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Facoltà di Architettura . Le sorgenti artificiali

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Laboratorio di costruzioni

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Le sorgenti artificiali

Le sorgenti primarie di luce artificiale, dette lampade, sono alimentate da energia elettrica e generalmente inserite in dispositivi realizzati con materiali riflettenti e/o rifrangenti atti ad effettuare il controllo in intensità (attenuazione) e direzionalità del flusso luminoso da esse emessa.

L’insieme della lampada e del dispositivo di controllo è detto apparecchio illuminante.

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Tipologie di lampade

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Parametri caratteristici delle lampade

Tensione di alimentazione: indica la tensione, in Volt, di alimentazione elettrica (trasformatore).

Potenza elettrica: rappresenta, in watt, la potenza necessaria al funzionamento della lampada.

Flusso luminoso: rappresenta la quantità di luce emessa dalla lampada ed è espressa in lumen.

Efficienza luminosa η: è espressa dal rapporto tra il flusso luminoso emesso dalla lampada e a potenza elettrica necessaria al funzionamento della stessa [lm/W].

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Efficienza luminosa

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Temperature di colore

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Temperature di colore

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Diagramma di Kruithof

Con quale criterio si stabilisce qual è la migliore temperatura di colore per un ambiente da illuminare?

In funzione dell’oggetto e delle sue caratteristiche di riflessione

In generale la tonalità più gradevole

per l’occhio è correlata ai livelli di

illuminamento medi

dell’ambiente.

Diagramma E-T

Si indica la zona di illuminamento

confortevole a diversi valori di

illuminamento e diverse T.

Per livelli bassi di illuminamento è

indicato l’impiego di sorgenti con

basse temperature di colore

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Resa cromatica

I colori dipendono dalla composizione spettrale della luce che giunge sull’oggetto.

Se le sorgenti contengono in modo uniforme un po’ in tutte le frequenze del visibile allora i colori appaiono al meglio. Viceversa, le sorgenti che difettano non sempre consentiranno di ottenere una buona resa

dei colori.

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Le lampade ad incandescenza

L’elemento incandescente è un sottilissimo filamento metallico in tungsteno, contenuto in un’ampolla (bulbo) e attraversato da corrente elettrica, continua o alternata, che ne provoca, per effetto Joule, il surriscaldamento fino a circa 2800 K e la conseguente emissione di radiazioni visibili.Efficienza luminosa

10–25 lm/W (bassa)Temperatura di colore: 2800 – 3000 KRa = 100Vita media 1000 h (tempo nel quale il flusso

luminoso si riduce del 30%)

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La maggior parte delle radiazioni tra i 2500 e i 3000 K ricadono nel campo dell’IR (circa l’80%)

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Le lampade ad incandescenza alogene

Lampade ad alogeni:

Migliorano le prestazioni e la durata della vita delle lampade ad incandescenza

sono costituite da un sottile tubo di quarzo a riempimento di iodio, o di altri alogeni, come bromo, contenente un filamento di tungsteno a spirale rettilinea.

Il tungsteno, sublimato dal filamento, invece di depositarsi sulle

pareti interne del bulbo, reagisce con l’alogeno dando luogo ad un

particolare ciclo per cui si va a ridepositare sul filamento stesso.

Ciò aumenta la vita della sorgente ed evita l’annerimento del tubo,

quindi la riduzione del flusso luminoso.Efficienza luminosa 16– 30 lm / WTemperatura di colore: 2900 – 3500 KRa = 100Vita media 2000 h (x2)

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  • Le lampade fluorescenti

  • Appartengono alla famiglia delle lampade a scarica, costituite da un bulbo contenente un gas di innesco e due elettrodi. Applicando una tensione agli elettrodi per mezzo di uno starter si crea corrente, cioè passaggio di elettroni dal polo positivo – a quello positivo +.

  • Gli elettroni entrano in collisione con gli atomi del gas, con conseguente sviluppo di calore ed emissioni di radiazione elettromagnetiche.

  • Le lampade fluorescenti utilizzano come gas il vapore di mercurio a bassa pressione e l’interno del bulbo è rivestito da sostanze dette fosfori, che convertono le radiazioni UV emesse dal mercurio in radiazioni visibili. Efficienza luminosa 45-100 lm / WTemperatura di colore: dipende dai fosforiRa = 60-95Vita media 5000-10000 h

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Confronto tra le prestazioni di sorgenti per uso residenziale (fonte ENEA)

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I LED (LighEmittingDiods)

I LED sono costituiti da diodi.

Un diodo ad emissione luminosa è un dispositivo elettronico che sfrutta le proprietà di alcuni materiali, detti semiconduttori, di produrre fotoni spontaneamente.

Se sottoposti ad una tensione rilasciano energia sotto forma di fotoni. Sono tipicamente formati da composti di gallio o silicio.

In base alla loro composizione emettono luce di una particolare lunghezza d’onda (monocr.).

I primi led emettevano luce rossa (display), successivamente gialla e verde.

Da quando furono realizzati anche i led blu (anni’90) è possibile ottenere tutte le combinazioni cromatiche.

R, G, B.

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I LED

Pregi:

Elevata affidabilità.

Lunga durata (non risentono di umidità e vibrazioni).

Elevata efficienza.

Basso consumo.

Applicazioni: segnaletica, retroilluminazione di display, cartelloni, illuminazione.

.

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LED

La loro applicazione è consigliata per la segnaletica stradale, per l’illuminazione decorativa, quando sono richiesti effetti cromatici dinamici e nella valorizzazione di forme e volumi, date le loro piccole dimensioni e la possibilità di controllo ottimale del flusso luminoso

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Illuminazione decorativa

Illuminazione stradale

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La luce naturale

Per luce naturale si intende quella proveniente dal sole e dalla volta celeste.

La luce naturale consente di conseguire risparmi energetici, riducendo i consumi derivanti dall’utilizzo dell’illuminazione artificiale.

La luce naturale è caratterizzata da variabilità nel tempo sia per quanto riguarda il flusso luminoso che la temperatura di colore.

La luce del sole che contiene tutte le frequenze nel visibile (luce bianca) arriva in atmosfera e giunge al suolo in parte in linea retta, in parte dopo aver subito riflessioni multiple, a causa delle particelle presenti in atmosfera (vapor d’acqua) e diffondendosi in tutte le direzioni.

Le lunghezze d’onda deviate dalla direzione rettilinea sono le più piccole e corrispondenti al blu, ecco perché il cielo appare di colore blu.

Le lunghezze d’onda delle radiazioni che giungono direttamente

al suolo privata di queste piccole lunghezze d’onda appartengono

alla banda del giallo-arancione (colore con cui appare il disco solare).

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  • Composizione della luce naturale

  • La luce naturale è costituita da:

  • la componente solare diretta, che è direzionale e che dipende dalla posizione del sole sulla volta celeste

  • la componente diffusa proveniente dalla volta celeste.

  • La componente diffusa è dovuta a quella parte di radiazione solare che viene dispersa, per

  • riflessioni multiple, dalle particelle di vapore

  • acqueo e dal particolato presente in atmosfera.

  • In particolare le nubi (particelle di acqua più

  • grandi rispetto a quelle del vapor d’acqua

  • presente in atmosfera) riescono a deviare tutte

  • le radiazioni.

  • Quindi la componente diretta decresce con l’aumentare

  • della nuvolosità del cielo.

  • In condizioni estreme (cielo overcast), la

  • componente diretta è assente

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La luce naturale all’interno degli edifici: il DF

Parametro sintetico che serve per valutare l’illuminazione naturale all’interno di un ambiente confinato, in assenza di radiazione solare diretta, è il fattore di luce diurna o DF (daylightfactor)

Esso è definito come il rapporto tra l’illuminamento in un punto di una superficie in un ambiente interno e l’illuminamento, nello stesso istante, su una superficie orizzontale esterna, in assenza di ostruzioni, prodotto dalla volta celeste escludendo la componente solare diretta.

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  • L’illuminamento interno è dovuto a tre fattori:

  • una parte di illuminamento è quello dato direttamente dal cielo

  • una parte arriva sul piano di lavoro per effetto della riflessione su superfici esterne, quali alberi e costruzioni vicine

  • una parte per effetto della riflessione su superfici interne, quali pareti, pavimento, soffitto, etc.

  • Per cui DF è dato dalla somma di tre

  • aliquote (%):DF = Ds + De +Di

  • Ds (componente diretta che giunge sul

  • punto in esame)

  • De (compon. riflessa esternamente)

  • Di (componente riflessa internamente)

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DF medio

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  • Andamento del DF per aperture laterali e lucernai

  • L’accesso di luce naturale all’interno degli ambienti può avvenire per illuminazione laterale (superfici trasparenti sulle pareti verticali) ed illuminazione dall’alto (lucernai).

  • La distribuzione della luce naturale all’interno degli ambienti della luce dipende:

  • dall’orientamento delle aperture

  • dalle loro dimensioni, forma e collocazione

  • dalla presenza di sistemi di controllo della luce,

  • dalla geometria dell’ambiente e dai fattori di riflessione delle superfici interne dell’ambiente.

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Andamento del DF in ambienti con lucernai

Andamento del DF in ambienti con aperture laterali


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Isolinee relative al DF in ambiente con apertura su superficie verticale

I valori sono elevati in prossimità della finestra e decrescenti verso la parete opposta, raggiungendo valori inferiori all’unità.

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DF in ambiente con apertura con lucernaio

La distribuzione del DF e degli illuminamenti è più uniforme rispetto al caso di illuminamento con apertura laterale

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  • Riferimenti legislativi e normativi (valori minimi):

  • - Circolare del Ministero dei Lavori pubblici n° 3151 del 22/5/1967 (edilizia civile sovvenzionata).

  • - Circolare del Ministero dei Lavori pubblici n° 13011 del 22/12/1974 (edilizia ospedaliera).

  • - Decreto del Ministero della Sanità del 5/7/1975 (edilizia residenziale): area finestre >1/8 area pavimento.

  • - D. M. del 18/12/1975 (edilizia scolastica).

  • - UNI 10840 “Locali scolastici criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale”, maggio 2007.

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La radiazione solare diretta

In linea di principio la radiazione solare diretta, e dunque la luce proveniente direttamente dal sole, va opportunamente schermata al fine di evitare fenomeni di abbagliamento e di eccessivo riscaldamento degli ambienti durante il periodo estivo.

L’impatto della componente solare diretta varia al variare della località, dell’orientamento, dell’ora del giorno e del giorno dell’anno, in base alle ostruzioni ed ai sistemi schermanti presenti

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Ombre portate su facciate di edifici

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Sistemi per evitare eccessivi gradienti

In presenza di radiazione solare diretta sono possibili in ambiente eccessivi gradienti di illuminamento, cioè zone fortemente illuminate e zone scarsamente illuminate .

Mediante impiego di “scaffali di luce” (light shelves) opportunamente orientati, con aperture verticali, è possibile distribuire la luce negli ambienti con maggiore uniformità.

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Sistemi per evitare eccessivi gradienti

Nel caso di luce proveniente dall’alto, la soluzione con sistemi trasparenti collocati su superfici verticali ed esposti a sud consente di fare accedere la luce solare diretta e distribuirla opportunamente in ambiente.

Nella soluzione a “dente di sega” si ottiene una migliore distribuzione degli illuminamenti su piano orizzontale.

Gli andamenti riportati nelle figure si riferiscono a cielo “clear” (sereno), con superfici vetrate orientate a sud.

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L’illuminamento non è uniforme

La soluzione a dente di sega riduce la disuniformità

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L’abbagliamento

Sorgenti naturali o artificiali (come definito dalla CIE)

In generale, il fenomeno dell’abbagliamento è di due tipi:

Abbagliamento fisiologico o disabilitante: Riduzione temporanea delle prestazioni visive dovuta alla diffusione della luce all’interno dell’occhio.

Abbagliamento psicologico Perdita di comfort senza necessariamente provocare una perdita nella visione, dovuta alla permanenza in ambienti con condizioni che arrecano disturbo nel tempo.

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Esempio di abbagliamento disabilitante (disabilityglare)

Esempio di abbagliamento psicologico (discomfortglare)

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Da cosa è prodotto l’abbagliamento da luce naturale?

L’abbagliamento è dovuto al contrasto eccessivo tra la luminanza della finestra e quella delle pareti circostanti.

Una sorgente con luminanza molto elevata e dimensioni piccole collocata su una parete scura produce maggiore abbagliamento di sorgenti ampie collocate su pareti chiare (altamente riflettenti).

Relazioni tra il contrasto di soglia e la luminanza dello sfondo per varie dimensioni dell'oggetto e tempi di esposizione s

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  • Gli indici di abbagliamento da luce naturale

  • Tutti gli indici di abbagliamento da luce naturale dipendono da:

  • Luminanza della finestra,

  • Luminanza dello sfondo che rientra nel campo di vista

  • Parametri geometrici piuttosto complessi, quali gli angoli solidi sottesi dai diversi elementi all’interno del campo di vista

  • L’indice più noto è il DGI (DaylightGlareIndex).

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Il DGI rispetto alle sensazioni prodotte, in relazione anche all’UGR, indice di abbagliamento per sorgenti artificiali

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Sistemi di controllo del flusso luminoso

Sistemi di controllo del flusso luminoso proveniente sia da sorgente naturale che da sorgente artificiale in modo da ottenere luminanze ottimali per i diversi compiti visivi.

Per quanto riguarda la luce artificiale i sistemi di controllo sono gli apparecchi illuminanti.

Il flusso luminoso emesso dalle lampade deve essere opportunamente distribuito e direzionato nello spazio in modo da soddisfare le diverse esigenze ed evitare i fenomeni di abbagliamento.

A tal fine si adoperano dei sistemi costituiti da elementi riflettenti e/o rifrangenti e/o diffondenti che formano un sistema ottico.

Altre funzioni dell’apparecchio illuminante: protezione meccanica, elettrica e termica della lampada.

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Diverse ottiche e distribuzioni di luce

Sezione di apparecchio illuminante con lampada fluorescente

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  • La distribuzione spaziale del flusso luminoso

  • L’intensità luminosa di una sorgente varia al variare della direzione nello spazio.

  • La scelta di un apparecchio illuminante deve essere effettuata sostanzialmente tenendo conto del:

  • del solido fotometrico, cioè della distribuzione spaziale delle intensità luminose,

  • del flusso luminoso emesso,

  • della potenza assorbita

  • della tensione di alimentazione.

  • L’intersezione del solido fotometrico con i vari piani passanti per l’asse ottico della sorgente determina le curve fotometriche polari

  • Le ditte produttrici di apparecchi illuminanti forniscono tali dati fotometrici sotto forma di diagrammi o tabelle, che descrivono la variazione dell’intensità luminosa secondo differenti direzioni.

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Il sistema di coordinate polari

Si definisca un sistema di riferimento per poter leggere i diagrammi polari.

Si consideri l’asse ottico dell’apparecchio illuminante (asse verticale).

Su ogni piano passante per esso si definisce l’angolo ga partire dalla posizione verticale orientata verso il basso (corrispondente a g =0°), positivo in senso antiorario.

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Il sistema di coordinate polari

I differenti piani verticali sono individuati mediante l’angolo C.

Il piano corrispondente a C =0° (comprendente anche C=180°) è solitamente un piano di simmetria (piano longitudinale).

C è positivo se antiorario

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Letture delle intensità luminose (Philips) su grafico polare e tabella

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Valore unico per ogni C e g=0° asse ottico

Per g=30° e C=0° curva rossa

Per g=30° e C=90° (270) curva blu

Le rette indicano l’angolo g

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Distribuzione del flusso luminoso

Classificazioni del tipo di illuminazione in

funzione della percentuale di flusso emessa

verso l’alto o verso il basso.

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Distribuzione del flusso luminoso

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Distribuzione del flusso luminoso

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  • Apparecchi illuminanti: il LOR (Light OuputRatio)

  • Parte del flusso luminoso emesso da una sorgente non fuoriesce dal corpo illuminante ma rimane intrappolato all’interno per riflessioni e assorbimenti multipli da parte degli elementi che controllano il flusso

  • Il LOR è il rapporto tra il flusso luminoso che fuoriesce e quello che rimane intrappolato dentro l’apparecchio: maggiore è il LOR più efficiente è l’apparecchio (%).

  • Classificazione lampade secondo CIE:

  • Stringa di 5 cifre

  • Es: CIE Flux Code: 71  100  100100  87

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  • Apparecchi illuminanti: il LOR (Light OuputRatio)

  • CIE Flux Code: 71  100  100100  87

  • Il LOR è l’ultimo numero della stringa

  • Il penultimo è il flusso luminoso emesso verso il basso (%)

  • I primi tre rappresentano rispettivamente:

  • - Il flusso luminoso (%) che ricade entro un angolo g di 41,44°

  • Il flusso luminoso (%) che ricade entro un angolo g di 60°

  • Il flusso luminoso (%) che ricade entro un angolo g di 75,5°

  • Esempio: CIE Flux Code: 71  100  100100  87

  • LOR = 87, il flusso è tutto diretto verso il basso (100%)

  • Il 100% è emesso entro un angolo g di 60° e di 75,5°, solo il Il71% ricade entro un angolo g di 41,44°.

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  • Apparecchi illuminanti: il LOR (Light OuputRatio)

  • In figura

  • Lampada: 1 x TL5-35WFlusso luminoso: 3300 lm

  • Flusso effettivo: 3300 lm x 0.87 = 2871 lm

  • CIE Flux Code: 71  100  100100  87

  • TBS318 1xTL5-35W/830 830 indica la resa cromatica e la temperatura di

  • colore

  • Ra = 80; Tc = 3000K (tonalità calda)

  • T5 diametro tubo 16mm

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Apparecchio incassato a soffitto (Philips)

Curve fotometriche nei piani C0-C180 e C90-C270

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  • Il LOR ed il CIE flux code

  • Lampade: 1 x TL5C60W

  • Flusso luminoso: 5000 lm (maggiore)Classificazione lampade secondo CIE: 96CIE Flux Code: 66  96  99  96  53Flusso effettivo: 5000 lm x 0,53 = 2650 lm (minore)Il 96% del flusso luminoso è diretto verso il basso

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Apparecchio a sospensione con fluorescente tubolare circolare (Philips)

Curva fotometrica simmetrica rispetto all’asse verticale

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  • Esempio di flusso luminoso diffuso

  • Lampade: 2x35 W, T5 G5Classificazione lampade secondo CIE: 52CIE Flux Code: 71  99  100  53  63Flusso luminoso: 7300 lmFlusso effettivo: 7300 x 0,63 = 4599 lmFlusso diretto verso il basso: 4599 x 0,53 = 2437,5 lmFlusso diretto verso l’alto: 4599 - 2437,5 = 2161,5 lm

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Apparecchio a sospensione con fluorescenti lineari (Philips)

Curve fotometriche

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Sistemi di controllo della luce naturale

Schermi: interni (blinds), esterni (louvers), fissi, mobili controllati in modo manuale o automatico. Impediscono l’accesso della radiazione solare diretta.

La radiazione solare diretta comunque, opportunamente controllata, può essere gradevole conferendo effetti luminosi all’ambiente senza provocare

abbagliamento, quindi favorevole dal punto di vista del comfort

visivo e,inoltre, senza provocare problemi di surriscaldamento

termico, quindi non svantaggioso dal punto di vista energetico.

Pertanto la componente diretta della radiazione solare deve

essere evitata in estate e favorita in inverno

Tipologie di schermi

Interni o esterni

Gli schermi esterni sono più efficienti da punto di vista termico

perché la radiazione solare non attraversa l’elemento vetrato e

non giunge nell’ambiente.

Fissi o mobili (switch manuale o automatico)

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Localizzazione interna o esterna

Tutti i sistemi schermanti ed in particolare quelli esterni richiedono una adeguata manutenzione, soprattutto se localizzati in zone ad elevato inquinamento.

La presenza di sporco modifica le caratteristiche ottiche dei sistemi e riduce il fattore di trasmissione della radiazione luminosa, alterando le prestazioni.

Sistemi schermanti interni

I sistemi interni sono generalmente controllabili

dall’utenza, oppure regolati in modo automatico.

Posso essere costituiti da materiali riflettenti o

diffondenti (tende) e possono avere la caratteristica di

impedire l’accesso alle radiazioni ultraviolette

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Sistemi di controllo integrati nel vetro

Sono composti da due lastre di vetro fra le quali sono collocati materiali o dispositivi (alette) riflettenti e/o rifrangenti atti a migliorare le prestazioni luminose e termiche.

Esistono molteplici tipologie, a controllo manuale o automatico, scelte in funzione delle esigenze tra le quali i pannelli con “fish-system”, i pannelli Okalux, i pannelli Kapilux ed Okaflex (http://www.okalux.de/index)

A questa categoria appartengono anche i TIM (TransparentInsulationMaterials):

hanno una buona trasmissione della luce e un buon isolamento termico.

Sono costituiti da materiali in policarbonato, polistirene, cloruro di polivinile.

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Il bilancio energetico di un componente finestrato

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Trasmittanza solare

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aefe=qife+qefe

All’interno giunge:

tefe+qife= (te+qi)fe=gfe

Scambio termico


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Scambio termico

Qg=UgAgDq

dipende dalla trasmittanza del componente finestrato (telaio + vetro), il ponte termico tra vetro e telaio e della differenza di temperatura tra i due ambienti

Fattore di trasmissione luminoso

tv = flusso luminoso trasmesso/flusso luminoso incidente

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Le caratteristiche dei sistemi vetrati

I principali parametri che caratterizzano i componenti finestrati sono:

la trasmittanza termica U [W/m2K];

il fattore di trasmissione dell’energia solare totale (fattore solare) g;

il fattore di trasmissione luminosa tv;

Il rapporto tv /g è indicativo di quanta luce solare penetra all’interno dell’ambiente rispetto all’energia corrispondente

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Radiazione solare:

Comprende UV-visibile-vicino IR

Un vetro con buone capacità di trasmissione ha elevati

valori di t nel visibile.

Se tale fattore è alto anche nel vicino IR, il vetro è

adatto a climi rigidi invernali perché fa entrare la

radiazione solare termica, non visibile.

Se invece si attenua drasticamente l’ingresso del

vicino IR si ottiene un vetro adatto a climi caldi.

Le caratteristiche di trasmissione e riflessione possono

essere modificate con pellicole selettive.

Cosa significa?

Poiché l’energia assorbita dal vetro viene riemessa con l del lontano infrarosso, sia verso l’interno che verso l’esterno, è possibile, inserendo tali pellicole, massimizzare in funzione del clima il flusso termico reindirizzato verso l’interno (vetro adatto a climi freddi) oppure quello reindirizzato verso l’esterno (vetro adatto a climi caldi)

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  • I metodi quantitativi (per la valutazione delle distribuzioni delle luminanze e degli illuminamenti relativi a varie superfici illuminate)

  • - Metodo per punti.

  • Metodo Lumen o del Flusso Totale o del Fattore di Utilizzazione.

  • - Impiego di software di calcolo, basati su diverse tecniche numeriche.

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Diagramma isolux

Illuminamenti medi del cono di luce

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Metodo per punti (sorgente puntiforme)

Consiste nell’applicazione della legge dell’inverso del quadrato e del coseno, per cui è accurato per la valutazione della componente diretta degli illuminamenti.

E’ particolarmente indicato per gli esterni, dato che le componente dovuta alle riflessioni multiple è in tal caso di piccola incidenza, rispetto all’interno.

È possibile calcolare le due componenti Eh e Ev di E su un punto P di una superficie orizzontale, assegnate l’intensità luminosa I della sorgente nella direzione sorgente-punto e la posizione relativa della sorgente rispetto al punto.

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Illuminamento prodotto da una sorgente puntiforme

Calcolo degli illuminamenti Eh ed Ev in P

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  • Metodo per punti

  • Può essere applicato anche a sorgente estesa, che si possa assumere lambertiana a luminanza uniforme (luminanza indipendente dal singolo punto e, per ogni punto, dalla direzione).

  • Tenendo conto di:

  • dimensione della sorgente

  • posizione relativa della sorgente-punto illuminato,

  • è possibile valutare l’illuminamento nel punto in esame (P), considerato appartenente ad una superficie con giacitura parallela alla superficie sorgente o con giacitura ortogonale ad essa.

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Il metodo del flusso totale

Tiene conto anche della componente riflessa

della radiazione luminosa di una sorgente

Tale metodo è un approccio semplificato per

geometrie semplici.

Esso si applica per calcolare il numero di

apparecchi necessari per ottenere su una

superficie di calcolo orizzontale di area A

un illuminamento medio prefissato, Em.

Il flusso utile, che incide sulla superficie di

calcolo in esame, è pari a Em*A.

Esso rappresenta una frazione del flusso

totale emesso potenzialmente dagli apparecchi,

e pari al flusso unitario per il numero degli apparecchi.

Tale frazione è definita dal prodotto del fattore

di utilizzazione (FU) per un fattore di manutenzione

del flusso luminoso (FM).

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Il calcolo del fattore di utilizzazione FU

Esso si può calcolare sia per ambienti interni che esterni.

Per ambienti interni è possibile calcolare FU per geometrie semplici (es. parallelepipedi).

In tal caso, esso dipende dalla geometria della stanza e dai fattori di riflessione medi delle superfici che la delimitano.

La stanza si suddivide in tre zone o cavità:

CC: CeilingCavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il soffitto (hcc);RC: RoomCavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il piano di lavoro a 85 cm dal pavimento (hrc);FC: FloorCavity, la porzione di stanza compresa tra il piano di lavoro e il pavimento (hfc)

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Il calcolo del fattore di utilizzazione

CC

CeilingCavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il soffitto (hcc);RC

RoomCavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il piano di lavoro a 85 cm dal pavimento (hrc);FC

FloorCavity, la porzione di stanza compresa tra il piano di lavoro e il pavimento (hfc)

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Dette L e W le dimensioni in pianta della stanza, per ciascuna cavità si calcola un rapporto (CavityRatio):

CR = 5*hc (L+W)/(L*W)

Se la geometria di pianta non è regolare

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Il calcolo del fattore di utilizzazione

Per ciascuna tipologia di apparecchio illuminante esistono tabelle che consentono di ricavare il Fattore di Utilizzazione in funzione di

- RCR (RoomCavityRatio),

- fattore di riflessione medio della cavità del soffitto ρcc

- fattore di riflessione medio delle supefici laterali ρw , posto che il fattore medio di riflessione della cavità pavimento ρfcsia pari al 20%.Noto RCR, come si determinano ρcc e ρfc?

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  • Il calcolo del fattore di utilizzazione

  • Il fattore di riflessione corrispondente alla cavità soffitto ρcc è funzione di:

  • fattore di riflessione del soffitto ρc

  • rapporto di cavità del soffitto CCR

  • fattore di riflessione delle pareti laterali, ρw.

  • Se gli apparecchi illuminanti sono applicati al soffitto (hcc=0), allora CCR=0; in tal caso ρcc = ρc. Discorso analogo vale per il fattore di riflessione della cavità pavimento, rfc.

  • L’IlluminatingEngineering Society of North America (IESNA) ha pubblicato delle tabelle per la valutazione di tali fattori di riflessione riferiti alle cavità.

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Il calcolo del fattore di utilizzazione

In alternativa, ρcc e ρfc possono essere valutati applicando le relazioni analitichefornite dall’IESNA.

Noti tali valori, si valuta il fattore di utilizzazione in funzione di questi, del RCR e del tipo di distribuzione luminosa dell’apparecchio illuminante. Tali dati sono reperibili in tabelle dell’IESNA oppure direttamente forniti dalle ditte produttrici.

Foglio di excel

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Il fattore di perdita luminosa (MaintananceFactor MF)

Una volta noto il FU, è necessario valutare il fattore correttivo (FM) riduttivo che tiene conto delle riduzioni del flusso luminoso dovute a:

- tensione di alimentazione, dissipazione di calore, temperatura ambiente, deterioramento delle superfici dell’apparecchio illuminante, deviazione rispetto al corretto posizionamento dell’apparecchio;

- manutenzione dell’apparecchio, invecchiamento della lampada e tipo di alimentatore, pulizia della stanza.

In generale:

FM = LDD * LLD * RSMF

LDD: luminairedirtydepreciationfactor, che tiene conto dello stato di pulizia dell’apparecchio

LLD: lamp lumen depreciationfactor, che tiene conto della riduzione del flusso per invecchiamento dell’apparecchio illuminante

RSMF : roomsurfacemaintanancefactorche tiene conto dello stato di pulizia delle superfici che delimitano la stanza

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LDD

LLD

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RoomSurfaceMaintainanceFactor

Dipendono anche dal tipo di illuminazione.

In Figura è riportato i valori dei RSMF, in funzione del RoomCavityRatio e dei diversi livelli di inquinamento dell’ambiente

10 = ambiente molto pulito

40 = ambiente molto inquinato

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Il rapporto S/H (Spacetoheightratio)

Dividendo il flusso luminoso totale per ottenere un dato illuminamento medio su una superficie per il flusso emesso da ciascun apparecchio, si ottiene il numero di apparecchi necessari.

Tale procedura non è comunque sufficiente a garantire una buona uniformità di illuminamento sul piano in esame.

E’ necessario inoltre che la distanza tra gli apparecchi S, rapportata all’altezza di montaggio H rispetto al piano di lavoro non superi un dato valore limite.

Figura

500 lux è l’illuminamento medio. Esso è disuniforme

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Illuminamento prodotto da una sorgente puntiforme

Calcolo degli illuminamenti Eh ed Ev in P

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Definizione di S e H

L’illuminamento medio è di 500 lux, ma c’è eccessiva disuniformità

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I metodi computerizzati

Il metodo del fattore di utilizzazione

Dati di input: tipologia e dati fotometrici degli apparecchi illuminanti, geometria e fattori di riflessione dell’ambiente, altezza di installazione, fattori di manutenzione, illuminamento che si vuole ottenere su una data superficie orizzontale di calcolo.

Dati di output: numero di apparecchi necessari a produrre l’illuminamento richiesto sulla superficie e loro disposizione in ambiente.

Applicazioni: ambienti con geometria semplice, illuminazione di tipo generale

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Dati relativi all’apparecchio illuminante

Esempio di distribuzione degli apparecchi illuminanti

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Metodo lumen: dati di input (Dialux light)

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Dati di input escluso l’illuminamento desiderato (Software Dialux light)

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  • Metodo lumen: dati di output (Dialux light)

  • - Numero di apparecchi necessari a ottenere l’illuminamento previsto e la loro collocazione in ambiente

  • Distribuzione degli illuminamenti sul piano di lavoro, in forma tabellare e di curve isolux

  • I valori dell’illuminamento minimo, medio e massimo

  • - I rapporti tra:

  • l’illuminamento minimo e quello

  • medio

  • l’illuminamento minimo e quello

  • massimo.

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Dati di output in base all’illuminamento pianificato (Software Dialux light)

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I metodi computerizzati

Il metodo della radiosità (radiositymethod)

Ipotizza che tutte le superfici siano uniformemente diffondenti

Non considera le eventuali superfici speculari, né quelle trasparenti (cioè ipotizza che tutte le superfici siano opache).

Dopo il calcolo della componente diretta, valuta le successive inter-riflessioni della radiazione luminosa tra le superfici che delimitano l’ambiente

Dati di input:

Caratteristiche delle sorgenti e delle superfici.

Dati di output:

Distribuzione di illuminamenti e luminanze, fattori di luce diurna nel caso di luce naturale, rendering.

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Il software Dialux

È scaricabile dal sito dialux. Consente di effettuare il calcolo illuminotecnico sotto condizioni di illuminazione sia naturale che artificiale per ambienti interni, esterni e per l’illuminazione stradale. Applica il metodo della radiosità e dunque considera tutte le superfici uniformemente riflettenti o lambertiane. Per quanto riguarda i dati di input, è possibile importare modelli 3D oppure costruire direttamente il modello nell’ambiente del programma. Ovviamente occorre assegnare i fattori di riflessione e le caratteristiche di finitura superficiale per tutte le superfici.

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Input del software Dialux: costruzione del modello

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Il software Dialux: dati di output

Una volta costruito il modello ed assegnate le caratteristiche delle sorgenti, sia naturali che artificiali, sono calcolati gli illuminamenti e le luminanze sulla superficie utile orizzontale, posta,in mancanza di diverse indicazioni, ad 85 cm dal suolo.

È possibile introdurre superfici di calcolo, in cui sono valutate le stesse grandezze e punti di calcolo con la possibilità di effettuare la verifica all’abbagliamento.

In presenza di luce naturale con il modello di cielo coperto sono valutati i fattori di luce diurna. I dati in uscita sono espressi in formato grafico o tabellare

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Output del software Dialux

Output del software Dialux:

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