Illuminotecnica

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Illuminotecnica

Facoltà di Architettura- Corso di Tecnica del Controllo Ambientale
Illuminotecnica
Illuminotecnica
Le radiazioni elettromagnetiche
come
Onde radio
Radiazioni infrarosse
Raggi X
Raggi gamma
etc…
Illuminotecnica
Grandezze caratteristiche
Lunghezza d’onda
L’onda passa 5 volte al secondo
Frequenza
Illuminotecnica
Sono comprese nell’intervallo di lunghezze d’onda di 380 nm e 760 nm
In tale intervallo l’apparato visivo riceve le radiazioni provenienti dall’esterno e le trasforma
in segnali nervosi successivamente elaborati dal cervello
La lunghezza d’onda supera i 780 nm (fino ad arrivare a circa 1000 nm)
Sono quelle relative all’intervallo 100 nm 380 nm
Spettro delle radiazioni
elettromagnetiche
Illuminotecnica
ovvero capacità di stabilire un confronto fra onde elettromagnetiche di
diversa lunghezza d’onda.
•  Esempio 1 : radiazione λ = 470 nm  luce blu
•  Esempio 2 : radiazione λ = 600 nm  luce arancione
Lo spettro della radiazione visibile può essere suddiviso in intervalli
approssimati, a ciascuno dei quali si può associare una caratteristica
cromatica:
•  Violetto
380 – 435 nm
•  Giallo
566 – 600 nm
•  Blu
435 – 500 nm
•  Arancione
600 – 630 nm
•  Verde
500 – 566 nm
•  Rosso
630 – 780 nm
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= quando l’occhio è soggetto ad uno stimolo d’insieme che non permette il
discernimento delle singole tonalità
= scomporre la luce bianca nelle sue componenti principali
Il fascio sarà scomposto nelle sue
componenti principali, e dalla parte
opposta del prisma si vedrà emergere
una
successione
di
raggi
monocromatici il cui colore passa dal
violetto al rosso
Illuminotecnica
Il flusso luminoso associato a radiazioni di diversa lunghezza d’onda
provoca sensazioni di intensità diversa
L’occhio manifesta una sensibilità diversa rispetto ad una radiazione
luminosa monocromatica (a parità di energia impiegata dalla sorgente)
Illuminotecnica
Effetto Purkinje (510  550 nm)
Violetto
Blu
Verde
Giallo
Arancio
Rosso
Sensibilità relativa V( λ )
1,0
0,9
0,8
0,7
Visione notturna
o scotopica
(bastoncelli)
Visione diurna
o
fotopica
(coni)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
400
750
450
500
550
600
650
700
Lunghezza d’onda λ (nm)
Illuminotecnica
• 
In condizioni di visione diurna (FOTOPICA) la massima sensibilità dell’occhio si
ha in corrispondenza di 555 nm (radiazione GIALLO - VERDE)
• 
Spostandosi da tale valore la sensibilità diminuisce (Esempio)
• 
In condizioni di visione notturna (SCOTOPICA) la massima sensibilità dell’occhio
si ha in corrispondenza di 510 nm radiazione (BLU – VERDE)
Esempio
Effetto Purkinje (510  550nm)
= 600 nm (radiazione arancione)
sensibilità relativa = 63%
Sensibilità relativa V( λ )
λ 
1,0
0,9
0,8
Violetto
Blu
Verde
Giallo
Arancio
Rosso
Visione
diurna o
fotopica
(coni)
Visione
notturna
0,6 o scotopica
0,5 (bastoncelli)
0,7
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
400
450
500
550
750
600
650
700
Lunghezza d’onda l (nm)
Illuminotecnica
Illuminotecnica
•  Sono definite per valutare in termini quantitativi le caratteristiche
dell’illuminazione prodotta in un ambiente
–  Flusso luminoso
–  Intensità luminosa
–  Illuminamento
–  Luminanza
•  Le unità di misura sono corrispondenti al Sistema Internazionale
(S.I.)
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•  Simbolo: φ
•  Unità di misura nel Sistema Internazionale: LUMEN (lm)
•  È definito, data la sorgente, come la quantità di energia luminosa
emessa nell’unità di tempo
Nel caso della potenza elettrica scriviamo:
ENERGIA
= POTENZA[Watt ]
TEMPO
Ma come passiamo dalla POTENZA della sorgente [Watt] a quella luminosa?
€
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555
Si assume che per tale valore
si abbia:
1 Watt = 683 lumen
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Ad esempio:
Calcoliamo i lumen corrispondenti a λ = 650 nm
In tale condizione la sensibilità relativa è pari al 10 %
si avrà: 1 Watt = (10/100) 683 = 68.3 lumen
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Per riassumere:
•  Considerando una sorgente di 1 Watt costituita dalle sole due
radiazioni monocromatiche precedenti si avrebbe:
  λ = 555 nm
1* 683 = 683 lumen
  λ = 650 nm
1* 683* 0,10 = 68,3 lumen
•  Flusso totale 751,3 lumen
Nel caso che la sorgente emetta secondo differenti lunghezze d’onda
vanno sommati tutti i valori associati a ciascuna lunghezza d’onda
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In generale
•  Un fascio luminoso sarà costituito da un insieme di radiazioni
monocromatiche
•  Ogni radiazione dovrà essere considerata secondo la propria
sensibilità relativa
K
m
= 683 lm/W
W λ = potenza della sorgente
V (λ) = fattore di visibilità relativa
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Assegnata una sorgente puntiforme, molto spesso si è interessati a
valutare il flusso luminoso che si propaga in una determinata
direzione; in altre parole si è interessati alla densità dei lumen
all’interno di un cono ideale che ha il vertice nella sorgente e
asse secondo la direzione di propagazione. Il rapporto tra flusso
luminoso e angolo solido è l’intensità luminosa.
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Illuminotecnica
•  Simbolo: E
•  Unità di misura nel Sistema Internazionale: LUX (lx)
L’illuminamento è il rapporto tra il flusso luminoso ricevuto da una
superficie e l’area di tale superficie
1 metro
1 lux = illuminamento prodotto dal
flusso di un lumen distribuito in
modo uniforme su di una superficie
di un metro quadrato
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Osservatore
α
Direzione di
osservazione
S = superficie reale
(sorgente)
Superficie apparente
S’ = S cosα
Iα = Intensità luminosa in direzione α
Lα = Luminanza in direzione α
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Illuminotecnica
Data una sorgente di luce artificiale che emette una radiazione pari a 100 W alla lunghezza
d’onda (λ) di 510 nm, si calcoli il flusso luminoso corrispondente.
Il calcolo del flusso luminoso passa attraverso la curva di sensibilità fotopica dell’occhio
umano.
Tale curva descrive la percentuale di radiazione che l’occhio di un osservatore percepisce
come flusso luminoso in funzione della lunghezza d’onda.
Per un flusso con λ = 510 nm la sensibilità risulta essere pari al 50% rispetto a quella massima
fissata per λ = 555 nm.
Per λ = 555 nm
1W = 683 lumen
Per λ = 510 nm
1W = 683 x 0,50 lumen = 341,50 lumen
Per ottenere il flusso totale
341,50 x 100 = 34150 lumen
Illuminotecnica
Data una sorgente di luce artificiale che emette con una intensità luminosa (I) pari a 2000 cd in
ogni direzione, si calcoli il flusso luminoso totale emesso.
Il flusso totale emesso è dato dalla seguente relazione:
Φ = intensità luminosa x angolo solido
Per una sorgente di luce che emette in modo uniforme in ogni
direzione, essendo l’angolo solido di propagazione del flusso pari a
4π, sostituendo:
Φ = 2000 x 4π = 25120 lumen
Ovvero 25 x 103 lumen
Illuminotecnica
Sia data una superficie orizzontale pari a 5 m2 ed una sorgente di luce artificiale che illumina
tale superficie con un flusso luminoso incidente pari a 4000 lumen.
Si calcoli il valore di illuminamento sulla superficie.
Il calcolo dell’illuminamento su una determinata superficie è dato dalla seguente relazione:
Sostituendo:
Illuminotecnica
Sia data una sorgente di luce artificiale che emette un flusso luminoso totale pari a 500 lumen
dotata di un riflettore grazie al quale il 40% del flusso totale emesso investe un quadro di
dimensioni 0,25 x 0,50 metri.
Si calcoli il valore di illuminamento medio sul dipinto.
Il calcolo dell’illuminamento su una determinata superficie è dato dalla seguente relazione:
Considerando che soltanto una parte del flusso emesso raggiunge il dipinto
φ = 500 x 0,40 = 200 lumen
Calcolo dell’area del dipinto:
A = 0,25 x 0,50 = 0,125 m2
Sostituendo:
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Data una lampada a vapori di sodio avente una intensità luminosa perpendicolare
alla superficie cilindrica pari a 4000 cd, si calcoli il valore della luminanza nella
direzione di osservazione indicata in figura.
Per calcolare la luminanza di una sorgente
luminosa in una particolare direzione vale la
seguente relazione:
Lampada
I = intensità luminosa nella direzione considerata
Aapp = area apparente della sorgente nella direzione
considerata
Area apparente
Essendo in questo caso una sorgente cilindrica la
sua area apparente risulterà:
Applicando la relazione:
100
mm
Aapp = 100 x 8 = 800 mm2 ossia 0,80 m2.
Direzione di
osservazione
8
mm
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Dato un apparecchio di illuminazione sferico di diametro pari a 20 cm che irradia un’intensità
luminosa di 100 cd in tutte le direzioni, si calcoli il valore della luminanza media.
Sapendo che per il calcolo della luminanza vale la seguente relazione:
I = intensità luminosa
Aapp = area apparente della sorgente
Essendo in questo caso un apparecchio illuminante sferico la sua area apparente risulterà:
Aapp = π x r2 = 3,14 x 0,102 = 0,0314 m2
Applicando la relazione:
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Il sensore del goniofotometro misura l’intensità luminosa in tutte le direzioni relative
al centro della sorgente combinando il movimento rotatorio sull’asse verticale
(0-360°) con la traslazione sulla fascia metallica. L’insieme dei valori dell’intensità
luminosa fornisce il solido fotometrico.
Fascia metallica
Solido fotometrico
Illuminotecnica
Per
gli
apparecchi
di
illuminazione
la
valutazione
dell’intensità
luminosa
viene
effettuata
secondo
alcune
direzioni prestabilite o piani di
simmetria, fornendo così la curva
fotometrica
C_
90
C_
270
C_
180
C_
0
Illuminotecnica
Sia assegnato un apparecchio illuminante che emette un flusso luminoso pari a 2000 lumen.
Considerando la curva fotometrica indicata in figura, si calcoli il valore dell’intensità luminosa,
sul piano di simmetria 0-180°, secondo la direzione corrispondente all’angolo 30°.
Il valore dell’intensità luminosa individuato sul
grafico in corrispondenza di 30° sulla curva relativa
all’asse di simmetria 0-180° è pari a 180 cd.
Tali valori sono relativi ad un flusso luminoso di 1000
lm per cui:
I = (180 x 2000)/1000 = 360 cd
Illuminotecnica
La luce incide su un ricettore costituito da silicio
(materiale semiconduttore fotovoltaico) generando una
corrente misurabile in un circuito attraverso un
microamperometro.
Dalla corrente generata, mediante opportune scale di
conversione, viene ricavata la misura dell’energia
luminosa.
MINOLTA T-10M
Il luxmetro deve avere una risposta alla radiazione luminosa quanto più vicina alla
curva fotopica di sensibilità relativa V(λ), ovvero deve simulare il più possibile
l’occhio umano normalizzato dal punto di vista fotometrico.
Illuminotecnica
La misura diretta viene effettuata
puntando lo strumento verso la zona del
campo visivo di cui interessa rilevare il
valore di luminanza, con angoli di
apertura scelti in funzione dell’uso
specifico
MINOLTA LS-110
Esempio di misure di luminanza
per postazioni di lavoro
Illuminotecnica
Evidenziati i numerosi fattori che influenzano la prestazione visiva è
necessario individuare un numero discreto di parametri e indici
illuminotecnici necessari a definire i limiti entro i quali poter giudicare
confortevole un ambiente luminoso. Tali parametri sono:
 
livello e uniformità di illuminamento;
 
distribuzione ed equilibrio della luminanza;
 
abbagliamento;
 
resa del contrasto e direzionalità della luce;
 
spettro della sorgente luminosa e resa cromatica.
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Illuminamento medio di esercizio Em
Valore medio di illuminamento sul piano di lavoro considerato riferito allo stato medio
di invecchiamento e sporcamento dell’impianto di illuminazione (decadimento del
flusso delle lampade, sporcamento dei corpi illuminanti e delle superfici delimitanti
l’ambiente)
Illuminotecnica
Fattore di uniformità
Rapporto tra il valore minimo e medio degli illuminamenti di una superficie
Tale valore deve essere
Illuminotecnica
La presenza di eccessivi contrasti di luminanza può risultare affaticante per la visione
a causa dell’eccessiva luminosità di oggetti che riflettono la luce nel campo visivo
dell’osservatore
Poichè la luminanza influenza direttamente l’adattamento dell’occhio e quindi la
qualità della visione è importante controllare la sua distribuzione all’interno di un
ambiente attraverso:
Rapporto tra la zona del compito
e lo sfondo compreso tra 1/3 e 3
Rapporto tra la zona del compito
e le aree circostanti rientranti nel
campo visivo compreso tra 1/10 e
10
Illuminotecnica
L2 = luminanza dell’oggetto
L1 = luminanza dello sfondo
Viene definita una soglia di visibilita’ che dipende dalle differenze di luminanza tra lo
sfondo e l’oggetto: se i valori della luminanza si avvicinano si giunge ad un limite oltre
il quale non si riesce piu’ a percepire l’oggetto rispetto allo sfondo
Illuminotecnica
E’ uno degli aspetti del progetto illuminotecnico cui bisogna fare più attenzione.
La presenza di sorgenti luminose dirette o indirette, con luminanza notevolmente
maggiore rispetto alla media delle sorgenti presenti nel campo visivo può dar luogo
al fenomeno dell’abbagliamento.
L’abbagliamento può essere di tipo
diretto = causato da una o più fonti luminose
(lampade nude, apparecchi di illuminazione,
finestre)
situate
nella
direzione
di
osservazione
indiretto = causato da una o più fonti la cui
direzione non coincide con quella di
osservazione
riflesso = prodotto dalle riflessioni di una o più
superfici che ricevono luce da fonti interne o
esterne
Illuminotecnica
Discomfort glare = abbagliamento che determina fastidio o disturbo
psicologico senza compromettere o impedire la visione
Disability glare = abbagliamento che determina una riduzione della
capacità visiva senza necessariamente generare una sensazione
sgradevole.
In quest’ultimo caso, quando l’alterazione dei contrasti è eccessiva, si ha
il cosiddetto “effetto velo”, che consiste in una sorta di velo luminoso
offuscante che invade il campo
visivo cancellando i contrasti
Illuminotecnica
Illuminotecnica
Per una superficie che si comporta come un diffusore uniforme
(superficie lambertiana) caratterizzata da un coefficiente di
riflessione ρ la relazione che lega illuminamento E e luminanza L
è:
π·L=ρ·E
Illuminotecnica
Sia data una sorgente di luce artificiale che emette un flusso luminoso totale pari a 500 lumen,
incidente su una superficie perfettamente diffondente (si assuma valida la relazione
π x L)
ρxE=
che presenta un fattore di riflessione di 0,30. Considerando che le dimensioni di tale
superficie siano 3 x 3 metri, si calcoli il valore medio della luminanza.
Per una superficie perfettamente diffondente vale la seguente relazione:
ρxE=πxL
ρ  = coefficiente di riflessione della superficie
E = illuminamento medio della superficie
L = luminanza della superficie
da cui:
E = ϕ/A = 500/(3x3) = 55,56
Sostituendo:
Illuminotecnica
Anche nel caso della trasmissione, si parla di trasmissione diffusa
uniforme, speculare o regolare, mista.
Illuminotecnica
• 
fornisce una indicazione del comportamento di una superficie opaca
rispetto al flusso luminoso incidente
Illuminotecnica
Luce Incidente
Posizionando il luxmetro sulla superficie di prova
si rileva l’illuminamento dovuto alla luce
incidente
Luxmetro (lettura: 70 lx)
Luce Incidente
In un secondo momento si rileva l’illuminamento
dato dalla luce riflessa
Rapportando le due letture si ottiene, se pur
approssimativamente,
il
coefficiente
di
riflessione della superficie
Illuminotecnica
• 
fornisce una indicazione del
comportamento di una superficie
trasparente rispetto al flusso incidente
Illuminotecnica
Dal loro rapporto si ottiene un valore
approssimativo del coefficiente di trasmissione
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