dimensionamento di un impianto di illuminazione per interni

DIMENSIONAMENTO DI UN IMPIANTO
DI ILLUMINAZIONE PER INTERNI
Dimensionamento di un impianto di illuminazione per interni
Esempio n.1
Si vuole progettare l'impianto di illuminazione per un locale di fonderia adibito a preparazione di
stampi e stampaggio per lavorazioni pesanti [2, 7, 8, 9].
Il locale ha pianta rettangolare con dimensioni 15 [m]× 27 [m] ed altezza 4.40 [m].
Alle tinte delle superfici a vista nell’ambiente corrispondono i seguenti coefficienti di riflessione:
-
a.
b.
c.
soffitto:
pareti:
pavimento:
50%;
50%;
10%.
Si determini il tipo di installazione e si effettui la scelta degli apparecchi illuminanti.
Si stabiliscano il numero e la disposizione degli apparecchi.
Si determini la potenza elettrica da installare.
Tipo di installazione e scelta degli apparecchi illuminanti
Il locale, avendo dimensione minore in pianta L = 15 [m] ed altezza utile di installazione sul piano di
lavoro H = 3.4 [m]1, è classificabile come locale basso, ovvero di 4a categoria ( L > H, H < 4 [m] ).
L’installazione degli apparecchi sarà a soffitto secondo quanto indicato per questa classe di locali;
quindi ad un’altezza di 3.4 [m] sul piano di lavoro.
Per altezza di installazione e attività svolta nel locale, risultano adatte lampade fluorescenti tubolari.
Si scelgono lampade di questo tipo con le seguenti caratteristiche tecniche:
potenza: 58 [ W ];
flusso luminoso : 5200 [ lm ];
durata: 10000 [ h ].
Si utilizzano riflettori a 2 lampade.
Numero e disposizione degli apparecchi illuminanti
INDICE DEL LOCALE
L’ indice caratteristico del locale, calcolato secondo la norma UNI 10380 - 94, vale:
K=
15 ⋅ 27
(a ⋅ b)
=
= 2.84
h ⋅ (a + b) 3.4 ⋅ (15 + 27 )
dove:
a, b: dimensioni in pianta del locale;
h:
altezza delle sorgenti luminose rispetto al piano di lavoro.
COEFFICIENTE DI UTILIZZAZIONE u
Noti i coefficienti di riflessione del soffitto, delle pareti e del pavimento nonché l’ indice del locale, è
possibile determinare il coefficiente di utilizzazione u ([2], Vol.II, tab.42.VI; p.1115 ) per il tipo di
apparecchi illuminanti scelto. Il valore ottenuto per interpolazione lineare dalla suddetta tabella sarà
ridotto del 5% in base alla considerazione che, aumentando la potenza delle lampade, a parità di indice
del locale il coefficiente di utilizzazione tende a ridursi (si sono scelte lampade con potenza maggiore
di quella a cui è relativa la tabella):
1
Si suppone che il piano di lavoro sia ad 1 [m] di altezza dal pavimento.
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Dimensionamento di un impianto di illuminazione per interni
u = (1 – 0.05) · 0.6704 = 0.6369
CALCOLO DEL NUMERO DI LAMPADE
Per il tipo di attività svolto nel locale, è necessario un illuminamento medio di 300 [lx] (UNI EN
10380-94, [2], Vol. II, tab.42.I; p. 1102)
Per il corretto illuminamento del locale è richiesto pertanto un flusso luminoso totale:
ΦT =
300 ⋅ 405
E⋅ A
=
= 254357 [lm]
u ⋅ m 0.6369 ⋅ 0.75
dove:
E:
illuminamento medio nell’ambiente = 300 [ lx ];
A:
superficie in pianta del locale = 15 · 27 = 405 [m2];
u:
coefficiente di utilizzazione = 0.6369;
m:
coefficiente di manutenzione = 0.75.
Ciascun riflettore, essendo dotato di due lampade, fornisce un flusso pari a:
ΦR= 2 · ΦL· ηR = 2 · 5200 · 0.76 = 7904 [lm/riflettore]
dove:
ηR :
rendimento del riflettore ( [2], Vol.II, tab.42.VI; pp.1115 );
ΦL:
flusso luminoso di una lampada.
E’ necessario installare un numero di riflettori non inferiore a:
N=
ΦT
ΦR
=
254357
≅ 32 [ riflettori ]
7904
DISPOSIZIONE DEGLI APPARECCHI ILLUMINANTI
Avendo adottato riflettori a lampade fluorescenti tubolari, si considera una disposizione degli
apparecchi illuminanti per file.
Il numero di file è determinato dalla seguente relazione, caratteristica del tipo di riflettore ( [2], Vol.II,
tab.42.VI; p.1115):
df
= 1÷ 1.6
h
H:
d f:
altezza di installazione dal pavimento;
distanza fra due file contigue.
Poiché H = 4.40 [m], si adotta una distanza df = 4.50 [m]; sulla lunghezza totale di 27 [m] risulta un
numero di file pari a:
nf =
27
= 6 file
4.50
Si realizzano pertanto 6 file di 6 riflettori ciascuna, per un totale di 36 riflettori installati.
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Dimensionamento di un impianto di illuminazione per interni
- Disposizione degli apparecchi illuminanti POTENZA ELETTRICA INSTALLATA
Assumendo che la potenza elettrica dissipata nei reattori sia pari al 10% della potenza delle lampade, è
necessario installare una potenza elettrica pari a:
Pi = 1.1⋅ Σ PL = 4594[W ]
i i
E’ bene che la distribuzione elettrica venga realizzata ruotando i collegamenti fase-neutro, evitando
che apparecchi fisicamente contigui siano alimentati dalla stessa fase. In tal modo la sequenza di
accensioni e spegnimenti di ogni tubo (che si susseguono ad intervalli di 1/200 secondi) si trova
sfasata di 120 gradi elettrici rispetto ai tubi vicini, con ottima eliminazione degli effetti stroboscopici
per le parti rotanti.
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Dimensionamento di un impianto di illuminazione per interni
Esempio n.2
Si consideri il dimensionamento di un impianto di illuminamento di un fabbricato industriale
avente dimensioni in pianta di 45 × 32 [m2] e altezza H = 6 [m].
L'illuminamento minimo richiesto sul piano di lavoro è E = 180 [lx].
Si consideri l’impiego di riflettori bilampada a lampade fluorescenti, ciascuno da 120 [W], con
efficienza di 60 [lm/W] e fattore di potenza del carico pari a cosφ = 0.9.
Il tipo di illuminazione (diretta), il colore delle pareti, il rapporto fra le dimensioni del locale, il tipo
di lampade e portalampade usate, sono tali da poter assumere:
u · m = 0.4
essendo:
u = il coefficiente di utilizzazione;
m = il coefficiente di manutenzione.
Il corretto dimensionamento dell’impianto di illuminazione impone di determinare:
• il numero N di lampade in grado di garantire l'illuminamento medio richiesto;
• la disposizione relativa dei centri luminosi;
• la corrente IL di linea se l'alimentazione è trifase con tensione stellata di E = 220 [V].
___________________________________
La superficie A da illuminare è pari a:
A = 45 · 32 = 1440 [m2]
Il flusso totale ΦT delle lampade installate nell'ambiente è dato da:
ΦT =
E⋅A
= 648000 [lm]
u⋅m
Utilizzando riflettori a lampade fluorescenti con efficienza di 60 [lm/W], la potenza totale richiesta
dalle lampade è calcolabile con la seguente formula:
PTOT =
648.000 [lm]
= 10800 [W]
60 [lm/W]
Ricordando che ciascun riflettore ha una potenza P=120 [W],
Il numero totale di riflettori necessari per l'impianto di illuminazione è definito dalla seguente
formula:
P
10800 [W]
N = TOT =
= 90 riflettori
PRflt
120 [W/Rflt]
DISPOSIZIONE DEI CENTRI LUMINOSI
Avendo adottato lampade fluorescenti, si assume per gli apparecchi di illuminazione una disposizione
per file.
Siano:
- H l'altezza di installazione degli apparecchi dal pavimento;
- df la distanza tra due file contigue di apparecchi.
df
= 1÷ 1.6
H
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Dimensionamento di un impianto di illuminazione per interni
Si suppone di installare gli apparecchi di illuminazione ad una altezza dal pavimento pari ad
H=6.00[m], con una distanza tra due file contigue pari a df = 6.50 [m]; sulla lunghezza di 45 [m] si
dispongono su un numero di file pari a:
nf =
45
= 7 file
6.50
ciascuna composta da 13 apparecchi bilampada.
Considerando che i riflettori adottati sono bilampaba, il numero totale di lampade necessario per
l'impianto di illuminazione è definito dalla seguente formula:
Ntot. = 7 · 13 · 2 = 182 lampade
La potenza totale richiesta, a meno delle perdite di potenza nei reattori, è pari a:
Ptot* = 182 · 60 = 10920 [W]
La corrente di linea IL è data da:
IL =
Ptot *
10920
=
= 18.38 [A ] .
3 ⋅ E ⋅ cosφ 3 ⋅ 220 ⋅ 0.9
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DIMENSIONAMENTO DI UN IMPIANTO DI
ILLUMINAZIONE PER ESTERNI
(METODO PUNTO PER PUNTO)
Dimensionamento di un impianto di illuminazione per esterni
Si scelga il tipo di riflettore e l'interasse i tra ogni lampada per l'illuminazione di una strada facendo
riferimento ai seguenti dati [2, 8, 9]:
•
•
•
•
larghezza della carreggiata: L = 11 [m];
altezza della sorgente luminosa: hs = 12 [m];
illuminamento max: Emax = 30 [lx];
illuminamento min: Emin = 7 [lx].
_____________________________
Siano:
- A il punto diametralmente opposto alla sorgente luminosa;
- α1, α2, β, gli angoli rappresentati in figura.
Si assume i = 24 [m] e si procede verificando l’illuminamento ad un altezza di un metro sul piano
stradale, come richiesto dalle normative.
Dalla figura allegata si evincono i risultati di seguito riportati. I calcoli sono riferiti ad una distanza h della
sorgente dal piano di riferimento per i calcoli situato ad 1 m dal piano stradale: h = hs – 1 [m] = 11 [m].
Punto A:
lampada 1: α1 = 90°
Rl = h 2 + L2 = 15.56 [m]
r1 = L = 11 [m]
⎛L ⎞
⎝h⎠
β1 = arctg⎜ ⎟ = 45.0°
⎛L⎞
⎝i⎠
r2 = i2 + L2 = 26.4 [m]
lampada 2: α 2 = arctg⎜ ⎟ = 24.62°
R 2 = h 2 + r22 = 28.23 [m]
⎛ r2 ⎞
⎟ = 67.4°
⎝h⎠
β 2 = arctg⎜
Facendo riferimento ad un catalogo di apparecchi per l’illuminazione [9] si adotta un riflettore
dotato di lampada fluorescente a vapori di sodio ad alta pressione con le seguenti caratteristiche
tecniche:
•
•
potenza elettrica = 150 [W];
flusso luminoso = 15000 [lm].
Nella lettura delle curve fotometriche illustrate si deve considerare che la particolare simmetria
del riflettore adottato conferisce emissioni uniformi per angoli α ≥ 60° e α ≤ -30°.
Dalle curve fotometriche riportate è possibile rilevare i seguenti valori delle intensità luminose
emesse dalle lampade S1 ed S2 in direzione del punto A:
I1 = 150 ⋅
15000
= 2250 [cd]
1000
I2 = 265 ⋅
15000
= 3975 [cd]
1000
La simmetria geometrica dello schema di installazione dei lampioni stradali illustrato consente
di sommare i contributi delle singole sorgenti luminose all’illuminamento del punto A (si
considerano trascurabili i contributi delle altre lampade) secondo la seguente espressione:
EA =
Punto B:
I1
R12
cosβ1 +
2 ⋅ I2
R 22
cosβ 2 = 10.4 [lx]
⇒
Emin < E A < Emax
Data la posizione del punto B rispetto alle sorgenti luminose S1ed S2 si ha:
⎡ L ⎤
⎥ = 42.51 °
⎢ i ⎥
⎣ 2⎦
α B = arctan ⎢
2
⎛i⎞
rB = ⎜ ⎟ + L2 = 16.28[m]
⎝2⎠
132
Dimensionamento di un impianto di illuminazione per esterni
⎛r ⎞
βB = arctan⎜ B ⎟ = 55.95°
⎝h⎠
RB = rB 2 + h 2 = 19.64 [m]
IB = 2 ⋅ 240 ⋅
15000
= 3600 [cd]
1000
EB =
IB
cosβ = 10.44 [lx]
RB2
⇒
Emin < EB < Emax
***********************
Punto C:
α C = 0°
rC =
i
= 12[m]
2
⎛ rc ⎞
βC = arctan⎜ ⎟ = 47.48°
⎝h⎠
EC = 2 ⋅
IC
2
RC
R C = rc 2 + h 2 = 16.28 [m]
IC = 250 ⋅
cosβ C = 18.93 [lx]
⇒
15000
= 3750 [cd]
1000
Emin < E C < Emax
***********************
Punto D:
r1 = 0 [m ]
lampada 1: α 1 = 0°
I1 = 170 ⋅
r2 = i = 24 [m]
lampada 2: α 2 = 0°
β2
E1 =
⎛ r2 ⎞
⎟ = 65.37°
⎝h⎠
= arctan⎜
I1
R12
cosβ1 +
2 ⋅ I2
R 22
R1 = h = 11 [m ]
β1
=
0°
15000
= 2550 [cd]
1000
R 2 = r2 2 + h 2 = 26.4 [m]
I2 = 220 ⋅
cosβ 2 = 25.81 [lx]
15000
= 3300 [cd]
1000
⇒
Emin < ED < Emax
Osservazioni
¾ Si verifichi che i dati relativi all’illuminamento calcolati mediante curve fotometriche coincidano
con quelli determinabili mediante il diagramma di curve isolux riportato in figura.
¾ Si consideri la disposizione dei pali su entrambi i lati della sede stradale.
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Dimensionamento di un impianto di illuminazione per esterni
Illuminazione per esterni
schema di calcolo del metodo
“punto per punto”
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Dimensionamento di un impianto di illuminazione per esterni
Lampada 150 W sodio ad alta pressione fluorescente.
Flusso luminoso 15000 lumen
CURVE FOTOMETRICHE RIFERITE A 1000 LUM
-30°
-10°
-20°
α
0°
+40°
β
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