Schemi illuminotecnica e acustica: Appunti di Fisica tecnica

GRANDEZZE FOTOMETRICHE

FLUSSO LUMINOSO (Φ): quantità di energia luminosa emessa da una sorgente nell’unità di tempo

 [lm] Luce monocromatica → Φ = K(λ) Φ = K V(λ) Φ [lm/nm]

o λ e,λ max e,λ

V(λ)

Luce eterocromatica → Φ = K Φ dλ = K Δλ ΣV Φ [lm]

∫

o max e,λ max i e,λi

INTENSITÀ LUMINOSA: flusso luminoso emesso in una data direzione → I = [cd]

 Solido fotometrico: superficie delimitata dagli estremi dei segmenti proporzionali alle

o intensità della sorgente in diverse direzioni

Indicatrice di emissione: curva formata dall’intersezione tra il solido fotometrico e un piano

o passante per l’asse verticale del solido

LUMINANZA: rapporto tra l’intensità luminosa e la superficie emettente proiettata su un piano

 perpendicolare alla direzione dell’intensità → L = [nit]

ILLUMINAMENTO: rapporto tra il flusso incidente su una superficie e la superficie stessa →

 E = [lx] A: piano utile (circa 80 cm dal pavimento), ricevente il flusso

EMETTENZA LUMINOSA: rapporto tra il flusso emesso (o riflesso) da una superficie e la superficie

 stessa → M = [lx s.b. - lux su bianco] A: area emettente

TEMPERATURA DI COLORE CORRELATA: temperatura assoluta di un corpo nero che irradia luce di

 uguale tonalità a quella della sorgente [K]

RELAZIONI TRA GRANDEZZE FOTOMETRICHE

Emettenza e illuminamento - superficie opaca illuminata → M = = E ρ ρ :

 fattore di riflessione della

l l

ρ =

superficie l

Luminanza e illuminamento - superficie opaca illuminata, luce diffusa → L = = = =



COMFORT VISIVO

COMFORT VISIVO: soddisfazione delle esigenze di ordine visivo espresse dall’utente, determinato da:

Prestazione visiva: velocità e accuratezza nello svolgimento di un compito visivo (osservazione di

 oggetti nello svolgimento di una data attività)

Gradevolezza dell’ambiente: risulta dal rapporto tra

 Luce (naturale e artificiale)

o Ambiente (caratteristiche dello spazio e delle superfici)

o Soggetto (attitudini, preferenze, aspetti psicologici)

o

Sicurezza (corrente elettrica)



CRITERI DI PROGETTAZIONE ILLUMINOTECNICA (norma UNI EN 12464)

Distribuzione delle luminanze: evitare

 Luminanze troppo elevate → abbagliamento

o Contrasti di luminanza troppo elevati → variazioni di ada amento oculare → affa camento

o Luminanze e contrasti troppo bassi → ambiente monotono e non s molante

o

Illuminamento: scelto in funzione di ambiente, attività e compito visivo. Differenza significativa

 ogni 1,5 lx. Per percepire volto umano 20 lx

Scala illuminamenti: 20-30-50-75-100-150-200-300-500-750-1000-1500-2000-3000-5000

o E

ILLUMINAMENTO MEDIO MANTENUTO (nel tempo l’illuminamento diminuisce) → = E M

 m med

Emed: M:

illuminamento medio di progetto fattore di manutenzione

Illuminazione delle zone immediatamente circostanti e uniformità di illuminamento → per evitare

 affaticamento visivo e abbagliamento molesto

Abbagliamento: dovuto a elevati gradienti di luminanza, può essere molesto e debilitante

 Diretto: dovuto a sorgente luminosa di elevata luminanza nel campo visivo

o Riflesso: dovuto a riflessione della luce su una superficie lucida

o Riflesso da velo: riflesso su una superficie lucida del compito visivo

o

ABBAGLIAMENTO MOLESTO: valutato attraverso l’UGR (Unified Glare Rating) →

 . ∑

UGR = 8log10 Lb: L: p:

luminanza di sfondo luminanza delle sorgenti indice di posizione di Guth

Aspetti del colore

 Apparenza del colore: si riferisce al colore apparente della luce (temperatura di colore

o correlata) → calda <3300K ; intermedia 3300÷5300K ; fredda >5300K

Colore della luce: influenza la gradevolezza dell’ambiente. Diagramma di Kruitoff

o  Basso illuminamento → luce calda

 Alto illuminamento → luce fredda

Resa del colore: capacità della luce di riprodurre fedelmente il colore dell’oggetto

o illuminato. Indice di resa del colore Ra (di valore massimo 100)

Risparmio energetico → efficienza luminosa lampada + apparecchio. È da perseguire senza

 2

compromettere gli aspetti visivi. Bisogna tenere potenza elettrica bassa (10-15 W/m )

SORGENTI E APPARECCHI PER L’ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE

PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DELLE SORGENTI

Incandescenza → irraggiamento termico: qualunque corpo con temperatura superiore allo zero

 assoluto emette radiazione elettromagnetica

Filamento di tungsteno percorso da corrente elettrica

o Tungsteno si riscalda ed emette radiazioni anche nello spettro visibile

o Il gas inerte nel bulbo ritarda l’evaporazione del tungsteno portando il filamento ad alte

o temperature

Il vapore di tungsteno condensa sulle pareti del bulbo che anneriscono

o La sublimazione del tungsteno provoca riduzione della sezione del filamento fino a rottura

o

Scarica nei gas → livelli energe ci degli ele roni eccita tramite energia

 Tubo con elettrodi, gas e metallo (mercurio, sodio)

o Corrente elettrica applicata agli elettrodi mette in moto gli elettroni liberi nei gas

o Elettroni collidono con metallo → ionizzazione

o Corrente elettrica trasferita da gas a metallo

o

Solid state lighting (LED)

 Substrato, strato n (ricco di atomi che cedono elettroni), strato attivo neutro, strato p (ricco

o di atomi che acquistano elettroni e lasciano al loro posto buche di carica positiva)

Corrente elettrica tra strati n e p → ele roni e buche confluiscono nello strato neutro e

o ricombinandosi emettono luce

Criteri di scelta: sicurezza, comfort, consumi energetici, costi di manutenzione



PARAMETRI DI VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI

Aspetti illuminotecnici

 Flusso luminoso (Φ)

o Decadimento del flusso luminoso: flusso finale/flusso iniziale % → D = 100 [%]

o Indice di resa cromatica (Ra)

o Temperatura di colore correlata

o

Aspetti economici

 Efficienza luminosa: rendimento flusso emesso/potenza elettrica → η =

o Durata media: periodo dopo il quale il 50% delle sorgenti in prova cessa di funzionare

o

Aspetti funzionali

 Tempo di accensione e riaccensione: tempo che intercorre tra la chiusura del circuito

o elettrico e l’emissione del flusso

LE SORGENTI LUMINOSE OGGI

Incandescenti

 Tradizionali

o A ciclo di alogeni: tungsteno evaporato si mischia con alogeni (bromo, iodio) formando

o alogenuri che si ridepositano sul filamento → dura molto di più

A scarica nei gas

 Fluorescenti: mercurio eccitato produce radiazioni ultraviolette, che a contatto con polveri

o fluorescenti (fosforo) sono trasformate in radiazioni visibili (luce)

A ioduri metallici: additivi nei gas (ioduri di sodio o tallio) producono radiazioni di colori (λ)

o che il mercurio non riesce a produrre

A vapori di mercurio: a fluorescenza ma con alta pressione dei gas→ più luce

o A vapori di sodio: luce calda, elevata durata ma bassa resa del colore

o A induzione

o

Solid state lighting (LED)



APPARECCHI

Criteri di scelta: sicurezza, comfort, compatibilità estetica con l’ambiente, costi di manutenzione

 Ripartizione del flusso luminoso: flusso sopra/flusso sotto

 % %

Diretto semi-diretto

o % %

% %

Diffuso diretto-indiretto

o % %

% %

Indiretto semi-indiretto

o % %

Strumenti di controllo e distribuzione del flusso: riflettori, diffusori, lenti, schermi, rifrattori, filtri

 Illuminazione diretta

 Apparecchi: sospesi, a soffitto, incassati, al controsoffitto

o Caratteristiche: rendimenti elevati, effetto modellato, rischio abbagliamento, soffitti e

o pareti poco illuminati

Illuminazione indiretta

 Apparecchi: piantane, a parete, sospesi

o Caratteristiche: luce diffusa, poco modellato, no abbagliamento, basso rendimento

o

Parametri caratterizzanti gli apparecchi:

 Indicatrice di emissione: curva che rappresenta la distribuzione dell’intensità luminosa in

o un piano passante per il centro luminoso (sorgente)

APERTURA DEL FASCIO LUMINOSO: angolo entro il quale l’intensità luminosa emessa è >

o 50% del valore massimo

RENDIMENTO LUMINOSO: resa luminosa dell’apparecchio rispetto alla sorgente → ηa =

o Grado di protezione

o Classe di protezione elettrica

o Sicurezza termica

o

PROGETTO DELL’ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE

Obiettivo: definire il numero e la distribuzione degli apparecchi necessari



CALCOLO MANUALE

Metodo puntuale: illuminamento in un punto di un piano generato da sorgenti puntiformi, lineari

 ed estese

Illuminamento diretto → E = = =

o p

 Su una superficie orizzontale → E =

p

 Su una superficie verticale → E = =

p

Illuminamento indiretto → E = Φt: ρm:

o flusso luminoso totale media ponderata

med,ind ∑

dei fattori di riflessione di tutte le superfici che compongono il locale

Metodo del flusso totale: illuminamento medio sul piano di lavoro generato da sorgenti disposte

 E

uniformemente → Φ = : A: M:

illuminamento medio mantenuto area piano utile fattore di

t m

manutenzione

n°apparecchi → N = Φ /Φ Φ :

o flusso nominale delle sorgenti

t n n

FATTORE DI UTILIZZAZIONE(U): rapporto tra il flusso che raggiunge il piano utile e il flusso

o totale (si trova con tabelle e i) → U =

INDICE DEL LOCALE: dipende dalla geometria del locale → i =

o ( )

a, b: h:

larghezza e lunghezza del locale altezza degli apparecchi rispetto al piano utile

CALCOLO COMPUTERIZZATO (software Dialux)

Illuminamento puntuale e medio sul piano di lavoro

 Illuminamento puntuale e medio su superfici verticali

 Distribuzione delle luminanze



PROGETTO DELL’ILLUMINAZIONE NATURALE

SORGENTI

Sole → radiazione dire a. Radiazione visibile (λ = 0.38÷0.78 μm)

 Efficienza luminosa → η = = Φ : Φ :

o flusso luminoso flusso energetico

n l e

Volta celeste → radiazione diffusa e riflessa dal terreno. E dipende dalla luminanza L. Modello di

 cielo utilizzato: cielo coperto a luminanza costante

Illuminamento solare globale → E = E + E + E E :

 illuminamento diretto proveniente da sole e volta

i d r,e r,i d

E : E :

celeste illuminamento riflesso da ostruzioni e superfici esterne illuminamento indiretto riflesso da superfici

r,e r,i

interne dell’ambiente

METODI DI CALCOLO

Metodi basati sul FATTORE DI LUCE DIURNA: valore percentuale che caratterizza illuminamento

 ,

,

interno rispetto all’esterno → FLD = = + + = SC + ERC + IRC