Alfredo Neri & Figli

Illuminotecnica

L'illuminotecnica è un settore vasto e complesso dell'architettura sia di interni che di esterni, cui qui possiamo soltanto accennare. Qualche nozione generale potrà però essere utile alla scelta consapevole dei corpi illuminanti e delle lampade necessarie all'arredamento dei giardini e degli interni.

Nozioni generali

Qualche accenno alle cosiddette 'grandezze fotometriche' sarà un po' noioso, ma sarà utile a capire i principi base della illuminotecnica ed aiuterà molto nella scelta del giusto corpo illuminante.

Flusso luminoso
    Il flusso luminoso esprime la quantità totale di energia luminosa emessa da una sorgente per unità di tempo, a prescindere dalla qualità della luce e dalla sua distribuzione nello spazio.
Facendo un paragone fra la luce e l'acqua, una sorgente luminosa può essere paragonata ad un rubinetto aperto, e il flusso luminoso esprime la quantità di litri che fuoriescono dal rubinetto per unità di tempo.
    Il flusso luminoso si misura in Lumen
    Il flusso luminoso è un valore utile sopratutto per descrivere e confrontare le lampade. Le lampade normalmente utilizzate in illuminotecnica hanno flussi che variano da poche centinaia di lumen (ad es. per le lampade ad incandescenza di bassa potenza) ad alcune centinaia di migliaia di lumen (ad es. per le lampade a scarica di grossa potenza usate in esterni).
    Qualche esempio di ordine di grandezza:
    Lampada ad incandescenza da 40 W: 430 lumen
    Lampada ad incandescenza da 100 W: 1380 lumen
    Lampada ad incandescenza ad alogeni da 100 W: 1600 lumen
    Lampada fluorescente da 18 W: 1300 lumen
    Lampada fluorescente da 36 W: 3350 lumen
    Lampada ai vapori di mercurio da 400 W: 23000 lumen
    Lampada al sodio alta pressione 400W: 47000 lumen.
    Questi esempi consentono già di fare qualche paragone circa la rispettiva efficienza di vari tipi di lampade.

Intensità luminosa
    Una sorgente luminosa irradia il suo flusso luminoso in diverse direzioni generalmente con diverse intensità a seconda della direzione.
    L’intensità della luce irradiata in una determinata direzione viene definita intensità luminosa, e viene misurata in Candele. Una Candela è pari al flusso di un Lumen uscente dalla sorgente luminosa all'interno di un angolo solido di 1°
    Per riprendere l'esempio idraulico, l'equivalente della intensità luminosa è dato dalla intensità di un getto d'acqua in una data direzione. Ad esempio, un innaffiatore automatico fisso spruzza acqua in tutte le direzioni, ma può anche essere regolato per spruzzare acqua in maggiore quantità in una determinata direzione, e meno in un altra. La stessa cosa può essere fatta con un apparecchio illuminante, per soddisfare particolari esigenze. In realtà, ogni apparecchio illuminate ha un particolare diagramma di distribuzione delle intensità luminose nelle varie direzioni che viene chiamato curva fotometrica.
    Per fare un esempio:
    Lampada ad incandescenza da 100 W nuda: 110 candele in tutte le direzioni
    Lampada ad incandescenza da 100 W con riflettore: 1500 candele al centro del fascio luminoso.

Illuminamento
    L’illuminamento è dato dal rapporto tra il flusso luminoso irradiato e una data superficie illuminata. In sostanza, esprime la quantità di luce che arriva su una determinata superficie. L'unità di misura è il Lux, che è pari all’illuminamento prodotto da un flusso luminoso di 1 lumen che cade in modo uniforme su una superficie di 1 mq.
    Proseguendo con l'esempio idraulico, l'illuminamento di una determinata superficie è paragonabile alla quantità d'acqua raccolta da una particolare sezione del terreno sottoposta all'innaffiamento del nostro innaffiatore automatico. Diverse sezioni di terreno riceveranno diverse quantità d'aqua per unità di tempo.
    L'illuminamento è utile per descrivere le condizioni di illuminazione di un ambiente. Poiché la luce è la forma di energia che consente la visione, l'illuminamento esprime quanto agevolmente l'occhio può vedere. Maggiore l'illuminamento, migliore la visione. Ad esempio, mentre in un magazzino sono sufficienti poche decine di lux, per eseguire lavori di precisione possono essere necessarie anche alcune migliaia di lux. Per tornare all'esempio precedente, la stessa lampadina da 100 W può essere lasciata nuda per fornire una illuminazione generale di un ambiente, oppure rivestita con un riflettore che concentri il fascio di luce su una specifica area di lavoro.
    Nella tabella che segue sono riassunti i livelli di illuminamento consigliati per alcune attività, estratti dalle norme e raccomandazioni vigenti. Normalmente, non si riporta un unico valore, ma una gamma di valori entro cui ci si può muovere, in funzione delle condizioni specifiche.

Luminanza
    La luminanza è il rapporto tra la intensità luminosa emessa in una certa direzione e la dimensione della superficie emittente. E' un valore importante quando si considerino effetti di abbagliamento o comunque di fastidio prodotti da una sorgente luminosa. Per capirci con un esempio: una lampadina nuda può produrre un fastidioso effetto di abbagliamento anche se di piccole dimensioni. Ponendo un globo opalino intorno alla lampada, si ha come risultato di aumentare la superficie di emissione della sorgente luminosa ( l'intero globo viene adesso percepito come tale) senza aumentarne l'intensità. Di conseguenza la luminanza diminuisce, e con essa l'effetto di abbagliamento.
    La luminanza è utilizzata anche per misurare la quantità di luce riemessa, cioè riflessa, da una particolare superficie illuminata.  La luminanza di una superficie illuminata dipende dalla natura della superficie stessa ( materiale e/o colore), dal suo modo di riflessione ( diffuso, misto, speculare) e dalla posizione dell'osservatore.
    Per tornare all'esempio idraulico, la luminanza riflessa corrisponde alla quantità d'acqua che rimbalza da una superficie innaffiata in una certa direzione. Questa dipende sia dalla direzione e dalla inclinazione del getto d'acqua originale, sia dalla natura della superficie ricevente, che determina la percentuale di acqua assorbita, e quindi non respinta ( ad esempio, un tratto di terreno erboso respingerà pià acqua rispetto ad un tratto di nuda terra, ma meno rispetto ad un tratto di asfalto. Similmente, uno specchio rifletterà più luce di una superficie opaca).
    La luminanza si misura in candele per metro quadrato.
    Qualche esempio:
    Carta bianca illuminata da 400 lux: luminanza 110 candele/mq
    Carta nera illuminata da 400 lux: luminanza 15 candele/mq
    Il calcolo della luminanza delle varie superfici di arredo è importante per valutare l'illuminazione complessiva di un ambiente. E' notorio che pareti intonacate di bianco offrono maggiore luminosità, a parità di sorgente luminosa, rispetto, ad esempio, a pareti coperte da tappezzeria. Questo perchè la luce riflessa è maggiore di quella assorbita nell'intonaco bianco rispetto alla tappezzeria. Anche uno specchio su una parete aumenta l'impressione di luminosità di un ambiente, esattamente per lo stesso motivo.
    Ecco di seguito l'indice di riflessione di alcuni colori e di alcuni materiali edili:

Temperatura di colore
    Un corpo nero è un corpo che è in grado di assorbire tutta la radiazione che riceve senza rifletterne alcuna parte. Si può dimostrare che l'emissione di radiazione da parte di un corpo nero dipende dalla temperatura del corpo stesso. Al crescere della temperatura del corpo nero l'emissione luminosa si sposta via via verso le lunghezze d'onda più corte.
    Per chiarire meglio il concetto, pensiamo ad una barra di ferro riscaldata lentamente; man mano che la temperatura aumenta, dal nero iniziale la barra appare rosso scuro, poi sempre più tendente all'arancione, quindi gialla ed infine, a temperature elevatissime, bianca. Ognuna di queste differenti apparenze cromatiche corrisponde a differenti temperature della barra. Tanto maggiore la temperatura, tanto più chiaro il colore. Allo stesso modo, per determinare la temperatura cromatica di una lampada facciamo riferimento a quella di un corpo nero la cui apparenza cromatica risulta essere la più prossima a quella emessa dalla sorgente in fase di studio.
    La temperatura di colore è espressa in gradi Kelvin, il cui simbolo è °K.
    Ecco alcuni esempi pratici di temperatura di colore collegata a fonti luminose note:
    Sole all'alba 1800°K
    Fiamma di una candela, 1900°K
    Sole al tramonto, 2000-2800°K
    Lampada ad incandescenza tradizionale 2800°K
    Lampade alogene 3000-3200°K
    Cielo sereno, lampade fluorescenti 4500-5500°K
    Cielo coperto/fluorescenti a luce diurna 6000-8000°K
    La temperatura di colore di una sorgente luminosa ha una stretta relazione con la resa dei colori, di cui parliamo nel paragrafo appresso.

Indice di resa cromatica
  L'indice di resa cromatica è il modo in cui una sorgente luminosa rende il colore degli oggetti da essa illuminati. Il colore non è una caratteristica intrinseca degli oggetti, ma il risultato della interazione tra luce, oggetto che la riflette e apparato percettivo di chi osserva. La qualità della luce incide dunque notevolmente sulla resa dei colori.
    Per valutare l'indice di resa cromatica di una sorgente luminosa la si pone a confronto con una sorgente luminosa di riferimento ( la luce del cielo del nord a 7500°K) e se ne valuta lo scostamento.
    Dato un valore massimo di 100, un Indice di Resa Cromatica (IRC) di 80 soddisfa in genere pienamente la normale esigenza di discriminazione cromatica.
    Laddove la discriminazione del colore assuma importanza particolare ( laboratori tessili, musei, studi grafici) lampade con valori di IRC superiori possono invece essere indispensabili.
    La norma UNI 10380 suddivide l'indice della resa del colore (Ra) in cinque gruppi:

    La norma fornisce anche qualche indicazione su quale IRC utilizzare a seconda deglii ambienti da illuminare:
1A: abitazioni, musei, studi grafici, ospedali, studi medici, ecc.
1B: uffici, scuole, negozi, palestre, teatri, industrie tessili e dei colori, ecc
2: locali di passaggio, corridoi, scale ascensori, palestre, aree servizio, ecc
3: interni industriali, officine, magazzini depositi, ecc.
4: parcheggi, banchine, cantieri, scavi, aree di carico e scarico, ecc.
 

Efficienza luminosa.
    Viene espressa in Lumen per Watt (lm/w). In sostanza l'efficienza luminosa indica quanta parte dell'energia consumata dalla sorgente luminosa si trasforma effettivamente in luce utilizzabile per la visione.
    La massima efficienza raggiungibile in linea teorica, con tutta l'energia fornita trasformata in luce, è di 683 lumen per watt. In pratica, l'efficienza luminosa realmente raggiungibile è di molto inferiore, aggirandosi in media tra i 10 ed i 150 lumen per watt.
    Dal 1° gennaio 2001 è entrata definitivamente in vigore la direttiva Europea 98/11/EC, che impone l'obbligo della indicazione della efficienza ebergetica su tutte le confezioni di lampade in commercio, e più in generale, per tutti gli apparecchi elettrici.
   La direttiva prevede che tutte le lampade ad uso domestico alimentate dalla tensione di rete rechino sulla confezione un'etichetta indicante la classe di efficienza energetica della lampada (lumen/W).
    Lo schema di classificazione divide le lampade in 7 classi diverse, da A a G, dove A corrisponde al più alto grado di efficienza.
    A.       lampade fluorescenti trifosforo, sia lineari che compatte. Fluorescenti compatte integrali con reattore elettronico;
    B.       fluorescenti lineari agli alofosfati con reattore elettronico: Fluorescenti compatte integrali con reattore magnetico;
    C.      lampade alogene ad alta efficienza;
    D.      altri tipi di lampade alogene;
    E.       lampade standard ad incandescenza;
    F.       lampade standard ad incandescenza;
    G.      lampade decorative ad incandescenza e altre.

Ecco un esempio di etichetta energetica per una lampada in classe A:

Classificazione delle sorgenti luminose

    Le sorgenti luminose ( lampade) possono essre suddivise in due principali categorie: sorgenti a filamento e sorgenti a scarica.
    Sorgenti a filamento
    Corrispondono alla più antica, ed ancora più diffusa, applicazione della elettricità per produrre illuminazione. La corrente elettrica viene indirizzata attraverso un sottile filamento metallico, in genere di tungsteno, posto all'interno di una ampolla di vetro dove sia stato creato il vuoto o immesso un gas inerte, per evitare che l'ossigeno bruci il filamento. Il passaggio della corrente elettrica induce il surriscaldamento del filamento, che diviene incandescente raggiungendo una temperatura di 2500/2700°C ed emette quindi luce e calore.

Lampade ad incandescenza tradizionali Sono le tradizionali 'lampadine' reperibili in una grande varietà di potenze e formati. I principali vantaggi sono la possibilità di controllare il flusso luminoso, la rapidità di accensione, spegnimento e riaccensione, ed una buona resa cromatica. Per contro sono poco efficienti ( al massimo il 10% dell'energia viene convertita in luce, il resto si disperde come calore), ed hanno una durata molto limitata, al massimo di 1000 ore.
Lampade ad incandescenza alogene Simili alle precedenti, ma con l'aggiunta di piccole quantità di alogeni, come iodio o bromo, nel gas contenuto nella ampolla. Il risultato è un aumento della durata della lampada (da 2000 a 3000 ore), una luce più bianca con ottima resa cromatica, la possibilità di funzionare a basso voltaggio con l'ausilio di un trasformatore. Per contro, l'efficienza è ancora molto scarsa, la temperatura superficiale molto alta, mentre l'impiego del quarzo nella realizzazione dei bulbi provova un notevole aumento di radiazioni ultraviolette.
Lampade ad incandescenza  con riflettore incorporato Lampade simili alle precedenti (tradizionali o alogene), ma progettate per proiettare un fascio di luce in una direzione specifica. La durata di  queste lampade è almeno doppia rispetto a quelle normali, mentre, a seconda del titpo di materiale riflettente e della forma della lampadina, la quantità di luce proiettata nel fascio ristretto può aumentare, a parità di watt impiegati, dal 50% al 300% rispetto ad una lampadina normale.

    Sorgenti a scarica
Nelle sorgenti a scarica viene sfruttata la proprietà di alcuni gas di produrre luminescenza quando attraversati da una corrente elettrica. In un tubo di vetro o di quarzo viene prodotto il vuoto e quindi immessa una piccola quantità di gas o di vapori metallici; due elettrodi posti alle due estremità del tubo producono un arco elettrico che induce la ionizzazione del gas, innescando un processo che trasforma l'energia immessa in radiazione visibile.

Lampade fluorescenti In questo tipo di lampade, l'interno del tubo è rivestito di polveri fluorescenti ( in genere fosforo). L'arco elettrico induce l'emissione di radiazioni ultraviolette da parte del gas contenuto nel tubo, le quali a loro volta inducono la fluorescenza del fosforo, e quindi la luminosità. I tempi di accensione e riaccensione sono abbastanza brevi, anche se non immediati come nelle lampade a filamento. Il flusso luminoso è regolabile grazie ad ausiliari elettronici ( condensatori, starter, etc). L'efficienza è buona, la durata lunga ( sino ad 8000 ore), la luminosità molto forte. La qualità della luce e della resa cromatica dipendono dalla miscela di fosfori utilizzata, e possono essere estremamente variabili, da mediocri ad eccellenti. Per contro, le lampade fluorescenti sono decisamente più costose delle lampade a filamento, molto più ingombranti, e richiedono apparecchiature ausiliarie per il funzionamento ( alimentatori, starter, etc).
Lampade ai vapori di mercurio. I vapori di mercurio, eccitati dall'arco elettrico, producono un'emissione luminosa principalmente nella zona del verde, del rosso e del giallo dello spettro visibile, nonchè in quella degli ultravioletti. Le prestazioni qualitative dell'emissione non sono molto buone, dato che la luce prodotta ha una forte dominante verde-blu. La dimensione è notevole, la potenza non può essere regolata, il processo di accensione e riaccensione è lento.
Lampade agli alogenuri metallici.  Variante più sofisticata delle lampade a vapori di mercurio. Nella miscela di gas vengono aggiunti additivi come indio, tallio e sodio, che aumentano lo spettro di emissione della luce, che diviene più bianca, con una migliore resa cromatica ed un aumento dell'efficienza. Le dimensioni sono minori rispetto alle lampade ai vapori di mercurio, richiedono però apparecchi ausiliari di controllo per mantenere la stabilità della luce. La potenza di emissione non è regolabile, i tempi di accensione e riaccensione sono piuttosto lunghi.
Lampade ai vapori di sodio Il funzionamento è identico alle lampade a vapori di mercurio, la differenza è i bulbi sono riempiti di sodio. Ne esistono versione con gas a bassa e ad alta pressione. Le recenti lampade al sodio bianco ad alta pressione offrono una buona resa cromatica, al contrario delle prime lampade al sodio, che fornivano una luce gialla praticamente monocromatica. I tempi di accensione e riaccensione sono lenti, e l'intensità non può essere regolata: In compenso sono le lampade di gran lunga più efficienti attualmente prodotte.

    Ecco infine una tabella di comparazione dei valori più importanti per alcune fra le più comuni sorgenti luminose.

Classificazione degli attacchi elettrici
Il codice di identificazione degli attacchi elettrici delle lampade è composto da lettere e numeri.
La prima lettera, una maiuscola (seguita a volte da una minuscola) identifica la connessione in termini meccanici ( a vite, a baionetta, a spina, etc), il numero seguente indica, in funzione della forma, la dimensione trasversale in millimetri (il diametro esterno, o quello della spina, o l'interasse fra le spine, etc.); l'ultima lettera infine, a carattere minuscolo, indica il tipo di contatto elettrico (singolo, doppio, triplo, etc.).

Classificazione dei corpi illuminanti

Categorie di sicurezza e qualità

Simbolo CE
    Gli apparecchi di illuminazione devono essere costruiti nel rispetto delle norme internazionali IEC (International Electrotechnical Commission), da cui derivano le norme europee EN (European Norm), riprese dalle normative italiane CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano). La presenza, sull'etichetta del prodotto, del marchio CE indica che il produttore certifica che l'apparecchio è costruito secondo le norme CEE.
N.B. Nel caso di acquisto di prodotti di importazione extracomunitaria, in particolare di alcuni prodotti provenienti dalla Cina, il marchio CE visibile sulla confezione significa, spesso, semplicemente 'China Export'.

    Simbolo IP - Grado di Protezione
    Ogni apparecchio luminoso da esterni deve riportare sull'etichetta il livello di protezione contro l'ingresso di corpi estranei e contro la penetrazione dell'acqua. Tale livello di protezione è indicato dalla sigla IP (International Protection) seguita da due numeri. Il primo numero si riferisce al livello di protezione contro l'ingresso di corpi estranei all'interno del corpo illuminante ( ad es.polvere), il secondo è relativo alla protezione contro la penetrazione dell'acqua.
La seguente tabella fornisce qualche chiarimento:

Primo numero Protezione contro l'ingresso di corpi solidi			Secondo numero Protezione contro la penetrazione dell'acqua
IP	Simbolo	Descrizione	IP	Simbolo	Descrizione
0	-	Non protetto	0	-	Non protetto
1	-	Protetto contro la penetrazione di corpi solidi di dimensioni maggiori di 50 mm	1	-	Protetto contro le cadute verticali di gocce d'acqua
2	-	Protetto contro la penetrazione di corpi solidi di dimensioni maggiori di 12 mm	2	-	Protetto contro le cadute di gocce d'acqua con inclinazione massima di 15°
3	-	Protetto contro la penetrazione di corpi solidi di dimensioni maggiori di 2,5 mm	3		Protetto contro le cadute di gocce d'acqua con inclinazione massima di 60°
4	-	Protetto contro la penetrazione di corpi solidi di dimensioni maggiori di 1 mm	4		Protetto contro gli spruzzi da qualunque angolazione
5		Protetto contro la penetrazione della polvere (può entrare, ma non può depositarsi su parti attive)	5		Protetto contro i getti d'acqua da qualunque angolazione
6		Totalmente protetto, non può entrane nessun granello di polvere	6	-	Protetto contro i getti d'acqua potenti
			7		Stagno all'immersione temporanea
			8		Stagno all'immersione prolungata. Il simbolo m indica i metri in profondità

    Pertanto un corpo illuminante con IP 44 è protetto contro la penetrazione di corpi solidi di dimensioni maggiori di 1 mm ( colonna di sinistra, n.4) e contro gli spruzzi d'acqua (colonna di destra, n.4), mentre un corpo illuminate con IP 65 è completamente protetto contro la penetrazione di polvere (colonna di sinistra, n. 6) e contro i getti d'acqua ( colonna di destra, n. 5).

    Simbolo IK
    Si tratta di un simbolo facoltativo che indica il grado di resistenza agli urti dell'involucro esterno, per la verità raramente presente nei prodotti commerciali di largo consumo.
La classificazione è basata sulla normativa CEI 50102, che va da un valore minimo IK00 ( non protetto), sino al valore IK10 ( protetto da urti equivalenti alla forza esercitata da un peso di 2 kg lasciato cadere dall'altezza di 1 metro)

    Simboli di sicurezza
    Classi di isolamento elettrico

Classi di protezione elettrica
Classe	Simbolo	Descrizione	Note
I		Apparecchi dotati di un terminale di sicurezza cui tutte le parti metalliche che possono condurre corrente devono essere collegate.	La connessione con uno scarico a terra è indispensabile ed obbligatoria.
II		Apparecchi in cui nessuna delle parti metalliche che possono condurre corrente è esposta al contatto accidentale (Isolamento totale o doppio isolamento)	Il terminale di sicurezza (terzo polo sulla spina) non è obbligatorio, nè è nacessario il collegamento con una presa di terra.
III		Apparecchi che utlizzano voltaggi di sicurezza inferiori ai 50 V, grazie a trasformatori di sicurezza o batterie.	La messa a terra è esclusa.

   Classi di infiammabilità.

Classe per superficie di montaggio
Simbolo	Descrizione
	L'apparecchio può essere installato su superfici normalmente infiammabili
	L'apparecchio può essere installato su superfici normalmente infiammabili purchè isolate termicamente
	L'apparecchio può essere installato su superfici normalmente infiammabili purchè sia rispettata la distanza, indicata a pedice, tra la lampada e le pareti del vano.
	L'apparecchio non può essere installato su superfici normalmente infiammabili

 Simboli di certificazione
    La presenza di simboli di qualità e/o certificazione attesta che il prodotto non solo è rispondente alle norme europee, ma è stato anche sottoposto, prima di essere immesso sul mercato, ad un controllo di qualità affidato a terze parti indipendenti per verificarne l'affidabilità e la sicurezza.
Enti certificatori della qualità esistono in tutti i paesi, quindi, a seconda della provenienza del prodotto, possono essere presenti marchi diversi. Per l'Italia vale il marchio IMQ (Istituto Italiano del Marchio di Qualità). Altri noti marchi di qualità sono VDE per la Germania, NEMKO per la Norvegia, SEMKO per la Svezia, SEV per la Svizzera, OVE per l'Austria, DEMKO per la Danimarca, FIMKO per la Finlandia, etc.

L'illuminazione

L'illuminazione per esterni

Utilizzare solo apparecchi di illuminazione specificamente progettati per esterni. In pratica, questo significa apparecchi con un grado di protezione di almeno IP 43 o superiore.
I cavi elettrici dovrebbero essere interrati a non meno di 60 cm dalla superficie e protetti da una specifica guaina.
Per evitare, od almeno ridurre, l'assalto degli insetti attratti dalla luce, le lampade per esterni dovrebbero avere un filtro per i raggi ultravioletti, o meglio ancora, avere una temperatura di colore giallo arancio, come le lampade al sodio.
Tratti di pavimentazione irregolare o scale poste in esterno dovrebbero essere particolarmente illuminati, per evitare incidenti.

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