Laura Bellia » 10.Metodi di calcolo ed uso di software come strumento per la progettazione

Metodi qualitativi

• Foto con effetti simili a quelli che si vogliono ottenere
• Visite a luoghi con installazioni simili
• Rendering eseguiti a mano o schizzi
• Rendering eseguiti con il computer
• Modelli in scala

(*) Fonte: Architectural Lightin Online

Project: Armani Ginza Tower, Tokyo

Architect and interior designer: Studio Fuksas, Rome

Lighting designer: Speirs and Major Associates, Edinburgh, Scotland

I metodi qualitativi

I modelli in scala ben si prestano alla valutazione degli effetti della componente diretta di luce naturale. Per quanto riguarda la componente diffusa è necessario disporre di un cielo artficiale. I rendering consentono di ottenere effetti realistici in presenza di differenti sorgenti luminose, sia naturali che artificiali.

Maxwell rendering

I metodi quantitativi

• Diagrammi isolux forniti dalle ditte produttrici di apparecchi illuminanti
• Metodo per punti
• Metodo Lumen o del Flusso Totale o del Fattore di Utilizzazione
• Impiego di software di calcolo

Metodo per punti

Consiste nell’applicazione della legge dell’inverso del quadrato e del coseno, per cui è accurato per la valutazione della componente diretta degli illuminamenti. E’ particolarmente indicato per gli esterni, dato che le componente dovuta alle riflessioni multiple è in tal caso di piccola incidenza.

Calcolo degli illuminamenti Eh ed Ev in P

Il metodo del flusso totale

Tale metodo si applica per calcolare il numero di apparecchi necessari per ottenere su una superficie di calcolo orizzontale di area A un illuminamento medio prefissato, Em. Il flusso utile, che incide sulla superficie di calcolo in esame (pari a Em*A) rappresenta una frazione del flusso totale emesso potenzialmente complessivamente dagli apparecchi, e pari al flusso unitario per il numero degli apparecchi. Tale frazione è definita dal prodotto del fattore di utilizzazione FU per un fattore di riduzione del flusso luminoso (FM).

Il calcolo del fattore di utilizzazione

Per ambienti interni, il fattore di utilizzazione dipende dalla geometria della stanza e dai fattori di riflessione medi delle superfici che la delimitano. La stanza si suddivide in tre zone o cavità:

CC: Ceiling Cavity;
RC: Room Cavity;
FC: Floor Cavity.

Per ciascuna cavità si calcola un rapporto (Cavity Ratio):

CR = 5*hc (L+W)/(L*W)

Il calcolo del fattore di utilizzazione

Per ciascuna tipologia di apparecchio illuminante esistono tabelle che consentono di ricavare il Fattore di Utilizzazione in funzione del RCR (Room Cavity Ratio), del fattore di riflessione medio della cavità del soffitto ρcc e del fattore di riflessione medio delle supefici laterali ρw , posto che il fattore medio di riflessione della cavità pavimento ρfc sia pari al 20%.
Come si calcolano ρcc e ρfc?

Il calcolo del fattore di utilizzazione

Il fattore di riflessione corrispondente alla cavità soffitto ρcc è funzione del fattore di riflessione del soffitto ρc, del rapporto di cavità del soffitto CCR, e del fattore di riflessione delle pareti laterali, ρw. Se gli apparecchi illuminanti sono applicati al soffitto (hcc=0), allora CCR=0; in tal caso ρcc = ρc. Discorso analogo vale per il fattore di riflessione della cavità pavimento, rfc. L’Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) ha pubblicato delle tabelle per la valutazione di tali fattori di riflessione riferiti alle cavità.

Il calcolo del fattore di utilizzazione

In alternativa, ρcc e ρfc possono essere valutati applicando le relazioni analitiche fornite dall’IESNA.

Noti tali valori, si valuta il fattore di utilizzazione in funzione di questi, del RCR e del tipo di distribuzione luminosa dell’apparecchio illuminante. Tali dati sono reperibili in tabelle dell’IESNA oppure direttamente forniti dalle ditte produttrici.

Il fattore di perdita luminosa (MF)

Una volta noto il FU, è necessario valutare il fattore correttivo (FM) che tiene conto delle riduzioni del flusso luminoso dovute a:

• tensione di alimentazione, dissipazione di calore, temperatura ambiente, deterioramento delle superfici dell’apparecchio illuminante, deviazione rispetto al corretto posizionamento dell’apparecchio
• manutenzione dell’apparecchio, invecchiamento della lampada e tipo di alimentatore, pulizia della stanza

In generale: FM = LDD * LLD * RSMF

Il rapporto S/H

Dividendo il flusso luminoso totale per ottenere un dato illuminamento medio su una superficie per il flusso emesso da ciascun apparecchio, si ottiene dunque il numero di apparecchi necessari. Tale procedura non è comunque sufficiente a garantire una buona uniformità di illuminamento sul piano in esame. E’ necessario che la distanza tra gli apparecchi, rapportata all’altezza di montaggio rispetto al piano di lavoro non superi un valore limite.

I metodi computerizzati

Il metodo del fattore di utilizzazione

• Dati di input: tipologia e dati fotometrici degli apparecchi illuminanti, geometria e fattori di riflessione dell’ambiente, altezza di installazione, fattori di manutenzione, illuminamento che si vuole ottenere su una data superficie orizzontale di calcolo

• Dati di output: numero di apparecchi necessari a produrre l’illuminamento richiesto sulla superficie e loro disposizione in ambiente

• Applicazioni: ambienti con geometria semplice, illuminazione di tipo generale

I metodi computerizzati

Il metodo della radiosità (radiosity method)
Dopo il calcolo dela componente diretta, mediante discretizzazione in elementi finiti si valutano le successive inter-riflessioni mutuando la metodologia di calcolo da quella utilizzata per lo scambio termico per irraggiamento ipotizzando tutte le superfici perfettamente diffondenti. I risultati non dipendono da un particolare punto di vista.

• Dati di input: caratteristiche delle sorgenti e delle superfici
• Dati di output: distribuzione di illuminamenti e luminanze, fattori di luce diurna nel caso di luce naturale, rendering

I metodi computerizzati

Il metodo del raggio tracciante (ray tracing method)
Il ray tracing si basa sul percorso inverso effettuato da un raggio di luce , a partire dall’occhio, e comprendente le riflessioni, gli assorbimenti e le rifrazioni dovute all’incidenza sulle superfici dell’ambiente. I risultati si ottengono considerando un numero elevatissimo di raggi, e dipendono dal particolare punto di vista. Si ottiene la distribuzione di luminanza in funzione del punto di osservazione; e da questa si ricavano gli illuminamenti.
Il programma più diffuso, basato sul ray-tracing è Radiance.

Il software Dialux

È scaricabile dal sito dialux. Consente di effettuare il calcolo illuminotecnico sotto condizioni di illuminazione sia naturale che artificiale per ambienti interni, esterni e per l’illuminazione stradale. Applica il metodo della radiosità e dunque considera tutte le superfici uniformemente riflettenti o lambertiane. Per quanto riguarda i dati di input, è possibile importare modelli 3D oppure costruire direttamente il modello nell’ambiente del programma. Occorre assegnare i fattori di riflessione e le caratteristiche di finitura superficiale per tutte le superfici.

Il software Dialux: dati di output

Una volta costruito il modello ed assegnate le caratteristiche delle sorgenti, sia naturali che artificiali, sono calcolati gli illuminamenti e le luminanze sulla superficie utile, orizzontale e posta,in mancanza di diverse indicazioni, ad 85 cm dal suolo. È possibile introdurre superfici di calcolo, in cui sono valutate le stesse grandezze e punti di calcolo con la possibilità di effettuare la verifica all’abbagliamento. In presenza di luce naturale con il modello di cielo coperto sono valutati i fattori di luce diurna. I dati in uscita sono espressi in formato grafico o tabellare.