3ª lezione. Generalità sulle lampade Corso di illuminotecnica

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1 Generalità Corso di illuminotecnica

2 Criteri generali di scelta Per poter impostare razionalmente lo studio dei progetti di illuminazione è molto importante saper scegliere tra le varie sorgenti luminose attualmente disponibili, quelle più adatte allo specifico caso d'impiego in esame. Al riguardo è necessario valutare assai attentamente le caratteristiche dei vari tipi di in rapporto, in particolare, ai parametri seguenti: tonalità di luce; indice di resa cromatica; efficienza luminosa; durata di vita; possibilità di essere collegate direttamente alla rete senza dover far ricorso all'impiego di apparecchiature ausiliarie quali: reattori starter, accenditori; Il tempo necessario perché la lampada dopo che in essa è avvenuto l'innesco, raggiunga l'emissione dell'80% del flusso luminoso nominale; Il tempo necessario perché la lampada, se spentasi ad esempio per mancanza di tensione di rete, possa riaccendersi al ripristino della normalità di alimentazione. Tonalità di luce Per definire la tonalità di luce emessa da una lampada si fa ricorso al concetto di "temperatura di colore". Come "campione" ci si serve del "corpo nero", sorgente ideale di luce avente la proprietà di emettere in tutte le zone dello spettro il massimo dell'energia radiante e di assorbire completamente l'energia radiante che lo colpisce. Agli effetti pratici il "corpo nero" viene realizzato utilizzando una cavità avente le pareti annerite di nero fumo e dalla cui apertura escono le radiazioni. Riscaldando uniformemente il corpo nero a temperature crescenti ed osservando la cavità si nota che da essa esce una luce che diventa sempre più bianca e più intensa al crescere della temperatura. La temperatura di colore della radiazione emessa da una lampada corrisponde al valore della temperatura (espressa in gradi Kelvin) alla quale si deve portare il corpo nero perché emetta una radiazione di colore uguale. Si ricordi che il rapporto tra gradi Kelvin e gradi centigradi è il seguente: zero K = ºC. Riportiamo di seguito a titolo di orientamento la temperatura di colore di alcune sorgenti naturali: luna: 4.100K; sole a mezzogiorno (estate): 5.300K K; cielo coperto: 6.400K K; cielo sereno: K K. 27

3 Per quanto attiene alle sorgenti di luce artificiale vengono definite: a tonalità "calda " le la cui temperatura di colore sia minore di K; a tonalità "neutra" le la cui temperatura di colore sia compresa tra e K; a tonalità "fredda" le la cui temperatura di colore sia superiore a K. Ricordiamo che dal punto di vista psicologico esiste una stretta relazione tra la tonalità della luce ed il comfort ambientale. Ad esempio in locali ove siano previsti valori di illuminamento piuttosto modesti è consigliabile installare che emettano luce a tonalità calda piuttosto che neutra o fredda. Si veda al riguardo il diagramma di Kruitoff di cui alla figura 3.1. Figura 3.1 Diagramma di Kruitoff. Indice di resa cromatica Tale parametro (Ra) vale a quantizzare l'attitudine della luce emessa da una sorgente a permettere di distinguere le sfumature dei colori. L'indice di resa cromatica viene determinato confrontando la luce emessa dalla lampada in esame con la luce di una sorgente di riferimento avente la stessa temperatura di colore ed indice pari a 100. L'indice di resa cromatica viene definito: di grado 1A (ottimo) se Ra compreso tra 90 e 100; 28

4 di grado 1B (molto buono) se Ra compreso tra 80 e 89; di grado 2A (buono) se Ra compreso tra 70 e 79; di grado 2B (discreto) se Ra compreso tra 60 e 69; di grado 3 (sufficiente) se Ra compreso tra 40 e 59; scarso se Ra inferiore a 40. Efficienza luminosa Tale parametro, definito mediante il rapporto tra il flusso luminoso emesso (espresso in lumen) e la potenza elettrica assorbita (espressa in watt) viene indicato con il simbolo lm/w. Le ad incandescenza tradizionali hanno efficienza luminosa di circa 12 lm/w mentre, ad esempio, quelle a vapore di sodio a bassa pressione sono caratterizzate da efficienza di circa 200 lm/w. Il parametro efficienza luminosa assume particolare importanza nei casi in cui l'economia d'esercizio giochi un ruolo notevole nel bilancio globale delle spese dell'impianto d'illuminazione. È comunque evidente che, in base alla legge 10/91 relativa al contenimento dei consumi energetici, converrà adottare, in tutti i casi in cui sia possibile, caratterizzate da efficienza luminosa quanto più possibile elevata. Durata di vita L'attenta valutazione di questo parametro è molto importante soprattutto nel caso di impianti in cui il ricambio delle sia molto oneroso. Per quantizzare la durata delle in generale i parametri più frequentemente usati sono i seguenti: "durata di vita media" che si riferisce al numero di ore di funzionamento dopo il quale, in un determinato lotto di ed in ben definite condizioni di prova, il 50% delle abbia cessato di funzionare. "durata di vita media economica" per un determinato lotto di dello stesso tipo tale parametro definisce il numero di ore dopo il quale il flusso luminoso residuo abbia raggiunto, per effetto somma del decadimento del flusso e della percentuale di mortalità, il 70% del valore nominale iniziale. Le sorgenti che hanno la durata di vita media più breve ( ore) sono le ad incandescenza tradizionali; la durata di vita media più elevata è quella delle ad induzione (oltre ore) e quella dei LED ( ore). La durata delle sorgenti luminose è strettamente correlata con il decadimento del flusso luminoso nel corso della loro vita. Altri parametri che condizionano la scelta Altri parametri che condizionano in misura notevole la scelta delle sorgenti luminose da adottare nei vari casi di impiego sono i seguenti: il tempo necessario perché la lampada, dopo che in essa è avvenuto l'innesco, 29

5 arrivi ad emettere un flusso pari allo 80% di quello nominale; il tempo necessario perché la lampada, se spentasi (ad esempio per mancanza di tensione di rete) possa riaccendersi al ripristino della normalità di alimentazione; l'influenza condizioni di funzionamento della temperatura ambiente e delle variazioni della tensione di alimentazione; la possibilità di funzionare o meno in tutte le posizioni. Riteniamo opportuno infine ricordare che lo smaltimento, al termine della loro vita, delle contenenti al loro interno sia pur piccole quantità di mercurio può comportare notevoli problemi di carattere ecologico. Ciò perché il mercurio, che è l'unico metallo allo stato liquido a temperatura ambiente, può, se disperso in notevole quantità, inquinare il terreno e le acque. Poiché sono ora disponibili prodotte in modo da garantire che il loro smaltimento assicuri il massimo rispetto dell'ambiente è evidente che è ad esse che converrà riservare, in tutti i casi in cui sia possibile, la preferenza. Classificazione in base al metodo di generazione della luce Tutte le possono essere suddivise, in base alla modalità con cui in esse viene generata la luce, nelle due seguenti grandi famiglie (figura 3.2): ad incandescenza; a scarica in gas. Le ad incandescenza sia tradizionali che con alogeno utilizzano l'effetto termico, cioè il principio che, un corpo, riscaldato ad alta temperatura e portato all'incandescenza, emette radiazioni anche nel campo visibile. Le ad incandescenza, in particolare quelle tradizionali, hanno un'efficienza luminosa piuttosto modesta in quanto l'energia elettrica assorbita è trasformata in gran parte in calore ed in minima parte in energia radiante. Di tale energia, d'altra parte, solo una frazione viene emessa nel campo dello spettro visibile. Nelle a scarica in gas, invece, la produzione di luce non è basata sul fenomeno dell'incandescenza ma è dovuta alle collisioni di elettroni e di ioni in un gas o in un vapore. Pertanto, essendo più bassa la quota di energia assorbita trasformata in calore, ed aumentando di conseguenza l'energia elettrica trasformata in energia radiante, queste hanno un'efficienza notevolmente superiore. Per contro le a scarica in gas presentano lo svantaggio che non possono essere collegate direttamente alla rete di alimentazione come invece avviene per quelle 30

6 ad incandescenza ma richiedono l'impiego di un'apparecchiatura di alimentazione cui è demandato il compito di limitare al giusto valore la corrente di scarica e, molto spesso, di un accessorio per facilitare l'innesco della scarica. SORGENTI LUMINOSE A SCARICA NEI GAS INCANDESCENZA INTENSITÀ (HID) INTENSITÀ A VAPORI DI SODIO (Na) A VAPORI DI MERCURIO ALTA A VAPORI DI MERCURIO (Na b.p.) ALTA (Na a.p.) ALOGENURI METALLICI BULBO FLUORESCENTE LUCE MISCELATA TUBI LINEARI FLUORESCENTI TUBI FLUORESCENTI TIPO COMPATTO TRADIZIONALI ALOGENE Figura 3.2 Famiglie di suddivise in base al criterio di generazione della luce. 31

7 Il problema della sostituzione In passato il problema della sostituzione delle esaurite o comunque andate fuori uso veniva affrontato effettuando il cosiddetto "ricambio occasionale". Tale sistema consiste nel procedere al ricambio lampada per lampada man mano che se ne presenta la necessità. Ormai è più generalizzato il sistema del cosiddetto "ricambio programmato" che prevede la sostituzione di tutte le di un determinato impianto dopo un numero di ore prefissato. Ciò in base a considerazioni di vita media delle e di efficienza illuminotecnica dell'impianto. Il "ricambio a programma" può essere effettuato adottando in alternativa le tre seguenti soluzioni: a periodo fisso, a percentuale di mortalità od a percentuale di decadimento. Tipologia Tra le sorgenti più frequentemente adottate per scopi di illuminazione ricordiamo in particolare quelle delle seguenti famiglie: ad incandescenza tradizionali e con alogeno; fluorescenti lineari e fluorescenti compatte; a vapore di sodio a bassa, alta ed altissima pressione; ad alogenuri; ad induzione; le fibre ottiche; i LED. 32

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