CORSO DI ILLUMINOTECNICA

COLLEGIO DEI PERITI INDUSTRIALI DELLA PROVINCIA DI VARESE CORSO DI ILLUMINOTECNICA PARTE 1 Docente : dott.ing. Paolo Beghelli Bussero ( MI)

1 INDICE 1 INDICE 2 2 IL FENOMENO DELLA LUCE 3 3 DEFINIZIONI GRANDEZZE E U.D.M. 6 4 TIPI DI LAMPADE 7 5 APPARECCHI ILLUMINANTI 12 5.1 Generalità 12 5.2 Classificazione degli apparecchi di illuminazione 12 6 PROGETTO ILLUMINOTECNICO DI INTERNI 16 6.1 Riferimenti normativi 16 6.2 Impostazione Progetto 17 6.3 Classificazione attività e compito visivo 17 6.4 Metodo del flusso totale 18 6.5 Uniformità dell abbagliamento e luminanza degli apparecchi 24 7 BIBLIOGRAFIA 28 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 2

2 IL FENOMENO DELLA LUCE La luce viene definita come un fenomeno di energia che si propaga per onde elettromagnetiche con velocità ( nel vuoto ) di circa 300.000 km/sec e con lunghezza d onda 380 = λ = 780 nm Ogni sorgente emette luce secondo una propria caratteristica distribuzione di lunghezze d onda denominata spettro Ad ogni lunghezza d onda è associata la radiazione con determinato colore Al di sotto dei 380 nm si hanno le radiazioni ultraviolette Al di sopra di 780 nm si hanno le radiazioni infrarosse Ad ogni colore corrispondono le seguenti lunghezze d onda: Violetto Azzurro Verde Giallo Arancione Rosso : 380-440 nm : 440-500 nm : 500-550 nm : 550-590 nm : 590-630 nm : 630-780 nm La massima sensibilità dell occhio umano si ha a circa 550 nm. Alle sorgenti di luce viene associata anche una temperatura caratteristica ( detta anche Temperatura di Colore ) che è la stessa a cui deve essere riscaldato il corpo nero affinché emetta lo stesso tipo di luce ( cioè una luce con la stessa distribuzione di spettro ). Ad esempio: una lampada ad incandescenza ha una temperatura di colore compresa tra 2800 e 3200 K. Il C.I.E ( Commissione Internazionale dell Illuminazione Eclairage in francese ) ha normalizzato come sorgente illuminante di tipo A la lampada ad incandescenza con temperatura 2856 K. ( A titolo esemplificativo la luce del sole ha una temperatura caratteristica di 6500 K circa ) SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 3

Fig. 1 spettro d emissione di una lampada al sodio bassa pressione Fig. 2 spettri d emissione di una lampada ad incandescenza ed una fluorescente SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 4

Fig. 3 Distribuzione spettrale di lampada a vapori di mercurio Fig. 4 Distribuzione spettrale di lampada ad alogenuri metallici SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 5

3 DEFINIZIONI GRANDEZZE E U.D.M. Grandezza u.d.m. Flusso luminoso: quantità di luce emessa da una sorgente : Lumen Intensità luminosa: flusso luminoso emesso da una sorgente per unità di angolo solido = lumen / steradianti : Candela Illuminamento: Flusso luminoso / superficie : Lux = Lumen / m 2 Luminanza: intensità luminosa per superficie : cd / m 2 Fattore di riflessione: rapporto tra flusso riflesso e flusso incidente : % Resa dei colori Ra : % Efficienza luminosa: rapporto tra flusso luminoso e potenza elettrica : Lumen / W Temperatura di colore: temperatura alla quale deve essere riscaldato il corpo nero affinché emetta lo stesso tipo di luce : K Corpo nero: corpo termico ideale che assorbe completamente tutte le radiazioni di lavoro e che riscaldato emette luce E stata introdotta una classificazione delle sorgenti luminose in base alla resa cromatica Ra: Gruppo di resa del colore Temperatura di colore % 1 A > 90 1 B 80 = Ra = 90 2 60 = Ra = 80 3 40 = Ra = 60 4 20 = Ra = 40 Il C.I.E ( Commissione Internazionale dell Illuminazione Eclairage in francese ) ha normalizzato come sorgente illuminante campione ( Ra = 100 % ) la lampada ad incandescenza con temperatura 2856 K. ( A titolo esemplificativo la luce del sole ha una temperatura caratteristica di 6500 K circa ) La norma UNI EN 12464-1 definisce in modo indicativo le tonalità di colore secondo la seguente tabella: Tabella 3. Colore Temperatura di Colore C Caldo < 3300 Intermedio 3300 5300 Freddo > 5300 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 6

4 TIPI DI LAMPADE Fig. 5 - Lampada ad incandescenza fig. 6 -lampada tipo PAR ( alogena) Fig. 7 Lampada a tubo fluorescente SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 7

Lampada ad alogenuri metallici: 1) getter, 2) bulbo, 3) fosfori, 4) tubo di scarica, 5) protezione collegamento, 6) collegamento elettrico, 7) attacco Lampada a vapori di mercurio: 1) supporto, 2) bulbo, 3) fosforo, 4) collegamento elettrodo, 5) tubo di scarica, 6) elettrodo ausiliario, 7) elettrodo principale, 8) resistenza per l innesco, 9) attacco SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 8

Lampada a luce miscelata: 1) Bulbo esterno 2) filamento, 3) tubo di scarica, 4) supporto, 5) elettrodo principale, 6) fosforo, 7) collegamento elettrico, 8) attacco Lampada sodio alta pressione: 1) supporto, 2) collegamento elettrico, 3) bulbo esterno, 4) tubo di scarica, 5) rivestimento diffondente, 6) terminale tubo di scarica, 7) collegamento elettrico, 8) getter, 9) attacco SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 9

RIEPILOGO Lampada Incandescenza normale Incandescenza Iodio Fluorescente tipo standard diam. 26 mm(tipo T8) Fluorescente tipo compatto FLC Fluorescente diam 16 mm ( tipo T5) Fluorescente tipo piatto Sodio alta pressione Sodio bassa pressione Vapori di mercurio MBF Ioduri metallici Efficienza luminosa indicativa Resa di colore Tipo Temperatura di Colore Durata media Lumen/w Ra K h 15 Ottima = 100 % 1A Da 2800 a 3200 1000 20 Ottima = 100 % 1A Da 2800 a 3200 2000 80 Buona= 85 % 1B Da 2700 a 6100 8000 70-80 Buona = 90 % 1B Da 2700 a 4000 8000 100 Buona= 85 % 1B Da 3000 a 6000 8000 80 Buona = 85 % 1 B Da 2700 a 4000 8000 Da 60 a 120 Discreta 4 2000 10000 Da 130 a 180 Scarsa( monocromatica ) 4 1800 30000 Da 30 a 60 Discreta 60 % 3 4000 10000 Da 85 a 100 Da Discreta a Buona = 60-85 % 1 A - 1B - 2 Da 3000 a 5000 15000 Possibilità di scelta della tonalità di luce delle lampade fluorescenti K 6100 4300 4000 6100 4000 3000 2700 5400 3800 3000 OSRAM 10 20 25 11 21 31 41 12 22 32 PHILIPS 54 33 34 86 84 83 82 96 94 93 SYLVANIA D C UW Dx184 CWx184 WWX183 HLX182 CWx194 WWx193 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 10

Utilizzo tipi di lampada in funzione di Ra Lampada Incandescenza normale Incandescenza alogene Fluorescente tipo standard (T8) Fluorescente tipo compatto Efficienza luminosa indicativa Resa di colore Potenze Temperatur a di Colore Lumen/w Ra W K 15 Ottima = 100 % 15-200 Da 2800 a 3200 20 Ottima = 100 % 15-1000 Da 2800 a 3200 80 Buona= 85 % 18-58 Da 2700 a 6100 70 Buona = 90 % 5-26 Da 2700 a 4000 UTILIZZO Abitazioni civili F.C. molto basso Abitazioni Uffici Musei ( con riserva) Illuminazione localizzata Esposizione alimentari Uffici Magazzini ( h < 6 m) Capannoni industriali ( h < 6 m) mense Abitazioni Esterno residenziale Fluorescente tipo slimline (T5) Sodio alta pressione Buona= 85 % 14-80 Uffici Da 60 a 120 Discreta 50-1000 2500 Stradale Esterno zone industriali ( passaggio) Sodio bassa pressione Vapori di mercurio MBF Da 80 a 140 Scarsa monocromatica 35-180 1800 Stradale ( lunga durata) Piazzali 70 Discreta = 70 % 50-400 Esterno attività industriale Ioduri metallici 85 Buona = 85 % 70-2000 Da 3000 a 5000 Interno vasto Capannoni industriali h > 6 m Esterno con buona resa cromatica (impianti sportivi) Interno civile ( faretti 70 W ) SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 11

5 APPARECCHI ILLUMINANTI 5.1 Generalità Definizione: dispositivo che distribuisce filtra e trasforma la luce emessa da una o più lampade includendo tutte le parti necessarie per il buon funzionamento e l alimentazione. Esso protegge la sorgente luminosa e ne modifica le caratteristiche di emissione al fine di ottenere le caratteristiche di flusso volute. 5.2 Classificazione degli apparecchi di illuminazione CLASSIFICAZIONE DEGLI APPARECCHI IN FUNZIONE DELLA RIPARTIZIONE DEL FLUSSO LUMINOSO SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 12

TIPI DI OTTICA Ottica concentrante diffondente CARATTERISTICHE DI EMISSIONE LUMINOSA - RAPPRESENTAZIONE GRAFICA LAMPADA SEMPLICE Solido fotometrico SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 13

APPARECCHIO DI ILLUMINAZIONE Curve fotometriche SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 14

Curva fotometrica caratteristica di apparecchi a flusso concentrato tipo: faretti, spot,. ALTRE CARATTERISTICHE UTILI AI FINI IMPIANTISTICI Grado di protezione IP Classe di isolamento Caratteristiche ai fini delle protezioni contro gli incendi: ( Marchio grafico F dentro triangolo = adatto all installazione su superfici combustibili ) SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 15

6 PROGETTO ILLUMINOTECNICO DI INTERNI 6.1 Riferimenti normativi D.P.R. 547 / 1955: norme per la sicurezza nei luoghi di lavoro D.P.R. 302 / 1956: norme generali per l igiene del lavoro d.lgs. 626 /94: miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul luoghi di lavoro UNI EN 12464-1: Illuminazione dei luoghi di lavoro disposizioni locali ( regolamento di igiene) DPR 302 / 1956 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 16

6.2 Impostazione Progetto Classificazione attività e compito visivo Classificazione dell ambiente Individuazione parametri di progetto su norme UNI EN 12464-1 Scelta del tipo di lampada Scelta dell apparecchio illuminante Calcolo del numero di Apparecchi / lampade necessari Verifica del rapporto di uniformità Verifica dei valori di abbagliamento e di luminanza 6.3 Classificazione attività e compito visivo Il CIE ha formulato una classificazione della qualità dell abbagliamento Classe di qualità della limitazione dell abbagliamento A B C D E Tipo di compito visivo Compito visivo molto difficoltoso Compito visivo che richiede prestazioni visive elevate Compito visivo che richiede prestazioni visive normali Compito visivo che richiede prestazioni visive modeste Per interni dove le persone non sono ubicate in postazione di lavoro preciso ma si spostano da un posto all altro esplicando compiti che richiedono prestazioni visive modeste In particolare: attività d ufficio con uso di videoterminali è considerata attività di classe A attività d ufficio generica è considerata attività di classe B SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 17

6.4 Metodo del flusso totale Φ t = E S u m Dove: E = livello di illuminamento medio desiderato [Lux] S = superficie del locale [m 2 ] u = fattore di utilizzazione dell apparecchio illuminante [ p.u.] m = fattore di manutenzione [p.u.] Il fattore di utilizzazione è caratteristico dell apparecchio illuminante e dipende da: indice del locale coefficienti di riflessione delle pareti Indice del locale: k = a b h( a + b) per illuminazione diretta k = 3( a b) 2h( a + b) per illuminazione indiretta Il fattore di manutenzione dipende dal tipo di attività e dalle modalità di manutenzione e pulizia. Coefficienti di riflessione per i tipi di superfici più diffuse SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 18

Materiale Colore parete Coefficiente di riflessione % Intonaco a gesso Bianco 75 90 % Crema chiaro 70-80 Giallo chiaro 55-65 Verde chiaro 45-50 Azzurro chiaro 35-40 Beige / marrone chiaro 25-35 Colori scuri 10-15 Nero 4 Calcestruzzo Grezzo 15-40 Mattoni Grezzi 5-25 Noti l indice del locale e i coefficienti di riflessione, il fattore di utilizzo si individua sulle tabelle predisposte dal costruttore. SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 19

Calcolato il flusso totale e noto il flusso per lampada si calcola il numero di lampade necessario N = Φt / Φl Il metodo è molto approssimato e consente solamente il calcolo dell illuminamento medio. Per garantire una uniformità 0,7 si applica il metodo BZ che classifica le curve polari con un numero da 1 a 10 cui corrispondono i valori di interdistanza riportati in tabella : Classi BZ Interdistanza massima tra due apparecchi contigui per ogni metro di altezza di montaggio rispetto al piano utile BZ 1 e BZ 2 1,00 BZ 3 e BZ 4 1,25 da BZ 5 a BZ 10 1,50 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 20

Metodo punto punto Il metodo punto- punto calcola per ogni apparecchio illuminante, l illuminamento che esso produce in ogni punto, secondo un reticolo predefinito, del piano di lavoro, delle pareti, etc. Si calcola tramite la curva fotometrica l illuminamento prodotto dall apparecchio nelle direzioni interessate. Le curve riportano i valori di intensità luminosa cd/k lumen. Per cui l illuminamento di un punto distante d dalla sorgente, secondo una direzione con angolo α rispetto alla verticale è dato da: E = I x cos α / d 2 Dove I è il valore dell intensità luminosa (cd) SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 21

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abbastanza piccolo per considerare il coseno al cubo circa uguale ad uno per cui l illuminamento sarà uniforme e di valore paragonabile a quello riscontrato frontalmente all apparecchio SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 23

6.5 Uniformità dell abbagliamento e luminanza degli apparecchi Uniformità dell illuminamento Un buon comfort visivo è dato sia dalla uniformità dell illuminamento all interno del luogo di lavoro ( o anche di non lavoro ) sia dalla limitazione dell abbagliamento. Per uniformità di illuminamento si intende il rapporto tra illuminamento minimo e medio. Valori di uniformità inferiori a 0,6 % sono da evitare. La norma UNI prevede livelli di uniformità minimi sia della zona di lavoro che per quelle immediatamente circostanti: tabella 1 Illuminamento compito (Lux) Illuminamento nelle aree immediatamente circostanti (Lux) = 700 500 500 300 300 200 = 200 = E compito Uniformità =0,7 Uniformità =0,5 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 24

Abbagliamento - Verifica della luminanza degli apparecchi I costruttori forniscono per la verifica della luminanza i dati da confrontare con il cosiddetto abaco delle luminanza ( vecchia norma UNI 10380 - metodo CIE ). La norma UNI EN 12464 1 introduce un metodo di calcolo piuttosto complesso SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 25

Vengono date indicazioni per la limitazione dell abbagliamento mediante schermature delle lampade Tabella 2 K Luminanza lampada kcd/m 2 Angolo minimo di schermatura 20<50 15 50<500 20 =500 30 Particolarmente importanti sono i valori di luminanza in ambienti di lavoro ove si utilizzano videoterminali Limiti di luminanza degli apparecchi che si possono riflettere negli schermi visivi con inclinazione maggiore o uguale di 65 rispetto alla verticale. Classi degli schermi in accordo con la norma ISO 9241-7 I II III Qualità dello schermo buona media scarsa Luminanza media degli apparecchi di illuminazione che si riflettono nello schermo =1000 cd/m 2 =1000 cd/m 2 =200 cd/m 2 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 26

TIPI DI APPARECCHI ADATTI PER USO CON VIDEOTERMINALI (ottica bat-wing ) Ottica tipo LUMINANZA MEDIA BAP = 200 cd/m 2 per angoli < 50 DARK-LIGHT (A) = 200 cd/m 2 per angoli < 60 DARK-LIGHT (B) =500 cd/m 2 per angoli < 65 SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 27

7 BIBLIOGRAFIA AIDI ASSOCIAZIONE ITALIANA DI ILLUMINAZIONE: MANUALE DI ILLUMINOTECNICA ed. la tecnica Norma UNI EN 12464 1 illuminazione dei luoghi di lavoro parte 1: interni Cataloghi tecnici costruttori apparecchi di illuminazione SM03R01A Corso Illuminotecnica Parte 1 28