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Laura Bellia » 9.I sistemi di controllo del flusso luminoso


Gli apparecchi illuminanti

Il flusso luminoso emesso dalle lampade deve essere opportunamente distribuito nello spazio in modo da soddisfare le diverse esigenze ed evitare i fenomeni di abbagliamento. A tal fine si adoperano dei sistemi costituiti da elementi riflettenti e/o rifrangenti e/o diffondenti che formano un sistema ottico. L’insieme della lampada e di tale sistema è detto apparecchio illuminante.
Altre funzioni dell’apparecchio illuminante: protezione meccanica, elettrica e termica della lampada.

Diverse ottiche e distribuzioni di luce

Diverse ottiche e distribuzioni di luce

Sezione di apparecchio illuminante con lampada  fluorescente

Sezione di apparecchio illuminante con lampada fluorescente


La distribuzione spaziale del flusso luminoso

L’intensità luminosa di una sorgente varia al variare della direzione nello spazio. La scelta di un apparecchio illuminante deve essere effettuata sostanzialmente tenendo conto del solido fotometrico, oltre che del flusso luminoso emesso, della potenza assorbita e della tensione di alimentazione. Le ditte produttrici di apparecchi illuminanti forniscono tali dati fotometrici sotto forma di diagrammi o tabelle.

Variazione dell’intensità luminosa

Variazione dell'intensità luminosa

Dati fotometrici

Dati fotometrici


Il sistema di coordinate polari

Si consideri l’asse ottico dell’apparecchio illuminante (asse verticale). Su ogni piano passante per esso si definisce l’angolo g a partire dalla posizione verticale orientata verso il basso (nadir, corrispondente a γ=0°), positivo in senso antiorario. I differenti piani verticali sono individuati mediante l’angolo C. Il piano corrispondente a C =0° (comprendente anche C=180°) è solitamente un piano di simmetria (piano longitudinale). C è positivo se antiorario, guardando l’apparecchio dal basso verso l’alto.

Angolo γ

Angolo γ

Angolo C

Angolo C


Letture delle intensità luminose (Philips)


Distribuzione del flusso luminoso


Distribuzione del flusso luminoso


Distribuzione del flusso luminoso


Apertura e simmetria del fascio luminoso

I sistemi a illuminazione diretta sono caratterizzati da diverse aperture del fascio luminoso. Per apertura del fascio si intende l’angolo in corrispondenza del quale l’intensità luminosa è il 50% di quella massima. Vi sono ottiche a fascio stretto o concentrato (spot) e ottiche a apertura ampia (flood). L’area illuminata di una superficie dipende dalla distanza tra la superficie e la sorgente e dalla giacitura della superficie rispetto all’asse ottico.

Spot con lampada HDM-35W apertura 14° (Reggiani)

Spot con lampada HDM-35W apertura 14° (Reggiani)

Spot con lampada HDM-35W apertura  50° (Reggiani)

Spot con lampada HDM-35W apertura 50° (Reggiani)


Apparecchi con ottiche asimmetriche

Alcuni apparecchi sono dotati di ottiche asimmetriche, ad esempio per l’illuminazione delle pareti (wall-wash), oppure, per gli esterni, per l’illuminazione stradale.

Apparecchio da pavimento (BEGA)

Apparecchio da pavimento (BEGA)

Sistema wall-wash (ERCO)

Sistema wall-wash (ERCO)


Apparecchi illuminanti: il LOR (Light Ouput Ratio)

Dati dell’apparecchio illuminante

Classificazione lampade secondo CIE: 100
CIE Flux Code: 71  100  100  100  87
LOR = 87, il flusso è tutto diretto verso il basso
Lampade: 1 x TL5-35W
Flusso luminoso: 3300 lm
TBS318 1xTL5-35W/830 HF D6-H
Flusso effettivo: 3300 lm x 0.87 = 2871 lm

Apparecchi incassato a soffitto (Philips)

Apparecchi incassato a soffitto (Philips)

Curve fotometriche nei piani C0-C180 e C90-C270

Curve fotometriche nei piani C0-C180 e C90-C270


Il LOR ed il CIE flux code

Lampade: 1 x TL5C60W

Flusso luminoso: 5000 lm
Classificazione lampade secondo CIE: 96
CIE Flux Code: 66  96  99  96  53
Flusso effettivo: 5000 lm x 0,53 = 2650 lm
Il 96% del flusso luminoso è diretto verso il basso

Apparecchio a sospensione con fluorescente tubolare circolare (Philips)

Apparecchio a sospensione con fluorescente tubolare circolare (Philips)

Curva fotometrica simmetrica rispetto all’asse verticale

Curva fotometrica simmetrica rispetto all'asse verticale


Esempio di flusso luminoso diffuso

Lampade: 2×35 W, T5 G5
Classificazione lampade secondo CIE: 52
CIE Flux Code: 71  99  100  53  63
Flusso luminoso: 7300 lm
Flusso effettivo: 7300 x 0,63 = 4599 lm
Flusso diretto verso il basso: 4599 x 0,53 = 2437,5 lm
Flusso diretto verso l’alto: 4599 – 2437,5 = 2161,5 lm

Apparecchio a sospensione  con fluorescenti lineari (Philips)

Apparecchio a sospensione con fluorescenti lineari (Philips)

Curve fotometriche

Curve fotometriche


Il controllo dell’abbagliamento

Negli ambienti interni, l’abbagliamento da sorgenti artificiali, di tipo molesto, è valutato mediante l’indice UGR, definito nel Technical Report della CIE n.117 del 1995 e ripreso dalla UNI 11165 del 2005 e dalla UNI EN 12464-1 riguardante l’illuminazione dei posti da lavoro negli ambienti interni. Per quanto riguarda l’illuminazione esterna, soprattutto quella stradale (EN 13201-2), ci si riferisce all’abbagliamento debilitante (disability glare), esprimendolo mediante il parametro TI (Treshold Increment), oppure mediante l’indice di abbagliamento GI.

Sistema schermato per interni

Sistema schermato per interni

Sistemi per esterni

Sistemi per esterni


Le fibre ottiche

Rappresentano un sistema per la conduzione e la diffusione della luce a partire da una sorgente (lampada). Un sistema di illuminazione a fibre ottiche è costituito da un illuminatore costituito dalla lampada ed un connettore che convoglia la luce all’interno del cavo ottico. Il cavo di fibra ottica fa viaggiare la luce al proprio interno fino al punto desiderato, sfruttando il fenomeno della riflessione totale. Il terminale definisce la distribuzione spaziale del flusso luminoso in uscita dalla fibra ottica. Vi sono fibre ottiche ad emissione laterale per applicazioni decorative.

Fibra ottica ad emissione puntuale e vari tipi di terminali

Fibra ottica ad emissione puntuale e vari tipi di terminali

Fibre ottiche ad emissione laterale

Fibre ottiche ad emissione laterale


Sistemi di controllo della luce naturale

Schermi: interni (blinds), esterni (louvers), fissi, mobili controllati in modo manuale o automatico. Impediscono l’accesso della radiazione solare diretta. Gli schermi esterni sono più efficienti da punto di vista termico.

Sistema schermante esterno

Sistema schermante esterno

Sistema schermante esterno

Sistema schermante esterno


Localizzazione interna o esterna

Tutti i sistemi schermanti ed in particolare quelli esterni richiedono una adeguata manutenzione, soprattutto se localizzati in zone ad elevato inquinamento. La presenza di sporco modifica le caratteristiche ottiche dei sistemi e riduce il fattore di trasmissione della radiazione luminosa, alterando le prestazioni.

Tende esterne

Tende esterne

La mancanza di manutenzione riduce l’ingresso di luce naturale

La mancanza di manutenzione riduce l'ingresso di luce naturale


Sistemi schermanti interni

I sistemi interni sono generalmente controllabili dall’utenza, oppure regolati in modo automatico. Posso essere costituiti da materiali riflettenti o diffondenti (tende) e possono avere la caratteristica di impedire l’accesso alle radiazioni ultraviolette.

Schermi interni mobili

Schermi interni mobili

Tende interne

Tende interne


Sistemi di controllo integrati nel vetro

Sono composti da due lastre di vetro fra le quali sono collocati materiali o dispositivi riflettenti e/o rifrangenti atti a migliorare le prestazioni luminose e termiche.
Esistono molteplici tipologie, tra le quali i pannelli con “fish-system”, i pannelli Okalux, i pannelli Kapilux ed Okaflex.
A questa categoria appartengono anche i TIM (Transparent Insulation Materials): hanno una buona trasmissione della luce e un buon isolamento termico. Sono costituiti da materiali in policarbonato, polistirene, cloruro di polivinile.

Fish-system (Okalux)

Fish-system (Okalux)

Sistema okasolar (Okalux)

Sistema okasolar (Okalux)


Film olografici, filtri anti-UV, laser cut panels

Il film olografico è costituito da una pellicola che viene inserita in una doppia lastra di vetro e che rifrange in modo selettivo la radiazione luminosa .
I flitri anti-UV sono realizzati con lastre di poliacrilico trasparente che assorbe il 98% delle radiazioni ultraviolette o in acetato di cellulosa che le assorbe totalmente.
I laser cut panels sono delle lastre di plastica acrilica su cui, mediante laser, sono effettuati dei tagli paralleli, in modo che la luce venga rifratta in funzione della lungheza d’onda e dell’angolo di incidenza.

Sistema a film olografico

Sistema a film olografico

Esempio di impiego di laser cut panels

Esempio di impiego di laser cut panels


Sistemi prismatici

Esistono due tipi di sistemi trasparenti a prismi:

  • Pannelli con prismi che ri-direzionano la luce solare costituiti da un pannello a prisma chiuso tra due lastre di vetro con la finalità di deviare opportunamente la luce, ad esempio verso il soffitto del locale, ricoperto con una vernice riflettente che permette la distribuzione uniforme della luce in ambiente.
  • Pannelli con prismi che respingono la luce solare aventi per funzioni la protezione solare nonché il controllo e la distribuzione della luce naturale.
Sistema prismatico (Siemens)

Sistema prismatico (Siemens)

Finestre con vetri prismatici

Finestre con vetri prismatici


Light shelves

Oltre alla funzione di schermi solari, i sistemi con light shelves interni, come visto nella precedente lezione, consentono, se opportunamente progettati, di distribuire la luce naturale in modo più uniforme all’interno dell’ambiente. Anche le mensole esterne, riflettendo la radiazione proveniente dal sole e convogliandola all’interno, incrementano l’accesso di luce diffusa, schermando la diretta solare. Le mensole possono avere particolari proprietà ottiche ed essere selettive.

Mensole interne

Mensole interne

Mensole esterne

Mensole esterne


Letture delle intensità luminose (Philips)

Questi sistemi parabolici consentono la captazione della luce naturale (prevalentemente proveniente dalla regione zenitale) e la diffusione ,mediante un sistema de-concentratore, nell’ambiente interno. Grazie alle proprietà ottiche e geometriche del sistema di captazione è possibile un buon accesso di luce naturale anche in giornate con bassi livelli di illuminamento.


Lucernai

Costituiscono sistemi per illuminare dall’alto soprattutto ambienti di grandi dimensioni. Consentono di ottenere ottime uniformità di illuminamento. Grazie all’impiego di materiali e sistemi che riflettono la radiazione solare diretta, si possono limitare o eliminare problemi di abbagliamento e surriscaldamento.

Fattore solare rapportato al fattore di trasmissione luminosa

Fattore solare rapportato al fattore di trasmissione luminosa

Fattori di trasmissione spettrale per climi caldi e freddi

Fattori di trasmissione spettrale per climi caldi e freddi


Il bilancio energetico di un componente finestrato


Le caratteristiche dei sistemi vetrati

I principali parametri che caratterizzano i componenti finestrati sono:

  • la trasmittanza termica U [W/m2K];
  • il fattore di trasmissione dell’energia solare totale (fattore solare) g;
  • il fattore di trasmissione luminosa tv;
  • la resa cromatica Ra.
  • Il rapporto tv /g è indicativo di quanta luce solare penetra all’interno dell’ambiente rispetto all’energia corrispondente.

Vetri cromogenici

Si distinguono in termocromici, fotocromici ed elettrocromici. Possono modificare le caratteristiche spettrali di trasmissione della luce in base rispettivamente alla temperatura dell’ambiente esterno, alla radiazione solare incidente su essi e ad una tensione elettrica indotta dall’esterno. In quest’ultimo caso è possibile modificare a piacimento le caratteristiche del vetro anche mediante programmazione automatica. Sono sistemi molto costosi.

Vetri elettrocromici di differenti colorazioni

Vetri elettrocromici di differenti colorazioni

Applicazione di vetri elettrocromici

Applicazione di vetri elettrocromici


Sistemi di captazione e trasporto della luce solare

Il sistema è composto da tre elementi: il sistema di captazione, il condotto di luce ed il diffusore . Il sistema di captazione può essere fisso o mobile . Un particolare captatore è l’eliostato, che segue il moto del sole e che convoglia il fascio a un ricettore fermo . Il condotto può essere un tubo di metallo con superfici interne altamente riflettenti. I diffusori assomigliano ad apparecchi illuminanti.

Trasporto e diffusione della luce solare

Trasporto e diffusione della luce solare

Sistemi di captazione

Sistemi di captazione


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