Illuminazione pubblica Innovazione normativa. Paolo Soardo Presidente della Commissione tecnica UNI Luce e illuminazione

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1 Illuminazione pubblica Innovazione normativa Paolo Soardo Presidente della Commissione tecnica UNI Luce e illuminazione

2 Norme prestazionali

3 Scopo delle norme Sicurezza dei cittadini Comfort visivo Risparmio energetico Minimizzazione dei costi di installazione e di gestione Salvaguardia dell ambiente

4 Enti normatori Internazionale: CIE (ISO), IEC Europeo: CEN, CENELEC Nazionale: UNI, CEI Associazioni Nazionale: AIDI

5 Volontarie o obbligatorie? Una norma rappresenta lo stato dell arte e chi se ne voglia discostare, obbligatoria o volontaria che sia la norma, deve essere in grado di dimostrare, eventualmente anche in giudizio, di aver ottenuto un risultato almeno equivalente a quello previsto dalla norma.

6 Tipologie di norme Sicurezza elettrica: IEC, CENELEC, CEI Prestazioni per la sicurezze e il comfort visivo: CIE (ISO), CEN, UNI

7 Norme UNI Le leggi dello Stato considerano realizzati a regola d arte gli impianti conformi alle norme UNI Illuminazione stradale (in revisione) Illuminazione stradale Illuminazione posti lavoro all aperto Illuminazione delle gallerie stradali Impianti sportivi Limitazione del flusso luminoso verso l alto

8 Pubblicazioni CIE CIE 18 The basis of physical photometry CIE 93 Road lighting as an accident countermeasure CIE 115 Recommendations for the lighting of roads for motor and pedestrian traffic CIE 88 Guide for the lighting of road tunnels and underpasses CIE 126 Guidelines for minimizing sky glow CIE 144 Road surface and road marking reflection characteristics CIE 150 Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations S 015/E Lighting of outdoor work places

9 Leggi Le leggi dovrebbero limitarsi a definire i criteri essenziali lasciando la definizione dei parametri numerici alle norme e/o ai regolamenti, in modo da poterli più facilmente e tempestivamente adeguare al progresso scientifico e all innovazione tecnologica, come prescrive anche la direttiva europea detta del nuovo approccio Sicurezza elettrica: 46/90. (conformità alle norme). Prestazioni di sicurezza: Legge 626. Prescrive livelli di illuminazione sufficienti per il compito visivo in questione Leggi regionali sul risparmio energetico e la limitazione dell inquinamento luminoso DM di adozione della norma UNI Illuminazione delle gallerie in corso di adozione Leggi regionali. Chiedono il rispetto di limiti extra norme

10 Norme prestazionali

11 Tipi di prescrizioni normative Dal punto di vista tecnico scientifico, le prescrizioni normative possono essere: Arbitrarie, esigenze di unificazione (es. dimensioni delle lampade) Empiriche, basate sll esperienza (es. UNI 11248) Scientifiche, basate su rapporti causa effetto (es. UNI 11095)

12 Illuminotecnica: scienza esatta Il percorso della ricerca sta portando l illuminotecnica sempre di più verso una scienza esatta, nel senso che si dovrebbe operare in base a relazioni di causa effetto. Tutte le norme dovrebbero quindi avere carattere scientifico

13 Situazione normativa Illuminazione pubblica Norma Argomento Stato Tipo UNI Illuminazione strada UNI EN Classi illuminotecniche UNI EN Calcoli illuminotecnici UNI EN Misurazioni illuminotecniche UNI EN Illuminazione delle gallerie UNI EN Luoghi di lavoro all aperto UNI Luminanza artificiale del cielo UNI EN Incertezze di misura UNI EN ISO Regole per la conformità pruni**** Visibilità dei piccoli oggetti pren Risparmio energetico bozza revisi ione arbitraria empirica scientifica

14 UNI e sicurezza In condizioni notturne l illuminazione pubblica è elemento determinante per la sicurezza dei cittadini, di cui in base alle regole comunitarie è responsabile ogni singolo stato Le leggi riconoscono agli impianti conformi alle norme UNI e CEI la presunzione di realizzazione a regola d arte La UNI è una norma di sicurezza e come tale ha carattere nazionale

15 Revisione normativa permanente La norma UNI Illuminazione stradale aggiorna la UNI con le strade descritte nel DM 12 aprile 1995 Direttive per la redazione, adozione ed attuazione dei piani urbani del traffico, oltre a quelle del Codice della strada Nel 2004 è stata pubblicata la norma EN 13201, che prescrive i livelli di illuminazione senza però associarli alle classi di strade Lo sviluppo della ricerca scientifica e l innovazione tecnologica hanno stimolato l UNI e il CEN alla revisione di entrambe le norme

16 Categoria di riferimento La norma UNI assegna a ciascuna classe di strada una categoria illuminotecnica di riferimento, caratterizzata dal valore minimo della luminanza media mantenuta, da 2 a 0,5 cd/m 2, dai valori minimi delle loro uniformità, globale e longitudinale, nonché dal valore massimo dell indice di abbagliamento debilitante La recente revisione ha formalmente modificato le categorie illuminotecniche senza conseguenze sugli impianti in quanto sono cambiate le condizioni di riferimento

17 Revisione della UNI Tioi A1 Classificazione delle strade e categoria illuminotecnica di riferimento Descriziione della strada Velocità [km/h] Categoria Autostrade extraurbane Autostrade urbane 130 ME1 Strade di servizio alle autostrade 7090 Strade di servizio alle autostrade urbane 50 Strade extraurbane principali 110 ME2 B Strade di servizio alle strade extraurbane Strade extraurbane secondarie (tipi C1 e C2 ) C Strade extraurbane secondarie 50 ME3 Strade extraurbane secondarie particolari D Strade urbane di scorrimento ME2 Strade urbane interquartiere E 50 Strade urbane di quartiere Strade locali extraurbane (tipi F1 e F2 4) ) ME3 Strade locali extraurbane 50 S2 Strade locali urbane 30 ME3 Strade locali urbane: altre situazioni 3030 F Strade locali urbane: aree pedonali 5 Strade locali urbane (es. centri storici) ecc.) 5 Strade locali interzonali 30, 50 Piste ciclabili - Strade a destinazione particolare 30 S2 A2 CE$, S2

18 Analisi dei rischi La complessità delle scelte previste nella EN richiede un analisi dei rischi come fase preliminare al progetto. La UNI indica per alcuni parametri di influenza la possibile riduzione della categoria illuminotecnica di riferimento. Il progettista può individuare altri parametri di influenza e se il caso anche aumentare la categoria di riferimento

19 Revisione della UNI Modifica cat. Parametro di influenza ill. riferim. Complessità del campo visivo normale Condizioni non conflittuali -1 Flusso di traffico <50% della portata di servizio Flusso di traffico <25% rispetto alla portata di servizio -2 Segnaletica cospicua nelle zone conflittuali Assenza di pericolo di aggressione - 1 Assenza di svincoli e/o intersezioni a raso Assenza di attraversamenti pedonali

20 Revisione UNI Luce bianca Per utilizare i vantaggi della luce bianca occorre una analisi dei rischi sotto la responsabilità del progettista Con apparecchi con indice di resa dei colori maggiore o uguale a 60, previa verifica con l analisi dei rischi delle condizioni di visione, il progettista può apportare la riduzione di una categoria illuminotecnica.

21 Revisione della UNI Declassamento della categoria Il decremento totale della categoria di riferimento, funzione dei parametri di influenza individuati con l analisi dei rischi, non può essere superiore a due categorie illuminotecniche in qualunque condizione dell impianto di illuminazione

22 Energia ed ambiente Incertezza del progetto

23 Prestazioni progettuali e misurate Le norme prescrivono limiti, che in fase di collaudo con misurazioni in loco, obbligatorie per garantire la sicurezza dei cittadini, devono essere rispettati Per garantirsi da possibili contenziosi i progettisti Per garantirsi da possibili contenziosi i progettisti calcolano impianti con prestazioni a volte esagerate, a discapito dei costi di installazione, dei consumi energetici e della compatibilità ambientale

24 Cicli giornalieri e stagionali Il ciclo di accensioni, parzializzazioni e spegnimenti gioca un grande ruolo nei consumi energetici L UNI sta per pubblicare una norma sui regolatori di flusso luminoso. L immediatezza di accensione dei LED facilita la realizzazione dei risparmi energetici

25 Revisione della UNI Limiti ai livelli di illuminazione Per evitare costi eccessivi la revisione della UNI riduce i livelli massimi rispetto alla norma precedente Tuttavia, salvo esigenze particolari, è conveniente che illuminamenti e luminanze massime previste dal progetto non siano maggiori del 50% di quelli previsti dalla categoria illuminotecnica considerata, al fine di contenere i consumi energetici e l impatto ambientale

26 Determinismo e probabilità La compatibilità energetica ed ambientale viene assicurata superando l attuale calcolo deterministico ed adottando l approccio probabilistico del progetto, già previsto nella revisione della norma UNI Illuminazione delle gallerie stradali

27 Incertezze del progetto Adottando i criteri delle norme UNI EN Guida all espressione delle incertezze di misura e UNI EN ISO Regole decisionali per provare la conformità o la non conformità rispetto alle specifiche e tenendo conto delle incertezze dei dati di progetto e delle misure di verifica, è possibile determinare le incertezze progettuali. In questo modo si garantisce che con il 95% di probabilità le misurazioni in loco confermeranno la conformità alle norme dell impianto realizzato

28 Incertezze progettuali e compatibilità ambientale Un progetto basato sulla aderenza alle incertezze dei dati minimizza i consumi energetici ed ottimizza la compatibilità ambientale. Per comprendere il metodo conviene ricordare i concetti alla base delle incertezze di misura e la loro applicazione alla certificazione di confromità

29 Misura: processo statistico Il così detto valore vero di una grandezza non esiste in quanto non misurabile ed è quindi bene non usare questo termine La misura è il risultato di un processo statistico di un certo numero di misurazioni che la individua univocamente Il processo statistico è caratterizzato dal suo valore medio, che costituisce il valore della grandezza misurata, e dalla sua incertezza

30 Distribuzione gaussiana 1 2

31 Certificazione di conformità Se occorre certificare la conformità di un apparecchio di illuminazione a una specifica, a una norma o a una legge, la misura più o meno l incertezza deve essere conforme con i limiti prescritti (vedere ad esempio la norma internazionale UNI EN ISO ). Nell esempio che segue si suppone che il limite superiore sia pari a 2. Il caso A è conforme, il B no, ma i casi C (che corrisponde all esempio precedente) e D sono ambigui e non possono essere certificati. I tribunali accettano queste condizioni di certificazione.

32 C' D C Maximum limit B A Photometric quantity (lumnous flux or intensity) B, C, C' - No certification (ambiguous cases) D - No compliance E - Certification impossible 0 Incertezze di misura 0 maximum limit E < 0 > 0 A - Compliance

33 Incertezza del progetto La tabella dimostra gli svantaggi di un progetto basato su dati convenzionali che portano ad aumenti ingiustificati dei costi e ad errori progettuali ingiustificabili per i progetti eseguiti a tavolino. L incertezza deve essere valutata singolarmente per ogni progetto Le incertezze del progetto si riducono notevolmente se i dati iniziali sono misurati e non stimati, come dimostrato nella tabella che segue

34 Incertezza del progetto Tabella 3 - Gallerie stradali UNI Incertezze progettuali sulla luminanza di entrata Parametro Incertezza tipo [%] Convenzioni Misure Luminanza di velo equivalente 7 3 Luminanza atm 12 2 Coefficiente di qualità del contrasto - Schizzo del fornice 24 - Parametri ambientali 28 4 Riflessione pareti - Caratteristiche manto 20 5 Parametri locali 20 5 Incertezza composta del progetto 34 6

35 Incertezze nelle gallerie Il metodo delle incertezze progettuali è stato applicato finora solo all illuminazione delle gallerie, in cui gli alti costi di installazione e di gestione richiedono una analisi accurata delle condizioni progettuali L esempio che segue riguarda la ristrutturazione di un impianto di illuminazione con la sostituzione di apparecchi con lampade SAP con quelli con LED installati nelle stesse posizioni. L incertezza progettuale era pari al 12%. La luminanza di rinforzo resta ben lontana dai valori massimi ammessi dalla UNI Il risparmio energetico supera il 40%.

36 Progettare con le incertezze 100 cd/m2 Galleria Monte Veilino sx Impianto di rinforzo simmetrico con LED 64 cd/m2 Luminanze stradali medie progettuali e misurate Limite consumi energetici UNI cd/m2 Luminanza misurata Luminanze di certificazione 2 cd/m2 0 m 100 m 200 m 300 m Distanze longitudinali Luminanze medie stradali

37 Visibilità dei piccoli oggetti

38 Percezione degli ostacoli Sulla base di una pubblicazione CIE in arrivo, l UNI sta preparando una norma per valutare la visibilità dei piccoli oggetti come ausilio alla analisi dei rischi Il criterio adottato è quello della luminanza di velo in analogia con l illuminazione delle gallerie, come illustrato nella diapositiva che segue La luminanza di velo condiziona tutti i fenomeni della visione In questo modo anche la UNI assumerà il carattere di norma scientifica

39 Luminanza di velo La luce che colpisce la retina in visione periferica subisce una diffusione all interno dell occhio con una conseguente luminanza di velo sulla fovea, che riduce il contrasto degli ostacoli. Luce diurn urna Parabrezza Occhio L SEQ = 9,2 28,6 θ= 1 L atm de 2 θ 2 L par Cristallino V L seq SEQ Fovea L = L + L + L ATM PAR

40 Visibilità dei piccoli oggettti La nuova normma UNI descrive un metodo progettuale analogo a quello della UNI per le gallerie. La differenza è che in questo caso il progettista deve individuare i punti critici dove posizionare l oggetto di riferimento

41 Compatibilità ambientale

42 Luminanza artificiale del cielo La compatibilità ambientale è spesso considerata sotto l aspetto di un solo effetto indesiderato dell illuminazione pubblica: l aumento della luminanza artificiale del cielo Molte leggi regionali ritengono colpevole di questo fenomeno l intensità luminosa emessa verso l alto dagli apparecchi di illuminazione invece del flusso luminoso emesso verso l alto dall impianto Doppia contraddizione: si considera l apparecchio invece dell impianto e l intensità luminosa invece del flusso luminoso

43 Apparecchi internalizzati Inoltre, moltissimi apparecchi di illuminazione sono nascosti entro cavità urbane, come mostrato dalle diapositive che seguono Non essendo visibili, la loro intensità luminosa non ha nessuna importanza Secondo le leggi regionali questi apparecchi dovrebbero essere considerare in deroga in quanto internalizzati

44 Cavità urbane diffondenti 20 Urban Rural

45 Milano dalla a Madonnina Milano Pochi apparecchi visibili sui di questa zona

46 Torino visto da Pino Torinese Meno di 1000 apparecchi visibili sui di questa zona

47 Pochi apparecchi visibili sui di Firenze

48 Città diffondenti La luminanza delle città misurata da una collina sono coerenti con la luminanza calcolata in base al flusso luminoso installato nelle città assimilate a sorgenti di luce diffondenti, come prevedibile per apparecchi nascosti, o internalizzati, entro le cavità urbane La tabella che segue conferma la coerenza tra misure e calcoli

49 Le città viste da una collina sono diffondenti Luminanze calcolate e misurate per città illuminate viste da una collina Distanza Flusso Luminanza [cd/m 2 ] Fatt. rifl. Abitanti Città x 10-3 da collina riflesso Calc. con Misurata calc. dalle [km] [lm/m 2 ] ρ=0,23 da collina misure Padova ,2 0,26 0,25 0,222 Abano 6,8 1,8 0,36 0,36 0,23,4 20 Momtegrotto 7,3 2,0 0,40 0,39 0,228 Torino ,1 0,26 0,28 0,248 Treviso 80-0,234 Diff. rel. tra lumin. misurate e calcolate Fattore rifles. ρ Media -0,003 Scarto tipo σ 0,051 Media 0,233 Scarto tipo σ 0,010

50 Apparecchi urbani e rurali La revisione in corso della pubblicazione CIE 126 prevede un modello con apparecchi urbani, contenuti entro le cavità urbane, e rurali, in grandi aree non schermate o al di fuori delle città La nuova CIE 126 prevede un metodo di analisi del territorio per verificare gli effetti di nuovi impianti di illuminazione e di modifiche di quelli esistenti

51 Diffuse emission from the town Diffusion from the atmosphere Direct emission from installations Modello CIE Rural Town Direct emission from installations 20

52 Leggi regionali ed energia Molte leggi regionali impongono l impiego esclusivo di apparecchi cutoff con vetro piano installato orizzontalmente Le riflessioni interne di Brewster di questi apparecchi penalizzano l emissione luminosa con angoli radenti, riducendo la luminanza a parità di potenza della lampada. In questo modo occorre installare più apparecchi e si aumentano i consumi energetici del 20% circa, come riconosciuto anche dalla CIE Per evitare inutili consumi la Commissione Europea ha emesso il regolamento 245

53 Dir. CE/2005/32 Regolamento 245/08 Table 25 of Regultion 245/09 Indicative maximum Upward Light Output Ratio (ULOR) values per road class for street lighting luminaires (at benchmark level) Luminous flux ULOR Road classes ME1 to ME6 and MEW1 to MEW6, all lumen outputs Lumen outputs 3% Road classes CE0 to CE5, S1 to S6, ES, EV and A lm light source 5% lm light source < lm 10% lm light source < lm 15% light source < lm 20% In areas where light pollution is of concern, the maximum proportion of the light going above the horizon is not more than 1 % for all road classes and lumen outputs. Luminaires are designed so that they avoid emitting obtrusive light to the maximum extent. However, any improvement of the luminaire aiming at reducing the emission of obtrusive light is not to the detriment of the overall energy efficiency of the installation for which it is designed.

54 Evoluzione normativa

55 LED bianchi La CIE ha verificato che in un ambiente con illuminazione diffusa, tipicamente il centro di una città, l occhio mostra una maggiore percezione degli oggetti in visione periferica. Nuove ricerche sono auspicate in altri ambienti, come le strade motorizzate e le gallerie. Autostrade per l Italia ha realizzato l illuminazione di una galleria sulla A12 completamente con LED, ottenendo un risparmio energetico di oltre il 40% Sono annunciati LED con una efficienza luminosa di 160 lm/w

56 Certificazione dei progettisti Su sollecitazione della Commissione Europea, il CEN intende preparare una norma sull attività e sulle responsabilità delle figure professionali non inquadrate in strutture legalmente riconosciute I progettisti illuminotecnici potrebbero ricadere in questa categoria ed essere soggetti alla certificazione secondo le regole della EA e dell ILAC La Commissione Centrale Tecnica dell UNI ha istituito un gruppo di lavoro per esaminare l argomento.

57 Contenimento dei consumi La bozza di norma del CEN prevede un consumo energetico di impianti di illuminazione pubblica, che nel caso di strade motorizzare non dovrebbe superare 1 W/(cd/m 2 m 2 ) Gli studi preparatori per le prove su strada organizzate da ENEA dimostrano che l illuminazione pubblica si può realizzare con consumi molto più bassi, dell ordine di 0,3 W/(cd/m 2 m 2 )

58 Fattore di luminanza stradale Gli studi effettuati in Italia dimostrano che la compatibilità energetica ed ambientale è collegata al fattore di luminanza stradale q R, suggerito dalla pubblicazione CIE 144 e definito come: q R = L / (E Q 0 ) in cui L ed E sono rispettivamente la luminanza e l illuminamento medio dell impianto e Q 0 il coefficiente medio di luminanza del manto stradale

59 Percezione e stimolo La fotometria fa parte della metrologia della percezione, in quanto dovrebbe misurare la percezione visiva dovuta ad un certo oggetto in un certo contesto. In realtà, la percezione è molto difficile da misurare e per di più è diversa da individuo ad individuo. Anche se la CIE ha usato la percezione per le ricerche sui LED, oggi il solo legame tra percezione e stimolo è la V( λ) Si cerca allora di individuare una relazione per quanto possibile biunivoca e continua tra la percezione media di campioni significativi della popolazione e lo stimolo che la ha provocata, identificando poi la percezione con lo stimolo, molto più facilmente misurabile.

60 Fattori spettrali di visibilità

61 Fattori spettrali di visibilità

62 Luminanza e brillanza Non esiste una relazione biunivoca e continua tra la brillanza, ossia la percezione di luminosità di un oggetto, e la luminanza Non esiste un unità di misura della brillanza, che addirittura non è additiva Il modello su cui sono basate le misure sembra fallire proprio nel caso più importante, ma in realtà la brillanza è praticamente proporzionale alla luminanza per campi limitati di variazione di quest ultima quali quelli che si verificano nell illuminotecnica

63 Ricerca, tecnologia e immobilismo delle leggi Tabella 1 - Innovazione nell illuminazione esterna negli ultimi 10 anni Ricerca Tecnologia Normativa Leggi regionali Illuminazione esterna e sicurezza dei cittadini Lampade a ioduri ad alta efficienza Direttiva CE/32/2005 Energy using products Risparmio energetico e Riflettori con maggiori UNI Illumin. consumi del vetro piano rendimenti delle gallerie Misure sulle città: Lampade LED a luce UNI Illumin. sorgenti diffondenti bianca stradale Compatibilità ambientale Regolatori efficienti UNI Illumin. e luce molesta con ampia flessibilità lavoro all aperto Programmazione del Misura della UNI STV Visibilità territorio (legge Walker) luminanza di velo oggetti (in corso) Luce bianca per la Illuminazione UNI Certificazione sicurezza e il risparmio verticale delle facciate Progettist (in corso) Misure fotometriche Asfalti di nuova CIE Aggiornamento sugli asfalti generazione pubbl. 126 (in corso) Segnaletica stradale Materiali retroriflettenti CEN Visual perform of cospicua microprismatici retrpreflec. sheetings Luminanza e visibilità Materiali fluoriflettenti CIE TC 4-40 Road dei segnali stradali per segnali stradali signs (in corso) Riferimento alle norme (Piemonte) Emissione nulla in alto (Lombardia)