Illuminotecnica

Lampade a Led : cosa sono , vantaggi e caratteristiche tecniche

Il diodo a LED : la storia 

L'acronimo LED significa Light Emitting Diode , ovvero diodi ad emissione di luce : sebbene oggi l'utente comune associ i LED ai sistemi di illuminazione , per molti anni essi sono stati invece dei componenti di sistemi elettronici ( e lo sono tuttora ) . Si tratta a tutti gli effetti di diodi , ovvero di componenti a semiconduttore costituiti da giunzioni che permettono il passaggio di corrente se la tensione loro applicata rispetta una determinata polarità e supera una determinata soglia. Nel momento in cui avviene questo passaggio di corrente emettono anche luce , a differenza dei diodi tradizionali , e questa loro caratteristica è stata utilizzata per la segnalazione di stati di funzionamento nei circuiti elettronici e nella costruzione di indicatori digitali .

Negli anni '80 , per chi si occupava di Elettronica , l'immagine tipica di un Led era quella su una breadboard di prova dei circuiti elettronici

Come i LED sono oggi impiegati nell'illuminazione 

Perché i LED possano essere efficaci in un sistema di illuminazione ne devono essere montati un numero sufficiente su un circuito stampato , che verrà poi montato all'interno del corpo illuminante e completato con ottiche e convogliatori per ottenere diverse distribuzioni . La luce dei Led , infatti , è omnidirezionale ovvero emette un fascio luminoso che deve poi essere opportunamente convogliato dalle ottiche o dai lenti in modo da ottenere la curva fotometrica desiderata dal costruttore. I progettisti illuminotecnici poi ,  ricorrendo a calcoli e a software , scelgono i corpi illuminanti più opportuni e li collocano nel progetto per ottenere l'illuminazione desiderata. Non sono invece necessari filtri che modifichino il colore della luce , in quanto tra i vantaggi della luce LED c'è il fatto che possono emettere anche luce colorata e con temperatura di colore che può andare dai 2700K ai 6500K . Non si tratta degli unici vantaggi , che sono molteplici come vedremo nel parametro successivo.

Tutti i vantaggi della Luce a Led

Oltre a quelli sopra elencati , la luce a Led ha molti altri vantaggi :

- lunga durata ( vita utile ) : a differenza delle lampade tradizionali , le lampade a Led non presentano filamenti o parti mobili ( sono , come detto , dispositivi a semiconduttore ) e non vanno incontro a rottura ma presentano un decadimento del flusso luminoso molto lento , dell'ordine di grandezza delle 50.000 ore prima di scendere significativamente . A tale proposito c'è un'apposita nomenclatura per indicare il flusso luminoso percentuale conservato dalla lampada al raggiungimento delle 50.000 h : quando troviamo le sigle L90 , L80 , L70 la cifra dopo la lettera L indica la percentuale di flusso luminoso originario mantenuto dopo cinquantamila ore di lavoro ( quindi rispettivamente il 90% , l'80% e il 70% del flusso nominale originario ).

Ad essere rigorosi , quando la cifra L80 non è seguita da altre sigle Bxx e Cxx , l'80% di flusso originario è mantenuto dalla media dei dispositivi di quel tipo , cioè il 50% . Si potrebbe anche scrivere L80 B50 , ma in questo caso B50 viene omesso. Quando il costruttore garantisce prestazioni di vita utile ancora maggiori introduce altre sigle nella classificazione , ma di questo parleremo in un altro articolo per non appesantire la trattazione.

- alta efficienza luminosa : a parità di Lumen emessi , i Led richiedono un minore consumo di Watt elettrici rispetto alle lampade tradizionali , dovuto sia a un maggior rendimento della conversione tra energia elettrica ed energia luminosa , sia a minori perdite nei sistemi di alimentazione. L'efficienza luminosa si esprime infatti in Lumen/Watt ed è il rapporto tra il flusso luminoso emesso e la potenza elettrica assorbita dall'apparecchio.

Per fare un confronto tra apparecchi a Led ed altre sorgenti luminose che emettono un flusso equivalente prendiamo due esempi , che però rischiano di diventare presto obsoleti , data il continuo miglioramento dell'efficienza luminosa dei Led con l'avanzare della tecnologia di produzione ( che negli ultimi 5 anni è addirittura raddoppiata ) :

per ottenere lo stesso flusso di un tubo fluorescente compatto da 24W ( TC-L24W ) servono attualmente 12 Led ; mentre però la TC-L24W assorbe complessivamente 26W elettrici , i 12 Led assorbono un valore tipico di 18W , cioè il 36% di risparmio energetico . Immaginando un arco temporale di 20 anni per quel punto luce , si saranno risparmiati 1.000 kW/h di energia , corrispondenti ad una riduzione di emissioni di CO2 di 460 Kg .

maggiore compattezza : a parità di lumen emessi , i Led sono estremamente più compatti . Questo implica un minore ingombro e una più comoda progettazione anche in condizioni architettoniche particolari come ristrutturazioni o edifici di particolare pregio artistico e architettonico in cui la visibilità dei corpi illuminanti deve essere minima . Inoltre ne permette l'integrazione anche in dispositivi elettrici o elettronici dove non sarebbe stato possibile integrare altre tipologie di lampade : impossibile non pensare all'enorme diffusione di TV a Led , Ledwall e maxischermi che trovano largo impiego in pubblicità e nello spettacolo.

I ledwall e i maxischermi a Led sono oggi praticamente indispensabili nello spettacolo

- accensione istantanea e anche in situazioni ambientali difficili ( temperature molto basse , anche -35° ) : i led non presentano ritardi nell'accensione , come nelle lampade fluorescenti o in quelle ai vapori di sodio e ioduri metallici e questo determina un maggiore comfort nelle applicazioni tradizionali e una differenza sostanziale nell'impiego in quelle applicazioni dove sono richieste variazioni nel tempo ( scenari , effetti di luce , spettacoli , ecc ). Un vantaggio simile si presenta anche relativamente alle condizioni di impiego , perché i Led non presentano gli svantaggi tipici di accensione delle lampade fluorescenti.

- altri vantaggi ambientali , oltre al già citato grande risparmio energetico e quindi riduzione di emissione di CO2 , sono l'assenza di sostanze inquinanti o pericolose come il mercurio e di componenti IR e UV nella luce emessa

Read more...

L'illuminamento , il Lux e l'illuminamento nei luoghi di lavoro secondo UNI EN 12462

A differenza dell'intensità luminosa e del flusso luminoso , che sono grandezze caratteristiche di una sorgente , l'illuminamento è una grandezza che riguarda una superficie.

Si definisce illuminamento E in un punto di una superficie il flusso dΦ ricevuto da un punto infinitamente piccolo di superficie illuminata , diviso per l'area dS dell'elemento stesso :

E = dΦ/dS

Ovviamente qualora il flusso fosse costante su una superficie più ampia l'espressione può essere estesa come E = Φ/S ; ne segue che l'unità di misura dell'illuminamento è data dal rapporto tra l'unità di misura del flusso e l'unità di misura della superficie :

Lux [Lx] = Lumen/mq

L'illuminamento è una grandezza fotometrica molto importante nella progettazione illuminotecnica : le norme stabiliscono infatti dei livelli di illuminamento medio mantenuto da tenere in determinati luoghi in base al compito visivo ivi previsto. A partire da questi valori si progetta la tipologia , la potenza e la disposizione dei corpi illuminanti.

Una norma molto importante a riguardo è la UNI EN 12464-2 che si occupa di Illuminazione nei posti di lavoro , sia posti di lavoro in interno ( parte 1 ) che posti di lavori in esterno ( parte 2 ) .

Vengono definiti , in base alle tipologie di locali e alle attività ivi svolte , dei valori illuminamento medio Em richiesto e delle fasce di illuminamento :

- illuminamento grossolano , tra 50 e 300 Lux
- illuminamento medio , tra 150 e 500 Lux
- illuminamento fine , tra 300 e 750 Lux
- illuminamento finissimo , tra 750 e 2000 Lux

Altri parametri definiti dalle norme per l'illuminazione dei luoghi di lavoro ( specialmente dalla UNI EN 12464-1:2011 ) sono l'indice unificato di abbagliamento ( Unified Glare Rating , UGRL ) , l'indice di resa cromatica ( Ra ) e l'uniformità di illuminamento ( Uo ).

I lux sono infine un parametro importante anche nell'illuminazione di emergenza , necessaria a prevedere la sicurezza e l'evacuazione delle persone negli edifici e nelle manifestazioni. La norma UNI EN 1838 prevede un illuminamento medio Em sul pavimento di almeno 1 Lux per le vie di fuga e di 15 Lux per i luoghi di lavoro pericolosi , dove anche in caso di assenza di tensione si deve essere in grado di mettere in sicurezza macchine e processi produttivi.

L'illuminazione di emergenza viene di solito fornita con lampade autonome , UPS/Soccorritori e , in alcune manifestazioni , con gruppi elettrogeni o torri faro che restano sempre accesi per l'intera durata dell'evento costituendo una fonte di energia alternativa a quella principale.

Read more...

L'intensità luminosa , la candela (Cd) e le curve fotometriche

L'intensità luminosa è una grandezza illuminotecnica propria di una sorgente luminosa e si definisce come il rapporto tra il flusso luminoso dΦ emesso da una sorgente in un determinato angolo solido dΩ e l'angolo solido stesso :

I = dΦ/dΩ

Se l'intensità è costante in tutte le direzioni , essendo 4π l'angolo solido complessivo , si ha :

I = Φ/4π

Questa condizione è di solito molto rara , perché quasi tutte le sorgenti luminose hanno caratteristiche direzionali , pertanto un'utile rappresentazione della sorgente è il solido fotometrico , che è il luogo geometrico delle estremità dei vettori intensità luminosa riportati in tutte le direzioni a partire dal punto dove si trova la sorgente.

Il solido fotometrico ha uno sviluppo tridimensionale lungo tutte le direzioni dell'angolo solido 4π ed è molto utile nei software di progettazione illuminotecnica , mentre è di più difficile lettura in una prima analisi delle caratteristiche della sorgente luminosa : pertanto , soprattutto nei cataloghi dei corpi illuminanti , vengono riportate rappresentazioni bidimensionali dette curve fotometriche , che altro non sono che diagrammi polari ottenuti da una determinata sezione del solido fotometrico.

La curva fotometrica riporta , per ciascun angolo del diagramma polare , l'intensità luminosa in candele. La lettura è facilitata da cerchi concentrici graduati con i valori in candele e , individuato l'angolo desiderato , dall'intersezione tra il raggio e la curva , si ottiene il valore in candele.

La candela è , appunto , l'unità di misura dell'intensità luminosa ed è l'unica grandezza fotometrica definita con un metodo fisico , tutte le altre grandezze illuminotecniche sono , come abbiamo visto a proposito del flusso luminoso , grandezze derivate :

1 candela viene definita come l'intensità luminosa emessa da una superficie di 1/600.000 mq di corpo nero ( radiatore integrale ) in una direzione ad essa perpendicolare alla temperatura di fusione del platino.

Read more...

Cosa sono i Lumen e cos'è il flusso Luminoso.

Il flusso luminoso è una grandezza fotometrica , caratteristica di una sorgente luminosa ( nella progettazione illuminotecnica un corpo illuminante ) , e si misura in Lumen.

La definizione del Flusso Luminoso è piuttosto difficile da capire per chi non ha buone basi matematiche , perché viene definita come un integrale : 

Φ = 683 Lm/W * ∫W(λ)*V(λ)*dλ .

Vediamo di capirlo meglio :

- W(λ) è la funzione che descrive l'andamento con la lunghezza d'onda λ della potenza della sorgente luminosa , espressa in Watt su metro

- V(λ) è la curva spettrale della visibilità relativa ; in pratica si tratta di una curva che , per ogni lunghezza d'onda λ , associa un coefficiente che tenga conto delle caratteristiche medie , statisticamente definite , dell'occhio umano ( si parla a tale proposito di occhio medio internazionale ). Tale curva assume un suo massimo, pari ad 1 , in corrispondenza della lunghezza d'onda λ = 555 nm ( corrispondente a un colore giallo-verdastro ) e tende a zero sotto i 380 nm ( colore violetto ) e sopra i 780 nm ( colore rosso ) . E' noto infatti che lo spettro della luce visibile è compreso proprio tra 380 nm e 780 nm. 

L'integrale in questione , quindi , pur essendo esteso da 0 a ∞ , assume in realtà valori non nulli solo tra 380 nm e 780 nm e può quindi anche scriversi come integrale da 380nm a 780nm .

Un modo per capire meglio la formula è considerare il caso di una luce monocromatica , ovvero caratterizzata da un'unica lunghezza d'onda : la funzione W(λ) sarà quindi nulla per tutti i valori di λ ad eccezione della lunghezza d'onda del colore considerato. In particolare , considerando proprio la lunghezza d'onda λ = 555 nm in cui il coefficiente V(555nm)=1 , se la sorgente irradia un flusso di 1W , essa produrrà un flusso luminoso di 683 Lumen.

Venendo quindi alla definizione di Lumen , nel sistema metrico internazionale di misura SI , il Lumen (Lm) è definito come il flusso luminoso emesso nell'angolo solido unitario da una sorgente puntiforme avente l'intensità luminosa di 1 candela. Scopriamo quindi che il Lumen è una grandezza derivata dalla candela , come lo sono tutte le altre grandezze fotometriche. La candela è l'unica grandezza fotometrica definita con un metodo fisico.

Read more...

Illuminotecnica : occhio umano e luminanza

L'occhio umano è l'organo deputato a tradurre i raggi luminosi in impulsi nervosi per il cervello. L'immagine di un qualsiasi oggetto viene proiettata sulla retina , dove termina il nervo ottico attraverso il quale gli impulsi vengono inviati al cervello.

Nella terminazione del nervo ottico e sulla retina sono presenti i coni e bastoncelli :

- i bastoncelli sono sensibili alle basse luminanze e percepiscono l'immagine solo in bianco e nero , cioè non distinguono i colori . Si parla in questo caso di visione scotopica .

- i coni sono sensibili solo oltre una certa luminanza minima e distinguono invece colori . Si parla in questo caso di visione fotopica.

L'uomo riesce a vedere solo entro determinate soglie di luminanza . La luminanza è una grandezza illuminotecnica che si misura nel sistema metrico internazionale in Candele per metro quadro ( Cd/mq ) . Un'altra unità di misura della luminanza , non riconosciuta dal SI , è il Lambert :

1 Lambert = 0,3183 cd/cm^2

La soglia minima di luminanza visibile è detta soglia dei bastoncelli e si trova all'incirca a 10 nanoLambert  , al di sotto di tale soglia l'occhio umano non è in grado di percepire. Sopra una certa soglia , posta intorno ai 5.000 Lambert ( 5 kLambert ) l'occhio resta abbagliato e si ha la soglia del dolore , perché l'occhio è soggetto ad abbagliamento .

La soglia dei coni sotto la quale l'occhio non è in grado di percepire i colori , è posta a circa a 1 microLambert . Per avere un'idea di immagini visualizzate al di sotto della soglia dei coni , la neve in una notte coperta si colloca a circa 10^-5 milliLambert e la neve in una notte stellata a circa 10^-4 milliLambert .

Tra 10^-2 MilliLambert e 10 Lambert si ha il crepuscolo , in cui i colori non vengono percepiti in modo netto , mentre a 10 Lambert si ha la soglia del giorno e la percezione dei colori diventa buona : la zona confortevole di lettura , molto importante nella progettazione illuminotecnica per assicurare il comfort visivo , si ha tra 10 e 100 Lambert. 

Read more...
Subscribe to this RSS feed

ENG Service - ENerGy & ENGineEriNG
Indirizzo: Monte San Vito (AN) - Ufficio Commerciale H24: (+39) 333 2527289 - Email info@ingegneria-elettronica.com

Questo sito utilizza cookie tecnici e di profilazione propri e di terze parti per le sue funzionalità e per inviarti pubblicità e servizi in linea con le tue preferenze. Se vuoi saperne di più clicca qui.
Chiudendo questo banner, scorrendo questa pagina o cliccando qualunque suo elemento acconsenti all’uso dei cookie.