Appunti di Illuminotecnica

E /E

L’Uniformità è definita da due rapporti che corrisponde all’indice di

min medio

E /E

scostamento e che corrisponde alla massima differenza puntuale.

min max

Per quanto riguarda l’illuminamento medio mantenuto, col passare del tempo il flusso

emesso dalle sorgenti diminuisce, le più durature sono le fluorescenti, ciò dipende

dall’invecchiamento delle lampade e accumulo di sporcizia. Em,man corrisponde quindi alla

condizione massima di degrado prima della sostituzione, per questa diminuzione di flusso a

impianto nuovo si sovra-illumina con un fattore F=1,25.

Em,man va aumentato se:

- il c.v. è critico

- per lavori di precisione

- alta iportanza o produttività

- la capacità visive del lavoratore sono inferiori al normale

- si lavora con dettagli molto piccoli

- il tempo di svolgimento del lavoro è molto lungo 12

Il rapporto tra E e E corrisponde al fattore di manutenzione.

m,man m,nuovo

M=E / (E *1,25)

m,man m,man

Le aree dell’ambiente vengono suddivise in compito visivo, intorno del c.v. e sfondo del

locale. I rapporti degli illuminamenti tra essi devono essere:

CV: E /E >0,7

min m

ICV: E /E >0,5

m,icv m,cv

LO: E /E >0,333

m,lo m,cv

La percezione visiva tiene conto di:

- prestazione dell’occhio nel portare a termine i compiti visivi (contrasti e

abbagliamenti)

- comfort visivo (luminanze e resa colori)

- percezione dell’ambiente (uniformità e illuminamenti)

Il compito visivo primario occupa solo 120° e si adatta alla media di luminanze presenti, se la

differenza tra esse è troppo alta si incorre all’affaticamento visivo. In alcune situazioni

progettuali temporanee si può sfruttare la differenza delle luminanze per favorire la

comunicazione visiva, ad esempio nelle mostre. Per evitare l’affaticamento visivo i rapporti di

0,333<L /L <3

luminanze devono essere sf cv

La classificazione degli ambienti in base al rapporto delle luminanze è:

- classe X: le riflessioni possono essere controllate

- classe Y: le riflessioni vicine al cv possono essere controllate

- classe Z: non è possibile controllare le riflessioni

Un altro effetto dello squilibrio delle luminanze è l’abbagliamento, che si verifica quando la

luminanza supera la capacità di adattamento dell’occhio. Può dipendere dai cattivi prodotti

dell’illuminazione, dall’impianto o dal progetto di interni.

Può avere due cause:

- diretto: la sorgente è presente del campo visivo (la direzione di osservazione >45°

alla verticale)

- indiretto: è prodotto dalla riflessione da parte di sorgenti speculari o lucide che

comporta una perdita di resa del contrasto

Gli effetti che ha sono invece:

- abbagliamento molesto: sensazione di disagio psico-percettivo che non impedisce la

visione

- abbagliamento disabilitante: impedisce la visione per un certo periodo di tempo

Per valutare l’abbagliamento molesto in passato si utilizzavano le curve limite CIE, adesso si

usa il metodo UGR che tiene conto di:

- posizione dell’osservatore

- luminanza

- dimensione impianto e ambiente

- sfondo su cui sono montati gli apparecchi

E’ un metodo complesso utilizzato dai software di calcolo e ha un valore massimo di 30

(pessimo comfort visivo) e va valutato in base all’attività svolta. 13

Esempi UGR:

13-16 per disegno e CAD

16-19 per verifiche e controlli

19-22 per scrittura o lettura

22-25 lavoro industriale medio

25-28 lavoro industriale grossolano

Il contrasto è fondamentale per la visione, la sua perdita avviene quando L ha un valore

1

simile a L Nel caso di superfici non lambertiane, quindi lucide, non si usa il fattore di

2.

riflessione ro, ma il fattore di luminanza beta, misurato con il goniofotometro, ed è il rapporto

tra la luminanza riflessa dalla superficie lucida e quella riflessa da una superficie bianca

ideale. La formula di prima è valida per queste superfici utilizzando beta al posto di L.

Per avere una buona resa del contrasto la sorgente deve essere al di fuori del volume di

offesa, cioè il volume che comprende tutte le direzioni di riflessione speculari al compito

visivo. Le ottiche batwing, anche se comprese nel volume di offesa, non causano problemi

perché hanno una bassa emissione nella direzione centrale.

Nell’ambito dei vincoli ambientali bisogna tener conto di:

- inquinamento luminoso

- consumo di energia elettrica

- impatto ambientale di produzione

Per favorire il risparmio energetico è necessario:

- il corretto dimensionamento dei parametri

- massimizzazione della luce naturale

- utilizzo di sensori di luce e di presenza

- manutenzione e pulizia

- utilizzo di lampade ad alta efficienza

- utilizzo di apparecchi ad alto rendimento

I requisiti di progettazione sono:

- uniformità degli illuminamenti

- rapporti delle luminanze

- controllo abbagliamenti e resa contrasti

- direzionalità della luce

- temperatura di colore

- resa cromatica

- efficienza energetica dell’impianto

- funzionalità dell’impianto 14

Lez. 10

Se l’intensità emessa da una sorgente è uguale in tutte le direzioni viene definita sorgente

I=Φ/4π

isotropa e si calcola .

Nel caso di emissione lambertiana, l’intensità emessa diminuisce man mano ci

I =I *cosα

allontaniamo dall’asse verticale per cui risulta α max Φ=I *π

Mentre il flusso rispetto alla normale viene calcolato con max

La luminanza di un apparecchio viene definita come il rapporto tra l’intensità e l’area

L=I/A*cosα

apparente M=L*π

Se una superficie lambertiana emette luce ha un emettenza luminosa di e

corrisponde all’illuminamento, infatti si misura in lx.

Una superficie può riflettere o trasmettere la luce, ciò dipende da due fattori:

ρ= Φ /Φ fattore di rilfessione

r i

τ= Φ /Φ fattore di trasmissione

t i

Per calcolare direttamente l’illuminamento in P note l’altezza h e l’inclinazione α con cui

arriva la luce è possibile utilizzare questa formula:

³

E =I*cos α/h²

p

Nonostante questa legge del coseno sia per le sorgenti puntiforme, si può utilizzare anche

per sorgenti estese purché la zona da illuminare sia ad una distanza di 5 volte la superficie

di emissione, in tal modo l’errore sarebbe minore dell’1%. Non può essere utilizzata in caso

di sorgenti circolari, rettangolari o lineari.

Lez. 11

Sono stati fatti diversi tipi di esperimenti sul colore di natura fisica, ottica e percettiva. Il

colore viene definito tramite tinta, saturazione e luminosità. Avendo una tinta pura e

aggiungendo il bianco, questa si desatura, mentre la luminosità dipende dalla quantità di

luce che riflette. La cromaticità è data da tinta + saturazione. Una tinta pura è definita da un

onda monocromatica e completamente saturo. Dal punto di vista fisico per desaturare un

colore dobbiamo sommare lo spettro bianco.

Ci sono varie teorie sul colore che lo identificano come stimolo fisico o psicologico finché

Helmholtz elabora la teoria del tristimolo dalla necessità di definire il colore

matematicamente. 15

La retina del nostro occhio è composta da bastoncelli, sensibili ai livelli di luminanza, e coni

sensibili alle varie lunghezze d’onda.

Wright e Guild condussero degli esperimenti che dimostrarono che per ottenere un colore

basta sommare in modo opportuno i tre colori primari, definendo così l’osservatore standard

CIE caratterizzato da un tris di funzioni di sensibilità dell’osservatore. La somma dei 3 valori

di tristimolo X, Y e Z è pari a 1 ed è un piano di energia costante, da questi si ottengono le

coordinate cromatiche x, y e z.

La CIE ha poi sviluppato un diagramma di cromaticità, al suo interno viene anche

rappresentato il luogo planckiano. Un colore risulta completamente definito dalle coordinate

cromatiche x e y e dal valore di luminanza Y, da cui possiamo poi ricavare i valori di

tristimolo (ma non c’è corrispondenza biunivoca).

Da ciò nasce il problema del metamerismo, siccome la distribuzione spettrale non

corrisponde ai valori di tristimolo noi possiamo ottenere da stessa sensazione di colore

anche da spettri differenti.

Abbiamo due spazi colore che vengono ottenuti per sintesi additiva (XYZ, RGB, HLS) per il

digitale o sintesi sottrattiva (CMY) per la stampa.

La sintesi additiva si riferisce ai colori primari della luce rosso, verde e blu che uniti danno il

bianco. Mentre la sintesi sottrattiva è tipica della materia, i primari sono giallo, ciano e

magenta e dipende da quali radiazioni la materia assorbe, il nero risulta dalla totale

sottrazioni delle radiazioni colorate.

La teoria del tristimolo non spiega la stabilità della percezione luminosa e la costanza del

colore. Il nostro occhio è in grado di percepire il variare della luminanza fino a 7 livelli

adattandosi ad esso, inoltre nonostante lo spettro vari molto il nostro cervello continua a

riconoscerlo allo stesso modo, questo perché fa il confronto con l’ambiente circostante.

La formazione della sensazione del colore nel nostro cervello avviene in diversi step:

- la luce esce dalla sorgente

- interagisce con gli oggetti

- viene riflessa verso l’occhio umano

- gli stimoli arrivano al cervello

- nella corteccia cerebrale si forma la sensazione psicologica del colore

Una volta che la luce arriva all’occhio ci sono 3 stadi:

1. la radiazione viene assorbita dalle cellule fotosensibili della retina

2. le cellule neurali inviano il segnale cromatico al nervo ottico

3. la corteccia cerebrale elabora lo stimolo in base a stimoli luminosi, contesto, storia

dell’oggetto e cultura dell’individuo

La percezione del colore è anche legata alla velocità degli impulsi elettrici trasmessi, su

questo principio si basa l’esperimento della trottola di Benham costituita da una zona nera

e una bianca con strisce che ruotando genera lampi di differenti successione e durata dando

l’impressione di radiazione colorate. 16

La distribuzione dei recettori nel nostro occhio è costituita da un picco di coni nell’angolo

di 5° davanti (fovea) che assimilano il colore e dei bastoncelli nel resto del campo visivo di

120° che percepiscono la profondità, inoltre abbiamo una macchia cieca che non notiamo

dove mancano i fotorecettori.

L’aberrazione cromatica è la difficoltà dell’occhio umano a mettere a fuoco radiazioni con

grande differenza di lunghezza d’onda, come il rosso e il blu.

Le