86
Illuminotecnica

8 riepilogo con esercitazioni

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 2: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 3: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Le radiazioni elettromagnetiche

Onde radio Radiazioni infrarosse Raggi X Raggi gamma etc…

come

Page 4: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Grandezze caratteristiche

Lunghezza d’onda

L’onda passa 5 volte al secondo Frequenza

Page 5: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sono comprese nell’intervallo di lunghezze d’onda di 380 nm e 760 nm

In tale intervallo l’apparato visivo riceve le radiazioni provenienti dall’esterno e le trasforma in segnali nervosi successivamente elaborati dal cervello

La lunghezza d’onda supera i 780 nm (fino ad arrivare a circa 1000 nm)

Sono quelle relative all’intervallo 100 nm 380 nm

Spettro delle radiazioni elettromagnetiche

Page 6: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• Esempio 1 : radiazione λ = 470 nm luce blu• Esempio 2 : radiazione λ = 600 nm luce arancione

Lo spettro della radiazione visibile può essere suddiviso in intervalli approssimati, a ciascuno dei quali si può associare una caratteristica cromatica:

• Violetto 380 – 435 nm

• Blu 435 – 500 nm

• Verde 500 – 566 nm

• Giallo 566 – 600 nm

• Arancione 600 – 630 nm

• Rosso 630 – 780 nm

ovvero capacità di stabilire un confronto fra onde elettromagnetiche di diversa lunghezza d’onda.

Page 7: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

= quando l’occhio è soggetto ad uno stimolo d’insieme che non permette il discernimento delle singole tonalità

= scomporre la luce bianca nelle sue componenti principali

Il fascio sarà scomposto nelle sue componenti principali, e dalla parte opposta del prisma si vedrà emergere una successione di raggi monocromatici il cui colore passa dal violetto al rosso

Page 8: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

L’occhio manifesta una sensibilità diversa rispetto ad una radiazione

luminosa monocromatica (a parità di energia impiegata dalla sorgente)

Il flusso luminoso associato a radiazioni di diversa lunghezza d’onda

provoca sensazioni di intensità diversa

Page 9: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Lunghezza d’onda λ (nm)

Sen

sib

ilit

à r

ela

tiva

V( λ

)

Violetto Blu Verde Giallo Arancio Rosso

Effetto Purkinje (510 550 nm)

Visione notturna o scotopica

(bastoncelli)

Visione diurna o

fotopica (coni)

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0 400 450 500 550 600 650 700750

Page 10: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• In condizioni di visione diurna (FOTOPICA) la massima sensibilità dell’occhio siha in corrispondenza di 555 nm (radiazione GIALLO - VERDE)

• Spostandosi da tale valore la sensibilità diminuisce (Esempio)

• In condizioni di visione notturna (SCOTOPICA) la massima sensibilità dell’occhiosi ha in corrispondenza di 510 nm radiazione (BLU – VERDE)

Lunghezza d’onda l (nm)

Sen

sib

ilit

à r

ela

tiva

V( λ

)

Violetto Blu Verde Giallo Arancio

Rosso

Effetto Purkinje (510 550nm)

Visione notturna

o scotopica(bastoncelli)

Visione diurna o fotopica (coni)

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

0,1 0,0 400 450 500 550 600 650 700

750

λ  = 600 nm (radiazione arancione)

sensibilità relativa = 63%

Esempio

Page 11: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 12: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• Le unità di misura sono corrispondenti al Sistema Internazionale(S.I.)

• Sono definite per valutare in termini quantitativi le caratteristichedell’illuminazione prodotta in un ambiente

– Flusso luminoso

– Intensità luminosa

– Illuminamento

– Luminanza

Page 13: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• Simbolo: φ

• Unità di misura nel Sistema Internazionale: LUMEN (lm)

• È definito, data la sorgente, come la quantità di energia luminosaemessa nell’unità di tempo

ENERGIATEMPO

= POTENZA Watt[ ]

Ma come passiamo dalla POTENZA della sorgente [Watt] a quella luminosa?

Nel caso della potenza elettrica scriviamo:

Page 14: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Si assume che per tale valore si abbia:

1 Watt = 683 lumen

555

Page 15: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Ad esempio:

Calcoliamo i lumen corrispondenti a λ = 650 nm

In tale condizione la sensibilità relativa è pari al 10 % si avrà: 1 Watt = (10/100) 683 = 68.3 lumen

Page 16: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• Considerando una sorgente di 1 Watt costituita dalle sole dueradiazioni monocromatiche precedenti si avrebbe:

λ = 555 nm 1* 683 = 683 lumen

λ = 650 nm 1* 683* 0,10 = 68,3 lumen

• Flusso totale 751,3 lumen

Nel caso che la sorgente emetta secondo differenti lunghezze d’onda vanno sommati tutti i valori associati a ciascuna lunghezza d’onda

Per riassumere:

Page 17: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• Un fascio luminoso sarà costituito da un insieme di radiazionimonocromatiche

• Ogni radiazione dovrà essere considerata secondo la propriasensibilità relativa

K m = 683 lm/W

W λ = potenza della sorgente

V (λ) = fattore di visibilità relativa

In generale

Page 18: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Assegnata una sorgente puntiforme, molto spesso si è interessati a valutare il flusso luminoso che si propaga in una determinata direzione; in altre parole si è interessati alla densità dei lumen all’interno di un cono ideale che ha il vertice nella sorgente e asse secondo la direzione di propagazione. Il rapporto tra flusso luminoso e angolo solido è l’intensità luminosa.

Page 19: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 20: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• Simbolo: E

• Unità di misura nel Sistema Internazionale: LUX (lx)

L’illuminamento è il rapporto tra il flusso luminoso ricevuto da una superficie e l’area di tale superficie

1 metro

1 lux = illuminamento prodotto dal flusso di un lumen distribuito in modo uniforme su di una superficie di un metro quadrato

Page 21: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

S = superficie reale (sorgente)

Superficie apparente S’ = S cosα

Iα = Intensità luminosa in direzione α Lα = Luminanza in direzione α

Osservatore

Direzione di

osservazione

α

Page 22: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 23: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Data una sorgente di luce artificiale che emette una radiazione pari a 100 W alla lunghezza d’onda (λ) di 510 nm, si calcoli il flusso luminoso corrispondente.

Il calcolo del flusso luminoso passa attraverso la curva di sensibilità fotopica dell’occhio umano.

Tale curva descrive la percentuale di radiazione che l’occhio di un osservatore percepisce come flusso luminoso in funzione della lunghezza d’onda.

Per un flusso con λ = 510 nm la sensibilità risulta essere pari al 50% rispetto a quella massima fissata per λ = 555 nm.

Per λ = 555 nm 1W = 683 lumen

Per λ = 510 nm 1W = 683 x 0,50 lumen = 341,50 lumen

Per ottenere il flusso totale

341,50 x 100 = 34150 lumen

Page 24: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Data una sorgente di luce artificiale che emette con una intensità luminosa (I) pari a 2000 cd in ogni direzione, si calcoli il flusso luminoso totale emesso.

Il flusso totale emesso è dato dalla seguente relazione:

Φ = intensità luminosa x angolo solido

Per una sorgente di luce che emette in modo uniforme in ogni direzione, essendo l’angolo solido di propagazione del flusso pari a 4π, sostituendo:

Φ = 2000 x 4π = 25120 lumen

Ovvero 25 x 103 lumen

Page 25: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sia data una superficie orizzontale pari a 5 m2 ed una sorgente di luce artificiale che illumina tale superficie con un flusso luminoso incidente pari a 4000 lumen.

Si calcoli il valore di illuminamento sulla superficie.

Il calcolo dell’illuminamento su una determinata superficie è dato dalla seguente relazione:

Sostituendo:

Page 26: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sia data una sorgente di luce artificiale che emette un flusso luminoso totale pari a 500 lumen dotata di un riflettore grazie al quale il 40% del flusso totale emesso investe un quadro di dimensioni 0,25 x 0,50 metri.

Si calcoli il valore di illuminamento medio sul dipinto.

Il calcolo dell’illuminamento su una determinata superficie è dato dalla seguente relazione:

Sostituendo:

Considerando che soltanto una parte del flusso emesso raggiunge il dipinto

φ = 500 x 0,40 = 200 lumen

Calcolo dell’area del dipinto:

A = 0,25 x 0,50 = 0,125 m2

Page 27: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Dato un apparecchio di illuminazione sferico di diametro pari a 20 cm che irradia un’intensità luminosa di 100 cd in tutte le direzioni, si calcoli il valore della luminanza media.

Sapendo che per il calcolo della luminanza vale la seguente relazione:

I = intensità luminosa

Aapp = area apparente della sorgente

Essendo in questo caso un apparecchio illuminante sferico la sua area apparente risulterà:

Aapp = π x r2 = 3,14 x 0,102 = 0,0314 m2

Applicando la relazione:

Page 28: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 29: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 30: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Il sensore del goniofotometro misura l’intensità luminosa in tutte le direzioni relative al centro della sorgente combinando il movimento rotatorio sull’asse verticale (0-360°) con la traslazione sulla fascia metallica. L’insieme dei valori dell’intensità luminosa fornisce il solido fotometrico.

Solido fotometrico Fascia metallica

Page 31: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Per gli apparecchi di illuminazione la valutazione dell’intensità luminosa viene effettuata secondo alcune direzioni prestabilite o piani di simmetria, fornendo così la curva fotometrica

C _

90

C _

270

C _

180 C _

0

Page 32: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sia assegnato un apparecchio illuminante che emette un flusso luminoso pari a 2000 lumen. Considerando la curva fotometrica indicata in figura, si calcoli il valore dell’intensità luminosa, sul piano di simmetria 0-180°, secondo la direzione corrispondente all’angolo 30°.

Il valore dell’intensità luminosa individuato sul grafico in corrispondenza di 30° sulla curva relativa all’asse di simmetria 0-180° è pari a 180 cd.

Tali valori sono relativi ad un flusso luminoso di 1000 lm per cui: I = (180 x 2000)/1000 = 360 cd

Page 33: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

MINOLTA T-10M

La luce incide su un ricettore costituito da silicio (materiale semiconduttore fotovoltaico) generando una corrente misurabile in un circuito attraverso un microamperometro.

Dalla corrente generata, mediante opportune scale di conversione, viene ricavata la misura dell’energia luminosa.

Il luxmetro deve avere una risposta alla radiazione luminosa quanto più vicina alla curva fotopica di sensibilità relativa V(λ), ovvero deve simulare il più possibile l’occhio umano normalizzato dal punto di vista fotometrico.

Page 34: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

MINOLTA LS-110

La misura diretta viene effettuata puntando lo strumento verso la zona del campo visivo di cui interessa rilevare il valore di luminanza, con angoli di apertura scelti in funzione dell’uso specifico

Esempio di misure di luminanza per postazioni di lavoro

Page 35: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

livello e uniformità di illuminamento;

distribuzione ed equilibrio della luminanza;

abbagliamento;

resa del contrasto e direzionalità della luce;

spettro della sorgente luminosa e resa cromatica.

Evidenziati i numerosi fattori che influenzano la prestazione visiva è necessario individuare un numero discreto di parametri e indici illuminotecnici necessari a definire i limiti entro i quali poter giudicare confortevole un ambiente luminoso. Tali parametri sono:

Page 36: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Illuminamento medio di esercizio Em

Valore medio di illuminamento sul piano di lavoro considerato riferito allo stato medio di invecchiamento e sporcamento dell’impianto di illuminazione (decadimento del flusso delle lampade, sporcamento dei corpi illuminanti e delle superfici delimitanti l’ambiente)

Page 37: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Fattore di uniformità

Rapporto tra il valore minimo e medio degli illuminamenti di una superficie

Tale valore deve essere

Page 38: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

La presenza di eccessivi contrasti di luminanza può risultare affaticante per la visione a causa dell’eccessiva luminosità di oggetti che riflettono la luce nel campo visivo dell’osservatore

Rapporto tra la zona del compito e lo sfondo compreso tra 1/3 e 3

Rapporto tra la zona del compito e le aree circostanti rientranti nel campo visivo compreso tra 1/10 e 10

Poichè la luminanza influenza direttamente l’adattamento dell’occhio e quindi la qualità della visione è importante controllare la sua distribuzione all’interno di un ambiente attraverso:

Page 39: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

L2 = luminanza dell’oggetto L1 = luminanza dello sfondo

Viene definita una soglia di visibilita’ che dipende dalle differenze di luminanza tra lo sfondo e l’oggetto: se i valori della luminanza si avvicinano si giunge ad un limite oltre

il quale non si riesce piu’ a percepire l’oggetto rispetto allo sfondo

Page 40: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

L’abbagliamento può essere di tipo

diretto = causato da una o più fonti luminose (lampade nude, apparecchi di illuminazione, finestre) situate nella direzione di osservazione

indiretto = causato da una o più fonti la cui direzione non coincide con quella di osservazione

riflesso = prodotto dalle riflessioni di una o più superfici che ricevono luce da fonti interne o esterne

E’ uno degli aspetti del progetto illuminotecnico cui bisogna fare più attenzione.

La presenza di sorgenti luminose dirette o indirette, con luminanza notevolmente maggiore rispetto alla media delle sorgenti presenti nel campo visivo può dar luogo al fenomeno dell’abbagliamento.

Page 41: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Discomfort glare = abbagliamento che determina fastidio o disturbo psicologico senza compromettere o impedire la visione

Disability glare = abbagliamento che determina una riduzione della capacità visiva senza necessariamente generare una sensazione sgradevole.

In quest’ultimo caso, quando l’alterazione dei contrasti è eccessiva, si ha il cosiddetto “effetto velo”, che consiste in una sorta di velo luminoso offuscante che invade il campo

visivo cancellando i contrasti

Page 42: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 43: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Per una superficie che si comporta come un diffusore uniforme (superficie lambertiana) caratterizzata da un coefficiente di riflessione ρ la relazione che lega illuminamento E e luminanza L è:

π · L = ρ · E

Page 44: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sia data una sorgente di luce artificiale che emette un flusso luminoso totale pari a 500 lumen, incidente su una superficie perfettamente diffondente (si assuma valida la relazione ρ x E = π x L) che presenta un fattore di riflessione di 0,30. Considerando che le dimensioni di talesuperficie siano 3 x 3 metri, si calcoli il valore medio della luminanza.

Per una superficie perfettamente diffondente vale la seguente relazione:

ρ x E = π x L

ρ  = coefficiente di riflessione della superficie

E = illuminamento medio della superficie

L = luminanza della superficie

da cui:

E = ϕ/A = 500/(3x3) = 55,56

Sostituendo:

Page 45: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Anche nel caso della trasmissione, si parla di trasmissione diffusa uniforme, speculare o regolare, mista.

Page 46: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• fornisce una indicazione del comportamento di una superficie opacarispetto al flusso luminoso incidente

Page 47: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Posizionando il luxmetro sulla superficie di prova si rileva l’illuminamento dovuto alla luce incidente

Luce Incidente

Luxmetro (lettura: 45 lx)

Luce Incidente

Luxmetro (lettura: 70 lx)

In un secondo momento si rileva l’illuminamento dato dalla luce riflessa

Rapportando le due letture si ottiene, se pur approssimativamente, il coefficiente di riflessione della superficie

Page 48: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

• fornisce una indicazione del comportamento di una superficie trasparente rispetto al flusso incidente

Page 49: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Luxmetro (lettura: 150 lx) Luxmetro (lettura: 80 lx)

Dal loro rapporto si ottiene un valore approssimativo del coefficiente di trasmissione

Page 50: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Le sorgenti di luce costituiscono il mezzo attraverso cui si assicura ad un ambiente una qualità “illuminotecnica”.

La luce costituisce uno “strumento” di progettazione

• ARTIFICIALE• NATURALE

CARATTERISTICHE QUANTITATIVE E QUALITATIVE DELLE SORGENTI LUMINOSE:

• Tonalità o Temperatura di colore

• Indice di resa cromatica

• Efficienza luminosa

• Durata di vita, decadimento del flusso luminoso, tempo diriaccensione, etc….

SORGENTI DI LUCE DISPONIBILI

Page 51: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

:

CLASSIFICAZIONE DELLE SORGENTI LUMINOSE

Page 52: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

esempio Una sorgente ha una temperatura di colore di 3000 K significa che la luce da essa prodotta ha la stessa tonalità di quella generata da un corpo nero portato alla temperatura di 3000 K.

E’ un parametro che ci da informazioni circa la qualità della luce poiché tieneconto del suo contenuto cromatico.

Tale parametro si esprime in modo diretto tramite un confronto tra la temperaturaassoluta di un emettitore ideale (corpo nero) che irradia la luce con la stessa tonalità della sorgente in esame.

Page 53: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

L’apparato visivo dell’occhio umano percepisce come tonalità “bianca” la luce che ha una temperatura di colore di circa 5500 K, corrispondente alla luce del sole in pieno giorno.

Al di sopra e di sotto di tale valore la tonalità viene giudicata rispettivamente “fredda” e “calda”.

TONALITA’ O TEMPERATURA DI COLORE (CCT)

Impieghi visivi molto elevati

>5300 K FREDDA

Lavoro 3300-5500 K INTERMEDIA

Residenziale < 3300 K CALDA

Applicazione Temp. di colore Tonalità

Page 54: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 55: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Grado di fedeltà nella restituzione dei colori della sorgente considerata rispettoad una sorgente campione (di riferimento).

L’indice di resa cromatica è pari a 100 quando le distribuzioni spettralidell’illuminante di riferimento e della sorgente in esame sono perfettamente identiche; valori inferiori evidenziano una capacità progressivamente minore di resa cromatica.

L’indice di resa cromatica è di valido ausilio nella progettazione degli ambientidove i contrasti e le armonie cromatiche sono di fondamentale importanza (comparazione colori, pinacoteche, etc….)

A titolo indicativo si può dare come valutazione qualitativa del valore di resa cromatica la seguente suddivisione:

85<Ra<100 ottima 70<Ra<85 buona 50<Ra<70 discreta

Page 56: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

21 2100 Sodio alta pressione

60 3720 Vapori di mercurio con alog.

15 5710 Vapori di mercurio

74 6250 Fluorescente luce diurna

62 4250 Fluorescente bianco

100 3190 Alogena

Ra CCT (K) Lampada

Page 57: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Tale parametro assume importanza fondamentale nei casi in cui nella progettazione dell’impianto sia necessaria l’economia di esercizio.

Lampade ad incandescenza: efficienza di ca. 12 lm/W Lampada a vapori di sodio a bassa pressione: efficienza 200 lm/W Lampada ad incandescenza: cospicua emissione nel campo degli infrarossi Lampada a vapori di sodio: emissione concentrata in un intervallo (ca. 589 nm)

in corrispondenza del quale il coefficiente di sensibilità relativa dell’occhio mantiene un valore elevato (ca. 0.75)

Flusso luminoso emesso Tale parametro viene definito come:

Potenza elettrica assorbita

Esempi

Page 58: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

95 100 Sodio alta pressione

75 150 Alogenuri

69 13 Fluorescente compatta

52 250 Vapori di mercurio A.P.

16 200 Alogena B.T.

14 100 Incandescenza

Eff. (lm/W) Potenza (W) Lampada

Page 59: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Il numero di ore di funzionamento dopo il quale, per un determinato lotto di lampade in determinate condizioni di prova, il 50% delle lampade ha cessato di funzionare.

12000 Sodio alta pressione

6000 Alogenuri

7500 Fluorescente (tubolare)

12000 Vapori di mercurio A.P.

2000 Alogena

1000 Incandescenza

Durata (ore) Lampada

Page 60: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Durante il funzionamento di una sorgente si registra una lenta diminuzione della quantità di radiazione emessa: tale fenomeno, a cui sono comunque soggette tutte le sorgenti artificiali, è definito come decadimento del flusso luminoso.

1 – 2 min 5 – 11 min Sodio alta pressione

4 – 6 min 3 – 4 min Alogenuri

1 – 2 s 1 – 3 s Fluorescente tubolare

4 – 6 min 3 – 5 min Vapori di mercurio A.P.

istantaneo istantaneo Alogena B.T.

Istantaneo istantaneo Incandescenza

Acc. Caldo Acc. Freddo Lampada

Page 61: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Supponiamo di conoscere la sorgente luminosa e la relativa curva fotometrica.

Page 62: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

considerando che

possiamo scrivere:

R

S: sorgente

P

H D normale al piano

orizzontale su cui è il punto P

A

θ

θ D H cos θ

cos θ D H

=

=

3D

H I E =

2 D cos θ

I E =

Page 63: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

OBIETTIVO: favorire il benessere psico-fisico degli occupanti e di ridurre i consumi energetici degli edifici.

dal flusso luminoso diretto proveniente dal sole e dalla volta celeste;

dal flusso luminoso riflesso dalle ostruzioni e dalle superfici esterne;

dal flusso luminoso indiretto causate dalle riflessioni multiple sulle superficiinterne.

L’illuminamento naturale in un punto di un ambiente interno è determinato:

Page 64: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 65: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

La valutazione previsionale del FLD può essere eseguita sulla base della UNI 10840:2000 sostituita dalla 10840:2007.

Page 66: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Il cielo artificiale è uno strumento di laboratorio a carattere innovativo di supporto, valutazione e sviluppo di attività progettuali relativamente a:

Page 67: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

 Consente di simulare soltanto la condizione di cielo coperto(CIE Overcast)  Non consente l’installazione di un sole artificiale Risultati misure e osservazioni precise nonostante la brevedurata delle acquisizioni  Consente di calcolare il fattore di luce diurna Consente di ottenere immagini degli ambienti luminosiraggiunti nel modello  Altezza massima modelli circa 70 cm per evitare dimascherare le interriflessioni tra i vari specchi

Soffitto luminoso realizzato con sorgenti fluorescenti lineari poste dietro una superficie opalina diffondente.

Page 68: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 69: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Il calcolo del FLDm si ottiene dal rapporto della media dei valori di illuminamento acquisiti su una griglia di punti all’interno di modelli architettonici in scala e il valore di illuminamento esterno.

sonda luxmetrica modello architettonico

in scala 1:20

I modelli vengono rivestiti internamente con cartoncini aventi coefficienti di riflessione (r) simili a quelli dei materiali da costruzione reali.

Page 70: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Page 71: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sia assegnata una sorgente S e un punto P appartenente ad un piano orizzontale come rappresentato in figura. Ipotizzando che la sorgente S abbia la seguente curva fotometrica, si calcoli il valore puntuale dell’illuminamento orizzontale nel punto P assegnato.

R=1m

S: sorgente

P

H=2m

D normale al piano orizzontale su cui è il punto P

A

θ

θ

Page 72: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

La relazione da applicare è la seguente:

2 D

cos θ I E =

Le incognite sono sia l’angolo θ che rappresenta l’angolo tra la normale al piano e la sorgente, sia la distanza tra sorgente S e punto P. Per calcolarci l’angolo θ si applicano semplici formule di trigonometria:

° = =

=

⋅ =

27 0,5 arctg H R

arctg θ

tg θ H R

?

?

Per calcolarci la distanza D applichiamo il teorema di Pitagora:

24 , 2 1 2 D 2 2 2 2 = + = + = m R H

Page 73: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Per ricavare il valore dell’intensità luminosa dell’apparecchio in direzione del punto P bisogna utilizzare la curva fotometrica e leggere il valore in corrispondenza dell’angolo compreso tra l’asse della sorgente (0°) e il punto P e che, in questo caso, coincide con l’angolo θ. In corrispondenza dell’angolo pari a 27° abbiamo:

I = 2000 cd

A questo punto è possibile sostituire tutti i valori nella relazione:

lux 356 02 , 5

894 , 0 2000

2,24

cos27° 2000

cos E

2 2 = ⋅ = ⋅ = ⋅ =

D I

θ

Il valore dell’illuminamento del punto P appartenente ad un piano orizzontale è quindi pari a 356 lux.

Page 74: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Sia assegnata una sorgente S e un punto P appartenente ad un piano verticale come rappresentato in figura. Ipotizzando che la sorgente S abbia la seguente curva fotometrica, si calcoli il valore puntuale dell’illuminamento verticale nel punto P assegnato.

R=1m

S: sorgente

P

H=2m

D

normale al piano verticale su cui è il punto P A

θ

piano verticale su cui è il punto P

Page 75: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

La relazione da applicare è la seguente:

2 D

cos θ I E =

Le incognite sono sia l’angolo θ che rappresenta l’angolo tra la normale al piano e la sorgente, sia la distanza tra sorgente S e punto P. Per calcolarci l’angolo θ si applicano semplici formule di trigonometria:

° = =

=

⋅ =

63 2 arctg R H

arctg θ

tg θ R H

?

?

Per calcolarci la distanza D applichiamo il teorema di Pitagora:

24 , 2 1 2 D 2 2 2 2 = + = + = m R H

Page 76: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

lux 181 02 , 5

454 , 0 2000

2,24

cos63° 2000

cos E

2 2 = ⋅ = ⋅ = ⋅ =

D I

θ

Il valore dell’illuminamento del punto P appartenente ad un piano verticale è quindi pari a 181 lux.

Per ricavare il valore dell’intensità luminosa dell’apparecchio in direzione del punto P bisogna utilizzare la curva fotometrica e leggere il valore in corrispondenza dell’angolo compreso tra l’asse della sorgente (0°) e il punto P e che, anche in questo caso, è pari a 27°. Quindi in corrispondenza dell’angolo pari a 27° abbiamo:

I = 2000 cd

A questo punto è possibile sostituire tutti i valori nella relazione:

Page 77: 8 riepilogo con esercitazioni

Illuminotecnica

Siano assegnate due sorgenti luminose (S1 e S2), ed un punto P appartenente ad un piano orizzontale come rappresentato in figura. Utilizzando la seguente curva fotometrica (piano C0-180) e supponendo che entrambe le sorgenti abbiano un flusso luminoso pari a 5000 lumen, si calcoli il valore dell’illuminamento orizzontale nel punto P.

Page 78: 8 riepilogo con esercitazioni

Esercitazioni

Illuminotecnica

1) Una sorgente luminosa con P = 20 W e con un’efficienza luminosa ηηηη =70 lm/W viene

utilizzata in un locale cubico (lato L = 4 m ) con interni in colore chiaro (ρm = 0.7). Quanto vale

l’illuminamento medio?

L’illuminamento medio è esprimibile con:

Dove il flusso luminoso emesso è:

ϕϕϕϕl = P ηηηη

La superficie interna S delimitante l’ambiente è:

S = 6 L2

Per cui risulta:

2) Per illuminare una sala conferenze quadrata ( lato L = 6 m; distanza lampade-piano lavoro

h = 2 m) si desidera utilizzare n = 9 apparecchi con n° 2 tubi fluorescente posizionati al centro

di una maglia quadrata con lato d = h (tubo nuovo ϕϕϕϕlni = 3000 lm/tubo). Si valuti dalle tabelle il

fattore di utilizzazione u e l’illuminamento medio Em che si otterrà in esercizio sul piano di

lavoro. Sapendo che ηηηηl = 75 [lm/W] ricavare la potenza di ciascun apparecchio. (N.B. assumere

fattore di manutenzione k = 0.7, fattore di riflessione del soffitto ρs = 0.5 e fattore di riflessione

delle pareti laterali ρl = 0.3).

][.).()()(

lux648166701

7020

L61

P

S1E

2

mm

l

m =⋅⋅−

⋅=

⋅⋅−

⋅=

⋅−=

ρρρρ

ηηηη

ρρρρ

ϕϕϕϕ

S)1(E

m

l

m⋅⋅⋅⋅ρρρρ−−−−

ϕϕϕϕ====

Page 79: 8 riepilogo con esercitazioni
Page 80: 8 riepilogo con esercitazioni

Per individuare il coefficiente u in tabella si entra nel grafico sopra riportato con le informazioni

disponibili. In particolare, per illuminazione diretta, il fattore i è dato da:

i = a b / h (a + b)

i = 1.5

Il coefficiente u risulta quindi pari a 0.53

Il flusso luminoso di ogni corpo illuminante risulta ϕϕϕϕlni = 2ϕϕϕϕln per cui l’illuminamento medio sul

piano di lavoro (superficie S = 36 m2 ) è esprimibile da:

La potenza elettrica P sarà:

3) Un superficie, caratterizzata da un fattore di riflessione medio della luce ρm = 0.5 è soggetta ad

un illuminamento E = 500 lux. Valutare la luminanza L assunta dalla superficie.

Nel caso di comportamento lambertiano la luminanza della superficie illuminata sarà costante

(indipendente dalla direzione di osservazione) ma dipenderà dal fattore di riflessione della

superficie. Quindi si avrà:

][cd/m8014.3

5005.0EL

2

m ≅⋅

=⋅= ππππρρρρ /

][..ln lux556

36

30002970530

S

nkuE i

m =⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

=ϕϕϕϕ

][]/[

][ln W720

Wlm75

lm300029nP i

=⋅⋅

=⋅

=ηηηη

ϕϕϕϕ

Page 81: 8 riepilogo con esercitazioni

Esercitazioni

Illuminotecnica

1) Il flusso luminoso emesso da una sorgente ad incandescenza è ϕl = 2 [klm]. La potenza

elettrica richiesta della sorgente è P = 150 [W]. Calcolare l’efficienza luminosa e l’intensità

luminosa, ipotizzando la sorgente luminosa isotropa.

L’efficienza luminosa ηηηηl [lm/W] è:

P

l

l

ϕϕϕϕ====ηηηη

]W

lm[3,13

W150

lm2000l ========ηηηη

Essendo la sorgente luminosa isotropa, I = cost. Quindi, dalla definizione di flusso luminoso

emesso, si ricava quanto segue:

ππππ⋅⋅⋅⋅====ϕϕϕϕ⇒⇒⇒⇒∫∫∫∫ ωωωω====ϕϕϕϕππππ

4IdI l

4

01

2) Un sorgente luminosa è caratterizzata dalla curva fotometrica rappresentata in figura. Si valuti

l’illuminamento che si ha al suolo, nella direzione formante un angolo di 60° con il piano

orizzontale, supponendo di porre l’apparecchio all’altezza h = 3 [m].

]cd[15914.34

2000

4I l

====⋅⋅⋅⋅

====ππππ

ϕϕϕϕ====

Page 82: 8 riepilogo con esercitazioni

La direzione formante un angolo di 60° con il piano, corrisponde sul grafico ad una direzione di

30°. Dal diagramma, si ricava:

L’illuminamento alla distanza h = 3m, per un angolo di 30° risulta:

]lux[293

65.0400

h

cosIE

22

3

≅≅≅≅⋅⋅⋅⋅

====ϑϑϑϑ⋅⋅⋅⋅

====

3) Si vuole evidenziare durante le ore notturne la facciata di un palazzo monumentale posto in una

piazza di un paese. A questo scopo, per ragioni di equilibrio col paesaggio circostante, si

richiede che la luminanza della facciata sia L = 15 [cd/m2]. La facciata è intonacata in tinta

scura ( 4.0====ρρρρ ). Quale dovrà essere l’illuminamento medio che le sorgenti dovranno realizzare

Em sulla facciata?.

Nell’ipotesi di comportamento lambertiano, la luminanza della superficie illuminata sarà

costante (indipendente dalla direzione di osservazione) ma sarà funzione del fattore di riflessione ρ

della superficie dell’illuminamento medio Em:

ππππ

⋅⋅⋅⋅ρρρρ====

mEL

]lux[1184.0

1514.3LEm ====

⋅⋅⋅⋅====

ρρρρ

⋅⋅⋅⋅ππππ====⇒⇒⇒⇒

]cd[400I30 ====°°°°

Page 83: 8 riepilogo con esercitazioni

4) Quattro sorgenti luminose di potenza 500 [W] montano sorgenti a fluorescenza (ηl = 90

[lm/W]) e hanno curva fotometrica come mostrato in figura. Le sorgenti sono poste ai lati di un

reticolo quadrato di lato 6m x 6m, all’altezza h = 5 [m]. Verificare se nel punto P, punto

centrale del quadrato in pianta, si ottiene un illuminamento minimo di 300 [lux].

.

Page 84: 8 riepilogo con esercitazioni

Si ricava dapprima il flusso luminoso ϕϕϕϕl emesso da ciascuna sorgente:

]lm[45000W500W

lm90Pll ====⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅ηηηη====ϕϕϕϕ

L’angolo θ che caratterizza la direzione di emissione (sorgente – punto P) è:

°°°°====

⋅⋅⋅⋅====θθθθ⇒⇒⇒⇒

⋅⋅⋅⋅====θθθθ 40

5

23tana

5

23tan

Dal diagramma si ricava l’intensità luminosa:

cd4950lm45000lm

cd10110I

lm

cd10110I

klm

cd110I

33====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⇒⇒⇒⇒⋅⋅⋅⋅====⇒⇒⇒⇒====

−−−−

θθθθ

−−−−

θθθθθθθθ

A questo punto si ricava l’illuminamento dato da un singolo corpo illuminante

]lux[895

)40(cos4950

h

cosIE

2

3

2

3

≅≅≅≅°°°°⋅⋅⋅⋅

====θθθθ⋅⋅⋅⋅

====θθθθ

L’illuminamento totale sarà dato dalla somma dei quattro contributi e verifica l’illuminamento

minimo richiesto:

]lux[356E4EEEEE 4321TOT ====⋅⋅⋅⋅====++++++++++++====

Page 85: 8 riepilogo con esercitazioni

5) Il soffitto di un locale (A = 6m x 9m) intonacato bianco (ρ = 0,8) viene utilizzato come una

superficie luminosa per illuminare il piano di lavoro (posto ad 0.8 [m] dal pavimento). Se

l’illuminamento del soffitto è pari a E1 = 350 [lux] si valuti il contributo di illuminamento

medio diretto fornito dal soffitto sul piano di lavoro Em2.

Il soffitto pertanto si comporta come una superficie luminosa avente un’emettenza luminosa :

11l EM ⋅⋅⋅⋅ρρρρ====

Nell’ipotesi di comportamento lambertiano, la luminanza del soffitto sarà :

]m

cd[90

EML

2

11l

1 ≅≅≅≅ππππ

⋅⋅⋅⋅ρρρρ====

ππππ====

L'illuminamento medio Em2 prodotto dal soffitto ( A1) sul piano di lavoro (A2 ) è:

2

12,11

2

12,11l

2

l

mA

AFL

A

AFM

AE 21

2

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ππππ====

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====

ϕϕϕϕ====

→→→→

Il fattore di vista F12 si può valutare dal diagramma seguente in base ai rapporti seguenti:

c

ax ====

c

by ====

,.

Page 86: 8 riepilogo con esercitazioni

Risulta:

4.2)8.05.4(

9

c

ax ====

−−−−======== 6.1

)8.05.4(

6

c

by ====

−−−−========

e quindi:

42.0F 2,1 ≅≅≅≅

Dunque applicando la relazione si ha:

]lux[11842.09014.3FLE 2,11m2====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ππππ====