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Illuminotecnica (parte2)

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Articolo redatto da Arch. F.Di Mario per Eudomia Mag

Disporre di una adeguata illuminazione negli ambienti in cui si vive o si lavora, è utile non solo da un punto di vista estetico ma soprattutto per la salute, poiché da un cattivo uso di essa possono risultare fenomeni di abbagliamento, di sforzo eccessivo della vista (astenopia) o si possono assumere posizioni sbagliate per ovviare alle problematiche del riflesso.  Per ottenere una buona illuminazione oltre a conoscere le caratteristiche delle sorgenti luminose  (vedi articolo illuminotecnica 1) è bene anche fare attenzione ad altri accorgimenti come la scelta degli apparecchi illuminanti e i valori di illuminamento in lux per i vari ambienti e superfici.

GLI APPARECCHI ILLUMINANTI, Gli apparecchi illuminanti svolgono varie funzioni:  – controllo e modifica del flusso luminoso emesso dalla lampada, – funzione estetica, – connessione della lampada all’alimentazione, – protezione della lampada da urti e vibrazioni e dal contatto con agenti esterni (per solidi e liquidi, è indicato con grado di protezione IP), – protezione dell’utilizzatore da contatti sotto tensione o a elevata temperatura

CONTROLLO DEL FLUSSO LUMINOSO, Per quanto riguarda il controllo del flusso luminoso, esso può essere “schermato”, per evitare abbagliamento ed ombre troppo marcate, oppure “distribuito” per correggere il solido fotometrico della lampada, ossia  “la forma” del fascio luminoso che si genera da essa.  La schermatura viene realizzata con pannelli a superfici sfaccettate o opaline, griglie a nido d’ape o alette paraluce; invece la distribuzione del flusso luminoso si può realizzare a mezzo di riflettori, rifrattori, diffusori.

I riflettori servono a concentrare l’energia luminosa utilizzando materiali con elevato fattore di riflessione come vetro argentato o alluminio lucidato; possono generare fasci dalle forme simmetriche o anche asimmetriche e si dividono in:  – riflettori a fascio concentrato (fascio tra 20° e 40°), – riflettori a fascio largo (fascio con ampiezza maggiore di 40°), – riflettori a fascio asimmetrico.  In genere questi apparecchi hanno un rendimento del 70-90%.

I rifrattori consentono il controllo direzionale dell’emissione luminosa evitando così pericoli di abbagliamento. Si utilizzano vetri, resine acriliche sagomati in piccoli prismi o coni che permettono la diffusione della luce in tutte le direzioni. Il rendimento è del 60-70%.

I diffusori riducono la luminanza della sorgente aumentandone la dimensione apparente. Tale effetto è realizzato con schermature di vetro smerigliato, policarbonati, vetro e carta.

“Rendimento luminoso” = è il rapporto tra il flusso luminoso che esce dall’apparecchio e il flusso emesso dalla sorgente (la lampadina).  Bisogna infatti considerare che tutti gli apparecchi illuminanti contribuiscono a diminuire, anche se in minima parte, la quantità di luce emessa dalla sorgente (lampadina).

ILLUMINAMENTO, L’illuminamento è una grandezza fotometrica risultato del rapporto tra il flusso luminoso (misurato in lumen) emesso da una sorgente e la superficie dell’oggetto illuminato; è quindi riferita all’oggetto illuminato e non alla sorgente.

Gli illuminamenti necessari per i vari ambienti sono descritti dalle normative in materia (ad esempio EN 12464 «Illuminazione di posti di lavoro»).

ABBAGLIAMENTO, L’abbagliamento può essere diretto o riflesso. L’abbagliamento diretto è in genere causato da apparecchi non schermati o superfici particolarmente lucide. L’abbagliamento riflesso invecepuò essere dato da superfici riflettenti o apparecchi posizionati male. In entrambi i casi l’effetto sulle persone consiste in un calo della concentrazione, una maggiore stanchezza e disturbi agli occhi. 

Fatte queste premesse sarà più semplice capire quali caratteristiche considerare nella scelta di un apparecchio illuminante per un dato ambiente.

PROGETTO DI ILLUMINAZIONE – esempio, Per prima cosa sarà opportuno valutare quale sia la tipologia dell’ambiente e, quindi, l’illuminamento medio consigliato per esso. Ecco alcuni valori di riferimento che si possono utilizzare per una abitazione privata:

Per capire meglio, immaginiamo di dover illuminare questo appartamento: (Il seguente progetto è di massima)

Per prima cosa bisogna calcolare quale sia il flusso luminoso di cui necessita ogni stanza, in base alle dimensioni in metri quadri e alla tabella precedente dei lux consigliati.

 Questo ci aiuterà, una volta deciso l’apparecchio, a scegliere la giusta sorgente luminosa in base alle caratteristiche riportate sulla confezione (tipologia di sorgente, lx, watt, ecc…)

 ILLUMINAZIONE CAMERA DA LETTO MATRIMONIALE

_ILLUMINAZIONE GENERALE; Abbiamo stabilito con un semplice calcolo che un apparecchio che debba illuminare tutta la stanza, necessiterà di una sorgente con flusso luminoso di circa 1400 lumen.  Ma ora bisogna scegliere un portalampada  idoneo, che non causi abbagliamento e che diffonda la luce in maniera omogenea, al fine di creare un ambiente rilassante.  Spesso per questo scopo vengono utilizzati i diffusori, proprio perché la sorgente luminosa è schermata e, indirizzando la luce verso il soffitto, sfruttano maggiormente il fenomeno della riflessione. In questo caso è auspicabile un soffitto chiaro. Si può ipotizzare un apparecchio  a sospensione, montato in posizione centrale, ad esempio un diffusore in policarbonato serigrafato come quello di Luceplan.

_ILLUMINAZIONE LOCALIZZATA, Nelle camere da letto è sempre utile avere anche un’illuminazione localizzata, possibilmente vicino al letto e davanti l’armadio, per scegliere gli abiti. Per quanto riguarda i punti luce da posizionare davanti l’armadio, questi possono essere dei semplici incassi (spesso impropriamente chiamati “faretti”) da installare in una eventuale porzione di controsoffitto. Per gli apparecchi da posizionare vicino ai lati del letto, ci si può sbizzarrire tra innumerevoli tipi e forme dal design più vario. Ad esempio le lampade a parete “Laser Cube” di Studio Italia Design.

ILLUMINAZIONE BAGNO

_ILLUMINAZIONE GENERALE, Una sorgente luminosa per il nostro bagno di 4,77 mq dovrà produrre circa 500lm, ovviamente non è detto che la sorgente debba necessariamente essere singola, potrebbero anche essere due da posizionare in punti strategici.   Potremmo ad esempio utilizzare lo “Starpoint” della Erco, un apparecchio da incasso nel soffitto, che monta led con una potenza di 8w, un flusso di 600 lm (ne basterebbe dunque uno solo) e distribuisce la luce in modalità “flood” o “wide flood”.

_ILLUMINAZIONE LOCALIZZATA

SPECCHIO, Di fronte o ai lati dello specchio è bene installare una sorgente che abbia una buona Resa Cromatica, in particolare che possegga lunghezze d’onda relative alle tonalità del rosso, più adatte per la pelle del viso. E’ consigliabile quindi una alogena e non una fluorescente.  Inoltre l’apparecchio deve far si che la sorgente non abbagli la persona che si specchia. Un classico apparecchio da parete rivolto verso il basso può risolvere questo problema. L’apparecchio dovrà essere almeno protetto contro gli spruzzi d’acqua (IP44).

NOTA: DISTRIBUZIONE DELLA LUCE ,Gli apparecchi possono distribuire la luce in modi diversi, a seconda della distribuzione (ampiezza e forma) del fascio luminoso (tecnicamente si fa riferimento al “solido fotometrico”): – narrow spot (fascio molto stretto), – spot (fascio stretto circa 15-20°), – flood (fascio largo circa 40 -50°), – wide flood ,– oval flood, – wallwash

DOCCIA   , Se si desidera una illuminazione anche all’interno della doccia, soprattutto se questa è più buia perché realizzata parte in muratura, bisogna fare attenzione che l’apparecchio sia protetto contro i getti d’acqua (tenuta stagna) e quindi prendere come riferimento l’indice di protezione IP65.

ILLUMINAZIONE SOGGIORNO, Nel soggiorno può essere interessante creare dei giochi di luce, magari realizzando dei tagli nei  controsoffitti, entro cui inserire delle strisce led, come in questi progetti di Essenzialed:

Illuminotecnica

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Articolo redatto da Arch.F.Di Mario per Eudomia Mag

Quando le giornate cominciano ad accorciarsi, aumenta la necessità di ricorrere all’illuminazione artificiale, ma questa non sempre è utilizzata nel migliore dei modi.  Per sfruttare a pieno le sorgenti luminose artificiali sia dal punto di vista dei consumi che dell’effettiva resa, ci sono piccoli accorgimenti e conoscenze su cui fare affidamento.  Ecco gli aspetti fondamentali da considerare:

FLUSSO LUMINOSO , Quantità di luce erogata per unità di tempo, misurata in lumen [lm].

POTENZA ELETTRICA, Si esprime in Watt ed indica fondamentalmente il consumo di una sorgente.

EFFICIENZA LUMINOSA, Espressa in lumen/watt [lm/W] indica il costo della trasformazione della potenza elettrica in potenza luminosa. Questo dato è molto importante per capire la reale efficienza di una sorgente.

Ad esempio una vecchia lampada ad incandescenza consumando 100W emetteva un flusso luminoso di circa 1350 lm, quindi la sua efficienza luminosa era di 13,5 lm/W.  

Una fluorescente compatta (spesso chiamata lampada a risparmio energetico) con 23 W emette 1500 lm circa, quindi una efficienza luminosa di 65 lm/W. Ciò significa che per avere più luce in un ambiente non bisogna guardare solo la potenza [W] ma soprattutto il flusso emesso [lm], Inoltre se si vuole risparmiare bisogna considerare l’efficienza luminosa e non solo il wattaggio.

DURATA MEDIA (vita della sorgente) Numero di ore di funzionamento.

TEMPERATURA DI COLORE  Si esprime in gradi Kelvin ed è un parametro impiegato per individuare il colore della luce di una sorgente luminosa. La temperatura di colore indica il colore della luce emessa, ma attenzione: non dice nulla sulla sua capacità di rendere i colori degli oggetti che essa colpisce!

Le sorgenti luminose sono divise principalmente in tre gruppi:          – T < 3300 K = colore bianco caldo, – 3300 < T < 5300 = colore bianco neutro, – T > 5300 K = colore bianco freddo

Per fare un confronto si può ricordare che la T di colore della Luna è 4100K, quella del sole in estate a mezzogiorno è 5300-5880K, quella del cielo sereno va da 10.000K a 25.000 K.

INDICE DI RESA CROMATICA  (Ra) Esprime l’effetto prodotto da una sorgente luminosa sull’aspetto cromatico di un oggetto. Una superficie appare di un determinato colore perché riflette le lunghezze d’onda relative a quel colore mentre assorbe le altre. Quindi se nello spettro di emissione della sorgente incidente non ci sono le lunghezze d’onda del materiale osservato, il suo colore risulterà alterato.  In altre parole, è bene considerare che cosa bisogna illuminare prima di scegliere la lampada: ad esempio se si vuole illuminare un viso davanti allo specchio di un bagno, o la carne di una macelleria, o un mobile di colore rosso,  non è il caso di acquistare una sorgente fluorescente perché questa nel suo spettro non ha le lunghezze d’onda relative alla suddetta tonalità. Potrebbe essere più appropriata una alogena, che ha infatti una resa cromatica pari a 100 (cioè il massimo). Per chiarezza, ecco a confronto gli spettri di una sorgente fluorescente e di una alogena: si noti come nella fluorescente non siano presenti lunghezze d’onda all’altezza dei 700nm (circa).

Immaginiamo ora di dover acquistare la sorgente luminosa in negozio, ecco un esempio di lettura delle prime specifiche tecniche:

TIPOLOGIA DELLE SORGENTI LUMINOSE  (classificazione delle lampade),    Principalmente le sorgenti luminose si dividono in sorgenti a materiali solidi e sorgenti a materiali aeriformi (gas e vapori). Innanzitutto sono diversi i principi di funzionamento: le sorgenti a scarica richiedono un sistema di apparecchiature  ausiliarie per essere innescate e alimentate, mentre le sorgenti a incandescenza si inseriscono in impianti di alimentazione più semplici, seppure alcuni sottotipi abbiano dispositivi elettromagnetici o elettronici di alimentazione o regolatori del flusso. Qui di seguito vediamo uno schema generale di classificazione delle lampade:

LAMPADE A INCANDESCENZA (A FILAMENTO), Le lampade a filamento di tungsteno ormai non sono più in circolazione, ma erano utilizzate maggiormente in ambienti interni per via della loro tonalità di luce calda (circa 2750K) e la buona resa cromatica (pari a 100). Questa tipologia di sorgenti è sparita anche per l’elevato consumo energetico a fronte, quindi, di una bassa efficienza luminosa, una ridotta durata di vita (circa 1000 ore) ed alte emissioni termiche.

LAMPADE A CICLO DI ALOGENI, Agli inizi degli anni sessanta si scoprì che  introducendo nell’ampolla vuota, insieme al gas inerte Argon, una miscela di sostanze alogene (iodio o bromo) si otteneva un incremento dell’efficienza luminosa, della qualità dell’emissione e della durata della lampada.  Le alogene alimentate a 230V possono essere tubolari a doppio attacco o anche con attacco a vite E27, quest’ultimo tipo possiede un doppio involucro trasparente: il primo al quarzo contenente il filamento con gli alogeni, il secondo esterno in vetro duro al borosilicato con funzioni di protezione e a temperatura inferiore rispetto a quella del bulbo interno. Tra i due involucri si ricava il vuoto.  È bene ricordare che insieme alle radiazioni infrarosse le alogene emettono una piccola quantità di radiazioni ultraviolette (UV), che potrebbero arrecare danni ad alcuni tipi di materiali, di fatti si tende a non utilizzarle per illuminare quadri.

LAMPADE ALOGENE PAR, Sono lampade con ottica incorporata in vetro pressato e rivestito sulla parte interna in ossido di alluminio per riflettere i raggi luminosi.  Queste sorgenti a tensione di rete (230V), sono disponibili con attacco E27, E14  e GU10 ed offrono una barriera agli UV e tutti i vantaggi delle alogene:  – buona qualità della luce (resa cromatica 100),  – durata (2000 ore) – efficienza   – temperatura di colore 2900 K, circa. – accensione e riaccensione istantanee

LAMPADE ALOGENE A BASSISSIMA TENSIONE, La bassissima tensione permette la costruzione di lampade con filamenti di maggior spessore e più corti, così da avere maggiore robustezza, un incremento della durata media ed ingombri molto contenuti. Inoltre si ha meno dispersione di energia termica, quindi maggiore efficienza luminosa.  Queste lampade richiedono un trasformatore elettronico.  – buona qualità della luce (resa cromatica 100),  – durata (2000-4000 ore) – efficienza   – temperatura di colore 3000-3200 K, circa. – accensione e riaccensione istantanee

LED (LIGH EMITTING DIODE), I LED sono basati su un diverso meccanismo fisico di generazione della radiazione luminosa: in un semiconduttore costituito da due regioni a diverso drogaggio, l’applicazione di una tensione diretta favorisce la ricombinazione di elettroni e lacune e l’emissione di fotoni. I vantaggi sono: – elevata efficienza  – elevata robustezza – vita media molto elevata (50.000-90.000 ore) – dimensioni ridotte  – basso consumo.        L’efficienza luminosa varia in funzione del colore (giallo 30lm/W, bianco 25lm/W) ma l’emissione si riduce con l’aumento della temperatura.  Ormai i led sono utilizzati sia in strisce sia all’interno di corpi che prendono il posto delle vecchie lampadine. Gli unici svantaggi sono:  la resa cromatica non è ottimale, la temperatura di colore può dipendere dall’angolo di vista ed è necessario un trasformatore.

LAMPADE FLUORESCENTI, Per fluorescenza si intende la proprietà di un materiale di emettere luce quando viene eccitato da radiazioni ultraviolette. La sua luminescenza cessa al venir meno dell’azione eccitatrice esercitata dalle radiazioni.  Il tubo di scarica, una volta ricavato il vuoto al suo interno, è riempito con uno o più gas rari (argon, neon o kripton) e con il vapore di mercurio a bassa pressione.  Gli elettrodi del tipo a caldo sono sottoposti a riscaldamento prima della scarica con un apposito dispositivo chiamato starter. Il gas raro ha funzione di favorire l’accensione: esso è in grado di condurre elettricità a freddo. Dopo le prime scariche iniziali, si instaura l’arco elettrico attraverso il vapore di mercurio ; l’emissione del vapore a bassa pressione  è costituita da radiazioni ultraviolette UV-C. le polveri fluorescenti rivestono la parete interna del tubo.

LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE, Sono lampade che abbinano ai bassi consumi di energia elettrica, le prerogative delle dimensioni ridotte, della compattezza e della versatilità d’uso. 

Possono essere : – compatte non integrate: alla base in corrispondenza dell’attacco, sono alloggiati lo starter e il  condensatore di rifasamento per il funzionamento con un alimentatore elettromagnetico esterno.  Esistono le versioni per l’alimentazione elettronica prive dello starter e del condensatore. In questo caso è possibile regolare il flusso luminoso dal 10% al 100%. Si producono alimentatori forniti di portalampada e di attacco a vite per l’adattamento con portalampada con attacco E27. Durata media 12.000 ore Temperatura di colore (K) 2700-4000 k Resa dei colori 82 Efficienza luminosa 57-70 lm/W;          – compatte integrate: in cui tutti i dispositivi sono incorporati alla base della lampada ed hanno attacco a vite E27 ed E14, hanno ingombri paragonabili a quelli delle vecchie lampade a incandescenza ma con prestazioni nettamente superiori. Durata media 10.000 ore, Temperatura di colore (K) 2700 k, Resa dei colori 82, Efficienza luminosa 50-65 lm/W

ATTACCHI, Ogni lampada è provvista di un elemento elettromeccanico che è l’attacco; l’identificazione del quale influenza necessariamente la scelta del portalampada e viceversa. La classificazione degli attacchi è internazionale ed è basata su sigle alfanumeriche  come ad esempio i famosi E27 ed  E14.  La prima lettera maiuscola indica la tipologia di attacco, i più comuni sono: E = attacco a vite, Edison  (quello delle tradizionali lampade a incandescenza, ora sostituite da altre sorgenti), G = attacco a spina, B = attacco a baionetta. Il secondo carattere è un numero  che indica la lunghezza trasversale in millimetri e in base al tipo di attacco si riferisce al diametro, alla distanza tra le due spine o agli spessori dei supporti. Nei casi presi in esempio E14 sta ad indicare 14mm di diametro mentre E27 specifica 27 mm di diametro.  Eventualmente presente un terzo carattere con una lettera minuscola, questo informa sul contatto elettrico. Ecco degli esempi di attacchi, per lampade a incandescenza (E14,E27,E40,B15d), a ciclo di alogeni (ER7s, Fa4,G53,G13), a fluorescenza (G5, G13, G24d-1), a vapori di alogenuri metallici (G12):