Aspetti metrologici nella valutazione e quantificazione dell inquinamento luminoso

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1 Aspetti metrologici nella valutazione e quantificazione dell inquinamento luminoso Giuseppe Rossi I.N.Ri.M. - Istituto Nazionale Ricerca Metrologica Torino g.rossi@inrim.it CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

2 Argomenti Aspetti fisici Aspetti normativi UNI Spettro delle sorgenti Stima - tolleranze Misurazione Sviluppi futuri Analisi principalmente indirizzata al contributo degli impianti di illuminazione pubblica CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

3 Contributi alla luce dispersa verso l alto Caso impianto extraurbano Luce emessa direttamente verso l alto Luce emessa verso zone con requisiti normativi Carreggiata Zone contigue Luce emessa verso zone senza requisiti normativi Eccettuato il primo contributo tutte le altre componenti sono dovute a radiazione riflessa CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

4 Contributi alla luce dispersa verso l alto Caso impianto urbano Luce emessa direttamente verso l alto Luce emessa verso zone con requisiti normativi Carreggiata Zone contigue Luce emessa verso zone senza requisiti normativi Tutte le componenti sono dovute a una o più riflessioni Il fattore spettrale di riflessione delle superfici riduce il contributo globale e modifica lo spettro della radiazione dispersa CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

5 Sviluppo di un modello: contributi Eccettuati casi patologici, il contributo della radiazione emessa direttamente verso l alto è trascurabile. Non esistono problemi concettuali o normativi nel considerare questo contributo Il livello di inquinamento luminoso è direttamente proporzionale al flusso luminoso dell apparecchio di illuminazione Per ridurre il livello di inquinamento luminoso occorre migliorare l efficienza illuminotecnica dell apparecchio (minor flusso luminoso emesso a parità di requisiti della categoria illuminotecnica) CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

6 Sviluppo di un modello: contributi L effetto sul deterioramento del contrasto corpo sfondo nell osservazione dei corpi celesti dipende dalla frazione di energia dispersa verso l alto nei vari angoli All aumentare del percorso in atmosfera Maggior attenuazione Maggior diffusione Definizione di una funzione ponderale normativa Il fattore di riflessione delle superfici illuminate interviene pesantemente nel definire quantità e direzione del flusso luminoso disperso ü Valori misurati del fattore spettrale di riflessione delle superfici illuminate ü Valori normativi, per stime progettuali ü Tipi di superfici ü Con riflessione isotropa (lambertiana) -> fattore di riflessione ρ ü Con riflessione anisotropa -> coefficiente di luminanza q CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

7 Norma UNI 11248: sistemi adattivi Flusso luminoso minimo per garantire il requisito normativo Traditional installation Adaptive installation Luminance Istantaneous power Power Initial value (measured) Initial value (design data) Erroneous extimation of over dimensioning due to other parameters Istantaneous luminance Luminance measurement uncertainty Final value (measured) Final value (design data) Controlled design value Maintained value (standard requirement) Over-dimensioning due to design factor of safety Istantaneous luminance Time interval between two consecutive maintenance operations Time interval between two consecutive maintenance operations Time CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

8 Sviluppo di un modello, anzi due Modello che preveda l incremento di luminanza della volta celeste in un dato luogo e in una data direzione in funzione delle caratteristiche dell impianto di illuminazione installato alla distanza d ü Non ha finalità immediatamente progettuali ü Permette di definire dimensioni e requisiti illuminotecnici delle zone di protezione Modello che preveda l emissione verso l alto dell impianto di illuminazione ü Ripartizione dell intensità luminosa o flusso luminoso per definiti angoli ü Permette di definire le caratteristiche dell impianto rispetto all inquinamento luminoso conseguente CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

9 Misure per lo sviluppo di un modello (secondo tipo) L impianto viene considerato come una unica sorgente luminosa ü Sovrapposizione degli effetti per considerare più apparecchi di illuminazione ü Misure di ripartizione dell intensità luminosa eseguite con la tecnica di campo vicino CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

10 Pixel verticali Pixel orizzontali Esempio dei risultati Luminanza 500 cd m ,2 1,1 1, ,9 0, ,7 0, ,5 0, ,3 0, ,1 0, Per angoli di osservazione superiori a circa 10 il manto stradale si comporta come una superficie lambertiana ü La luminanza è proporzionale all illuminamento Il contributo della parte di palo illuminato è superiore a quella dell apparecchio di illuminazione (vetro non piano) Risulta critica la corretta orizzontalità dell apparecchio (in particolare se con vetro piano) CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

11 Esempio dei risultati Ripartizione dell'intensità luminosa Confronto Piani C0 C90 C180 C Intensità luminosa cd Condizione Sorgente Impianto Tra 90 e 180 0,1 15 % Tra 90 e 110 0,07 1,6 % Tra 88 e 92 0, Angolo polare La tabella riassume risultati tipici del flusso luminoso emesso verso l alto, nei quali si evidenzia il preponderante contributo della radiazione diffusa in vari settori sferici CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

12 Caratteristiche delle superfici Le superfici illuminate significative per la radiazione diretta sono: Manto stradale Zone contigue ü Marciapiede ü Prati Le superfici illuminate significative per la radiazione indiretta sono Pareti edifici (lambertiane e direzionali) Superfici vetrate (direzionali) Sinergia tra differenti aspetti della smart city come, per esempio, le superfici studiate per ridurre l effetto estivo di bolla di calore Asfalti chiari Superfici che riflettono maggiormente verso la direzione di incidenza CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

13 Effetti spettrali Visione fotopica scotopica e mesopica Attenzione nel confrontare spettri normalizzati: quello che conta è lo spettro a parità di luminanza S/P rapporto visione scotopica visione fotopica CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

14 Esempio di distribuzione spettrale Distribuzione spettrale della radiazione emessa dall apparecchio di illuminazione verso alcuni punti della griglia normativa di calcolo 1.0 Spectral distribution versus grid points Relative spectral distribution point 1 point 2 point 3 point Wavelenght in nanometer CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

15 Esempio di distribuzione spettrale Distribuzione spettrale della radiazione riflessa verso l osservatore dagli stessi punti della griglia normativa di calcolo 1.0 Spectral distribution versus grid points Relative spectral distribution Wavelenght in nanometer point 1 point 2 point 3 point 4 Radiazione utile -> luminanza del manto stradale Radiazione debilitante -> emissione apparecchio a Lo spettro globale può essere poco significativo CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

16 Modello (proposta) Caratteristiche dell apparecchio di illuminazione Già richieste per i calcoli illuminotecnici Tolleranze di installazione Requisito minimo normativo Parametri minimi dell ambiente illuminato Altezza edifici Distanza trasversale tra gli edifici Indicazioni normative sulle caratteristiche delle superfici illuminate Algoritmo di calcolo Parametri di qualità Indice di potenziale di inquinamento luminoso ü Funzione ponderale sulla direzione di emissione ü Funzione ponderale spettrale per l osservazione astronomica CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

17 Misure Luminanza e radianza spettrale Permette di identificare i vari contributi e analizzare quelli più significativi Da postazioni elevate Con droni Luminanza della volta celeste Metodologia critica per l elevata influenza delle condizioni atmosferiche Valutazioni su intere città Problemi di attenuazione atmosferica e di luminanza atmosferica Valutazioni su singoli impianti Indicazioni normative per la semplificazione delle metodologie di acquisizione CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio

18 Conclusioni Concrete possibilità di Valutare a priori l impatto ambientale di un impianto di illuminazione Verificare in termini quantificare le reali prestazioni di un impianto ai fini dell inquinamento luminoso Il progetto europeo 16NRM02 SURFACE prevede caratterizzazioni del manto stradale anche ai fini della valutazione dell inquinamento luminoso Stime prevedono che nel 2050 il traffico motorizzato sarà prevalentemente formato da veicoli a guida autonoma Spariranno le categorie illuminotecniche M? I risultati esposti derivano da ricerche finanziate in toto o in parte dai seguenti progetti di ricerca ENEA Report Ricerca di Sistema Elettrico - Tecnologie per il risparmio energetico nell illuminazione pubblica ENEA Report Ricerca di Sistema Elettrico - Determinazione dei fabbisogni e dei consumi energetici dei sistemi edificioimpianto, in particolare nella stagione estiva e per uso terziario e abitativo e loro razionalizzazione. Interazione condizionamento e illuminazione EMRP Joint Research Project (JRP) ENG05 Metrology for Solid State Lighting EMRP Joint Research Project (JRP) ENG62 MESaIL Metrology for Efficient and Safe Innovative Lighting CRIET Incontra 2017 Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 maggio