Illuminotecnica - Principi di Illuminotecnica - 2024-2025 PDF

Corso di Laurea Magistrale DAMS Teatro – Musica – Danza A.A. 2024/2025 Corso di ACUSTICA, SONORIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI, ILLUMINOTECNICA ILLUMINOTECNICA Ing. Claudia Guattari SENSAZIONE VISIVA Dispe...

Corso di Laurea Magistrale DAMS Teatro – Musica – Danza A.A. 2024/2025 Corso di ACUSTICA, SONORIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI, ILLUMINOTECNICA ILLUMINOTECNICA Ing. Claudia Guattari SENSAZIONE VISIVA Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ La luce è quel fenomeno fisico che permette la visione degli oggetti. Lo studio della luce, associato a quello dei meccanismi della visione, è antichissimo, ma solo a partire dalla fine del XVII sec. cominciarono ad essere elaborati modelli su basi scientifiche nel tentativo di interpretare la natura dei fenomeni luminosi, ponendo così le fondamenta dell'ottica. Alla fine del XVII sec. coesistevano due teorie interpretative della luce: una teoria ondulatoria e una teoria corpuscolare. ❑ Secondo la teoria ondulatoria, dovuta al fisico olandese Christiaan Huygens (1629-1695), la luce veniva considerata come un insieme di onde dovute alla vibrazione di un mezzo non precisato, l'etere che riempiva l'Universo; alle sue differenze di frequenza erano associati i diversi colori. ❑ La teoria corpuscolare, formulata dal fisico inglese Isaac Newton più o meno nello stesso periodo, sosteneva che la luce fosse composta di corpuscoli di massa diversa emessi dalle sorgenti luminose (da cui deriverebbe la differenza di colore), che si propagano in linea retta. ❑ I corpuscoli, come piccoli proiettili, sono materia in movimento, mentre le onde trasportano energia ma non materia. Inizialmente la teoria corpuscolare di Newton godette di maggiori favori per la sua semplicità e per la difficoltà di definire e misurare l'etere, ma quando, all'inizio del XIX sec., vennero studiati i fenomeni dell'interferenza e della diffrazione, tipici dei fenomeni ondulatori, la teoria ondulatoria si impose su quella corpuscolare. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ Fino all’inizio del 1800 la comunità degli scienziati riteneva valido il modello corpuscolare, perché descriveva in modo efficace la formazione delle ombre nette (dove arrivano i corpuscoli c’è luce, dove non arrivano c’è ombra) e la riflessione della luce (i corpuscoli rimbalzano come palline sulle superfici riflettenti). Invece, il modello ondulatorio era giudicato poco convincente, perché non era chiaro che tipo di perturbazione fosse la luce né in quale mezzo si propagasse. ❑ Nel 1801 il medico e fisico inglese Thomas Young dimostra il fenomeno dell’interferenza della luce. Tale fenomeno è spiegabile solo attraverso la natura ondulatoria. ❑ Nel 1820 Augustin Fresnel dimostra la diffrazione della luce, altro fenomeno tipicamente ondulatorio. ❑ Nel 1850 Armand Fizeaut e Léon Foucault dimostrarono che la luce si propaga più velocemente nell’aria che nel mezzo, contraddicendo l’ipotesi fatta da Newton. ❑ Questo modello ondulatorio si impone alla fine del 1800, quando trova conferma la previsione di James Maxwell (1831-1879), secondo cui la luce è un’onda elettromagnetica: la perturbazione è costituita da campi elettrici e magnetici oscillanti che si propagano anche nel vuoto. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ Nei decenni successivi fu scoperto che la luce è simile alle onde radio, ai raggi ultravioletti e ai raggi X, anch’essi onde elettromagnetiche, ma di frequenza diversa dalle onde luminose. ❑ La disputa sembrava finita con la vittoria del modello ondulatorio, quando nel 1905 il quadro si complicò di nuovo. Albert Einstein scoprì che la luce, quando incide su un metallo (interazione con la materia) e provoca l’emissione di elettroni (effetto fotoelettrico), si comporta come se fosse costituita da una pioggia di particelle, i fotoni. ❑ Oggi si ritiene che i modelli siano tutti e due validi, nel senso che descrivono caratteristiche diverse della luce. In certe situazioni la luce si comporta come un’onda, in altre come un corpuscolo. ❑ Diverse proprietà della luce (per esempio, la riflessione e la rifrazione) possono essere descritte immaginando che la luce sia costituita da raggi, simili a quelli emessi da un laser. ❑ Un raggio luminoso è un fascio di luce molto sottile, che rappresentiamo con una retta. Questo semplice modello della propagazione della luce è coerente sia con il modello corpuscolare (i raggi sono le traiettorie dei corpuscoli) sia con il modello ondulatorio (i raggi sono la direzione in cui si propaga l’onda). Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ La luce è costituita dalle onde elettromagnetiche in grado di stimolare il senso della vista di un osservatore umano. Si individuano nelle lunghezze d’onda comprese tra 380 e 780 nm le radiazioni in grado di generare uno stimolo visivo. Lunghezze d’onda inferiori al minimo dell’intervallo normale di visibilità si indicano con il nome di ultravioletti. Viceversa, lunghezze d’onda superiori al massimo dell’intervallo di visibilità si indicano con il nome di infrarossi. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ L’illuminotecnica è quella parte della fisica tecnica che riguarda lo studio dell’illuminazione artificiale e naturale di spazi interni o esterni, e si propone lo scopo di consentire, in condizioni di comfort, buone prestazioni visive. Spesso nell’illuminazione di ambienti, edifici, sale da spettacolo, teatri, ci si propone anche il raggiungimento di effetti estetici. ❑ Un essenziale punto di partenza è la Fotometria, ovvero la scienza che si occupa della misura della luce e dei rapporti esistenti fra la sensazione visiva e la luce visibile. ❑ L'intensità della sensazione dipende dalla potenza della radiazione incidente sull'occhio e dalla sua lunghezza d'onda: si può verificare sperimentalmente che, all'aumentare della potenza, aumenta l'intensità della sensazione e che, al variare della lunghezza d'onda delle radiazioni monocromatiche (onde sinusoidali di frequenza costante), varia l'intensità della sensazione. ❑ Per suscitare la sensazione visiva, la potenza incidente deve raggiungere un valore minimo, chiamato valore di soglia, per valori inferiori l'occhio non avverte alcuna sensazione; anche il valore di soglia, per radiazioni monocromatiche, dipende dalla lunghezza d'onda. ❑ Stabilire una corrispondenza fra l'intensità della sensazione e le grandezze fisiche potenza e lunghezza d'onda significa costruire una scala di misura della sensazione visiva. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ I corpi che, come le lampadine o il fuoco, emettono la luce sono chiamati corpi luminosi o sorgenti di luce. I raggi che essi emettono colpiscono gli altri oggetti (cioè i corpi illuminati), sono diffusi in tutte le direzioni ed entrano, infine, nei nostri occhi. ❑ Questo è il meccanismo che ci permette di vedere. I corpi che sono colpiti da un raggio luminoso possono fermarlo oppure possono lasciarsi attraversare da esso. Nel primo caso si dice che i corpi sono opachi, nel secondo si parla, invece, di corpi trasparenti. ❑ Sono opachi quasi tutti gli oggetti ordinari, mentre il vetro, l’aria e l’acqua sono trasparenti. ❑ Tra queste due categorie ce ne è una intermedia, quella dei corpi traslucidi. Pur lasciando passare la luce, non permettono di distinguere la forma degli oggetti da cui essa proviene. Il vetro smerigliato e la carta sono esempi di corpi traslucidi. ❑ Mettiamo un corpo opaco davanti a una sorgente luminosa e osserviamo l’ombra che si disegna sullo schermo. ❑ Se la sorgente è puntiforme, sullo schermo si forma un’ombra netta, che corrisponde alla forma dell’oggetto. La zona dove i raggi non arrivano si chiama cono d’ombra. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ Se la sorgente è estesa, intorno alla zona d’ombra c’è una zona di penombra, dove arriva solo una parte dei raggi. Il punto P si trova nella zona di penombra. Da: L’Amaldi 2.0 © Zanichelli 2010 ❑ Questi esperimenti suggeriscono che i raggi luminosi si propagano in linea retta. ❑ Nel vuoto la luce si muove con velocità c pari a circa 300000 km/s, questa velocità è la massima possibile ed è considerata una costante fisica universale. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO Da: L’Amaldi 2.0 © Zanichelli 2010 ❑ I più grandiosi fenomeni d’ombra che possiamo osservare sono le eclissi, conseguenza dei movimenti della Terra e della Luna. Quando la Luna passa tra il Sole e la Terra ed è allineata con essi, si ha una eclissi di Sole. L’eclissi è totale per i punti che si trovano nel cono d’ombra proiettato dalla Luna; è invece parziale per quelli che si trovano nella zona di penombra. Da tutti gli altri punti l’eclissi non è visibile. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici IL SISTEMA VISIVO UMANO Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CARATTERISTICHE DEL FENOMENO VISIVO ❑ L’occhio è un globo racchiuso da una spessa membrana opaca, che presenta sul davanti una superficie trasparente detta cornea. ❑ Dietro la cornea vi è l’iride, un diaframma che ha nel centro un foro (la pupilla) attraverso cui penetra la luce. Dietro all’iride si trova il cristallino, un corpo trasparente a forma di lente, circondato dal muscolo ciliare. ❑ La pupilla è comandata, in modo inconscio, da un muscolo che ne fa variare il diametro a seconda dell’intensità della luce incidente. ❑ La luce, dopo essere penetrata nel cristallino, passa attraverso l'umor vitreo, sostanza gelatinosa limpida che riempie il bulbo oculare dietro il cristallino fino a incidere sulla retina ove si forma l’immagine. ❑ Sulla retina sono presenti due tipi di cellule fotosensibili: i bastoncelli responsabili della visione in bianco e nero a bassa intensità (visione scotopica o notturna) e I coni responsabili della distinzione dei colori forniscono una visione precisa alla Da: L’Amaldi 2.0 © Zanichelli 2010 luce intensa del giorno (visione fotopica o diurna), ma sono poco utili di notte o con luce tenue. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici IL SISTEMA VISIVO UMANO ❑ Nel processo di visione possiamo distinguere due diversi ambiti: 1. Prestazione visiva Reale: capacità dell’occhio di assolvere alle funzioni visive. Alla prestazione visiva sono collegate le seguenti proprietà : Acuità visiva Sensibilità al contrasto Velocità di percezione o visione Percezione cromatica Visione periferica 2. Soddisfazione visiva: Capacità dell’occhio di interpretare gli stimoli esterni. Alla soddisfazione visiva sono collegate le seguenti proprietà: Adattamento Accomodamento Convergenza Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE RADIOMETRICHE ❑ Le grandezze radiometriche sono grandezze legate all’energia, le corrispondenti grandezze fotometriche sono legate alla visione. La radiometria studia la misura della radiazione elettromagnetica radiante tramite un insieme di grandezze fisiche. ❑ Le grandezze radiometriche fondamentali sono le seguenti: Energia radiante: è l’energia totale emessa da una sorgente, si misura in Joule [J]. Flusso radiante (potenza radiante): è l’energia emessa da una sorgente per unità di tempo, l’unità di misura è il Watt [W]. Intensità radiante: è il flusso radiante per unità di angolo solido in una data direzione, considerando la sorgente come origine delle coordinate. Si misura in Watt su steradiante [W/sr]. Irradiamento: E' la misura del flusso radiante incidente sulla superficie di un oggetto (flusso radiante per unità di area. Si misura in Watt al m2 [W/m2]. Nela caso in cui la superficie sia emissiva, invece di ricettrice, si preferisce parlare di Emettenza, definita come il flusso radiante emesso da un elemento infinitesimo di superficie diviso per l’area dell’elemento stesso. Si misura in Watt per unità di superficie [W/m2]. Radianza: è la misura dell’intensità radiante totale per unità di area attraversata.. Si misura in Watt per unità di superficie [W/sr m2]. ❑ Tutte le grandezze hanno la loro corrispondenza spettrale, che corrisponde ad una dimensione m-1. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CURVA DI VISIBILITA’ ❑ La sensazione visiva non dipende dalla quantità di energia raggiante che incide sulla retina, ma dalla potenza incidente e dalla lunghezza d’onda. Lo spettro visibile va da λ = 380 ÷ 780 nm e la massima sensibilità si ha per λ = 555 nm. Muovendosi verso gli estremi del campo visivo è necessario aumentare la potenza della radiazione per ottenere la stessa sensazione visiva. ❑ La potenza emessa per ogni singola lunghezza d'onda deve essere "pesata" secondo la sensibilità dell'occhio a quella lunghezza d'onda. A tale scopo è stata studiata la risposta dell'occhio alle radiazioni di varie lunghezze d'onda sia in condizioni di luce diurna (visione fotopica) sia in condizioni di minore intensità luminosa (visione scotopica). E’ stato codificato un occhio con una sensibilità media, risultato di una elaborazione statistica condotta su un gran numero di soggetti. ❑ L’osservatore percepisce come più intensa la luce per λ=555 nm, dove l'occhio presenta quindi massima sensibilità, mentre stimerà progressivamente meno intensa la luce con λ maggiore o minore. ❑ Muovendosi verso i due limiti inferiore (380 nm ) e superiore (780 nm) dello spettro del visibile, per ottenere una sensazione di equivalenza dei due fasci luminosi, occorrerà incrementare la potenza della radiazione. Per λ < 380 nm e λ > 780 nm non si avrà percezione visiva. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CURVA DI VISIBILITA’ ❑ L'occhio umano valuta in misura diversa l'intensità corrispondente alle varie lunghezze d'onda ed è per questo che uguali quantità di energia raggiante di differenti lunghezze d'onda non provocano un'impressione luminosa di uguale intensità. ❑ Se, ad esempio, si considerano uguali quantità di energia per tutte le varie lunghezze d'onda e si paragona l'intensità della sensazione ricevuta, si constata che alla radiazione giallo verde (lunghezza d'onda pari a 555nm), corrisponde l'impressione luminosa più intensa mentre le radiazioni rosse e violette determinano un'impressione molto più debole. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CURVA DI VISIBILITA’ ❑ Visione fotopica - percezione piena dei colori e delle differenze cromatiche - l’andamento di v e λ è indipendente dalla potenza degli stimoli solo sopra un certo valore e cioè per luci piuttosto intense corrispondenti a buona illuminazione. ❑ Visione scotopica - luci molto deboli e visione praticamente in bianco e nero - scarse illuminazioni (bassi valori di luminanza). 1 visione fotopica 0,9 visione scotopica 0,8 coefficiente di visibilità 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 380 430 480 530 580 630 680 730 lunghezza d'onda (nm) Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici CURVA DI VISIBILITA’ ❑ In condizioni di visione scotopica (notturna), la curva di visibilità tende a traslare verso valori minori della lunghezza d'onda. Questa traslazione, dell'entità di 40  50 nm, prende il nome di fenomeno di Purkinje, dal nome dello scienziato che l'ha scoperto. La forma della curva si mantiene sostanzialmente inalterata ed il massimo di v si sposta da  = 555 nm a  = 510 nm 1 visione fotopica 0,9 visione scotopica 0,8 coefficiente di visibilità 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 380 430 480 530 580 630 680 730 lunghezza d'onda (nm) Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE ❑ Le grandezze fotometriche sono grandezze fisiche definite a partire dalle grandezze radiometriche mediante pesatura con la curva di risposta spettrale dell'occhio umano. ❑ Vengono impiegate le grandezze fotometriche poichè quantificano l'emissione luminosa in termini di risposta del sistema visivo umano, il quale presenta sensibilità non uniforme alle diverse lunghezza d'onda. Le grandezze radiometriche non sono direttamente utilizzabili in queste applicazioni. ❑ Le grandezze fotometriche fondamentali sono le seguenti: Visibilità V: è l’attitudine delle radiazioni luminose di suscitare nell'occhio la generica intensità di sensazione Energia luminosa: è la grandezza fotometrica che corrisponde alla grandezza radiometrica energia radiante, ovvero è l'energia trasportata da un campo di radiazione elettromagnetica appartenente allo spettro di frequenze della luce visibile. Flusso luminoso: Quantità di energia luminosa emessa da una determinata sorgente Intensità luminosa: Flusso luminoso emesso all'interno dell'angolo solido unitario (steradiante) in una direzione data. Illuminamento: Rapporto tra il flusso luminoso ricevuto da una superficie e l'area della superficie stessa. Luminanza: Rapporto tra intensità luminosa emessa da una superficie in una data direzione e l'area della superficie apparente. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE ❑ La grandezza fotometrica fondamentale è la Visibilità V, che caratterizza le radiazioni luminose per la loro capacità di suscitare nell'occhio la generica intensità di sensazione. ❑ Essa non è utilizzata per la definizione dell'unità di misura primaria, a causa della difficile riproducibilità della procedura sperimentale (campione statisticamente significativo di persone e l'esecuzione di confronti e l'interpretazione di giudizi soggettivi). ❑ L’unità di misura utilizzata nel sistema internazionale è la candela [cd], unità di misura dell'intensità luminosa. ❑ Il flusso luminoso ϕ [lumen - lm] è la grandezza fotometrica che definisce la quantità totale di energia luminosa emessa da una qualsiasi sorgente in un intervallo di tempo, cioè la potenza complessiva che tale sorgente irradia sotto forma di radiazione visibile all’occhio umano. ❑ Si riferisce alle lampade e permette di confrontarle (cataloghi produttori). Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE ❑ L’illuminamento E [lumen/m2 = lux], esprime la quantità di luce che arriva su una superficie in un certo punto; si misura in lux e si indica con la lettera E. L’illuminamento diminuisce man mano che la superficie illuminata si allontana dalla sorgente di luce. ❑ L'illuminamento è una grandezza fotometrica alla quale si fa spesso riferimento nei Capitolati riguardanti gli impianti di illuminazione ed anche nelle Normative e nella Legislazione specifica. ❑ In estate, a mezzogiorno, in pieno sole: circa 100.000 lux ❑ In inverno, a mezzogiorno, all'aperto: circa 10.000 lux Cono che delimita il flusso luminoso che interessa la superficie ❑ Luna piena con cielo senza nuvole: circa 0.25 lux Superficie illuminata Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE ❑ Si definisce intensità luminosa I [candela - cd] la quantità di energia emessa da un corpo luminoso (una sorgente di luce) nell'unità di tempo e in tutte le direzioni. ❑ Il parametro intensità luminosa è essenziale nel campo dell'illuminotecnica: è una grandezza principalmente utilizzata per la caratterizzazione delle sorgenti luminose, attraverso le curve fotometriche, ma anche in alcune prescrizioni progettuali e normative. ❑ Ad esempio, il controllo dei valori delle intensità luminose emesse dagli apparecchi di illuminazione (in particolare quelli che devono essere installati negli uffici con videoterminali) in determinate direzioni è essenziale al fine di evitare l'affaticamento visivo. ❑ Ordini di grandezza dell'intensità luminosa: l'intensità luminosa, al centro del fascio di luce emesso da una lampada alogena da 20 W è di 7.000 cd. I fari marini emettono fasci di luce al cui centro l'intensità luminosa può essere anche di 2.000.000 cd. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE ❑ Esempi di curve fotometriche e solido fotometrico. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE ❑ Si definisce luminanza L [candela/m2 = nit] di una superficie emittente in una direzione il rapporto fra l'intensità luminosa emessa nella direzione considerata e l'area dell'elemento stesso proiettata sopra un piano perpendicolare alla direzione considerata. ❑ La luminanza può essere definita per superfici che emettono luce o la riflettono. ❑ La luminanza è la grandezza illuminotecnica più direttamente correlata alla visione: essa tiene conto non solo della quantità di energia che raggiunge l'occhio, ma anche della sensazione di abbagliamento o di fastidio che essa può produrre. ❑ La luminanza quindi è un parametro importante nel calcolo illuminotecnico, in quanto se essa supera certi valori si crea il fenomeno dell’abbagliamento. ❑ La luminanza è una grandezza fotometrica molto utilizzata nella ingegneria dell'illuminazione, soprattutto per descrivere le superfici emittenti e nella valutazione dei flussi emessi dalle sorgenti dirette e indirette, in campo aperto. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici GRANDEZZE FOTOMETRICHE Valori di ILLUMINAMENTO su piano orizzontale Valori di LUMINANZA Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Le sorgenti primarie di luce artificiale, dette lampade, sono alimentate da energia elettrica e generalmente inserite in dispositivi realizzati con materiali riflettenti e/o rifrangenti atti ad effettuare il controllo in intensità (attenuazione) e direzionalità del flusso luminoso da esse emessa. ❑ L’insieme della lampada e del dispositivo di controllo è detto apparecchio illuminante. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ La scelta di una sorgente di luce è motivata da esigenze funzionali, impiantistiche, estetiche e di costo. I parametri principali che permettono di comparare tra di loro le lampade sono: Flusso luminoso emesso Φ (lumen) Potenza raggiante utile ai fini dell’illuminazione, ossia la porzione di energia raggiante che ricade nel campo del visibile pesata secondo la sensibilità dell’occhio umano (curva di visibilità). Solido fotometrico, curva fotometrica (cd/m2) Distribuzione spaziale del flusso luminoso (le curve fotometriche sono rappresentate da una sezione del solido fotometrico e sono utilizzate in luogo di esso in caso di simmetria assiale). Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE Efficienza specifica η (lumen/W) Rapporto tra il flusso luminoso emesso e la potenza elettrica assorbita. Le lampade ad incandescenza tradizionali hanno efficienza luminosa di circa 10-20 lm/W mentre, ad esempio, quelle a vapore di sodio a bassa pressione sono caratterizzate da efficienza di circa 200 lm/W. Il parametro efficienza luminosa assume particolare importanza nei casi in cui l'economia d'esercizio giochi un ruolo notevole nel bilancio globale delle spese dell'impianto d'illuminazione. Il massimo teorico dell'efficienza specifica di una lampada è di 683 lumen/Watt. Durata (h) Vita tecnica individuale: numero di ore di accensione dopo le quali la lampada va fuori servizio. Vita minima: numero di ore di vita minima garantite dal costruttore. Vita economica: numero di ore dopo le quali il livello di illuminamento decade di oltre il 30%. Vita media: numero di ore dopo le quali il 50% di un lotto significativo di lampade va fuori servizio. Le sorgenti che hanno la durata di vita media più breve (1000 - 1500 ore) sono le lampade ad incandescenza tradizionali; la durata di vita media più elevata è quella delle lampade ad induzione (oltre 60.000 ore) e quella dei LED (100.000 ore). La durata delle sorgenti luminose è strettamente correlata con il decadimento del flusso luminoso nel corso della loro vita. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE Decadimento del flusso luminoso (%) Diminuzione del flusso luminoso emesso nel tempo; il valore iniziale è misurato dopo 10 ore di accensione per le lampade a incandescenza e dopo 100 ore per le lampade a scarica. Temperatura di colore T (K) Il colore della radiazione emessa varia al variare della temperatura di emissione, seguendo una curva caratteristica che può essere riportata sul diagramma normalizzato dei colori. Ad ogni sorgente luminosa si può associare un punto rappresentativo del colore giacente su detta curva; è così attribuita la temperatura di colore della sorgente. Quanto più la temperatura di colore è bassa (3300 K), tanto la luce è calda (emissione a bassa temperatura, nel rosso/arancio); quanto più la temperatura di colore è elevata (5300 K), tanto più la tonalità della luce è fredda (emissione ad alta temperatura, nel blu). Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Si ricordi che dal punto di vista psicologico esiste una stretta relazione tra la tonalità della luce ed il comfort ambientale. ❑ Ad esempio in locali ove siano previsti valori di illuminamento piuttosto modesti è consigliabile installare lampade che emettano luce a tonalità calda piuttosto che neutra o fredda. ❑ diagramma di Kruithof mette in relazione la Temperatura di Colore ed i Livelli di Illuminamento. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE L’Indice di resa cromatica Ra (%) L’effetto cromatico di una superficie dipende sia dal suo colore effettivo, che dal tipo di sorgente luminosa. L’indice di resa cromatica è la misura di quanto una sorgente luminosa è capace di rendere i colori. In altre parole, descrive l’attitudine di una sorgente luminosa a rendere i colori allo stesso modo della radiazione solare; si determina illuminando, con una radiazione di riferimento (con spettro di emissione prossimo a quello del Sole) e con la radiazione in esame, alcune piastrine di colori campione. Il valore dell’indice di resa Cromatica che si ottiene è la media di 8 valori ottenuti su colori diversi. Convenzionalmente alla sorgente campione è assegnato il valore 100; aumentando l’alterazione del colore, Ra può diminuire fino a 0. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Lampade ad incandescenza. Al fine di migliorare l’efficienza energetica, l’Unione Europea ha vietato la commercializzazione delle lampadine a incandescenza a partire dal 2010 con potenza superiore a 100 W fino ad arrivare al 2016 a quelle alogene (ed entro il 2020). Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Lampade a scarica. Una lampada a scarica in gas è costituita da un tubo di vetro o quarzo ermeticamente chiuso. Questo tubo contiene un gas oppure una piccola quantità di metallo che vaporizza quando fra gli elettrodi si innesca il passaggio di corrente, che in un gas prende il nome di scarica. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ LED (Light Emitting Diode). E’ stato sviluppato da Nick Holonyak nel 1962, è un dispositivo che sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per emettere energia luminosa. ❑ Primi LED solo di colore rosso negli anni ’70 (indicatori nei circuiti elettronici, nei display). In seguito dispositivi con due LED integrati nello stesso contenitore (rosso e verde), permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso, verde + rosso = giallo) con lo stesso dispositivo. Successivamente LED a luce gialla e verde. ❑ I LED più comuni, quindi, emettono luce rossa, arancio, gialla o verde; in tempi relativamente recenti, utilizzando il Nitruro di Gallio, si è prodotto un LED caratterizzato dall’emissione di luce blu chiara. La disponibilità di un led a luce blu è molto importante poichè ha consentito di ricreare una radiazione spettralmente bianca. ❑ In campo illuminotecnico, al fine di ottenere l’intensità necessaria a garantire il giusto illuminamento su una assegnata superficie, si ricorre spesso a moduli preassemblati composti da più led. ❑ L’efficienza è attualmente mediamente dell’ordine di 40-60 lm/W, alcuni dispositivi dell’ultima generazione sono dichiarati avere efficienze anche oltre 100 lm/W; alcune aziende dichiarano per alcuni prototipi efficienze intorno ai 150 lm/W. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ LED hanno avuto maggiore diffusione nelle applicazioni in cui è necessario avere elevata affidabilità, lunga durata ed elevata efficienza: – telecomandi a infrarossi, indicatori di stato (lampade spia), retroilluminazione di display LCD; semafori e stop delle automobili; cartelloni a messaggio variabile; – illuminazione domestica; – illuminazione di ambienti esterni di interesse storico – artistico o paesaggistico. ❑ In generale l’impiego dei LED è consigliabile quando l’impianto di illuminazione deve essere dotato delle seguenti caratteristiche: – lunga durata e robustezza; – valorizzazione di forme e volumi; – colori saturi ed effetti dinamici. ❑ La durata è stimata in 100.000 ore (dispositivi attuali certificati per durate oltre 50.000 ore), soprattutto grazie all’assenza di elementi deteriorabili. ❑ POSSIBILE SVANTAGGIO: elevata direzionalità del fascio luminoso (da risolvere, se è necessaria l’omnidirezionalità, mediante un disegno opportuno del corpo illuminante e distribuendovi sopra più LED). Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Caratteristiche di una lampada LED: Lunga durata (fino a 100000 h) e ridottissimi costi di manutenzione; Efficienza luminosa: 100-150 lm/W in crescita, risparmio energetico; Flusso luminoso non elevato (20÷120 lm); (Lampada ad incandescenza (60 W): flusso luminoso ≈ 600 lumen); Assenza totale di radiazioni IR (minimo riscaldamento degli oggetti illuminati) e UV; Facilità di realizzazione di ottiche efficienti in plastica; Dimensioni ridotte; Elevata robustezza (resistente agli urti); Possibilità di un forte effetto spot (sorgente quasi puntiforme, necessità di progettazione adeguata delle ottiche secondarie:); Funzionamento in sicurezza perché a bassissima tensione (3 ÷ 24 V corrente continua); Molto sensibili alle variazioni di tensione: basta il 10% in meno perché non si illuminino e il 10% in più per bruciarli; Accensione istantanea anche a freddo (fino a -40°C); Insensibilità a umidità; Temperatura di colore: 3000~6000 K; Ra = 80-85. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Campi di applicazione: Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Campi di applicazione: Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Campi di applicazione: Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Campi di applicazione: Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Campi di applicazione: Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ Sviluppo dei LED: Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici SORGENTI LUMINOSE ❑ OLED produce luce con minore intensità ma emettendola da una superficie più ampia. ❑ Possono essere integrati in elementi di arredo. Dimensioni, forme e flessibilità lo rendono fortemente attrattivo per applicazioni in cui è richiesta una forte integrazione (Architettura, Design). Emissione di luce morbida, priva di abbagliamento. ❑ Un display OLED è composto da vari strati sovrapposti. Gli strati sono flessibili e la tensione di alimentazione è bassa. Tuttavia, le applicazioni nel settore dell’illuminazione sebbene siano promettenti, non sono ancora competitive. Dispense finalizzate esclusivamente a scopi didattici