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Fondamenti di illuminotecnicaFondamenti di illuminotecnicaArtificiale e naturale
Si S hiSimone Secchi
Di i di T l i d ll'A hi D i "Pi l i i S d li i"Dipartimento di Tecnologie dell'Architettura e Design "Pierluigi Spadolini", Università degli Studi di Firenze
La natura della luce
La luce è energia che si propaga in forma di onde elettromagnetiche alla velocità di
circa 300 000 km/s nel vuoto caratterizzata da lunghezza d’onda comprese tracirca 300.000 km/s, nel vuoto, caratterizzata da lunghezza d onda comprese tra
circa 0,38 m e 0,78 m, campo di sensibilità dell’occhio umano.
Frequenzaf = 1/T (Hz)
AmpiezzaPeriodo T (s)
lunghezza d’onda = c/f (m)
Velocità nel vuotoc = 2,998 x 108
(m/s)
Tempo (s)
( )
0,38 m 0,78 m
Le leggi dell’irraggiamento per il corpo neroLa potenza emessa da un corpo nero è fornita dalla legge di distribuzione di Planck, in funzione della temperatura e della lunghezza d’onda
gg gg p p
La legge dello spostamento di Wien fornisce la lunghezza d’onda di massima emissione del corpo nero Km 8,2897T potenzamax p
La legge di Stefan fornisce il potere emissivo integrale del corpo nero 240 m/W Te
L’emissione del corpo nero
L’emissione del sole
Le radiazioni elettromagneticheg
Le principali grandezzeLe principali grandezze illuminotecniche
Flusso luminoso () [lumen, lm]Quantità di energia luminosa emessa nell’unità ditempo da una sorgentetempo da una sorgente.
Intensità luminosa (I) [candela, cd = lm / sr]
dIFlusso luminoso emesso all’interno dell’angolo solido unitario
(steradiante) in una direzione data.
d
I
Illuminamento (E) [lux, lx = lm / m²]Rapporto tra flusso luminoso ricevuto da una superficie e area d ll fi i t dS
dE
della superficie stessa
Luminanza (L) [candela / m², cd / m²]
dS
dIRapporto tra intensità luminosa emessa da una superficie in una data direzione e l’area apparente di tale superficie.
dS
dIL
Le relazioni tra le grandezze illuminotecnicheLe relazioni tra le grandezze illuminotecniche
Incidenza normalenciden a no male
dSI
2
2
r
I
dSr
I
dS
dI
dS
dE
r
rdSdSdS
dSdS
Le relazioni tra le grandezze illuminotecnicheLe relazioni tra le grandezze illuminotecniche
Incidenza obliqua ( 0°)
(l d l )
n
(legge del coseno)
cosIE
r 2r
E
dSdS
La visioneLa visione
I coni sono responsabili della visone diurna e dei dei colori, i bastoncellisono responsabili della visione notturna
Il fattore di visibilitàper visione fotopica (diurna) (v)
per visione scotopica (notturna) (v’)
La riflessione, l’assorbimento e la trasmissione,
Ei
Principio del bilancio energetico
Ea
EEEE
EEEE
ti
trai
E
E
E
E
E
E
E
E
i
t
i
r
i
a
i
i
tra1
ffi i t di bi tEt Er
a = coefficiente di assorbimento;
r = coefficiente di riflessione;
t = coefficiente di trasmissione
La riflessione luminosa ed il colore degli oggettig gg
Riflessione irregolare
Diffusore lambertiano
I = I cos
Riflessione diffusa
I = Im cos
Rifl i lRiflessione speculare
L’effetto serra
Coefficiente di trasmissione del vetro
I principali fenomeni fisiciI principali fenomeni fisici
Il fenomeno della rifrazione della luceIl fenomeno della rifrazione della luce comporta un cambiamento di direzione dei raggi luminosi.
Alla superficie di separazione tra l’aria ed un mezzo trasparente ed omogeneo, il rapporto tra il seno dell’angolo di incidenza i e quello di rifrazione r è uguale all’indice di rifrazione del mezzo (legge diall indice di rifrazione del mezzo (legge di Snell)
isenIndice d rifrazione di alcuni materiali:
acqua: 1 33 rsen
isennri
acqua: 1,33
vetro: 1,5 – 1,9 (dipende dal tipo di vetro)ve o)
diamante : 2,42
La rifrazioneLa rifrazione
Esempio per angolo di incidenza pari a 30° per passaggio da aria a vetro:
17
71
)30(r
sen
n
isenrsen
7,1nri
passaggio da vetro ad aria:
307,117 rsennrsenisen ri
La riflessione totale
Nel passaggio da un mezzo più rifrangente ad uno meno rifrangente, si
La riflessione totale
ha un angolo limite di incidenza oltre il quale vi è riflessione totale
Angolo limite vetro passaggio vetro – aria
40)90(
rsen
rsen 4055,1
rrsen
Sul fenomeno della riflessione totale sono basate le guide di luce.
Le lentiLe lenti
Il fenomeno della rifrazione è inoltre alla base del funzionamento delle lenti ottiche.
L’effetto di una lente può essere variato modificando lamodificando la curvatura o il materiale della lente
I sistemi per il trasporto della luceI sistemi per il trasporto della luce naturale ed artificiale
Sistemi a riflessione totale (fibre ottiche)
Questi sistemi si basano sul principio della riflessione totale della luce (legge di Snell)riflessione totale della luce (legge di Snell)
Raggio a rifratto;raggio b incidente con angolo limite
i ifl lraggio c riflesso totalmente
Angolo limite = arcsin (n2/n1)
Apertura numerica NA sin(aa)
I condotti di luce
Il colore della luceIl colore della luce
Il colore della luceIl colore della luceEsistono numerosi sistemi per definire il colore della luce
(sistemi di classificazione)
Il colore della luceIl colore della luceUn sistema molto usato è quello basato sulla determinazionebasato sulla determinazione della temperatura colorebasato sulla analogia con lo spettro cromatico emesso da un corpo nero portato ad una certa temperatura assolutatemperatura assoluta (misurabile in kelvin – K)
R t t li ll di ill i t l d ll lRapporto tra livello di illuminamento e colore della luce(principio di Kruithof)
Il tt ill i t iIl progetto illuminotecnico
Distribuzione delle
Livello di illuminazione
Tonalità della luce luminanze
BUONA ILLUMINAZIONE
Resa dei colori Limitazione dell’abbagliamento
ILLUMINAZIONE
Distribuzione delle ombre
Direzione della luce ombre
La normativa tecnica italianaLa normativa tecnica italianaUNI 10380:1994 + A1:1999 Illuminotecnica. Illuminazione di interni con luce artificiale (norma ritirata)UNI 10439:2001 - Illuminotecnica. Requisiti illuminotecnici delle strade con traffico motorizzato.UNI 10530 1997 P i i i di i d ll i i Si t i di l ill i i ( iti t )UNI 10530:1997 - Principi di ergonomia della visione. Sistemi di lavoro e illuminazione (norma ritirata)UNI 10819:1999 - Luce e illuminazione - Impianti di illuminazione esterna - Requisiti per la limitazione delladispersione verso l'alto del flusso luminosoUNI 10840: 2007 - Luce e illuminazione - Locali scolastici - Criteri generali per l'illuminazione artificiale eg pnaturaleUNI 11095:2003 - Luce e illuminazione - Illuminazione delle gallerieUNI 11165:2005 - Luce e illuminazione - Illuminazione di interni - Valutazione dell'abbagliamento molesto con ilmetodo UGRmetodo UGRUNI 11248:2007 - Illuminazione stradale - Selezione delle categorie illuminotecnicheUNI EN 12193:2008 - Luce e illuminazione - Illuminazione di installazioni sportiveUNI EN 13201 - Illuminazione stradale - Parte 2: Requisiti prestazionali; Parte 3: Calcolo delle prestazioni; Parte 4:Metodi di misurazione delle prestazioni fotometricheUNI EN 14255 - Misurazione e valutazione dell'esposizione personale a radiazioni ottiche incoerenti - Parte 1:Radiazioni ultraviolette emesse da sorgenti artificiali nel posto di lavoro; Parte 2: Radiazioni visibili ed infrarosseemesse da sorgenti artificiali nei posti di lavoro; Parte 3: Radiazioni UV emesse dal sole; Parte 4: Terminologia eemesse da sorgenti artificiali nei posti di lavoro; Parte 3: Radiazioni UV emesse dal sole; Parte 4: Terminologia egrandezze utilizzate per le misurazioni delle esposizioni a radiazioni UV, visibili e IRUNI EN 12464 - Luce e illuminazione - Illuminazione dei posti di lavoro - Parte 1: Posti di lavoro in interni-Parte 2: Posti di lavoro in esternoUNI EN 12665:2004 - Luce e illuminazione - Termini fondamentali e criteri per i requisiti illuminotecniciUNI EN 15193:2008 - Prestazione energetica degli edifici - Requisiti energetici per illuminazioneUNI EN 1838:2000 - Applicazione dell'illuminotecnica - Illuminazione di emergenzaCNR UNI 10017:1991 - Illuminotecnica. Illuminanti A e D65 per la colorimetria.CNR UNI 10017:1991 Illuminotecnica. Illuminanti A e D65 per la colorimetria.CNR UNI 10019:1991 - Illuminotecnica. Osservatori CIE per la colorimetria.
La norma UNI EN 12464 - 1La norma UNI EN 12464 1Luce e illuminazione - Illuminazione dei posti di lavoro - Posti di lavoro in interni
Per la realizzazione di illuminazione è essenziale oltre al valore dell'illuminamentoPer la realizzazione di illuminazione, è essenziale, oltre al valore dell illuminamento richiesto, soddisfare le esigenze qualitative e quantitative.I requisiti illuminotecnici vengono determinati dalla soddisfazione delle seguentiTre esigenze fondamentali:Tre esigenze fondamentali:• il comfort visivo: la sensazione di benessere percepita dai lavoratori contribuisce
indirettamente anche a ottenere alti i livelli di produttività;i i i i l i i d di l i l i i i i i• la prestazione visiva: i lavoratori sono in grado di svolgere i loro compiti visivi
anche in circostanze difficili e protratti nel tempo;• la sicurezza
I principali parametri che caratterizzano l'ambiente luminoso sono:distribuzione delle luminanze;distribuzione delle luminanze;illuminamento;abbagliamento;direzione della luce;direzione della luce;resa dei colori e colore apparente della luce;sfarfallamento;l diluce diurna
La norma UNI EN 12464 - 1La norma UNI EN 12464 1Distribuzione delle luminanze
Intervalli consigliati per i fattori di riflessione delle principali pareti di un locale:Intervalli consigliati per i fattori di riflessione delle principali pareti di un locale:
• soffitto: da 0,6 a 0,9
• pareti: da 0,3 a 0,8
• piani di lavoro: da 0,2 a 0,6
i t d 0 1 0 5• pavimento: da 0,1 a 0,5
La norma UNI EN 12464 - 1La norma UNI EN 12464 1Livelli di illuminamento
Il fattore 1 5 rappresenta la più piccola differen a significati a nell'effetto soggetti oIl fattore 1,5 rappresenta la più piccola differenza significativa nell'effetto soggettivo dell'illuminamento.In condizioni abituali d'illuminazione sono richiesti circa 20 lx per percepire in modo corretto i lineamenti del volto umano.
La scala degli illuminamenti raccomandati (in lux) è:g ( )20 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500 - 750 - 1 000 - 1 500 - 2 000 - 3 000 - 5 000
Il livello di illuminamento deve essere aumentato quando:Il livello di illuminamento deve essere aumentato quando:
• il compito visivo è critico;• gli errori sono costosi da correggere;• gli errori sono costosi da correggere;• sono molto importanti accuratezza o alta produttività;• le capacità visive del lavoratore sono inferiori al normale;
i d li d l i i l i li b• i dettagli del compito sono eccezionalmente piccoli o con basso contrasto;• il compito deve essere svolto per tempi eccezionalmente lunghi.
In zone occupate in continuazione, l'illuminamento mantenuto non deve essere minore di 200 lx.
Valori raccomandati secondo la norma UNI 10380 (norma ritirata)Ill i t i ill i i di i t i l tifi i lIlluminotecnica, illuminazione di interni con luce artificiale
Valori raccomandati secondo la norma UNI EN 12464 - 1Luce e illuminazione - Illuminazione dei posti di lavoro - Posti di lavoro in interni
Valori raccomandati secondo la norma UNI EN 12464 112464 – 1
Luce e illuminazione -Illuminazione dei posti di lavoro - Posti di lavoro in i t iinterni
Valori raccomandati secondo la norma UNI EN 12464 - 1Luce e illuminazione - Illuminazione dei posti di lavoro - Posti di lavoro in interni
Valori raccomandati per le scuole secondo lale scuole secondo la norma UNI 10840
locali scolastici - criteri generali per l’illuminazionegenerali per l illuminazione artificiale e naturale
L’illuminazione artificiale degliL’illuminazione artificiale degli interniinterni
Tipologie di sorgenti luminose artificialiTipologie di sorgenti luminose artificiali
• a incandescenza• a incandescenza• a scarica in gas• a induzione
Le lampade ad incandescenzap
Temperatura di funzionamento da 2700 a 2900 K.
Quantità di luce emessa dal filamento della lampada proporzionale alla temperatura di funzionamentoproporzionale alla temperatura di funzionamento.
Sorgente di luce a bassa efficienza: solo una piccola parte della potenza elettrica assorbita viene trasformata in luce.Elevati invecchiamento e riduzione del flusso luminoso.
Diversi formati, distinti per potenza e caratteristiche fotometriche, oltre che per le diverse esigenze d’impiego.
Si distinguono i seguenti tipi principali:con bulbo trasparente;con bulbo trasparente;con bulbo diffondente;con riflettore incorporato.
Spettro di emissione di unSpettro di emissione di un corpo nero in funzione della
temperatura (K)
Tipologie di lampade ad incandescenzap g p
Lampade ad incandescenza per illuminazione generale
L d d i dLampade ad incandescenza con riflettore incorporato
Lampade ad incandescenza con alogeniLampade ad incandescenza con alogeni
Dal 1972 lampade ad alogeni a bassissima tensione.Dal 1972 lampade ad alogeni a bassissima tensione.Permettono la miniaturizzazione delle sorgenti luminose. Evitano la perdita di efficienza causata dall’evaporazione del tungsteno.
L’alogeno aggiunto al gas si unisce al tungsteno evaporato e torna a depositarlo g gg g g p psul filamento.Hanno migliori caratteristiche prestazionali rispetto alle lampade ad i dincandescenza: Durata da 1000 a 3000 ore; Efficienza sino a 25 lm/W;; Temperatura di colore più elevata, da 2900 a 3100 K; Dimensioni estremamente ridotte del corpo luminoso.
Lampade ad incandescenza con alogeniLampade ad incandescenza con alogeni
Il riflettore delle lampade alogene può essere in quarzo trattatoIl riflettore delle lampade alogene può essere in quarzo trattato con l’applicazione di strati di ossidi riflettenti alle radiazioni visibili, ma non a quelle infrarosse.
La lampada, essendo dotata di riflettore, dovrà essere scelta in funzionedell’ampiezza del fascio luminoso e l’apparecchio di illuminazione nel quale andràdell ampiezza del fascio luminoso e l apparecchio di illuminazione nel quale andràcollocata ha la sola funzione di proteggerla e collegarla alla rete di alimentazione.Il riflettore può essere in alluminio oppure in vetro con trattamento della superficieriflettente (dicroico, dal greco: “due colori”).Nel caso del vetro si tratta di una parabola in quarzo opportunamente trattata conl’applicazione in alto vuoto di strati di ossidi selettivi a determinate lunghezzel applicazione in alto vuoto di strati di ossidi selettivi a determinate lunghezzed’onda: gli ossidi sono riflettenti alle radiazioni visibili, ma si lasciano attraversaredalla maggior parte della radiazione infrarossa.La luce emessa dalle lampade ad alogeni con riflettore dicroico è dunque una lucepiù fredda, sia dal punto di vista termico che cromatico, priva del 66% dellaradiazione infrarossa emessa da una lampada ad alogeni con riflettore in alluminioradiazione infrarossa emessa da una lampada ad alogeni con riflettore in alluminiodi pari potenza.
Le lampade a scaricaLe lampade a scarica
Radiazione luminosa provocata dagli urti reciproci di particelle, caricheRadiazione luminosa provocata dagli urti reciproci di particelle, cariche elettricamente, di un gas o di un vapore.Durata assai maggiore delle lampade ad incandescenza.
i i i i i di l d iEsistono i seguenti tipi di lampade a scarica:
a) lampade fluorescenti;a) lampade fluorescenti;b) lampade a vapori di mercurio;c) lampade a vapori di alogenuri;d) l d l i ld) lampade a luce miscelata;e) lampade a vapori di sodio;f) lampade allo xeno;f) lampade allo xeno;g) sistemi ad induzione.
Lampade fluorescentiLampade fluorescenti
Lampade a vapori di mercurio a bassa pressione con tubo di vetro rivestito con polveri fluorescenti. Trasformazione della radiazione ultravioletta in radiazioni visibilivisibili.Caratterizzate da bassa luminanza (evitano l’abbagliamento).Flusso luminoso dipendente dalla temperatura-ambiente.Situazione ottimale tra 20 e 25 °C.Durata molto elevata: circa 7500 ore per uso medio. Colore della luce molto variato a seconda delle sostanzeColore della luce molto variato a seconda delle sostanze fluorescenti usate.
Lampade a vapori di mercurio adLampade a vapori di mercurio ad alta pressione
Radiazione contenuta per la maggior parte nel campo del visibilevisibile.Scarica in un piccolo tubo di quarzo protetto da un bulbo di vetro.Rivestimento in polvere fluorescente trasforma lo spettro a righe (radiazione ultravioletta).Pieno flusso luminoso raggiunto dopo alcuni minuti diPieno flusso luminoso raggiunto dopo alcuni minuti di accensione.Necessario periodo di raffreddamento di diversi minuti prima della riaccensione.Vasta gamma di potenze: da 50 a 2000 W;Flusso luminoso da 2000 a 125 000 lmFlusso luminoso da 2000 a 125.000 lm.Due grandi campi principali di applicazione:•illuminazione industriale;
Spettro tipico di una lampada al mercurio a bassa pressione
•Illuminazione stradale
Lampade a vapori di sodio a bassa p ppressione
Luce gialla e monocromatica.
Efficienza luminosa molto elevata (per funzionamento ad una determinata temperatura).p )
Tempo iniziale d’accensione di alcuni minuti.
Impiego consigliabile dove occorre un alto grado di visibilità purché non sia necessaria la distinzione dei colori:p
-illuminazione stradale;
-Illuminazione di interni ed esterni industriali.Spettro tipico di una lampada
al sodio a bassa pressione
Lampade a luce miscelata
Sono basate sulla tecnologia delle lampade a vapori di mercurio, a cui viene
p
aggiunto un filamento ad incandescenza in serie al tubo di scarica.
Presentano una luce con una componente a spettro continuo tipica del filamento adPresentano una luce con una componente a spettro continuo tipica del filamento adincandescenza.
Vantaggio nella facilità d’uso: non è necessario alcun tipo di ausiliario elettrico(sostituito dal filamento interno alla lampada), per cui risulta possibile connetterela lampada su un comune attacco Edisonla lampada su un comune attacco Edison.Efficienza e durata di vita fortemente condizionate dalla presenza del filamentoche inoltre le rende abbastanza sensibili alle variazioni della tensione.Conveniente l’applicazione in contesti dove la facilità d’uso è più importante degliaspetti economici.Forte quantità di luce e temperatura di colore più elevata rispetto alle lampade aForte quantità di luce e temperatura di colore più elevata rispetto alle lampade afilamento hanno creato una notevole diffusione di queste lampade perl’illuminazione residenziale (giardini, garage, ecc.).
Lampade allo xenop
Caratterizzate da una distribuzione dell’energia nello spettro praticamente identicaa quella della luce diurna e non influenzata dalle oscillazioni della tensione di rete.
Resa dei colori eccellente e corrispondente a quella della luce naturale.
Si accendono istantaneamente e raggiungono immediatamente la piena emissioneluminosa.
Richiedono, per il loro funzionamento, un alimentatore e un accenditore.
Lampade ad induzione
Associano i principi della scarica in gas e dell’induzione elettromagnetica.
p
La ionizzazione degli atomi di mercurio è realizzata grazie ad un campoelettromagnetico indotto da una corrente elettrica ad alta frequenza che circola inun’apposita bobina.
Costituite dai seguenti componenti:Costituite dai seguenti componenti:- bulbo entro cui avviene la scarica in gas;- bobina-antenna;- generatore elettronico;- cavo coassiale di collegamento all’antenna.
Grazie all’assenza di filamenti ed elettrodi, sono caratterizzate da una durataeccezionale (circa 60.000 ore di funzionamento pressoché prive di manutenzione).
Particolarmente adatte per i luoghi in cui è difficile accedere agli apparecchi diilluminazione e dove la sostituzione delle lampade costituisce un’operazioneilluminazione e dove la sostituzione delle lampade costituisce un operazionecostosa e pericolosa.
LED (Light Emitting Diode)Sfruttano le proprietà ottiche di materiali semiconduttori (ingenere silicio) che, una volta eccitati da un tensione diretta,
( g g )
emettono una luce visibile in un determinato colore. Neimateriali semiconduttori vengono inserite delle impurità chene incrementano le capacità di conduzionene incrementano le capacità di conduzione.Quando la corrente viene applicata al reticolo cristallinosemiconduttore del diodo, gli elettroni (con carica negativa) ele lacune (con carica positiva) si combinano e convertono inluce il loro eccesso di energia.Dal tipo di semiconduttori e dal processo di drogaggioDal tipo di semiconduttori e dal processo di drogaggiodipendono la lunghezza d'onda emessa, l'efficienza energeticadell'apparecchio e l'intensità luminosa.Funzionamento a basso voltaggio.Rendimento energetico molto elevato (40-70 lm/W).Lunga durata (durata media attorno alle 100 000 ore)Lunga durata (durata media attorno alle 100.000 ore).Dimensioni ridotte.Assenza di produzione di calore.Accensione istantanea.Dimmerabili.
P i i li tt i ti h d ll ti l i dPrincipali caratteristiche delle sorgenti luminose da interni
Tipo di lampade Efficienza energetica (lm/W)
Potenza lampada
Durata vita
(W) (ore)
Ad incandescenza 12 100 1.000
Ad alogeni 16 100 2.000
Fluorescenti compatteelletroniche
60 20 10.000
Fluorescenti tubolari 100 32 10.000
LED (Light EmittingDiode)
40-70 5-10 (il singolo LED)
100.000Diode) LED)
C f t t il l d ll l d lConfronto tra il colore della luce emessa da alcune sorgenti luminose da interni
Apparecchi di illuminazione
Vengono suddivisi in cinque gruppi per tipi di illuminazionediretta semi-diretta mista semi-indiretta indiretta
pp
diretta, semi-diretta, mista, semi-indiretta, indiretta.
-i riflettori consentono di proiettare al di fuori dell’apparecchio due fasci di lucesovrapposti, uno diretto ed uno riflesso;
- i rifrattori si impiegano quando il solo riflettore non è sufficiente per controllare ilflusso. Consistono generalmente in coppe o pannelli lisci da una parte e dotati diprismi conici o piramidali sull’altra;
Apparecchi di illuminazione
-i diffusori aumentano la dimensione apparente della sorgente in modo da ridurrela luminanza della lampada Sono costruiti con vetro opale o plastiche opportu-
pp
la luminanza della lampada. Sono costruiti con vetro opale o plastiche opportu-namente trattate;
-gli schermi possono essere interni oppure esterni all’apparecchio d’illuminazione(deflettori, lamelle, nidi d’ape, alette o altro);
-i filtri possono essere in vetro oppure in plastica, colorati oppure anti-UV/IR.
- le lenti servono a concentrare diffondere o sagomare l’impronta luminosa e con-- le lenti, servono a concentrare, diffondere o sagomare l impronta luminosa e con-seguentemente modificare il solido fotometrico uscente dall’apparecchio.
Le caratteristiche direzionali delle lampade
Cd/1000 lm
Solido fotometricoProiezione di un solido
f t t if
fotometrico
Progetto di illuminazione di interni
Coefficiente di utilizzazione
t
u
Flusso totale richiestoFlusso totale richiesto
SE
t
Il coefficiente di utilizzazione dipende da:
• Sistema di illuminazione;• Rendimento dell’apparecchio;• Coefficienti di riflessione di soffitto e muri;• Forma del locale
h
b2,0a8,0K
b>ah=altezza utile
tNumero di sorgenti necessarie
h
L
t
N
Lampade ad incandescenzaDati tecnici
Lampade fluorescenti lineari e circolariDati tecnici
Lampade ad induzione
Dati tratti da catalogo Philips
L’illuminazione naturale degliL’illuminazione naturale degli interniinterni
I motivi per l’illuminazione naturale
EFFETTI DELLA CARENZA DI LUCE NATURALE
PSICOLOGICI FISIOLOGICI PSICO-
Alterazione ritmo cardiaco Alterazione orologio
biologico
Tendenza alla miopia Affaticamento oculare Cefalea
Stress Depressione SAD
PSICOLOGICI FISIOLOGICIFISIOLOGICI
Alterazione metabolismo Alterazione pressione
arteriosa
Abbattimento percezione visiva Esaltazione dei difetti dell’occhio
Irritabilità Alterazione
dell’equilibrio neuro-vegetativo
EFFETTI DI UNA BUONA LUCE NATURALE
Mantiene il corretto Stimolazione della produzione di Distruzione dei germi e
BATTERICIDI PSICO-FISIOLOGICI
FISIOLOGICI
Mantiene il corretto equilibrio dell’orologio biologico e l’alternanza della veglia-riposo
Stimolazione della produzione di vitamina D
Effetti antirachitici Attivazione del ricambio calcio-fosforo Effetto sulle attività endocrine
Distruzione dei germi e batteri prodotti negli ambienti per aerodiffusione
veglia riposo Aumento della
produttività lavorativa
Effetto sulle attività endocrine Effetto sul metabolismo del glucosio Aumento delle difese immunitarie
Posizione e dimensione delle aperturep
5
4
3
4
3
5
3
2
11
2
Nel caso di un’apertura posta su un solo lato l’illuminazione naturale diminuisce
I valori dell’illuminazione naturale sono simili al caso precedente, ma la distribuzione della luce
progressivamente allontanandosi dalla finestra è più omogenea e con minori differenze tra i diversi punti dell’ambiente; il contrastolocalizzato è minore.
L’illuminazione bilaterale è migliorein quanto favorisce
• maggiore omogeneità nella distribuzione della luce
• assenza di fenomeni di abbagliamento dovuti al contrastocontrasto
Posizione e dimensione delle aperture
Penetrazione maggiore di luce in profondità
A parità di superficie illuminante il bow-window permette:
Penetrazione maggiore di luce in profondità
Distribuzione luminosa che interessa unamaggiore porzione di locale
Riduzione delle zone d’ombra
Suddivisione della medesima area illuminante
La quantità di luce in ingresso è la medesima
Varia la distribuzione luminosa
Diminuiscono le zone d’ombra laterali via via che aumenta il numero delle aperture
Forma delle aperturep
Apertura orizzontale
Maggiore efficacia nelle immediate vicinanze d ll’ tdell’apertura
Apertura verticaleApertura verticale
Maggiore penetrazione in profondità della luceprofondità della luce
Distribuzione più omogenea della luceg
Privacy
Tipo di relazione visivaTipo di relazione visiva
Dall’esterno verso l’interno
Dall’interno verso l’esterno
Da interno a interno
Vista dell’esternoVista dell esterno
Vista dell’esternoVista dell esterno
Il quadro normativo relativo all’illuminazione naturaleIl quadro normativo relativo all illuminazione naturale degli ambienti
• Circ. Min. LL. PP. 3151 del 22 maggio 1967 (Criteri di valutazione delle grandezze atte a rappresentare le proprietà termiche, idrometriche, di ventilazione e grandezze atte a rappresentare le proprietà termiche, idrometriche, di ventilazione e di illuminazione nelle costruzioni edilizie)
• Circ. Min. LL. PP. 13011 del 22 novembre 1974 (requisiti fisico tecnici per le costruzioni edilizie ospedaliere: proprietà termiche, igrometriche, di ventilazione e di illuminazione)
• D M 5 luglio 1975 ( difi i i ll i t i i i i t i li 20 i 1896• D.M. 5 luglio 1975 (modificazioni alle istruzioni ministeriali 20 giugno 1896 relativamente all'altezza minima ed ai requisiti igienico sanitari principali dei locali di abitazione)
• D.M. 18 dicembre 1975 (Norme tecniche aggiornate relative all’edilizia scolastica, ivi compresi gli indici minimi di funzionalità didattica, edilizia e urbanistica da osservarsi nella esecuzione di opere di edilizia scolastica)da osservarsi nella esecuzione di opere di edilizia scolastica)
• UNI 10840 (Luce e illuminazione - locali scolastici: criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale))
Il fattore di luce diurnaIl fattore di luce diurna
Rapporto fra il livello di illuminamento in un punto posto su un piano orizzontaleall’interno del locale (E ) e il livello di illuminamento in un punto posto su di un pianoall interno del locale (Eint) e il livello di illuminamento in un punto posto su di un pianoorizzontale sotto l’intero emisfero celeste in assenza di ostruzioni e di irraggiamentosolare diretto (E0) con misure fatte nello stesso momento
(%)100int E
FLD (%) 1000
E
FLD
E0
Eint
Metodo di calcolo del fattore puntuale di luce diurnaMetodo di calcolo del fattore puntuale di luce diurna
Il calcolo del Fattore puntuale di Luce Diurna prevede la stima separata delle tre componenti:componenti:
- Componente Cielo (C.C.)
- Componente Riflessa Internamente (C R I )Componente Riflessa Internamente (C.R.I.)
- Componente Riflessa Esternamente
Le tre componenti possono essere stimate, oltre che con software specifici, con differenti metodi grafici, analitici o tabulari.
In ogni caso è necessario porre delle ipotesi sul modello adottato per descrivere la distribuzione della luminanza del cielodistribuzione della luminanza del cielo.
Metodo di calcolo del fattore medio di luce diurnaMetodo di calcolo del fattore medio di luce diurna
f tAFLD
mtot
fm r1A
FLD
Af = area della superficie della finestra, escluso il telaio;
t = fattore di trasmissione luminosa del vetro;
= fattore finestra, rappresentativo della posizione di volta celeste vista dal b i t d ll fi t ( 1 fi t i t l l ibaricentro della finestra (= 1 per finestra orizzontale – lucernario - senza ostruzioni; = 0,5 per finestra verticale senza ostruzione; < 0,5 per finestra verticale con ostruzione)
Atot = area totale delle superfici che delimitano l’ambiente;
rm = fattore medio di riflessione luminosa delle superfici che delimitano m pl’ambiente;
= fattore di riduzione del fattore finestra.
Calcolo della superficie vetrata Afp(Quando non sia nota la superficie precisa dell’area vetrata dell’infisso)
Af = 0,75 · Ai
Ai = area totale dell’infissoAi area totale dell infisso
Calcolo del coefficiente di trasmissione luminosa del vetro t(Quando non sia noto il livello di pulizia dell’infisso)
t = 0,9·
Le caratteristiche dei materialiLe caratteristiche dei materialiCoefficiente di riflessione luminosa di alcune finiture
Coefficiente di trasmissione luminosa di alcuni vetri
Correzione per condizioni di pulizia del vetro
Calcolo del fattore finestra Calcolo del fattore finestra
Calcolo del fattore finestra Calcolo del fattore finestra
H hOstruzioni che occupano la parte bassa del
1 sen = angolo piano di altitudine che
H-h
H
p ppanorama
2
1 sen
g psottende la parte ostruita di cielo
h
La
Ostruzioni che occupano la parte alta del panorama
22
sen
2 = angolo piano che sottende la parte visibile di cielo
H
Ostruzioni che occupano sia la parte alta che quella bassa del panorama
L
Ostruzioni che occupano sia la parte alta che quella bassa del panorama
2 sensen 2
2
sensen
Calcolo del fattore riduttivo Calcolo del fattore riduttivo
Valori limite del fattore di luce diurnaValori limite del fattore di luce diurnasecondo la legislazione vigente
Ambienti residenziali (D.M. 5/7/75)
L li di bit i 2% ( f f• Locali di abitazione: 2% (inoltre la superficie finestrata apribile non deve essere inferiore a 1/8 della superficie del pavimento)
Ambienti ospedalieri (Circ 13011 22/11/74)Ambienti ospedalieri (Circ. 13011 22/11/74)
• Ambienti di degenza, diagnostica, laboratori: 3%
• Palestre refettori: 2%• Palestre, refettori: 2%
• Uffici, spazi per la distribuzione, scale: 1%
( 18/12/ )Ambienti scolastici (D.M. 18/12/75)
• Ambienti ad uso didattico (aule per lezione, studio, lettura, disegno ecc.): 3%
• Palestre, refettori: 2%
• Uffici, spazi per la distribuzione, scale, servizi igienici: 1%
Il regolamento edilizio di FirenzeIl regolamento edilizio di Firenze
Gli edifici, qualsiasi sia l’uso cui debbono essere adibiti, devono essere progettati nel rispetto delle ifi h ti i ti i t i di ill i ispecifiche normative vigenti in materia di illuminazione.
Negli edifici di nuova costruzione tutti i locali di abitazione permanente devono usufruire di illuminazione naturale diretta.
Ciascun vano … deve avere superfici finestrate … in misura non inferiore a 1/8 della superficie del pavimento.Detto rapporto potrà essere ridotto ad 1/12 per i locali sottotetto (lucernari o finestre in falda)Detto rapporto potrà essere ridotto ad 1/12 per i locali sottotetto …(lucernari o finestre in falda).
Nel caso in cui la profondità del locale superi 2,5 volte l’altezza dell’architrave della finestra … la superficie finestrata deve essere aumentata di una quota pari ad 1/10 della superficie della porzione di locale posta oltre detta profondità.Non sono ammessi locali di abitazione permanente che presentino profondità oltre 3,5 volte l’altezza dell’architrave della finestra.
Le prescrizioni di cui al presente articolo trovano applicazione anche per gli edifici esistenti, limitatamente allo specifico intervento progettato.
ÈÈ fatta eccezione per gli interventi da eseguirsi sugli edifici di valore storico-architettonico, tipologico e documentario di cui all’art. 173, per i quali l’adeguamento non è richiesto ogni qualvolta ciò risulti non compatibile con la conservazione delle caratteristiche ambientali ed architettoniche del manufatto fermo restando che anche in tali edifici gli interventi non possono comunque comportaremanufatto, fermo restando che anche in tali edifici gli interventi non possono comunque comportare peggioramento igienico sanitario.
Tipo di ambiente, di compito visivo o di attività FLDm (%) Asili nido e asili d’infanzia
UNI 10840
Asili nido e asili d infanziaAule giochi 5 Nido 5 Aule lavori artigianali 3 Edifi i l i iValori raccomandati
nell’edilizia scolastica
Edifici scolasticiAule in scuole medie superiori 3 Aule in scuole serali e per adulti –Sale di lettura 3 Lavagna –Tavolo per dimostrazioni –Aule educ. art. 3g pAule educazione artistica in scuole d’arte 3 Aule per disegno tecnico 3 Aule di educazione tecnica e laboratori 3 Aule lavori artigianali 3Aule lavori artigianali 3Laboratori di insegnamento 3 Aule di musica 3 Laboratori di informatica 3 Vedere racc. VDU Laboratori linguistici 3Aule di preparazione e officine 3 Ingressi 1 Aree di circolazione e corridoi 11Scale 1 Aule comuni e Aula Magna 2 Sale professori 2 Biblioteca: scaffali Biblioteca: area di lettura 3Biblioteca: scaffali -Biblioteca: area di lettura 3Magazzini materiale didattico 1 Palazzetti, palestre e piscine 2 Mensa 2 Cucina 1 Bagni 1
