 6,05 6,55 7,08 7,73 8,45 9,05 9,65 10,20 10,95 11,65 12,35 13,00 13,80 14,50 15,25 16,00 2,90 4,20 4,65 5,17 5,60 6,07 6,57 7,12 7,75 8,50 9,10 9,70 10,23 10,95 11,65 12,35 13,00 13,80 14,50 15,25 16,00 3,00 4,22 4,67 5,20 5,65 6,12 6,60 7,15 7,80 8,55 9,12 9,70 10,23 10,95 11,65 12,35 13,00 13,80 14,50 15,25 16,00

Figura 5.4. Rappresentazione delle tre coordinate T, H ed R per l’individuazione dell’indice p di posizione di Guth

I valori limite di UGR da non superare sono indicati per ciascun tipo di interno o di compito visivo nelle tabelle del Capitolo 9 (Requisiti illuminotecnici per le aree o le attività più comuni). Essi sono i seguenti valori: 10 – 13 – 16 – 19 – 22 – 25 – 28


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Scaglionati in modo che la loro differenza abbia un riscontro significativo sull’apprezzamento del fenomeno da parte degli occhi. L’UGR = 13 costituisce il limite più basso e riguarda un abbagliamento appena percettibile. Come si vede dalle grandezze sopra elencate, la valutazione di UGR è laboriosa, specie quando i centri luminosi nell’ambiente sono più di uno e le posizione dell’osservatore diverse. Gli attuali programmi di calcolo sono peraltro in grado di fornire i valori di UGR per tutti gli apparecchi di cui siano disponibili i file fotometrici e per tutte le situazioni d’installazione e di osservazione. Un esempio di calcolo per un’installazione semplice, con un solo centro luminoso e una solo posizione e direzione di osservazione, renderà più immediata la comprensione delle formule. Il locale di figura 5.5 è illuminato da una sfera opalina di 50 cm di diametro, con una lampada ad alogeni da 2500 lm; il rendimento della sfera è di 0,84. Per individuare p (l’indice di Guth) si considerano i tre parametri H = 1 m; T = 0,5 m; R = 3 m e si valutano i rapporti H/R = 0,33; T/R = 0,17. Dalla tabella 5.2 si ricava p = 1,9.

Figura 5.5. La disposizione considerata nell’esempio per il calcolo dell’UGR. I fattori di riflessione delle superfici del locale sono per soffitto e pareti ρ= 0,7, per pavimento e parete vetrata ρ= 0,1


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Calcoliamo ora l’illuminamento indiretto con la (14) adattata al nostro caso: Φ⋅η ρ E ind. = ⋅ S (1− ρ)

∑

Dove: ρ è la media ponderata dei fattori di riflessione delle superfici interne; ρ=

5,5⋅ 3(0,7 + 0,1) + 5,5⋅ 2,7 ⋅ 0,1+ (5,5+ 6) 2,7 ⋅ 0,7 5,5⋅ 3⋅ 2 + (5,5+ 3) 2,7 ⋅ 2

= 0,46

e Σ S = 78,9. Risulta: E ind. = e conseguentemente:

2500 ⋅ 0,84 0,46 ⋅ = 22,7 lx 78,9 (1− 0,46)

Lb =

E i 22,7 = = 7,2 cd / m 2 π π

Calcoliamo ora ω che è il rapporto fra la superficie apparente del globo (π · 0,252) e il qua-

(

)

drato della distanza fra globo e osservatore d = 3 2 +12 + 0,5 2 = 3,20 m : ω=

π ⋅ 0,25 2 = 0,0192 steradianti 3,2 2

Per individuare L si calcola il rapporto fra l’intensità emessa dal globo, vedi la (3): I globo=

2500x0,84 = 167 cd 4π

e la sua dimensione apparente (pari all’area di un cerchio: Aapp = π·0,252 = 0,196), quindi: L=

167 = 851 cd / m 2 0,196

L’indice UGR risulta: ⎛0,25 L2 ⎞ ⎛ 0,25 8512 ⎞ UGR = 8 log ⎜ ∑ p 2 ω⎟⎠ = 8 log ⎜⎝7,22 ⋅ 1,9 2 0,0192⎟⎠ = 17 ⎝ Lb Questa installazione soddisfa le esigenze di contenimento dell’abbagliamento per quei compiti visivi il cui limite normativo di UGR è 19 (vedi Capitolo 9, p. 103).

5.6. Caratteristiche cromatiche della luce Le caratteristiche cromatiche delle sorgenti luminose si identificano nella resa cromatica, o attitudine a riprodurre i colori degli oggetti illuminati come li vediamo con la luce naturale, e nella tonalità, che corrisponde ad una delle diverse tonalità che la luce naturale assume nelle diverse ore della giornata o condizioni atmosferiche.


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La resa cromatica si valuta con l’indice Ra, che dà la misura dello scostamento medio del punto di colore (come definito dalle coordinate tricromatiche nel triangolo dei colori della C.I.E.) di otto campioni di colore unificati, nel passaggio dall’illuminazione con la sorgente in esame a quella con la sorgente campione presa a riferimento. Quest’ultima è una lampada ad incandescenza, se necessario munita di filtri, la cui luce ha la stessa tonalità della lampada in esame. L’indice Ra è uguale a 100, che è il suo massimo, quando la resa cromatica è perfetta (condizione che si verifica soltanto con la lampada ad incandescenza). In base al loro valore di Ra, le sorgenti luminose sono classificate nelle categorie: –– 1A se Ra è ≥ 90; –– 1B se Ra è ≥ 80 e < 90; –– 2 se Ra è ≥ 60 e < 80; –– 3 se Ra è ≥ 40 e < 60; –– 4 se Ra è ≥ 20 e < 40. Occorre tener presente che l’indice Ra, essendo basato sulla media delle rese cromatiche riferite ai colori degli otto campioni, non assicura la rispondenza di una data sorgente per la resa del colore di qualsiasi oggetto illuminato, dato che il colore più qualificante di tale oggetto potrebbe corrispondere al colore degli otto campioni dove le scostamento di resa (fra sorgente in esame e sorgente campione) è risultato massimo. È quindi spesso opportuno esaminare il diagramma spettrale della sorgente da impiegare, per controllare la sua quota parte di emissione nella zona del colore da mettere in evidenza dell’oggetto da illuminare. La tonalità della luce si esprime con la temperatura correlata del colore: questa temperatura, espressa in gradi Kelvin (K); è quella cui va portato il corpo nero affinché la tonalità della luce che esso emette corrisponda a quella della sorgente. Si utilizzano in generale le seguenti temperature correlate: –– 2700 K, per indicare una luce molto calda, simile alle vecchie lampade ad incandescenza; –– 3000 K, per indicare una luce calda, simile a quella delle lampade ad alogeni; –– 4000 K, per una tonalità di luce intermedia, ritenuta adatta a luoghi di lavoro; –– 5000 K, per una tonalità fredda, adatta ad illuminamenti molto elevati. Anche la categoria di resa cromatica e la temperatura correlata di colore della luce della lampade da utilizzare nei vari ambienti sono suggerite nelle tabelle del Capitolo 9, p. 103.

5.7. La modellazione delle persone e degli oggetti tridimensionali Nell’illuminazione di un interno, occorre tener presente la necessità di assicurare profondità all’ambiente, rilievo di tutto quanto vi è presente, affinché ogni cosa appaia ben distinta dal resto e ben dettagliata nella propria forma. Per conseguire tale obiettivo, occorre un’illuminazione in cui le luci e le ombre modellino ogni cosa. Ciò può essere ottenuto con una corretta miscela di luci concentrate e diffuse, in modo da produrre illuminamenti differenziati nei vari piani e di conseguenza il risalto delle forme (figura 5.6). L’illuminazione da evitare è quella troppo uniforme, ottenuta ad esempio con soffitti luminosi e diffondenti (sia del tipo a pannelli traslucidi retro illuminati, sia illuminati da sorgenti rivolte solo verso l’alto), oppure con apparecchi con emissione luminosa incontrollata in tutto l’emisfero inferiore e uniformemente disposti sul plafone: essa dà luogo alla totale assenza di ombre e quindi di rilievo, rendendo l’ambiente piatto, indistinto, anonimo, come si riscontra in



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numerosi casi (molte mense aziendali, ad esempio). È corretta e utile la disposizione dei centri ripartita uniformemente sul plafone, alla condizione che la loro emissione sia ben controllata nelle direzioni comprese fra 60° e 90° (e il plafone riceva anch’esso la sua giusta illuminazione, come è stato indicato in precedenza). Se proprio si vuol evitare la presenza di qualsiasi sorgente ad emissione diretta verso il basso, per particolari esigenze, si può ricorrere alla sola illuminazione del plafone, purché eseguita a spot; affinché la concentrazione della luce in posizioni distinte una dall’altra sul plafone dia luogo ad una distribuzione adeguata di luci ed ombre nell’ambiente.

Figura 5.6. L’illuminazione di oggetti tridimensionali (doc. ERCO)

Nella figura 5.7 è mostrata un’illuminazione proveniente da un limitato settore dello spazio che dà luogo alla formazione di luci e ombre con conseguente risalto alla forma della statua; nel caso dell’illuminazione indiretta la statua vede il soffitto con un angolo solido piccolo, rendendo direzionale la sua illuminazione. Al contrario un’illuminazione originata da fonti distribuite su un plafone molto grande (che occupa cioè tutto l’emisfero superiore alla statua) non metterebbe in rilievo la forma del manufatto, ma lo appiattirebbe.


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Figura 5.7. Illuminazione direzionale di un oggetto tridimensionale attuata da un settore dello spazio che sovrasta l’oggetto stesso, mediante luce diretta (in alto) e indiretta (in basso)

Per l’illuminazione di un manufatto piatto con rilievi, come può essere un bassorilievo o una tavoletta con iscrizioni incise, l’illuminazione deve essere radente (cioè colpire la tavola da una direzione molto inclinata rispetto la normale alla superficie, figura 5.8).



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Figura 5.8. San Lorenzo Maggiore, Milano. Illuminazione radente del portale d’accesso alla cappella di Sant’Aquilino. I proiettori sono posti nei due pozzetti protetti da grata ai piedi del portale stesso e pertanto risultano invisibili all’osservatore (doc. degli Autori, foto di Leo Torri)

5.8. Integrazione della luce naturale con la luce artificiale L’illuminazione naturale va utilizzata in tutti i casi dove ciò sia possibile, per i benefici effetti che essa arreca a chi opera in un ambiante, oltre che per ovvi motivi economici. È possibile parzializzare i centri luminosi in funzione dell’intensità della luce naturale, soprattutto per i posti di lavoro situati a ridosso delle finestre e per utilizzazioni della luce prolungate nell’anno. La parzializzazione può essere effettuata singolarmente per ciascun centro luminoso, mediante un sensore incorporato nell’apparecchio, il cui “campo visivo” corrisponde grosso modo con il piano della scrivania e regola il flusso emesso dalla lampada, in modo da mantenere


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costante l’illuminamento sullo stesso piano. Il sensore sopra citato può essere accoppiato con un sensore di presenza, che consente l’accensione del centro luminoso soltanto se è presente l’utilizzatore. La parzializzazione può effettuarsi anche con un sensore posto all’esterno, regolando gli interventi sui vari circuiti a seconda della posizione dei centri alimentati nei confronti delle finestre e dell’esposizione della parete del fabbricato cui essi sono adiacenti. Occorre in tali casi tener presente la reale situazione dell’illuminazione diurna nelle diverse postazioni di lavoro, tenuto conto dei particolari tipi di schermatura predisposte sulle finestre per evitare l’introduzione delle radiazione solari su piani compresi nel campo visivo o la vista diretta del disco solare. In un successivo paragrafo, sono indicate le modalità di calcolo dell’illuminazione naturale per i casi più ricorrenti e alcune misure per massimizzarne l’utilizzo.

5.9. Integrazione dell’impianto nell’ambiente È un obiettivo che non ha risposte di tipo tecnico, ma il cui conseguimento richiede la perfetta collaborazione dell’architetto con lo specialista illuminotecnico, per un risultato ottimale tanto dal punto di vista ambientale che funzionale. Attualmente la disponibilità della nuova sorgente a LED consente, grazie alle sue minime dimensioni e alla sua alta potenzialità, una vasta scelta di progettazione della luce, al di là dell’impiego del tradizionale apparecchio d’illuminazione; con questa nuova sorgente, l’integrazione dell’impianto luce nell’ambiente è fortemente facilitata, sia che si debba limitarne il più possibile l’impatto, per salvaguardare l’integrità architettonica di un ambiente storico, sia che si desideri arredare un ambiente moderno con la sola luce, senza l’ingombro di accessori estranei. 5.10. L’economia degli impianti Un progetto d’una installazione di luce non è completo se non indica, sia pure in linea di massima, i probabili oneri economici per la sua gestione, oltre che ovviamente i costi dell’impianto in opera; mettendoli a confronto con quelli di eventuali soluzioni alternative di prestazioni almeno pari a quelle richieste dalla committenza. Gli oneri di gestione comprendono: –– quello per il ricambio delle lampade e per gli eventuali guasti dei vari componenti dell’impianto, da valutarsi realisticamente in base alla loro durata e alle modalità con cui il committente farà eseguire i vari interventi (se in appalto o con proprio personale); oltre al costo per la pulizia delle fonti luminose; –– quello per l’energia, in relazione alla durata dell’accensione dei vari settori dell’impianto e alla loro eventuale integrazione con la luce naturale. Per un confronto degli oneri complessivi fra due o più soluzioni, occorre tener conto anche del costo dell’impianto; a tale scopo, alla somma dei due oneri annuali considerati per la gestione, si aggiungerà l’onere finanziario (anche solo figurativo, se investitore e committente sono la stessa persona) da corrispondere annualmente all’Istituto che ha corrisposto al Committente la somma per l’esecuzione dell’impianto, calcolato per una durata di anni pari alla prevedibile durata dell’impianto.


81 CAPITOLO 6

ESEMPI DI PROGETTAZIONE

Prima di esaminare alcuni casi ricorrenti di installazioni, può essere utile passare in rassegna i più comuni errori che si riscontrano nell’illuminazione di ambienti interni. Per ognuno di essi, saranno richiamati i paragrafi dove sono indicate le corrette soluzioni impiantistiche e una più dettagliata spiegazione dell’errore evidenziato.

6.1. Errori ricorrenti 6.1.1. Gli ambienti residenziali Il centro luminoso è inevitabilmente previsto dal costruttore al centro di ogni locale; i centri luminosi vanno invece ubicati dove si svolge una qualche attività e non sempre una tale esigenza si manifesta al centro del locale, a meno che vi si trovi un tavolo da pranzo, in un locale di modeste dimensioni. Consideriamo i seguenti casi: a) Locale di soggiorno Oltre al centro luminoso (o ai centri) sul tavolo dove si consumano i pasti (che non sempre si trova al centro del locale), idoneo a creare una luce d’accento nell’area dove si raccoglie per il pranzo il nucleo famigliare, si prevedranno centri sulle poltrone e i divani per una confortevole lettura, centri a plafone lungo le pareti nel caso si preveda di appendervi dei quadri (secondo le modalità illustrate nel paragrafo “Direzionalità della luce”), tenendo presente che la gran parte degli apparecchi d’illuminazione da montare in prossimità di ogni quadro, che vengono sovente proposti per tale compito, dànno risultati non soddisfacenti tanto per l’assenza di un’ottica idonea, quanto per l’inadeguatezza della loro collocazione; centri per l’illuminazione della biblioteca (cfr. Esempio 6) e i centri per l’eventuale scrivania o tavolo utilizzato per la lettura o scrittura, posti preferibilmente ai due lati del tavolo, per assicurare un’illuminazione confortevole, priva di riflessioni (cfr. figura 6.16). b) Camera da letto Una pratica che si riscontra spesso consiste nell’installare gli apparecchi ai lati del letto sui comodini, con la sorgente luminosa posta ad un’altezza pari o inferiore al possibile piano di lettura per una persona assisa nel letto; la sorgente luminosa è per giunta spesso di tipo diffondente e non in grado di offrire una corretta illuminazione di detto piano anche se fosse posta ad altezza adeguata. In queste condizioni il piano di lettura non risulta sufficientemente illuminato. È necessario che dette sorgenti siano collocate ad un’altezza adeguata, generalmente dell’ordine di almeno un metro. La lampada al centro


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del locale può essere idonea per locali di modeste dimensioni; meglio il posizionamento delle lampade in corrispondenza degli armadi (in modo analogo a quanto indicato per le librerie (cfr. Esempi 3 e 6) e sulle aree dove sono previsti compiti visivi di qualche impegno. Una possibile configurazione d’impianto per una camera d’albergo è descritta nell’Esempio 4. c) Bagno Un errore abbastanza diffuso consiste nell’illuminare l’area del lavandino con un centro luminoso spesso solidale allo specchio, posto ad altezza limitata e con la superficie che emette la luce rivolta unicamente verso il basso. In tal modo viene illuminato soltanto il lavandino, mentre il viso della persona che lo sta utilizzando è pressoché totalmente al buio. Affinché la persona possa vedersi allo specchio, occorre illuminare il suo viso, e non lo specchio (né soltanto il lavandino); quindi il centro luminoso, o meglio almeno due centri luminosi devono essere ubicati sopra lo specchio o ai suoi lati, rivolti verso la persona oltre che verso il basso, e al di fuori di un cono avente per asse quello visuale della persona e per semi-angolo di apertura 45°, in modo da non abbagliarlo (cfr. Esempio 2). d) Cucina Anche in questo locale, il centro luminoso centrale è giustificato nel caso che vi sia presente un tavolo da lavoro o da pranzo. I centri luminosi vanno generalmente posizionati a soffitto lungo le pareti, a distanza da esse idonea per illuminare i mobili e i piani di lavoro. Gli Esempi 6 e 9, rispettivamente per l’illuminazione di una biblioteca e di una scaffalatura, possono fornire utili indicazioni anche per il caso presente. 6.1.2. Apparecchi a più lampade Un errore ricorrente consiste nell’utilizzare apparecchi fluorescenti a più lampade, anche nei casi, assolutamente maggioritari, in cui l’impiego di apparecchi monolampada darebbe luogo ad impianti adeguati ed energeticamente più convenienti. L’uso di apparecchi a più lampade e per lo più privi di un’ottica efficiente dà luogo ad installazioni quasi sempre esuberanti e con distribuzione degli illuminamenti poco uniforme. Occorre indirizzarsi ad apparecchi con il minimo numero di lampade e con ottiche di alta efficienza, privilegiando le ottiche bat-wing e prevedendo le disposizioni raccomandate per ridurre al minimo le riflessioni speculari da parte della superficie dove si opera (cfr. figura 6.16). 6.1.3. Illuminazione diretta e indiretta L’illuminazione totalmente indiretta è una pratica talvolta utilizzata sia per uffici che per abitazioni; essa è ottenuta con centri luminosi che emettono luce soltanto verso il plafone. Il risultato che si intende perseguire con una tale illuminazione è quello di evitare la vista della superfici luminose delle sorgenti ed ottenere così un ambiente apparentemente molto confortevole. L’errore consiste nel sottovalutare l’appiattimento e la monotonia che una tale illuminazione genera nell’ambiente per la mancanza di ombre, di profondità, di rilievi. Occorrerebbe anche rilevare che questo tipo di illuminazione ha dei costi energetici dell’ordine di almeno 3 volte superiore a quelli di un’illuminazione prevalentemente diretta, considerazione non del tutto trascurabile in tempi in cui si richiede un uso responsabile delle risorse energetiche.


6. ESEMPI DI PROGETTAZIONE

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Tale tipo di illuminazione è assolutamente da evitare nel caso di ambienti museali, dato che dà luogo ad una gerarchia delle luminanze completamente scorretta, con un maggior risalto al soffitto (che risulta il più luminoso dell’ambiente) piuttosto che alle opere esposte. Nel caso poi di esposizioni di dipinti, fotografie, ecc. la cui superficie è almeno parzialmente lucida (quadri ad olio o protetti da lastra di vetro), il soffitto luminoso si riflette nella parte alta dei quadri rendendone difficoltosa la percezione. La corretta illuminazione di queste particolari superfici necessita un’attenzione progettuale particolare; a tal proposito si rimanda alla pubblicazione L’illuminazione delle opere d’arte negli interni. Guida alla progettazione [5]. Un’illuminazione totalmente diretta è l’opposto di quella precedente. Qui il flusso luminoso è indirizzato totalmente verso il basse e nessuna sua componente lambisce ilo plafone, che rimane buio. L’ambiente, in particolare se il plafone è scuro e non riflette nemmeno quel po’ di luce riflessa dalla altre superficie illuminate dell’ambiente, si presenta tetro con l’aspetto di una caverna e pertanto poco confortevole. Uno dei rimedi può consistere nel dotare gli apparecchi, attorno all’area di emissione, di superfici trasparenti e diffondenti, che indirizzino una parte sia pure marginale del flusso luminoso verso l’alto, oppure integrare l’impianto con alcuni centri che illuminino dal basso verso l’alto il soffitto.


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6.2. ESEMPIO 1 – L’illuminazione indiretta della navata laterale di una chiesa Completiamo l’esercizio di figura 1.15, individuando le sorgenti da impiegare per l’illuminazione indiretta della navata. Nella soluzione A, occorreva installare dei centri sui due lati della navata, per una lunghezza di 5 m (la campata in direzione normale al disegno), per complessivi 18110 lm, 9055 lm per parte. Si possono disporre 3 lampade fluorescenti TL5 da 35 W, 3300 lm, lungo ognuno dei due cornicioni della navata, in apparecchi che concentrino il flusso luminoso entro un angolo di 45° circa, in modo da indirizzare tutto il flusso sulla metà volta opposta (ed evitare così di illuminare eccessivamente la metà volta contigua al lato dove è installata la fila). Si può pure prevedere d’installare, secondo le stesse modalità sopra descritte, degli apparecchi lineari a LED, di dimensioni molto più contenute, ma molto più costosi. Nella soluzione B, ogni conca doveva garantire un flusso luminoso uscente verso la volta di 18110 lm. L’apertura del fascio necessaria, dalla figura, è dell’ordine di 160÷180°. Si possono utilizzare due apparecchi con ottica asimmetrica con angolo di asimmetria di circa 45°. Ad esempio l’apparecchio iGuzzini iTeka per lampada ad alogenuri da 150 W, 14000 lm. Si ipotizza di installare 2 apparecchi per ogni sospensione, dato il rendimento dell’apparecchio del 68% e posizionati come indicato nella figura 6.1.



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Figura 6.1. Illuminazione indiretta della navata laterale di una chiesa mediante elementi sospesi contenenti ciascuno due proiettori con ottica asimmetrica


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6.3. ESEMPIO 2 – L’illuminazione di una specchiera (in un bagno) L’illuminazione dello specchio in un bagno richiede l’illuminazione del viso e del tronco superiore della persona che lo utilizza, per cui i centri luminosi, almeno in numero di due per incidere sui due lati della persona, o quanto meno esteso da un lato all’altro, se singolo, vanno posti in prossimità del piano dello specchio e ad un’altezza appropriata per non risultare abbaglianti.

Figura 6.2. Illuminazione di uno specchio per un bagno dove i centri illuminano anche l’ambiente

In figura 6.2 è indicata una possibile soluzione, con l’impiego di due centri diffondenti, che servono anche per l’illuminazione generale del locale. Il calcolo del flusso luminoso necessario da prevedere nei due diffusori, o più semplicemente la determinazione del tipo e della potenza dei diffusori si avvale dell’espressione (8): E=

I cos 3 γ h2

dove l’intensità I è quella di un centro che con quella simmetrica dell’altro centro danno luogo all’illuminamento E sul viso della persona. Quindi si ha: 2⋅ I =

E ⋅ h 2 300 ⋅ 0,5 2 = = 320 cd cos 3 γ cos 3 52°


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Essendo: h = 0,4 m e γ = cos −1

0,4 = 52° 2 ⋅ 0,5 2 + 0,4 2

l’intensità verso il viso è, dalla (4), I = I0 cos γ. Si ha dunque: 2 ⋅ I = 2 ⋅ I 0 cos γ = 320 cd ⇒ I 0 =

320 = 260 cd 2cos52°

L’intensità I0 si valuta tenendo presente che il diffusore ha una ripartizione delle intensità sferica, tangente al suo centro (vedi figura 1.3); l’intensità massima è, dalla (5): I0 = τ

Φ π

dove si è inserito il fattore τ = 0,7 di trasmissione del diffusore per tener conto che il flusso luminoso uscente è τΦ, se Φ è il flusso della sorgente da installare. Si ha quindi: Φ=

I 0 ⋅ π 260 ⋅ π = = 1458 lumen τ ⋅ M 0,7 ⋅ 0,8

avendo inserito un fattore M = 0,8 per ottenere l’illuminamento di 300 lx con le lampade a fine esercizio. Ogni diffusore potrà contenere una lampada fluorescente compatta da 26 W, 1800 lm (tabella 3.11), oppure una lampada ad alogeni a 12 V 65 W, 1700 lm (tabella 3.2), oppure due lampade a LED da 12 W, 810 lm (tabella 3.8).


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6.4. ESEMPIO 3 – L’illuminazione di una sala da pranzo con un mobile libreria Si voglia illuminare il locale di figura 6.3, in cui è presente un tavolo da pranzo ed un’ampia libreria. Date le modeste dimensioni del locale, ci si limiterà ad illuminare il piano del tavolo ed un piano verticale al limite della libreria, ossia l’ipotetico piano costituito dalla costa dei libri che ne occuperanno i ripiani.

Figura 6.3. Vista prospettica del locale che si intende illuminare

6.4.1. Illuminazione del tavolo da pranzo Si andrà ad illuminare il piano del tavolo, lasciando in penombra il contorno, per rendere l’ambiente più intimo. L’illuminamento richiesto è di 300 lux, con resa cromatica alta per esaltare i colori dei cibi serviti. Il locale è controsoffittato alla quota di 3 m, pertanto ipotizziamo di utilizzare apparecchi ad incasso nel cartongesso, puntati zenitalmente sul tavolo. Considerando le dimensioni del tavolo (dim: 250×100×H80 cm) e l’altezza di installazione degli apparecchi andremo a calcolare l’intensità luminosa necessaria per assicurare l’illuminamento di 300 lux richiesti al centro del tavolo stesso. Dato che l’angolo di incidenza è pari a 0° e quindi il suo coseno varrà 1, dalla (8) semplificata si otterrà: E=

I d2

da cui

⇒

I = E ⋅ d 2 = 300 ⋅ 2,2 2 = 1452 cd

dove d è la distanza tra la quota di installazione degli apparecchi ed il piano del tavolo, ossia: d = 3 – 0,8 = 2,2


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Andremo ora a definire l’apertura del fascio degli apparecchi da utilizzare, per andare ad illuminare essenzialmente il piano del tavolo e non le zone limitrofe. Dalle definizione di apertura del fascio (vedi paragrafo 1.4. Il solido fotometrico, p. 6, in particolare le figure 1.6 e 1.7), possiamo costatare che inserendo una fila di apparecchi luminosi, con fascio rotosimmetrico ed apertura idonea a contenere il tavolo nella sua larghezza, e disposti lungo l’asse del tavolo stesso, possiamo aspettarci di ottenere un illuminamento uniforme al centro che sfumerà alla metà verso i bordi della superficie illuminata (figura 6.4).

Figura 6.4. Vista frontale e laterale del tavolo con l’ipotesi dei fasci luminosi da installare per ottenere un illuminamento uniforme longitudinalmente al piano del tavolo

L’angolo di apertura del fascio luminoso 2α sarà pertanto (vedi figura 6.5): α = tan −1

0,5 = 12,8° 2,2

⇒ 2α = 2 ⋅12,8° = 25,6°

Figura 6.5. Schema per il calcolo dell’apertura del fascio luminoso. L’interdistanza tra gli apparecchi sarà semplicemente 2 · 0,5 = 1 m

Ci serviranno pertanto 2 apparecchi con un ampiezza di fascio di circa 25,6° e una intensità massima di 1452 cd. Ipotizzando di impiegare una lampada a LED con riflettore incorporato e attacco E27, possiamo scegliere da catalogo (vedi figura 6.6) la versione da 6,5 W, con temperatura di colore calda (3000 K), apertura del fascio di 25° e intensità massima di 1400 cd.


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Figura 6.6. Stralcio di catalogo per le lampade a LED con riflettore incorporato ed attacco Edison scelte nell’esempio (doc. PHILIPS, edizione 2014)

6.4.2. Illuminazione del mobile libreria Illuminiamo ora la libreria le cui dimensioni sono: 400×40×H230 cm con un illuminamento di 150 lux sul piano verticale sufficiente per poter leggere i titoli sulle coste dei libri. Ipotizziamo di inserire una fila di apparecchi, possibilmente gli stessi usati per illuminare il tavolo, a circa un metro di distanza dal piano della libreria da illuminare, ed orientati verso di essa. In questo caso il fascio di luce di ogni apparecchio non è puntato su una superficie perfettamente perpendicolare all’asse di puntamento e dobbiamo pertanto tener conto dell’angolo γ compreso tra la direzione di incidenza (asse di puntamento) della luce e la normale al piano stesso (vedi figura 6.7). Per semplicità di calcolo ipotizziamo di puntare gli apparecchi alla quota corrispondente all’asse orizzontale centrale del nostro piano da illuminare.


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Figura 6.7. Vista frontale e laterale della libreria da illuminare

Dalla (8) calcoliamo quindi l’intensità luminosa necessaria per ottenere un illuminamento di 150 lux alla quota centrale della libreria: E=

I cos 3 γ h2

da cui

⇒

I=

E ⋅ h2 150 ⋅12 = = 1395 cd 3 cos γ cos 3 61,6069°

Essendo: h =1 m γ = tan −1

1,85 = 61,6069° 1

Calcoliamo ora l’apertura del fascio luminoso in modo da contenere l’intera libreria in altezza, vedi schema di figura 6.8.

Figura 6.8. Schema per il calcolo dell’apertura del fascio luminoso nella sezione verticale. L’angolo sarà dato da: α = α1 – α2


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α = α 1 − α 2 = tan −1

1 1 − tan −1 ≅ 36° 0,7 3

Mentre l’interdistanza tra gli apparecchi, misurata nel piano passante gli assi di puntamento, sarà, vedi figura 6.9:

i α = d ⋅ tan = 2,1⋅ tan18° = 0,68 m 2 2

pertanto

⇒

i = 0,68⋅ 2 = 1,36 m

Figura 6.9. Schema per il calcolo dell’interdistanza fra gli apparecchi che illuminano la libreria. La distanza d è data da: d = 1,85 2 +12 ≅ 2,10 m

Ci serviranno quindi degli apparecchi con un ampiezza di fascio di circa 36° e una intensità massima di 1395 cd. Se ipotizziamo di utilizzare la stessa lampada impiegata per il tavolo, dalla figura 6.6 individuiamo la lampada da 6,5 W, con temperatura di colore calda (3000 K), apertura del fascio 40° e intensità massima di 780 cd. Dato che abbiamo bisogno di circa 1400 cd, dovremmo installare circa il doppio dei proiettori per assicurare i 150 lux richiesti. In alternativa si sceglierà un apparecchio che monta una lampada differente come ad esempio quella di figura 6.10. Scegliendo infatti la versione da 10 W, sempre con temperatura di colore calda (3000 K), apertura del fascio 40°, l’intensità massima è di 1300 cd, come richiesto; pertanto andremo ad installare solo 3 apparecchi invece di 5 o 6. Gli apparecchi per questa tipologia di lampade dovranno essere alimentati da un trasformatore dato che la loro tensione di funzionamento è di 12 V. Una volta scelti apparecchi e lampade sarà possibile verificare i risultati con un programma di calcolo. In figura 6.11 sono riportati i risultati ottenuti sia sul tavolo che sul piano verticale della libreria.



Figura 6.10. Stralcio di catalogo per le lampade a LED con riflettore incorporato ed attacco G53, 12 V scelte nell’esempio (doc. PHILIPS, edizione 2014)


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Figura 6.11. Risultati ottenuti con un software di calcolo illuminotecnico impiegando le lampade identificate con il calcolo manuale



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6.5. ESEMPIO 4 – L’illuminazione di una camera d’albergo Lo studio, effettuato nel 2009, anno della ristrutturazione totale dell’hotel, si proponeva di individuare la miglior soluzione sia da un punto di vista illuminotecnico, sia da un punto di vista economico per l’illuminazione delle 32 camere per gli ospiti di un hotel in una nota località sciistica alpina. È stata presa in esame la camera campione e sono state valutate differenti soluzioni, fino a giungere a quella ideale che prevedeva un impianto misto con apparecchi per lampade fluorescenti laddove ci fosse bisogno di luce diffusa, ed apparecchi a LED per l’illuminazione puntuale.

Figura 6.12. La camera campione di un hotel situato in una località sciistica sulle Alpi italiane oggetto dello studio del progetto illuminotecnico


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6.5.1. Descrizione dell’impianto L’impianto è stato così configurato, in stretta collaborazione con l’architetto/interior designer e la committenza: –– LUCE GENERALE AMBIENTE data da: –– illuminazione indiretta camera, mediante lampade lineari poste sopra il portale del letto e sopra la scrivania; –– illuminazione indiretta bagno, mediante lampade lineari poste sopra la specchiera; –– un’applique con luce DIRETTA-INDIRETTA posta sulla parete sopra il divano. –– LUCE FUNZIONALE per lo svolgimento dei vari compiti visivi (leggere, cura personale, ecc.), data da: –– un apparecchio orientabile ad incasso sopra la scrivania; –– due applique con luce diffusa ai lati della specchiera del bagno; –– tre lampade da lettura con braccio snodato per i comodini e tavolino a fianco del divano. –– LUCE D’ACCENTO per dare brillantezza e rendere dinamico lo spazio, data da: –– tre piccoli apparecchi ad incasso per i comodini e il tavolino a fianco del divano; –– un apparecchio a plafone nello spigolo della doccia. 6.5.2. Scenari luminosi Secondo le richieste della committenza sono stati ipotizzati 4 scenari luminosi in relazione alle diverse esigenze degli ospiti durante l’arco della giornata. Tali scenari tengono conto dei livelli minimi di illuminamento raccomandati e delle gerarchie di luminanze che rendessero l’ambiente confortevole e allo stesso tempo vivace. Le figure che seguono (6.13÷6.15) illustrano i primi 3 scenari ipotizzati con le parzializzazioni previste per i centri luminosi; lo scenario Notte non riportato nelle figure, è limitato alla accensione al 30% della sola illuminazione indiretta della specchiera del bagno.

Figura 6.13. Lo SCENARIO WELCOME. Arrivo in camera, scenario di benvenuto: sono accese tutte le lampade per luce indiretta della camera, l’applique sopra il divano, l’applique sopra la porta d’ingresso, tutti gli apparecchi per luce d’accento (spot); tutte le lampade del bagno



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Figura 6.14. Lo SCENARIO RELAX. Scenario pomeridiano, per rilassarsi o per fare una doccia o un bagno caldo: sono accese le lampade per luce indiretta della camera e l’applique sopra il divano, regolate ad una certa percentuale del flusso emesso e le lampade da lettura; la lampada per luce indiretta del bagno, regolata ad una certa percentuale del flusso emesso e la luce d’accento nella doccia

Figura 6.15. Lo SCENARIO SERALE. Scenario per la sera prima di coricarsi: sono accese le lampade per l’illuminazione indiretta sopra il letto, regolate ad una certa percentuale del flusso emesso, l’applique sopra la porta e le lampade da lettura; la lampada per luce indiretta del bagno, regolata ad una certa percentuale del flusso emesso


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6.5.3. Calcolo degli oneri di energia Per il calcolo degli oneri energetici è stata ipotizzata un’accensione annua degli scenari diurni (welcome, relax, serale) di 1369 ore1 a camera, cui vanno aggiunte 2520 ore/anno di accensione per il solo scenario “NOTTE”. Pertanto le camere rimarranno accese per gli scenari diurni mediamente per 4,346 ore al giorno così ripartite: –– 2 ore con lo scenario “WELCOME” – corrispondenti a 630 ore/anno; –– 2 ore con lo scenario “RELAX” – corrispondenti a 630 ore/anno; –– 0,346 ore con lo scenario “SERALE” – corrispondenti a 109 ore/anno; e per lo scenario “NOTTE”: 8 ore, corrispondenti a 2520 ore/anno: 8 (365-50). In base alla tariffa2 di fornitura di energia elettrica ipotizzata, si avrà: –– una QUOTA FISSA pari a 129,36 €/anno; –– un CORRISPETTIVO DI POTENZA IMPEGNATA pari a 27,30 €/kW anno; –– un PREZZO UNICO DELL’ ENERGIA pari a 0,14 €/kWh. La tabella 6.1 riporta le potenze installate per tutte le 32 camere degli ospiti divise per scenari. Tabella 6.1. Riepilogo della potenza installata per le camere degli ospiti Potenza complessiva installata per 32 camere kW 9,32

1

Potenza installata a camera per lo scenario WELCOME kW 0,2842

Potenza installata a camera per lo scenario RELAX kW 0,115

Potenza installata a camera per lo scenario SERALE kW 0,0534

Potenza installata a camera per lo scenario NOTTE kW 0,014

Il dato di 1369 ore/anno è stato calcolato considerando che annualmente in Italia si hanno 4000 ore di buio; a queste ore sono state aggiunte le ore in cui la luce naturale che penetra all’interno degli ambienti produce un illuminamento inferiore a 100lx, che per un fattore di luce diurna di circa il 2% (media tra i fattori di luce diurna della aree più o 100 = 5000 lux in esterno. meno prossime alle superfici finestrate) corrispondono a 0,02 Dato che la luce naturale impiega 41,7 minuti ogni mattino per passare da 5 lx a 5000 lx e 41,7 minuti alla sera per passare da 5000 lx a 5 lx, alle 4000 ore vanno aggiunte: 41,7 ⋅ 2 ⋅ 365 gg ≅ 507 ore 60 min

2

Alle 4507 ore così ottenute vanno sottratte le ore di sonno annue (circa 8 ore per notte), in cui ho la sola accensione dello scenario “NOTTE”, e sottratte le ore dei giorni di chiusura (circa 50 giorni l’anno, nei mesi di maggio e ottobre-novembre): 365− 50 gg 4507 − 8 ore ⋅ 365 gg − ≅ 1369 ore / anno 365 gg che corrispondono a circa 4,346 ore/giorno. Questo valore è stato quindi impiegato per il calcolo degli oneri energetici e di manutenzione considerando l’Hotel sempre completo per tutti i giorni di apertura che compensa le minori e maggiori ore di accensione giornaliere dei diversi utenti. La tariffa ENEL di riferimento è la BTA6 per fornitura oltre i 16,5 kW – dati relativi all’anno 2009 a) Componenti della tariffa base oltre 16,5 kW b) Componenti A e UC e MCT oltre 16,5 kW

Quota fissa €/anno 70,905600 €/anno 58,456400

Corrispettivo di potenza impegnata €/kW anno 27,302600 €/kW/anno 0,000000

Prezzo unico dell’energia €/kWh 0,113370 €/kWh 0,025940



L’energia prelevata annualmente è pertanto di:

32 ⋅ ⎡⎣(0,2842 + 0,115) ⋅ 630 + 0,0534 ⋅109 + 0,014 ⋅ 2520⎤⎦ = 9363 kWh ed il relativo onere:

Oel = 129,36€ / anno + 27,30€ / kWanno ⋅ 9,32 kW + +0,14 € / kWh ⋅ 9363 kWh = 1694,62 € / anno


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100


6.6. ESEMPIO 5 – L’illuminazione di un ufficio Consideriamo l’esempio della figura 6.16, un ufficio illuminato da due file di apparecchi ad un lampada fluorescente lineare da 49 W con flusso di 4375 lm, la cui indicatrice luminosa nei piani longitudinali alla lampada è di tipo lambertiano (vedi curva tratteggiata) e l’intervallo fra due centri successivi è di 40 cm, quindi ben inferiore ad un terzo della distanza fra la fila e le scrivanie. In questo caso si può utilizzare l’espressione (9) per calcolare l’illuminamento sul punto P di una delle scrivanie centrali.

Figura 6.16. L’illuminazione di un ufficio con centri luminosi disposti ai lati delle scrivanie per una percezione nitida dei compiti visivi da ufficio

Consideriamo l’illuminamento diretto prodotto dalla fila di apparecchi A. L’intensità luminosa letta sul diagramma polare nel piano C0 per un angolo di emissione:


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α A = tan −1

1,60 = 40,1° 1,90

vale: I Arelativo = 320cd / klm poiché l’emissione della lampada è pari a 4375 lm (ossia 4,375 klm), l’intensità in candele è: I A = 320 ⋅ 4,375 = 1400cd L’intensità media emessa dalla fila per ogni metro risulterà: I A (1m) =

1400 = 737cd / m 1,90

essendo 1,90 m l’interdistanza fra gli apparecchi lungo la fila (1,50 + 0,40 = 1,90 m). Con lo stesso procedimento calcoliamo ora l’intensità emessa su P dai centri della fila B: α B = 45° ⇒ I B = 180 ⋅ 4,375 = 788cd ⇒ I B (1m) =

788 = 415cd / m 1,90

L’illuminamento diretto (prodotto dalle due file di centri) in P risulterà, dalla (9): E dir. P =

I A (1m) πcos 2 γ A + I B (1m) πcos 2 γ B 2h

=

737 ⋅ πcos 2 40,1° + 415⋅ πcos 2 45° = 528lux 2 ⋅1,9

essendo in questo caso gli angoli di emissione uguali agli angoli di incidenza (angoli alterni-interni fra due rette parallele), pertanto: αA = γA e αB = γB. L’illuminamento indiretto (prodotto dalle interriflessioni), risulta dalla (14): E ind.

P

=

Φe 1 26250 0,51 ⋅ = ⋅ = 165lux ΣS 1− ρ 165,6 1− 0,51

essendo: Φe il flusso entrante nel locale, ossia il flusso emesso dagli 8 apparecchi presenti nel locale; si intende perciò il flusso emesso dalle lampade nude installate moltiplicato per il rendimento degli apparecchi, che è pari a 0,75 (Φe = Φ · η = 8 · 4375 · 0,75 = 26250); ρ la media ponderata dei fattori di riflessione di tutte le superfici del locale, calcolata come segue: ρ=

ρ f ⋅ S f +ρc ⋅ Sc +ρw ⋅ S w +ρg ⋅ S g

∑S

ρf · Sf = ρ del pavimento moltiplicato per l’area S del pavimento;


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ρc · Sc = ρ del soffitto moltiplicato per l’area S del soffitto; ρw · Sw = ρ delle pareti moltiplicato per l’area S delle pareti; ρg · Sg = ρ della fascia continua di finestre moltiplicato per l’area S della fascia stessa; Σ S sommatoria di tutte le superfici del locale.

ρ=

0,7 ⋅5⋅ 9 + 0,2 ⋅5⋅ 9 + 0,7 ( 2 ⋅5+ 9) 2,7 + 0,7 ⋅ 9 (1+ 0,2) + 0,1(1,5⋅ 9) 2 ⋅5⋅ 9 + 2 (5+ 9) 2,7

= 0,51

L’illuminamento totale in P è dato pertanto dalla somma della componente diretta e di quella indiretta: E P = E dir.

P

+ E ind.

P

= 528+165 = 693lux

Nelle due scrivanie più lontane, l’illuminamento risulterà un po’ inferiore, ma sempre ad un livello soddisfacente per un’attività generica d’ufficio.



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6.7. ESEMPIO 6 – L’illuminazione di una biblioteca Si possono individuare due distinti compiti visivi in una biblioteca: quello di colui che cerca un libro dagli scaffali e quello del lettore al suo tavolo (vedi figura 6.17).

Figura 6.17. L’illuminazione di uno scaffale e di un tavolo da lettura in una biblioteca, con apparecchi a LED di cui sono riportate le ripartizioni delle intensità luminose in forma polare

Nel primo caso, si richiede un illuminamento minimo, nella parte bassa della libreria di circa 150 lux sul piano verticale; si può ricorrere ad un’illuminazione wall-washer, di cui si è accennato in precedenza, consistente nell’illuminare lo scaffale con centri posti ad una quota pari o superiore alla sommità della stessa e da essa adeguatamente distanziati. Questi centri possono essere incassati nel plafone, oppure sospesi al plafone, oppure installati a mensola sullo stesso scaffale. Essi possono essere lineari con lampade fluorescenti, oppure, preferibilmente, con lampade a LED, per l’ottimo controllo del flusso luminoso che i LED consentono e per il loro


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contenuto costo di gestione. Ipotizzando di installare apparecchi a binario alla distanza di circa 1m dal piano verticale della libreria, si può notare dalla figura 54 che l’apparecchio wall-washer da utilizzare dovrà avere un angolo di asimmetria di circa 25°, per poter illuminare con la massima intensità la parte bassa della libreria. Si prevede di impiegare gli apparecchi a LED Pantrac con ottica wall-washer della ERCO, disponibili nella versione da 12 e 24 W, rispettivamente con flusso di 1140 e 2280 lumen. Si procede calcolando l’intensità necessaria per raggiungere un illuminamento puntuale di 150lux sul piano verticale della parte bassa della libreria. Dalla (8), ricaviamo l’intensità a 25°: I 25° =

E ⋅ h 2 150 ⋅12 = = 1987 cd cos 3 γ cos 3 65°

dove γ è l’angolo di incidenza sulla superficie verticale della libreria: 90° – 25° = 65°. Dal grafico polare della distribuzione delle intensità luminose (vedi figura 6.17), ricaviamo l’intensità a 25° pari a 740 cd/klm. Utilizzando l’apparecchio da 12 W, con flusso di 1140 lumen avremo: I25° = 740 · 1,14 = 843,6 cd, valore troppo basso paragonato a quanto richiesto. L’apparecchio da 24 W al contrario, soddisfa le richiesta avendo un flusso doppio rispetto alla versione da 12W, e quindi una I25° = 1687 cd valore molto prossimo a quanto richiesto. Nel secondo caso (l’illuminazione ai tavoli), sono richiesti circa 300 lux medi; gli apparecchi dovranno essere perfettamente schermati al di sopra dell’orizzontale, avere un fascio di luce contenuto in una ventina di gradi, per illuminare soltanto l’area di lettura; appare anche qui l’utilità di ricorrere ad una barretta di LED, per l’alta concentrazione del flusso luminoso richiesta e per le dimensioni contenute dell’apparecchio, facilmente celabile nell’elemento divisorio al centro del tavolo da lettura. Si ipotizza di utilizzare, per ciascun lato del tavolo, un apparecchio a LED Twiggy di DGA, la cui distribuzione delle intensità è riportata in figura 6.17. La barra da 1 m ha un flusso di 482 lumen e una potenza di 20W. Si procede quindi verificando che tale flusso sia compatibile con la geometria dell’impianto, calcolando il flusso da installare, ipotizzando di illuminare una fascia di tavolo larga 40 cm e lunga 100, e confrontandolo con quello dell’apparecchio in esame. Dalla (7) si calcolerà: Φ=

E medio ⋅ S 300 ⋅ 0,4 = = 444 lm UF ⋅ M 0,3⋅ 0,9

Dove: M è il fattore di manutenzione, supposto pari a 0,9 nell’ipotesi di utilizzare sorgenti LED; UF è il fattore di utilizzazione, supposto pari a 0,3 dato che l’apparecchio ha un angolo di apertura nel piano C0 di circa 40°, ma per la fascia di tavolo che si vuole illuminare sarebbero sufficienti circa 25°; S è la superficie da illuminare ossia la fascia di tavolo larga 40 cm e lunga 100, in m2. Per ottenere 300 lux medi sulla fascia di tavolo sono pertanto richiesti 444 lumen, ne consegue che l’apparecchio scelto, avendo un flusso di 482 lumen, risulta idoneo ad essere utilizzato in tale impianto.



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6.8. ESEMPIO 7 – L’illuminazione di un ristorante Un obiettivo essenziale per la maggioranza dei casi è quello di creare delle isole luminose in corrispondenza di ogni tavolo, in modo da assicurargli per quanto possibile intimità e riservatezza. L’illuminazione dovrebbe riguardare soprattutto il piano dei tavoli e in secondo luogo il viso dei commensali, con un illuminamento variabile da poche decine di lux, quale si può conseguire con una lampada a centro tavola, posta poco sopra il suo piano, a non oltre qualche centinaio di lux, nei casi di ristoranti destinati a banchetti importanti. Differenziare l’illuminamento sui tavoli da quello dello spazio tra i tavoli, con la collocazione delle lampade solo in corrispondenza dei tavoli, richiede in genere che il loro posizionamento rimanga inalterato, situazione peraltro poco frequente (figura 6.18); si può ricorrere all’impiego di centri luminosi mobili, da collocare o da spostare sui tavoli (figura 6.19); in questo caso, si possono utilizzare delle semplici candele oppure delle piccole abatjour a centro tavola alimentate con batteria, che vengono messe in carica nelle ore di chiusura dell’esercizio.

Figura 6.18. Ristorante Guido, Pollenzo. L’illuminazione del salone principale dove l’accento è posto sui tavoli e sulle sole superfici di lavoro (doc. Studio Metis Lighting, foto di Leo Torri)


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Figura 6.19. L’illuminazione dei tavoli di un ristorante con centri luminosi mobili collocati sui tavoli

Si può pure prevedere un’illuminazione generale per tutta l’area, con un illuminamento appena necessario per l’attività del personale – ad esempio 150-200 lx, per le attività di pulizia e manutenzione, adeguatamente ridotto nelle ore di apertura – ed integrata dall’illuminazione per ciascun tavolo come sopra ipotizzato. L’illuminazione generale è opportuno riguardi soprattutto il piano di calpestio e i piani di lavoro – quindi attuata con ottiche di limitata apertura – oltre agli eventuali elementi di rilievo del locale (quadri, fiori, elementi architettonici, ecc.), lasciando in secondo piano tutto il resto, per l’effetto “isola” in cui ogni gruppo conviviale possa sentirsi inserito.



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6.9. ESEMPIO 8 – L’illuminazione della lavagna in un’aula scolastica Per la leggibilità della lavagna, occorre che essa sia sufficientemente illuminata e sia priva dei riflessi indotti dalla luce. La possibilità di utilizzare la luce naturale per la sua illuminazione è, nella maggior parte dei casi, contrastata dalla presenza dei suoi fastidiosi riflessi che ne rendono difficoltosa la leggibilità. Se esaminiamo la figura 6.20, la lavagna del primo disegno è nelle migliori condizioni per ricevere la luce naturale dalle finestre; ma se costruiamo il volume d’offesa per il generico osservatore A (lo spazio campito in grigio), constatiamo che vi sono comprese le finestre: il loro bagliore si rifletterà sulla lavagna, ostacolandone la leggibilità. Nel secondo e terzo disegno della figura 6.4 la lavagna non ha più le finestre nel suo volume d’offesa (per l’osservatore B, situato nella posizione più sfavorevole a tali effetti); ma riceve scarsa luce naturale e necessita di una idonea illuminazione artificiale.

Figura 6.20. Nella posizione e con l’orientamento rappresentato nel disegno 1, la lavagna per l’osservatore A, ha nel suo volume d’offesa gran parte delle finestre (il cui bagliore si riflette specularmente sulla lavagna); in condizioni analoghe all’osservatore A si trovano tutti gli altri possibili fruitori dell’aula. Nei disegni 2 e 3 le finestre non compaiono nel volume d’offesa per l’osservatore B (quello situato nella posizione peggiore per tali aspetti), ma la lavagna riceve poca luce naturale e va dotata di una luce dedicata

Questa è normalmente realizzata con una lampada fluorescente lineare installata alla sommità della lavagna, appena sporgente rispetto il suo piano; in tal modo essa illumina soltanto la fascia più alta della lavagna. Per ottenere un buon risultato, occorrerebbe: o collocare la lampada fluorescente, munita di un riflettore che concentri il suo fascio luminoso sulla lavagna, in posizione più discosta dal piano della lavagna (almeno una ventina di centimetri sia dal piano e sia dal suo lato superiore, per i formati di lavagna più comuni), oppure, se si vuole mantenere la compattezza dell’insieme lavagna-lampada e ottenere un’illuminazione ancora meglio distribuita, sostituire la lampada fluorescente con una barra di LED muniti di lente concentrante (intorno ai 5°, possibilmente), puntati sul bordo inferiore della lavagna.


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6.10. ESEMPIO 9 – L’illuminazione di una scaffalatura in un negozio Si vogliano illuminare delle mensole disposte lungo una parete espositiva di un negozio, con un illuminamento di circa 1000 lux sul piano orizzontale al centro di ogni mensola, impiegando semplici StripLED (sottili nastri flessibili o rigidi su cui sono fissate ed elettricamente connesse sorgenti LED disposte in fila) facilmente reperibili in commercio. Si vogliono considerare due casi: –– il primo in cui le mensole vadano progettate ad hoc, per integrare i corpi illuminanti in posizione invisibile ad ogni osservatore; –– il secondo in cui i corpi illuminanti siano agganciati a mensole esistenti. Data la vicinanza tra le sorgenti ed il piano da illuminare, si ipotizza di utilizzare StripLED senza lenti, per le quali quindi le singole sorgenti LED abbiano emissione lambertiana (vedi figura 6.21). Le StripLED vengono vendute con interdistanza tra i singoli LED che compongono la fila che va da 1 a 10 cm circa; se consideriamo la geometria di progetto possiamo assumere che la StripLED così posizionata sia una sorgente lineare supposta infinita (per qualunque StripLED che andrò ad installare, lo spazio vuoto tra le sorgenti sarà sempre minore di 1/3 la distanza a cui vado a calcolare l’illuminamento e la distribuzione delle intensità luminose delle singole sorgenti sarà di tipo lambertiano lungo la fila).

Figura 6.21. Schemi di installazione dei moduli StripLED per l’illuminazione di mensole


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Si procede calcolando l’intensità che un metro di StripLED dovrà emettere per ottenere 1000 lux al centro di ogni mensola. Dalla (9) si ottiene: I (1m) =

2h ⋅ E P 2 ⋅ 0,3⋅1000 = = 222 cd / m πcos 2 γ πcos 2 21,8°

Dove: Ep è l’illuminamento puntuale richiesto al centro della mensola; γ è l’angolo di incidenza, calcolato come segue: γ = tan −1

0,12 = 21,8° 0,3

Dato che i costruttori delle StripLED forniscono sui loro cataloghi il flusso totale emesso da ogni strip di lunghezza definita, per poter scegliere la StripLED idonea alla nostra installazione dovremmo calcolare il flusso al metro necessario per ottenere l’intensità al metro precedentemente calcolata.

CASO 1 – L’intensità rivolta verso P coincide con l’Intensità massima emessa dalla sorgente. Dalla (5) possiamo facilmente passare dall’intensità massima al flusso emesso di una sorgente lambertiana, pertanto: Φ (1m ) = π I (1m)

Φ = π I max ⇒

max

= π ⋅ 222 = 697 lm / m

CASO 2 – L’intensità rivolta verso P si discosta di un angolo α dalla verticale dove è indirizzata l’Intensità massima emessa dalla sorgente. Dalla (4) ricaviamo pertanto l’intensità rivolta verso P: I = I max cosα⇒ I max =

I (1m) I 222 = I (1m) = = = 239 cd / m max cosα cos 21,8° cosα

essendo γ = α (angoli alterni-interni fra due rette parallele). A questo punto calcoliamo, analogamente a quanto fatto per il caso 1, il flusso al metro necessario per ottenere i 1000 lux richiesti. Φ (1m) = π ⋅ 239 = 751 lm / m Dovremmo pertanto scegliere tra le StripLED disponibili sul mercato quella che assicurerà un flusso di circa 700 lm/m, come ad esempio il LINEARlight Flex ShortPitch della OSRAM (vedi figura 6.22, p. 110), che nella versione da 2700 o 3000 K ha un flusso di 780 lm/m.


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Figura 6.22. Stralcio di catalogo dei dati forniti per la tipologia di StripLED scelta nell’esempio (doc. OSRAM, edizione 2013).


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6.11. ESEMPIO 10 – Integrazione fra luce artificiale e luce naturale È possibile calcolare il risparmio di energia elettrica conseguibile annualmente utilizzando apparecchi d’illuminazione il cui flusso luminoso sia regolato in funzione della luce diurna. Consideriamo il terzo esempio più sopra considerato (l’ufficio di figura 6.16, p. 100), in cui ambedue le file di apparecchi contribuiscono all’illuminazione dei posti di lavoro. La potenza di ogni centro, che utilizza una lampada fluorescente da 49 W, comprensiva delle perdite nell’alimentatore elettronico parzializzabile, è di 54W. La potenza complessiva degli 8 centri è dunque: PTOT = 8·54 = 432 W. Supponiamo che il fattore di luce diurna per i posti di lavoro sia il 4% e che l’orario di accensione dell’impianto sia dalle 9 alle 17, corrispondente a circa 2020 ore annue. Abbiamo visto poco sopra che l’illuminazione naturale è sufficiente ad assicurare i 500 lx sulle scrivanie per il 66% del tempo e quindi per 0,66 · 2020 = 1333 ore/anno. Vediamo ora per quante ore la luce diurna è sufficiente a dare sulle scrivanie 400 lx; quindi per un illuminamento esterno di: 400 = 10000 lx 4% che sul diagramma (figura 6.23, p. 117), corrisponde, interpolando tra le due curve, al 77% dell’utilizzazione dell’ufficio e quindi a 0,77 · 2020 = 1555 ore/anno. Detraiamo quindi le 1333 ore in cui la luce naturale supera i 500 lux: 1555 – 1333 = 222 ore /anno per ottenere il numero di ore in cui la luce naturale assicura un illuminamento compreso tra 500 e 400 lux. Con lo stesso procedimento calcoliamo le ore annue in cui la luce naturale è compresa tra 400 e 300 lux, fra 300 e 200 lx e infine fra 200 e 100 lx, sulle scrivanie, ottenendo i risultati richiamati in tabella 6.2. 84%

300 = 7500 lx ⇒ 4% 89%

200 = 5000 lx ⇒ 4%

94%

100 = 2500 lx ⇒ 4%

0,84 ⋅ 2020 = 1697

−1555

ore ⇒ anno

0,89 ⋅ 2020 = 1798 ore / anno 0,94 ⋅ 2020 = 1899 ore / anno

142 ore / anno

−1697

⇒ −1798

⇒

101 ore / anno 101 ore / anno

Tabella 6.2. Esempio di calcolo dell’energia consumata in un caso d’impianto d’illuminazione che regola la sua emissione in funzione della luce naturale disponibile Illuminamento sulla scrivania da luce naturale Ep (lx)

Illuminamento corrispondente all’esterno E'p (lx)

500 400

12500 10000

Durata della luce naturale per Ep ≥ il valore della 1ª colonna (%) (ore) 66 1333 77 1555

Durata netta1 della luce naturale (ore) 1333 222 [segue]


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Illuminamento sulla scrivania da luce naturale Ep (lx)

Illuminamento corrispondente all’esterno E'p (lx)

300 200 100 0

7500 5000 2500 0

1

Durata della luce naturale per Ep ≥ il valore della 1ª colonna (%) (ore) 84 1697 89 1798 94 1899

Durata netta1 della luce naturale (ore) 142 101 101 119

Durata dell’illuminazione naturale per ottenere il valore della prima colonna, al netto della durata precedente.

Figura 6.23. Esempio di utilizzazione del diagramma di figura 1.16 per un punto di un locale con un determinato fattore di luce diurna e una determinata latitudine


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Quando la luce naturale è al di sotto dei 500 lux la luce artificiale dovrà contribuire con un massimo del 20% del suo flusso nominale: Flusso =

500 − 400 = 0,2⇒ 20% 500

mentre la potenza assorbita in percentuale sarà la media tra la potenza minima (13%) e la potenza al 20% di flusso che dal diagramma di figura 6.8 (p. 91) risulta essere pari al 29%: Potenza media =

13% + 29% = 21% 2

Al di sotto dei 400 lux: Flusso =

500 − 300 = 0,4⇒ 40% 500

Potenza media =

29% + 47% = 38% 2

Potenza media =

47% + 64% = 55% 2

Al di sotto dei 300 lux: Flusso =

500 − 200 = 0,6⇒60% 500

Al di sotto dei 200 lux: 500 −100 = 0,8⇒80% 500

Potenza media =

64% + 82% = 73% 2

Al di sotto dei 200 lux: Flusso = 100%

Potenza media =

82% +100% = 91% 2

Si può ora calcolare l’energia consumata nell’anno: Pannua =

432 (1333⋅ 0,21+ 222 ⋅ 0,38+142 ⋅ 0,55+101⋅ 0,73+101⋅ 0,91) 1000

= 263 kWh

Risulta un consumo annuale di 263 kWh, che può essere messo a confronto con il consumo di energia senza il contributo della luce naturale: P 100% luce artificiale

annua =

432 ⋅ 2020 = 873 kWh 1000

anche se una certa utilizzazione della luce naturale potrà aversi pure in assenza di una regolazione automatica dell’impianto d’illuminazione.


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Figura 6.24. Diagramma della potenza assorbita dall’insieme alimentatore dimmerabile-lampada fluorescente in funzione del flusso luminoso emesso (doc. OSRAM)



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6.12. La verifica del progetto con i programmi di calcolo Definito di massima il progetto dell’impianto, occorre nella generalità dei casi impostare il calcolo di verifica a mezzo di un programma di calcolo, di cui esistono diverse edizioni, talune scaricabili gratuitamente direttamente sul proprio PC. Il ricorso al calcolo mediante software consente di affinare il progetto di massima e di ottenere alcuni parametri del progetto difficilmente ottenibili con il calcolo manuale, quali la precisa distribuzione della luce nel locale o nell’area di lavoro, l’uniformità dell’illuminamento, l’indice di contenimento dell’abbagliamento UGR. Un buon programma di calcolo è in grado inoltre di fornire il fattore di luce diurno per ogni punto di un locale, nonché un discreto rendering del locale illuminato, da luce naturale o artificiale, con il quale si può avere un’idea del risultato ottenuto. Il ricorso a software per il calcolo è infine indispensabile per ottenere la distribuzione dell’illuminamento sulle superfici, come ad esempio sui dipinti, nei casi assai frequenti in cui non si debbano superare i valori limiti fissati dalle raccomandazioni a tutela della buona conservazione delle opere. Vediamo ora uno degli esempi sopra esposti (Esempio 5 – Illuminazione di un ufficio, p. 100), e verificheremo i calcoli manuali con uno dei tanti programma di calcolo disponibili sul mercato. In questo caso usiamo il software gratuito DIALux3. Nell’esempio sono stati utilizzati degli apparecchi per lampade fluorescenti della Philips, pertanto dovremmo scaricare e installare prima di procedere alla verifica, anche il plug-in delle fotometrie degli apparecchi (Philips Product Selector)4. Una volta installato DIALux, al primo avvio si aprirà la seguente schermata, da cui è possibile selezionare la tipologia di impianto con cui iniziare a progettare.

3 4

DIALux è disponibile nella sezione download della pagina web http://www.dial.de/DIAL/it/home.html http://www.lighting.philips.it/connect/tools_literature/lighting_application_software.wpd


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Andremo quindi a selezionare nella finestra iniziale “Nuovo progetto di interni” per poter inserire i dati del locale da considerare.

Nella nuova schermata che si aprirà, nella parte sinistra, troviamo l’area del “Manager di Progetto”. Nella scheda “Progetto” vi è “l’Editor locale” dove è possibile modificare i dati geometrici della stanza. Andremo ad inserire quindi manualmente i seguenti dati: Lunghezza 9 m, Larghezza 5 m, Altezza 2,7 m dando conferma facendo click sul pulsante OK.



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Se volete visualizzare la stanza nella sua interezza o per poter passare dalla vista in pianta alle viste laterali o a quella tridimensionale del locale così dimensionato potete utilizzare i pulsanti presenti nella barra degli strumenti “Visualizza” . Passiamo ora a selezionare gli apparecchi che vogliamo impiegare. Nell’area “Manager di progetto” passiamo alla scheda “Selezione Lampade” dove vi è l’elenco dei Plug-in delle fotometrie installate.

In tale lista dovremmo trovare l’icona “Philips”, se il Philips Product Selector è stato scaricato ed installato correttamente. Facciamo quindi doppio click su Philips per accedere al database delle fotometrie. Nella finestra che si aprirà andremo a selezionare l’apparecchio per interni con codice famiglia TBS298, da selezionare nell’elenco a cascata.

Andremo quindi a scegliere la lampada 1xTL5-49W e l’ottica M6 e faremo click sul pulsante “aggiungi” per inviare la fotometria alla banca dati delle lampade utilizzate di DIALux.


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Possiamo quindi chiudere il Philips Product Selector e tornare alla scheda “Progetto” dell’area “Manager di progetto”, dove troveremo in elenco la fotometria appena aggiunta. Per inserire le lampade nel locale andremo a selezionare dal “Menu principale” “Inserisci” – “Disposizione Lampade” – “Disposizione in campo”.



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Sempre nell’area “Manager di progetto”, dovrebbero apparire in alto, tre sezioni: “Lampada” “Montaggio” e “Disposizione”. Nella sezione “Lampada”, troviamo la fotometria appena importata; se così non fosse, possiamo sempre selezionarla nel menu a tendina a destra della scritta “Lampade:”

Passiamo ora alla sezione “Disposizione” per selezionare la tipologia di disposizione “Centro lampada centro lampada” che ci semplificherà il posizionamento degli apparecchi.

Passiamo quindi alla sezione “Montaggio”, dove andremo ad inserire i dati sotto indicati e daremo conferma facendo click sul pulsante “inserisci”.


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Nell’area di progetto dello schermo dovranno apparire le due file di apparecchi, come mostrato qui sotto nella vista in pianta ed in quella tridimensionale.

Prima di procedere al calcolo dobbiamo ancora inserire le caratteristiche di riflessione delle superfici del locale, ed inserire la finestra presente su uno dei due lati lunghi dell’ufficio.



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Sempre dal “Manager di progetto”, nella scheda “Progetto” passiamo ora ad inserire le caratteristiche di riflessione delle superfici del locale, avendo cura di selezionare nel menu a cascata, “Locale 1”. Facendo click sulla piccola freccia a lato della sezione, potremmo accedere alla scheda “Superfici locale” dove andremo ad inserire i valori di riflessione sotto indicati.

Andiamo ora a posizionare l’ampia finestra presente sulla parete nord della vista planimetrica. Nel “Manager di progetto” passiamo alla Scheda “Oggetti” ed andiamo a selezionare “Finestre e Porte” nella scheda che apparirà.

Facendo click sull’icona “Finestra” nell’area di “Anteprima” che apparirà a lato del “Manager di Progetto”, potremo inserire i dati dimensionali della finestra, come mostrato di seguito.


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A questo punto possiamo inserire la finestra direttamente nel locale, trascinando l’icona Finestra (tenendo premuto il pulsante sinistro del mouse, dall’“Anteprima” al centro della parete nord nella vista planimetrica. La finestra è ora inserita correttamente.



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È ora possibile far partire il calcolo andando a selezionare l’icona a forma di calcolatrice nella barra degli strumenti “calcolo” e dando conferma con il pulsante OK nella finestra che si aprirà.

Alla fine del calcolo nella finestra 3D apparirà una visualizzazione in sfumature di grigio del locale illuminato.

Torniamo ora alla scheda “Progetto” del Manager di Progetto; sarà ora possibile passare alla vista in falsi colori degli illuminamenti su tutte le superfici del locale, facendo click sul pulsante a forma di sfera colorata nella barra degli strumenti “Strumenti ausiliari” . La scala degli illuminamenti in falsi colori può essere modificata a piacimento direttamente nel “Manager di Progetto”, avendo cura di dare conferma con il pulsante “Applica”.


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Infine per visualizzare in maniera più precisa la distribuzione degli illuminamenti sulle varie superfici, selezioniamo la scheda “Output”, l’ultima nella parte bassa del “Manager di progetto”. Scorrendo la lista troveremo tutti i risultati visualizzabili per le varie superfici del locale. Facendo doppio click sulla scritta “Grafica dei Valori (E)” per la Superficie Utile, andremo a visualizzare gli illuminamenti su un piano ipotetico (quello delle scrivanie) a quota 0,85m dal pavimento, e i dati di Illuminamento medio, minimo, massimo e di uniformità (Emin/Em).


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I valori qui calcolati tengono conto di un fattore di manutenzione, che il software imposta automaticamente pari a 0,8. Se consideriamo quindi l’illuminamento massimo, che il software ha calcolato (501 lux) e lo dividiamo per tale fattore, otteniamo l’illuminamento in un punto al centro delle due file (dove si suppone ci sia l’illuminamento massimo) ad impianto nuovo: 501 = 626 lux 0,8 Valore che non si discosta di molto da quanto calcolato manualmente nell’esempio 3 sul punto P della scrivania (Ep = Edir.P + Eind.P = 693 lux ad impianto nuovo).


126 CAPITOLO 7

CENNI DI ELETTROTECNICA

L’impianto elettrico per l’alimentazione dei centri luminosi è composto essenzialmente da: –– quadro elettrico, posto subito a valle del gruppo di misura per la telelettura dei consumi d’energia; –– dalla linea o dalle linee elettriche che raggiungono: nei casi più semplici, i centri luminosi che possono accendersi e spegnersi a gruppi; oppure, nei casi di una certa complessità, i sottoquadri, da cui partono le linee che a loro volta, alimentano i gruppi di centri come sopra. Il frazionamento delle linee garantisce la sicurezza dell’esercizio, dato che il guasto su una delle linee non si ripercuote sul servizio delle altre linee. Lo schema può essere molto semplificato, alimentando con la stessa linea non solo i centri che possono andare in servizio a gruppi, ma al limite tutti i centri (o meglio pochi gruppi di centri che limitino l’estensione di un guasto e il conseguente disagio per gli occupanti dei locali). I singoli centri o i gruppi con la stessa accensione vengono poi attivati mediante una linea di comando (cosiddetto bus), che manda gli impulsi per l’accensione, lo spegnimento e se necessario per la modulazione dell’emissione luminosa, mediante codici numerici personalizzati, a ciascun ricevitore installato in corrispondenza dei centri o gruppi di centri. Quest’ultimo sistema ha il vantaggio di minimizzare il numero delle linee, limitandone l’ingombro e il costo. Il dimensionamento delle linee avviene in base alla corrente da trasportare. È prassi corrente equipaggiare tutti i centri luminosi con apparecchiature ausiliarie (trasformatori 230 Volt / 12 Volt, per le lampade ad alogeni, alimentatori per le lampade a scarica nei gas e driver per le lampade a LED) perfettamente rifasate, in modo da ridurli a carichi resistivi. In questo caso, la corrente I (in Ampére, A) assorbita da un centro o da un gruppo di centri della potenza complessiva di P (in watt) è pari a: I=

P V

dove V è la tensione della linea (in Volt): che è pari a 230 V, se la linea è monofase (composta da una fase, il neutro, oltre al conduttore di terra, di protezione, impiegata per l’alimentazione di un numero limitato di centri e lunghezze limitate di linea); è pari a 690 V se la linea è trifase. Come si vede, la corrente è direttamente proporzionale alla potenza ed inversamente proporzionale alla tensione. Nel caso si alimentino lampade a bassissima tensione (generalmente a 12 V), la corrente è elevata, anche per potenze minime. Consideriamo ad esempio una linea con solo una decina di lampade ad alogeni dicroiche da 50 W (vedi tabella 3.2, p. 6). La corrente assorbita è: I=

10 ⋅50 W = 41,7 A 12 V


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7. CENNI DI ELETTROTECNICA

Poiché un conduttore di rame può portare all’incirca non più di tre Ampére per ogni millimetro quadrato, una tale corrente richiederebbe una sezione di: ∅ conduttori =

41,7 = 14 mm 2 3

cioè 16 mm2 nella serie disponibile commercialmente. Per alimentare un carico irrisorio di 500 W, occorrerebbe una linea con tre conduttori da 16 mm2 (fase, neutro e terra), evidentemente sproporzionata. Questa decina di lampade non potrebbe nemmeno essere alimentata da un binario a bassissima tensione, i cui conduttori hanno generalmente una sezione di 6÷9 mm2. I centri a bassissima tensione vengono pertanto generalmente alimentati con una linea alla tensione di rete (230 V), interponendo in corrispondenza di ogni centro o piccoli gruppi di centri un trasformatore 230 V / 12 V di potenza adeguata al carico da alimentare; se il trasformatore alimenta ogni singolo centro, esso è alloggiato al suo interno e fa parte dell’apparecchio. L’alimentazione con linea a 12 V è quindi limitata a gruppi di centri della potenza complessiva dell’ordine di 250 W (5 centri da 50 W, ad esempio), di limitata estensione, e realizzata con binario a 12 V. L’uso di linee a 12 V va limitata non solo per motivi termici (il riscaldamento del conduttore), ma anche e soprattutto per la dispersione di energia che ne deriva (le perdite in calore) e per la caduta di tensione che avviene lungo la linea, che fa sì che la tensione d’alimentazione delle lampade più lontane dal punto di partenza della linea si abbassa, con conseguente alimentazione precaria di queste lampade.


128 CAPITOLO 8

ILLUMINAZIONE D’EMERGENZA

L’illuminazione d’emergenza deve assicurare condizioni di visibilità sufficienti alle persone presenti in un locale per non correre pericoli nel caso di mancanza improvvisa di illuminazione (ad esempio per un guasto all’impianto elettrico). Questi pericoli potrebbero derivare dalle condizioni dell’ambiente in cui esse si trovano per la presenza di ostacoli, macchine in movimento o discontinuità sul pavimento; in questo caso è necessaria un’illuminazione di riserva. Oppure i pericoli potrebbero derivare dalla difficoltà di raggiungere le vie d’uscita; e in tal caso occorre un’illuminazione di sicurezza. Nel primo caso, l’illuminazione deve garantire la sicurezza del personale che opera nel locale, con livelli e durate dipendenti dal tipo della lavorazione. Per il secondo caso, la legge1 precisa gli ambienti per i quali è richiesta l’illuminazione di sicurezza: sono gli ambienti in condizioni di criticità per: –– la loro dislocazione: gli edifici di civile abitazione alti oltre 24 m; gli ascensori; –– la loro ampiezza e densità di affollamento: locali di pubblico spettacolo con capienza di almeno 100 persone, alberghi e pensioni con oltre 25 posti letto, scuole, locali commerciali con superficie di oltre 400 m2, stazioni ferroviarie, ospedali, ospizi, carceri; –– il loro alto valore: edifici monumentali o contenenti opere d’arte, collezioni, musei, biblioteche. L’illuminazione di sicurezza deve garantire il sicuro sfollamento dal locale in cui si verifica l’assenza d’illuminazione grazie ad una chiara segnaletica luminosa e alla sufficiente illuminazione del percorso da seguire. Le prescrizioni tecniche relative agli interventi da attuare sono contenute nelle Norme del Comitati Elettrotecnico Italiano n. 64-8, parte 7. I principali aspetti di tale normativa sono: –– l’illuminamento da assicurare negli ambienti e in corrispondenza delle vie d’uscita, normalmente dell’ordine dei 2 lx e di 5 lx, rispettivamente (da riscontrarsi orizzontalmente ad 1 metro dal suolo); –– la durata dell’illuminazione d’emergenza, normalmente di un’ora; –– il tempo massimo di ricarica delle batterie; –– il tempo di entrata in servizio dell’illuminazione d’emergenza. L’illuminazione d’emergenza può essere attuata tramite singole unità di centri luminosi, dotati di batteria di accumulatori autonoma; oppure per mezzo di centri luminosi alimentati da una linea elettrica distinta e separata da quella dell’impianto ordinario e facenti capo ad uno o più fonti d’energia centralizzate. Queste fonti d’energia possono essere batterie d’accumulatori oppure generatori elettrici (gruppi: motore Diesel – alternatore); nel secondo caso,

1

D.M. 10 marzo 1998 “Criteri generali di sicurezza antincendio e per la gestione dell’emergenza nei luoghi di lavoro”.


8. ILLUMINAZIONE D’EMERGENZA

129

riguardante impianti di notevole entità, il generatore elettrico è accoppiato ad una batteria, che deve fornire l’energia ai centri luminosi d’emergenza per il tempo necessario all’avviamento del generatore elettrico. Sia i centri autoalimentati, sia quelli alimentati da fonti centralizzate, possono essere normalmente accesi insieme a quelli dell’illuminazione ordinaria, ed essere formalmente identici agli altri, oppure entrare in servizio soltanto quando c’è un guasto sull’impianto ordinario. La prima soluzione ha il vantaggio di una maggior affidabilità, dato che il normale funzionamento durante le ore di servizi ordinario è garanzia di corretto funzionamento anche nei rari momenti di guasto; mentre nel secondo caso, non è escluso che la lunga inattività del centro d’emergenza dia luogo ad un suo guasto, cui non si è posto rimedio (in quanto l’efficienza di tali centri è verificata soltanto in occasione delle previste verifiche periodiche).


130 CAPITOLO 9

REQUISITI ILLUMINOTECNICI PER LE AREE O LE ATTIVITÀ PIÙ COMUNI1

Nelle tabelle di seguito riportate sono indicati l’illuminamento medio mantenuto raccomandato (Em) sull’area dove si svolge il compito visivo, il grado di limitazione dell’abbagliamento (UGR), l’uniformità fra il valore minimo e medio dell’illuminamento in quell’area (U0) e la resa cromatica (Ra) per i luoghi e le attività più comuni. Non sono compresi i locali delle abitazioni, dato che gli impianti che vi si installano rispondono normalmente a criteri che in buona parte esulano da quelli tecnici, dovendo integrarsi soprattutto al disegno dell’arredamento o all’atmosfera richiesta dal proprietario. Per le esposizioni museali (vedi tabella 9.12, p. 134), sono indicati gli illuminamenti soltanto degli oggetti esposti; una trattazione più esaustiva sull’illuminazione museale può trovarsi nelle pubblicazioni elencate in bibliografia. Tabella 9.1. Aree di circolazione N.

Area o attività

Em(lx)

UGR

U0

Ra

1

Corridoi e aree simili

100

28

0,40

40

2

Scale

100

25

0,40

40

3

Ascensori

100

25

0,40

40

Note E è l’Illuminamento al suolo. Ra e UGR non siano inferiori ai valori dei locali adiacenti. Se poste all’ingresso o all’uscita, occorre evitare l’improvvisa variazione dell’illuminamento con idonee aree di transizione. Occorre evitare di abbagliare chi transita all’esterno. Occorre che i gradini risultino chiaramente percepibili. Nell’area d’accesso deve essere Em ≥ 200 lx.

Tabella 9.2. Locali di servizio N.

Area o attività

Em(lx)

UGR

U0

Ra

1

Depositi e aree simili

100

25

0,40

60

2

Toilette

200

25

0,40

80

Note Em è l’Illuminamento al suolo. Em ≥ 200 lx se presidiati in modo continuo. [segue]

1

Una più ampia serie di aree e attività è contenuta nella Norma UNI-EN 12464-1.


APPENDICE. REQUISITI ILLUMINOTECNICI PER LE AREE O LE ATTIVITÀ PIÙ COMUNI

N. 3

Area o attività Locale per gruppi di misura

131

Em(lx)

UGR

U0

Ra

200

25

0,40

60

UGR

U0

Ra

25

0,40

80

25

0,60

80

22

0,60

80

22

0,60

80

19

0,70

80

Ra = 90 se i controlli riguardano i colori, con Tk = 4000 K ÷ 6500 K.

16

0,70

90

Ra = 90 se i controlli riguardano i colori, con Tk = 4000 K ÷ 6500 K.

Note

Note

Tabella 9.3. Ambienti industriali N. 1

2

3

4 5 6

Area o attività Em(lx) Lavorazioni con compiti visivi elementari (ad 200 esempio: carico e scarico materiali) Lavorazioni con compiti visivi di medio impegno 300 (ad esempio: maneggio di materiali vari) Lavorazioni con compiti visivi impegnativi (ad 500 esempio: confezione di abiti o accessori) Lavorazioni molto impegnative (ad esempio: 750 controllo di manufatti) Lavorazioni di precisione, 1000 controlli di qualità Lavorazioni di minuterie meccaniche o elettroniche, di 1500 pietre preziose

Note

Tabella 9.4. Uffici N. 1 2 3 4

Area o attività Aree dove si scrive o si legge

Em(lx)

UGR

U0

Ra

500

19

0,60

80

Sale conferenze

500

19

0,60

80

300

22

0,60

80

200

25

0,40

80

Em(lx) 300

UGR 22

U0 0,40

Ra 80

500

19

0,60

80

Sale di attesa e di ricezione Archivi

Illuminazione regolabile per proiezioni.

Tabella 9.5. Locali commerciali N. 1 2

Area o attività Aree di vendita Area dove si incarta la merce, cassa

Note

[segue]


132


N.

Area o attività

Em(lx)

UGR

U0

Ra

3

Area di esposizione

–

–

–

–

Note L’illuminamento può variare da poche decine di lux a 500 lx e oltre, in relazione al tipo di oggetti esposti, alla vulnerabilità dei materiali alle radiazioni emesse dalle lampade e allo scenario di vendita predisposto.

Tabella 9.6. Ristoranti N. 1 2

Area o attività Area di ricevimento Cucina (piani di lavoro)

Em(lx) 300 500

UGR 22 22

U0 0,60 0,60

Ra 80 80

3

Sala da pranzo

–

–

–

–

Note

L’illuminamento deve concorrere a creare un’appropriata atmosfera.

Tabella 9.7. Biblioteche N. 1

Area o attività Aree di lettura

Em(lx) 500

UGR 19

U0 0,60

Ra 80

2

Scaffali

200

19

0,40

80

Em(lx) 300 500 300 200

UGR 25 25 – 25

U0 0,40 0,40 0,40 0,40

Ra 40 44 40 40

Note Sui piani verticali degli scaffali e sul piano di lettura.

Tabella 9.8. Autorimesse N. 1 2 3 4

Area o attività Rampe, di giorno Rampe di notte Area di parcheggio Corsie di movimento

Note Em è l’Illuminamento al suolo. Devono essere ben visibili le segnalazioni di sicurezza.

Tabella 9.9. Scuole N.

Area o attività

Em(lx)

UGR

U0

Ra

1

Aule

300

19

0,60

80

2

Aule per scuole serali

500

19

0,60

80

Note L’illuminazione dovrebbe essere controllabile, per utilizzare la luce naturale. Prevedere un’adeguata illuminazione verticale del docente. Prevedere un’adeguata illuminazione verticale del docente. [segue]


APPENDICE. REQUISITI ILLUMINOTECNICI PER LE AREE O LE ATTIVITÀ PIÙ COMUNI

133

N.

Area o attività

Em(lx)

UGR

U0

Ra

3

Auditori

500

19

0,60

80

4

Lavagna

500

19

0,60

80

5

Palestra

300

22

0,60

80

UGR 22 22 22

U0 0,40 0,40 0,60

Ra 80 80 80

5

Note Em è l’Illuminamento al suolo. Em è l’Illuminamento al suolo. Em è l’Illuminamento al suolo. Em è l’Illuminamento a livello letto. Occorre evitare la presenza di 19 0,60 80 luminanze elevate nel campo visivo del paziente. Em è l’Illuminamento a livello letto. Occorre evitare la presenza di 19 0,70 90 luminanze elevate nel campo visivo del paziente. Em da 10000 lx a 100000 lx, con Ra ≥ 90 – – 80

20

19

–

90

Em(lx)

UGR

U0

Ra

Note

100

–

0,40

40

Em è l’Illuminamento al suolo.

200

–

0,50

60


100

28

0,50

40


200

28

0,50

40


200 399

– 19

0,40 0,50

80 80


Note L’illuminazione dovrebbe essere controllabile, per adeguarla alle necessità delle proiezioni e delle conferenze. Prevedere un’adeguata illuminazione verticale dei conferenzieri. Occorre evitare le riflessioni speculari delle lampade o delle finestre.

Tabella 9.10. Ospedali N. 1 2 3

Area o attività Corridoi di giorno Corridoi di notte Corridoi per usi diversi

Em(lx) 100 50 200

4

Aree per esami di tipo generale

300

5

Aree per esami specifici o trattamenti medici

1000

6 7 8

Aree di Interventi chirurgici Luce notturna Luce notturna in locali di terapia intensiva

Tabella 9.11. Stazioni N. 1 2 3 4 5 6

Area o attività Piattaforme con modesto traffico Piattaforme con intenso traffico Sottopassaggi con modesto traffico Piattaforme con intenso traffico Salone d’ingresso Biglietterie


134


Tabella 9.12. Musei N.

1

2

3

4

1

Oggetti esposti

Em (lx)

UGR

Esposizione annuale1 (lx ∙ ora)

Oggetti insensibili alla luce (ad esempio, la maggior parte dei minerali) Oggetti relativamente insensibili alla luce (ad esempio: i dipinti ad olio, gli affreschi, gli oggetti laccati) Oggetti moderatamente sensibili alla luce (ad esempio: i disegni a pastello, gli arazzi, gli acquarelli) Oggetti estremamente sensibili alla luce (ad esempio: la seta, i giornali, le fotografie, le stampe a colori)

Dipendente esclusivamente dai requisiti dell’esposizione

19

Nessun limite

200

19

600000

50

19

150000

50

19

15000

Note

Em è l’Illuminamento sull’oggetto esposto. La resa cromatica Ra deve essere maggiore di 90, per gli oggetti per i quali è importante il riconoscimento dei colori. È necessario che le sorgenti luminose siano prive di radiazioni ultraviolette.

Esposizione degli oggetti all’illuminazione, espressa dal prodotto: illuminamento (in lux) per le ore cui l’oggetto viene esposto all’illuminazione durante un anno.


135 CAPITOLO 10

INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO

10.1. Note sul software incluso Il software incluso1 gestisce le seguenti utilità: –– repertorio fotografico (immagini contenute nel volume). –– video “Illuminazione delle opere d’arte” (approfondimento relativo alla resa del contrasto ed al volume d’offesa). –– video tutorial del progetto “Illuminazione di un ufficio” sviluppato con DIALux. –– file *.dlx (DIALux) relativi al progetto per l’illuminazione di un ufficio e al progetto per l’illuminazione di una sala da pranzo con un mobile libreria. –– Glossario (principali termini tecnico-normativi). –– F.A.Q. (domande e risposte più frequenti). 10.2. Requisiti hardware e software –– Processore da 2.00 GHz; – MS Windows XP/Vista/7/8 (per utenti MS Windows Vista/7/8 sono necessari i privilegi di “amministratore”); – 400 MB liberi sull’HDD; – 1 GB di RAM; – visualizzatore di immagini *.jpg; – lettore video *.mp4; –– DIALux (software gratuito disponibile su http://www.dial.de); –– Adobe Reader 11.x o vs. successive; – Accesso ad internet e browser web (supportati Firefox 4, Opera 10, Safari 5, Chrome 12, Internet Explorer 7). 10.3. Installazione ed attivazione del software 1) Cliccare sul link ricevuto per e-mail e scaricare il setup del software (file *.exe). 2) Fare doppio-click sul file 88-8207-744-0.exe per avviare l’installazione del software e seguire la procedura fino al completamento.

1

Il software incluso è parte integrante della presente pubblicazione e resterà disponibile nel menu G-cloud dell’area personale del sito www.grafill.it.


136


3) Avviare il software dallo Start di MS Windows: [Tutti i programmi] > [Grafill] > [Illuminazione degli interni] > [Illuminazione degli interni] 4) Compilare la maschera Registrazione Software e cliccare su [Registra].

5) Verrà visualizzata la maschera iniziale di seguito rappresentata, dalla quale si potrà accedere alle utilità disponibili.


137

BIBLIOGRAFIA

[1] Bonomo M., Illuminazione d’interni. Maggioli Editore, 2009. [2] Illuminazione degli ambienti di lavoro all’interno. Norma UNI-EN 12464-1, 2011. [3] Daylight. Pubblicazione C.I.E. n. 16, 1970 (reperibile presso AIDI). [4] Aghemo C., Azzolino C., Illuminazione naturale: metodi ed esempi di calcolo. Celid, 1995. [5] Bonomo, M., Bertolaja C., L’illuminazione delle opere d’arte negli interni. Guida alla progettazione. Ediplan Editrice, 2013. [6] Control of damage to museum objects by optical radiations. Pubblicazione C.I.E. n. 157, 2005 (reperibile presso AIDI). [7] Bonomo, M., Cester C., Le macchie di luce sui dipinti. Luce 1+2/2012. [8] De Boer J.B., Fisher D., Interior Lighting. Philips Technical Library, 1978. [9] Valutazione dell’abbagliamento molesto con il metodo dell’UGR. Norma UNI-EN 11165, 2005.


Il progetto d’un impianto d’illuminazione deve, da una parte, fissarne gli obiettivi, dall’altra, individuare i mezzi per conseguire detti obiettivi. Nella presente Guida, si è cercato di evitare la consueta trattazione separata di queste due parti, illustrando, per ogni grandezza fotometrica o per ogni nozione introdotta, le sue pratiche applicazioni nel processo progettuale, con esempi ed esercitazioni. In apertura, una introduzione sugli aspetti fondamentali della luce: la sua natura; la curva di visibilità e i colori; le grandezze fotometriche, le loro applicazioni nel progetto e i sistemi di misura. Segue una trattazione sulla generazione della luce e le sorgenti luminose, in particolare i LED, nonché la famiglia più recente di questo tipo di sorgente, gli OLED. Ampio spazio è dedicato agli apparecchi d’illuminazione, ed in particolare alle ottiche, delle quali sono descritti i diversi campi d’applicazione. Una parte della Guida riassume tutti gli obiettivi che una progettazione si prefigge e che condizionano la qualità d’una installazione: la distribuzione della luce nello scenario dell’osservatore, la limitazione dell’abbagliamento, la resa dei colori delle sorgenti di luce; l’equilibrio delle luminanze; la direzionalità della luce per un’efficace resa del contrasto; la modellazione degli oggetti; la resa dei rilievi su incisioni e bassorilievi; l’integrazione delle due luci: naturale ed artificiale; l’integrazione della luce con l’architettura; l’economia degli impianti. Il testo della Guida è arricchito da vari esempi di progettazione d’impianti, sviluppati fino alla scelta degli apparecchi e in qualche caso alla valutazione dei relativi oneri d’esercizio. NOTE SUL SOFTWARE INCLUSO Il software incluso gestisce: un repertorio fotografico (immagini contenute nel volume); il video “Illuminazione delle opere d’arte” (approfondimento relativo alla resa del contrasto ed al volume d’offesa); il video tutorial del progetto “Illuminazione di un ufficio” sviluppato con il software DIALux; due file *.dlx (DIALux) relativi al progetto per l’illuminazione di un ufficio e al progetto per l’illuminazione di una sala da pranzo con un mobile libreria. Utilità disponibili con il software: Glossario (principali termini tecnico-normativi) e F.A.Q. (domande e risposte più frequenti). Requisiti hardware e software: processore da 2.00 GHz; MS Windows XP/Vista/7/8 (per utenti MS Windows Vista/7/8 sono necessari i privilegi di “amministratore”); 400 MB liberi sull’HDD; 1 GB di RAM; visualizzatore di immagini *.jpg; lettore video *.mp4; Adobe Reader 11.x o vs. successive; DIALux (software gratuito disponibile su http://www.dial.de). Il software incluso è parte integrante della presente pubblicazione e resterà disponibile nel menu G-cloud dell’area personale del sito www.grafill.it. Mario Bonomo, ingegnere, libero professionista in impianti elettrici e d’illuminazione. Tra i numerosi impianti realizzati: la Pinacoteca Vaticana, la Galleria Nazionale dell’Umbria a Perugia, la Basilica di S. Marco a Venezia, la Basilica di S. Francesco ad Assisi. Autore di numerose pubblicazioni e professore a contratto per oltre vent’anni al Politecnico di Milano di Impianti elettrici e di illuminazione. Chiara Bertolaja, architetto, docente al Politecnico di Milano nei corsi di “Master in Lighting Design”. Il percorso di specializzazione nel settore dell’illuminazione la porta alla progettazione di numerosi impianti d’illuminazione fra cui gli interni della Basilica Superiore di San Francesco ad Assisi e della Basilica di San Lorenzo a Milano, la Pinacoteca di Palazzo Farnese, a Piacenza; il Centro Culturale di Torino. Si occupa inoltre della progettazione di nuovi apparecchi d’illuminazione, con particolare attenzione allo studio dei gruppi ottici.

ISBN 13 978-88-8207-744-0

Euro 25,00

9

788882 077440 >


Illuminazione Degli Interni

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