ELEMENTI DI ILLUMINOTECNICA: ILLUMINAZIONE DEGLI EDIFICI ARTIFICIALI. L’illuminotecnica è lo studio dei metodi e delle tecniche per l’illuminazione artificiale degli ambienti, interni ed esterni. Suo obbiettivo principale è quello di determinare la quantità di luce, o flusso luminoso, che deve essere emessa dalle lampade, che vengono inserite entro dispositivi che ne consentono il funzionamento, detti apparecchi luminosi.
Principali grandezze fotometriche
Le grandezze fisiche fondamentali della fotometria sono il flusso luminoso, l’intensità luminosa, l’illuminamento e la luminanza.
Flusso luminoso
Il flusso luminoso è la quantità di luce emessa da una sorgente nell’unità di tempo.
L’unità di misura è il lumen (lm). Il flusso luminoso misura la luce emessa dalle lampade ed è sempre indicato nelle schede tecniche fornite dai fabbricanti.
Intensità luminosa
L’intensità luminosa l è la quantità di luce emessa da una sorgente puntiforme in una determinata direzione. L’unità di misura è la candela (cd).
Illuminamento
L’illuminamento E è la quantità di luce che giunge la sua superficie ed è inversamente proporzionale alla distanza tra la sorgente luminosa e la superficie. Si misura in lux (lx) definito come il flusso emesso dalla sorgente puntiforme che cade su una superficie di 1 m2.
Luminanza
La luminanza L è l’intensità luminosa emessa dalla superficie di un oggetto riferita a una superficie ed è data dal rapporto tra l’intensità luminosa emessa dall’oggetto in una direzione e l’area di una superficie perpendicolare a quella direzione. Viene misurata (in cd/m2) con strumenti detti luminanzimetri e ad essa dipendono i fenomeni dell’intensità della sensazione visiva e dell’abbagliamento.
Le lampade
Le lampade sono sorgenti luminose che emettono l’energia luminosa destinata all’illuminazione artificiale di ambienti interni ed esterni.
Le sorgenti luminose di impiego più comune possono essere suddivise nei seguenti tipi:
• Lampade a incandescenza, quelle nelle quali l’energia luminosa viene prodotta da un sottilissimo filo di un metallo mantenuto on ambiente idoneo e reso incandescente dal passaggio di corrente elettrica;
• Lampade a scarica in gas, l’energia radiante non viene prodotta dal riscaldamento di un filamento, come nelle lampade a incandescenza, ma dalle radiazioni emesse durante la scarica che si genera tra due elettrodi immersi in un gas o in vapori di metallo e sottoposti a una differenza di potenziale;
• Emettitori a diodi luminosi (LED), sono emettitori di luce che utilizzano l’energia solare in modo analogo ai sistemi fotovoltaici per accumulare elettricità in una batteria che alimenta l’emettitori, la cui accensione è regolata da un sensore crepuscolare;
• Fibre ottiche, costituite da tubicini innestati a un’estremità a un generatore di luce che fuoriesce dall’altra estremità attraverso un terminale.
Caratteristiche delle lampade
Le caratteristiche principale delle lampade sono:
• Potenza elettrica assorbita, espressa in watt;
• Tensione elettrica di funzionamento, espressa in volt;
• Flusso luminoso emesso, espresso in lumen;
• Efficienza, espressa in lumen/watt;
• Indice di resa cromatica Ra, espresso in rapporto alla resa della luce solare;
• Temperatura del colore, espressa in kelvin.
Consumo energetico delle lampade
Il consumo di energia elettrica di una lampada, espresso in wattora (kWh), è dato dal prodotto della potenza assorbita dalla lampada, espressa in watt, per la durata del periodo di accensione.
Efficienza e rendimento
Il rendimento energetico di una lampada si misura attraverso la sua efficienza ed è dato dal rapporto tra il flusso luminoso e la potenza assorbita. Quanto maggiore è l’efficienza di una lampada, tanto maggiore è la quantità di luce che essa produce a parità di consumo. L’efficienza luminosa si misura in lm/W (lumen per watt assorbito).
Sistemi di illuminazione
L’illuminazione di un ambiente può essere:
• Diretta, se il flusso luminoso è rivolto verso il basso;
• Semidiretta, se il flusso luminoso è prevalentemente rivolto verso il basso;
• Diffusa, se la parte del flusso luminoso rivolto verso il basso è sostanzialmente uguae a quella del flusso rivolto verso il soffitto;
• Indiretta, se il flusso luminoso è rivolto verso il soffitto.
Tonalità della luce
Ogni fonte luminosa, naturale o artificiale, emette radiazioni di diversa lunghezza d’onda che danno luogo a una specifica distribuzione spettrale e a un colore di diversa tonalità.
La luce diurna contiene in misura pressoché uniforme tutti i colori dello spettro luminoso, mentre le fonti luminose artificiali hanno distribuzioni spettrali molto diverse a seconda del tipo di lampade; è perciò importante conoscere la distribuzione spettrale delle lampade per progettare l’illuminazione di un ambiente.
La temperatura correlata del colore
La determinazione della temperatura correlata del colore Tcp di una fonte luminosa avviene per via sperimentale, riscaldando un “corpo nero” (cioè un materiale che ha la proprietà di assorbire completamente le radiazioni, senza riemetterle né trasmetterle) fino quando assume lo stesso colore della fonte in esame.
Le due tipiche sorgenti naturali di luce diurna e notturna, che sono il Sole e la fiamma di una candela, hanno le seguenti temperature correlate dal colore:
- Sole: Tc= 6000 K con illuminamento > 100000 lx;
- Fiamma della candela: Tcp= 1900 K con illuminamento < 5 lx.
Indice di resa cromatica
Il grado di alterazione del colore prodotto da una sorgente luminosa viene espresso attraverso l’indice di resa cromatica Ra. La valutazione dell’indice Ra avviene per via sperimentale e viene espressa in rapporto a un indice di assoluta fedeltà di resa cromatica Irc assunto convenzionalmente uguale a 100 (luce solare).
Gli apparecchi illuminanti
Gli apparecchi illuminanti costituiscono l’involucro che contiene la lampada e hanno la funzione di consentirne il funzionamento e di modulare e orientare in modo opportuno il flusso emesso dalla lampada. Gli elementi che costituiscono un apparecchio illuminante sono:
- La carenatura, è il supporto dell’apparecchio, che ha la funzione di proteggere le lampade da agenti esterni e polveri;
- Il gruppo elettrico è costituito dal sistema lampada-portalampada e dai relativi collegamenti elettrici.
- Il gruppo ottico è costituito dall’insieme di elementi che consentono di indirizzare nel modo voluto il flusso luminoso emesso dalla lampada.
Caratteristiche degli apparecchi illuminanti
Il rendimento del sistema illuminante è un coefficiente che tiene conto del rendimento dell’apparecchio, dato dal rapporto tra il flusso uscente dall’apparecchio e il flusso emesso dalla lampada (?=φa/φc), delle caratteristiche del locale e del sistema di illuminazione.
Decadimento del sistema illuminante
Dopo un certo periodo di funzionamento, l’illuminamento prodotto da ogni apparecchio illuminante si riduce in misura più o meno grande a seconda di vari fattori, tra i quali l’invecchiamento delle lampade, l’insudiciamento dell’apparecchio, la riduzione delle capacità riflettenti delle sue superfici ecc. Il decadimento viene espresso attraverso un coefficiente chiamato fattore di manutenzione Mf, il cui valore varia normalmente da 0,55 a 0,80.
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