Aspetti metrologici nella valutazione e quantificazione ... · CRIET Incontra 2017 – Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 – maggio– 2017-3-Aspetti metrologici

Giuseppe Rossi I.N.Ri.M. - Istituto Nazionale Ricerca Metrologica – Torino

e-mail: [email protected]

CRIET Incontra 2017 – Inquinamento luminoso: a che punto siamo? Milano 29 – maggio– 2017 -1-

Aspetti metrologici nella valutazione e quantificazione dell’inquinamento luminoso

§ Aspetti fisici

§ Aspetti normativi – UNI 11248

§ Spettro delle sorgenti

§ Stima - tolleranze

§ Misurazione

§ Sviluppi futuri

Argomenti



Analisi principalmente indirizzata al contributo degli impianti di illuminazione pubblica

Contributi alla luce dispersa verso l’alto

Caso impianto extraurbano •  Luce emessa direttamente

verso l’alto •  Luce emessa verso zone con

requisiti normativi •  Carreggiata •  Zone contigue

•  Luce emessa verso zone senza requisiti normativi



Eccettuato il primo contributo tutte le altre componenti sono dovute a radiazione riflessa

Contributi alla luce dispersa verso l’alto

Caso impianto urbano •  Luce emessa direttamente

verso l’alto •  Luce emessa verso zone con

requisiti normativi •  Carreggiata •  Zone contigue

•  Luce emessa verso zone senza requisiti normativi



Tutte le componenti sono dovute a una o più riflessioni Il fattore spettrale di riflessione delle superfici riduce il contributo globale e modifica lo

spettro della radiazione dispersa

Sviluppo di un modello: contributi

§  Eccettuati casi patologici, il contributo della radiazione emessa direttamente verso l’alto è trascurabile. §  Non esistono problemi concettuali o normativi nel considerare questo

contributo

§  Il livello di inquinamento luminoso è direttamente proporzionale al flusso luminoso dell’apparecchio di illuminazione §  Per ridurre il livello di inquinamento luminoso occorre migliorare l’efficienza

illuminotecnica dell’apparecchio (minor flusso luminoso emesso a parità di requisiti della categoria illuminotecnica)



Sviluppo di un modello: contributi §  L’effetto sul deterioramento del contrasto corpo– sfondo

nell’osservazione dei corpi celesti dipende dalla frazione di energia dispersa verso l’alto nei vari angoli §  All’aumentare del percorso in atmosfera

§  Maggior attenuazione §  Maggior diffusione

§  Definizione di una funzione ponderale normativa

§  Il fattore di riflessione delle superfici illuminate interviene pesantemente nel definire quantità e direzione del flusso luminoso disperso ü  Valori misurati del fattore spettrale di riflessione delle superfici illuminate ü  Valori normativi, per stime progettuali ü  Tipi di superfici

ü  Con riflessione isotropa (lambertiana) -> fattore di riflessione ρ ü  Con riflessione anisotropa -> coefficiente di luminanza q



Norma UNI 11248: sistemi adattivi Flusso luminoso minimo per garantire il requisito normativo



Maintained value(standard requirement)

Luminance

Initial value (design data)

Time interval between two consecutivemaintenance operations

Luminance measurement uncertainty

Istantaneous luminance

Istantaneous power

Initial value (measured)

Final value (measured)

Erroneous extimation of overdimensioning due to other parameters

Final value (design data)

Over-dimensioning due to design factor of safety

Traditional installation Adaptive installation

Time interval between two consecutivemaintenance operations

Time

Istantaneous luminanceControlled design value

Power

Sviluppo di un modello, anzi due



§  Modello che preveda l’incremento di luminanza della volta celeste in un dato luogo e in una data direzione in funzione delle caratteristiche dell’impianto di illuminazione installato alla distanza d ü  Non ha finalità immediatamente progettuali ü  Permette di definire dimensioni e requisiti illuminotecnici delle zone di

protezione

§  Modello che preveda l’emissione verso l’alto dell’impianto di illuminazione ü  Ripartizione dell’intensità luminosa o flusso luminoso per definiti

angoli ü  Permette di definire le caratteristiche dell’impianto rispetto

all’inquinamento luminoso conseguente

Misure per lo sviluppo di un modello (secondo tipo)



§  L’impianto viene considerato come una unica sorgente luminosa ü  Sovrapposizione degli effetti per considerare più apparecchi di illuminazione ü  Misure di ripartizione dell’intensità luminosa eseguite con la tecnica di campo

vicino

• Per angoli di osservazione superiori a circa 10° il manto stradale si comporta come una superficie lambertiana ü  La luminanza è

proporzionale all’illuminamento

•  Il contributo della parte di palo illuminato è superiore a quella dell’apparecchio di illuminazione (vetro non piano)

•  Risulta critica la corretta orizzontalità dell’apparecchio (in particolare se con vetro piano)



0 100 200 300 400 500 600 700 800 900100011001200130014001500160017001800190020002100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900100011001200130014001500160017001800190020002100

0

100

200

300

400

500

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700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

Pixel orizzontali ! ! "

Pixelverticali!!

"

! 0,10,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,1

" 1,2

Luminanza! cd m#2 "

Esempio dei risultati

• La tabella riassume risultati tipici del flusso luminoso emesso verso l’alto, nei quali si evidenzia il preponderante contributo della radiazione diffusa in vari settori sferici



Esempio dei risultati

100 120 140 160 1800

50

100

150

200

250

Angolo polare °

Intensitàluminosacd

Ripartizione dell'intensità luminosaConfronto Piani C0 ! C90 ! C180 ! C270

Condizione Sorgente Impianto Tra 90°e 180° 0,1 15 % Tra 90°e 110° 0,07 1,6 % Tra 88°e 92° 0,02

•  Le superfici illuminate significative per la radiazione diretta sono: §  Manto stradale §  Zone contigue

ü  Marciapiede ü  Prati

•  Le superfici illuminate significative per la radiazione indiretta sono §  Pareti edifici (lambertiane e direzionali) §  Superfici vetrate (direzionali)



Caratteristiche delle superfici

Sinergia tra differenti aspetti della smart city come, per esempio, le superfici studiate per ridurre l’effetto estivo di bolla di calore

•  Asfalti chiari •  Superfici che riflettono maggiormente verso la direzione di incidenza

Effetti spettrali § Visione fotopica – scotopica e mesopica



Attenzione nel confrontare spettri normalizzati: quello che conta è lo spettro a parità di luminanza

S/P rapporto visione scotopica – visione fotopica

Esempio di distribuzione spettrale



400 500 600 7000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Wavelenght in nanometer

Relativespectraldistribution

Spectral distributionversus grid points

point 1

point 2

point 3

point 4

Distribuzione spettrale della radiazione emessa dall’apparecchio di illuminazione verso alcuni punti della griglia normativa di calcolo

Esempio di distribuzione spettrale



Distribuzione spettrale della radiazione riflessa verso l’osservatore dagli stessi punti della griglia normativa di calcolo

400 500 600 7000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Wavelenght in nanometer

Relativespectraldistribution

Spectral distributionversus grid points

point 1

point 2

point 3

point 4

Radiazione utile -> luminanza del manto stradale Radiazione debilitante -> emissione apparecchio a 80° – 90° Lo spettro globale può essere poco significativo

Modello (proposta) §  Caratteristiche dell’apparecchio di illuminazione

•  Già richieste per i calcoli illuminotecnici

§  Tolleranze di installazione •  Requisito minimo normativo

§  Parametri minimi dell’ambiente illuminato •  Altezza edifici •  Distanza trasversale tra gli edifici •  Indicazioni normative sulle caratteristiche delle superfici illuminate

§  Algoritmo di calcolo §  Parametri di qualità

•  Indice di potenziale di inquinamento luminoso ü  Funzione ponderale sulla direzione di emissione ü  Funzione ponderale spettrale per l’osservazione astronomica



Misure

§  Luminanza e radianza spettrale •  Permette di identificare i vari contributi e analizzare quelli più

significativi •  Da postazioni elevate •  Con droni

§  Luminanza della volta celeste §  Metodologia critica per l’elevata influenza delle condizioni

atmosferiche

§  Valutazioni su intere città §  Problemi di attenuazione atmosferica e di luminanza atmosferica

§  Valutazioni su singoli impianti §  Indicazioni normative per la semplificazione delle metodologie di

acquisizione



Conclusioni § Concrete possibilità di

§  Valutare a priori l’impatto ambientale di un impianto di illuminazione §  Verificare in termini quantificare le reali prestazioni di un impianto ai fini

dell’inquinamento luminoso §  Il progetto europeo 16NRM02 SURFACE prevede caratterizzazioni del

manto stradale anche ai fini della valutazione dell’inquinamento luminoso

§ Stime prevedono che nel 2050 il traffico motorizzato sarà prevalentemente formato da veicoli a guida autonoma §  Spariranno le categorie illuminotecniche M?

§  I risultati esposti derivano da ricerche finanziate in toto o in parte dai seguenti progetti di ricerca §  ENEA Report Ricerca di Sistema Elettrico - Tecnologie per il risparmio energetico nell’illuminazione pubblica §  ENEA Report Ricerca di Sistema Elettrico - Determinazione dei fabbisogni e dei consumi energetici dei sistemi edificio-

impianto, in particolare nella stagione estiva e per uso terziario e abitativo e loro razionalizzazione. Interazione condizionamento e illuminazione

§  EMRP Joint Research Project (JRP) “ENG05 Metrology for Solid State Lighting” §  EMRP Joint Research Project (JRP) “ENG62 MESaIL Metrology for Efficient and Safe Innovative Lighting”



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