Appunti corso Fisica tecnica ambientale - Illuminotecnica

S

I e h

+ j= d =

e p/2 senj

d h

e 2

I cos j sen j

× ×

j E = e

P 2

h

P 2

I cos sen

× e × e

E = e

P 2

h 33

41

IL PROGETTO DELL’ILLUMINAZIONE NATURALE

LE SORGENTI

• Il sole

• La volta celeste

I METODI DI CALCOLO

• I metodi basati sul concetto del fattore di luce diurna

L9ILLUMINAZIONE NATURALE DI UN

AMBIENTE CONFINATO

LE SORGENTI

IL SOLE:

radiazione diretta RIFLESSA

LA VOLTA CELESTE; radiazione diffusa

IL SOLE

Il Sole, a temperatura superficiale apparente di circa

5800 K, emette nello spazio circostante una quantità

26

di energia raggiante pari a 3.88 —10 W.

Alla distanza media tra Sole e Terra l9irradianza

2

solare extratmosferica è pari a 1353 W/m

campo del visibile

m è la massa d9aria, ovvero il rapporto tra la lunghezza del percorso

solare e lo spessore normale dello strato atmosferico attraversato

cielo sereno

cielo coperto

Fattori di influenza:

posizione relativa del sole rispetto alla superficie:

Posizione del sole sulla volta celeste

Orientamento della superficie

stato fisico degli strati atmosferici:

Presenza di formazioni nuvolose

Contenuto di umidità, polveri, CO , etc..

2

RADIAZIONE SOLARE

POSIZIONE DEL SOLE DURANTE L9ANNO

POLO NORD EQUINOZIO PRIMAVERILE

(21 MARZO)

23.5° SOLSTIZIO INVERNALE

(21 DICEMBRE)

SOLSTIZIO ESTIVO

(21 GIUGNO) EQUINOZIO AUTUNNALE

(21 SETTEMBRE)

A causa dell’inclinazione e della rotazione della terra lo

spessore dello strato di atmosfera attraversato dalla

radiazione solare varia con l’ora del giorno e il mese

dell’anno.

L’inclinazione dell’asse di rotazione della terra (23.5°

rispetto alla perpendicolare al piano dell’orbita della

terra attorno al sole) determina le stagioni: nei mesi

estivi l’emisfero Nord (boreale) è inclinato verso il sole,

nei mesi invernali è in direzione opposta

RADIAZIONE SOLARE

POSIZIONE DEL SOLE DURANTE IL GIORNO

Al variare dell’ora del giorno cambia la posizione

del Sole rispetto alla Terra e cambia quindi lo

spessore dello strato di atmosfera attraversato

dai raggi solari prima di giungere sulla superficie

terrestre: quanto più spesso è lo strato

attraversato, tanto minore è il contenuto

energetico della radiazione incidente a causa del

maggiore assorbimento e della maggiore

diffusione della radiazione.

RADIAZIONE SOLARE

POSIZIONE DEL SOLE NELLA VOLTA CELESTE

!

" # ! $

% %

& ' &'

( &'

' ' # '(

) ) * *

RADIAZIONE SOLARE

POSIZIONE DEL SOLE NELLA VOLTA CELESTE:

ANGOLI FONDAMENTALI

DECLINAZIONE SOLARE ( ) : # (

s

% '

ALTEZZA SOLARE ( ) : # (

S

ANGOLO ZENITALE SOLARE (Z ) : # (

s

ANGOLO AZIMUTALE SOLARE ( s) : #

(

) +

RADIAZIONE SOLARE

POSIZIONE DEL SOLE RISPETTO

AD UNA SUPERFICIE COMUNQUE ORIENTATA

Data una superficie comunque orientata si definiscono i

seguenti angoli fondamentali: φ

AZIMUT DELLA SUPERFICIE ( ): angolo tra la proiezione

sul piano dell’orizzonte della normale alla superficie e la

direzione Sud (positivo verso Est) Σ

INCLINAZIONE DELLA SUPERFICIE angolo formato

(Σ ):

dal piano contenente la superficie in esame con il piano

orizzontale ,

EFFICIENZA LUMINOSA DELLA

RADIAZIONE SOLARE

Φ

η = = FLUSSO LUMINOSO

l [lm/W]

Φ

n FLUSSO ENERGETICO

e

dipende da:

altezza solare

copertura nuvolosa

contenuto di vapor acqueo in atmosfera

! "" " !

RADIAZIONE GLOBALE C 80 C 115 lm/W

CIELO SERENO

RADIAZIONE GLOBALE C 100 C 130 lm/W

CIELO COPERTO

RADIAZIONE DIFFUSA C 110 C 150 lm/W

CIELO SERENO 50 C 120 lm/W

RADIAZIONE DIRETTA

Φ E = η ⋅

η = =

l E I

Φ n

n I -

e

LA VOLTA CELESTE

L9illuminamento prodotto dalla volta celeste su una superficie

varia in relazione alla sua luminanza

La distribuzione della luminanza dipende da vari fattori:

&* . .*')/0)1/ *1)

2*'0. .*'./3) )4)*1*5.26)

*47.0. 8

Per descrivere le diverse situazioni che si possono verificare

sono stati proposti dei MODELLI DI CIELO

CIELO SERENO

0 " / / / "

/ / / / /

CIELO COPERTO A LUMINANZA COSTANTE

0 " / / /

CIELO COPERTO A LUMINANZA VARIABILE

0 " / / / " / /

# / /

VALORI CARATTERISTICI

ILLUMINAMENTO (PIANO ORIZZONTALE)

100.000

CIELO SERENO: fino a lx

20.000

CIELO COPERTO: fino a lx

SORGENTE ALOGENA CON RIFLETTORE (50W,varie aperture di

300-3000

fascio, a 2m di altezza) : lx

LUMINANZA cd

⋅ 9

SOLE A MEZZOGIORNO: 1

,

6 10 2

m

cd

⋅ 3

CIELO SERENO: 8⋅ 10 2

m

3 cd

⋅

2⋅ 10

CIELO COPERTO: 2

m

cd

⋅ 7

1

, 3 10

SORGENTE ALOGENA: 2

m

TEMPERATURA DI COLORE

5.250 K

SOLE A MEZZOGIORNO:

SOLE + CIELO : 6.000 K

20.000-15.000 K

CIELO SERENO: 15.000-5.000 K

CIELO COPERTO: 3.000 K

SORGENTE ALOGENA:

IL PROGETTO DELL9ILLUMINAZIONE

NATURALE

Φ d Φ r,i

E i

Φ r,e

L9illuminamento naturale in un punto di un ambiente interno

è determinato:

dal flusso luminoso diretto Φ

proveniente dalle sorgenti primarie d

esterne(sole e volta celeste)

dal flusso luminoso riflesso

proveniente dalle ostruzioni e dalle Φ r,e

superfici esterne (terreno, edifici

adiacenti)

dal flusso luminoso indiretto Φ

generato dalle riflessioni multiple r,i

che si verificano sulle superfici

interne dell9ambiente

E = E + E + E 9 :;

i d r,e r,i

METODI DI CALCOLO

I metodi di calcolo possono essere suddivisi in due

categorie: # $

% "" &! &

% '

( ) # $

! %% ! " &"

% ' ' $

) $

METODI BASATI SUL CONCETTO DEL

FATTORE DI LUCE DIURNA

FATTORE DI LUCE DIURNA

+ +

E E E

E

= = d r , e r ,

i

i [%]

FLD E E

e ,

h e ,

h

= + +

FLD SC ERC IRC [%]

E = illuminamento in un punto interno all9ambiente

i

E = illuminamento su un piano orizzontale esterno, dovuto

e,h all9intera volta celeste, escludendo il contributo della

radiazione solare diretta

SC = E / E = componente diretta

d e,h

ERC = E / E = componente riflessa esternamente

r,e e,h

IRC = E / E = componente riflessa internamente

r,i e,h

IL FATTORE MEDIO DI LUCE DIURNA

E e , f

ε = fattore finestra = E e ,

h

ψ = fattore di riduzione dovuto all9incassamento della

finestra rispetto al filo parete esterno

ε </- / /

/ / /

ε </,= / / /

/ /

ε >/,= / / /

/ / /

? / /ψ /

/ /

# / /

/ E i,med

Φ en E i,med

E i,med E i,med

Φ = ⋅ α ⋅

E A

a i

,

med m tot

Φ = ⋅ − ρ ⋅

E ( ) A

a i

,

med m tot

⋅ ε ⋅ ⋅ τ ⋅ ψ = ⋅ − ρ ⋅

E A E ( ) A

e

,

h f i

,

med m tot

⋅ ε ⋅ ⋅ τ ⋅ ψ

E A

= e

,

h f

E ( )

i

,

med − ρ ⋅ A

m tot

α = fattore di assorbimento luminoso medio ponderato delle

m superfici interne dell9ambiente

ρ = fattore di riflessione luminosa medio ponderato delle

m superfici interne dell9ambiente

⋅ ε ⋅ ⋅ τ ⋅ ψ ε ⋅ ⋅ τ ⋅ ψ

E E A A

= =

=

i ,

med e ,

h f l f l

FLD ⋅ − ρ ⋅ − ρ ⋅

m E E (

1 ) A (

1 ) A

e ,

h e ,

h l ,

m tot l ,

m tot +

LA NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Circolare del Ministero dei Lavori pubblici n° 3151 del

22/5/1967 indirizzata all9edilizia civile sovvenzionata

Circolare del Ministero dei Lavori pubblici n° 13011 del

22/12/1974 indirizzata all9edilizia ospedaliera

Decreto del Ministero della Sanità del 5/7/1975 indirizzato

all9edilizia residenziale

Decreto Ministeriale del 18/12/1975 indirizzato all9edilizia

scolastica

Normativa Tecnica della regione Emilia Romagna n°48 del

3/11/1984 per l9edilizia residenziale pubblica

UNI 10840 <Locali scolastici C criteri generali per

l9illuminazione artificiale e naturale=, marzo 2000 ≥

≥ ≥ ≥ FDL 5%

FLD 1% FLD 2% FLD 3% m

m m m

Edilizia ______ / / ////////////////////@@@@@@@@///////////////@@@@@@@

residenziale / "

Edilizia = / /////// ////////////////// " / / ///////////// /# ! =

scolastica " =////// =/ /////////////// =////////////////////// /

= /////// / //////////// " ///////////

#

Edilizia / //////// / ///////////// " / ///////////////////////@@@@@@@

ospedaliera ///////////// //////////////// # =

# =

" ,

ESEMPIO DI CALCOLO

DATI GENERALI FATTORI DI RIFLESSIONE

lunghezza: 9.00 m pareti: 50 %

larghezza: 6.00 m soffitto: 70 %

altezza: 3.00 m pavimento: 30 %

CARATTERISTICHE DELLA SUPERFICIE TRASPARENTE

lunghezza: 9.00 m posizione: filo esterno della parete

altezza: 1.80 m τ

fattore di trasmissione luminosa: = 89.8 %

l

ρ

fattore di riflessione luminosa: = 10%

l

⋅ τ ⋅

A 16

, 2 0

,

898

f

= ⋅ ε ⋅ ψ = ⋅ ⋅

l

FLD 0

,

5 1

⋅ − ρ ⋅ −

m A (

1 ) 181

,

8 (

1 0

,

5 )

198—(1C0.47)

tot l ,

m

FLD = 7.5 %

m -

LE SORGENTI DI LUCE ARTIFICIALE

LE SORGENTI LUMINOSE

" Ad incandescenza

" A scarica nei gas

" A luce miscelata

GLI APPARECCHI LUMINOSI

PARAMETRI CARATTERIZZANTI LE SORGENTI LUMINOSE

PARAMETRI CARATTERIZZANTI GLI APPARECCHI

IL PROGETTO DI ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE

" Metodo del flusso totale

" Esempio 62

LÕILLUMINAZIONE ARTIFICIALE

LE SORGENTI

AD INCANDESCENZA

A SCARICA IN GAS

A LUCE MISCELATA 63

SORGENTI AD INCANDESCENZA

Principio di produzione della luce

LÕemissione luminosa nei solidi segue le leggi

dello scambio termico radiativo

¥

ò l

E d

E =irraggiamento integrale=

t l

0

4

E = Legge di Stefan - Boltzmann

sT

t -8 2 4

= 5.67*10 W/m K