Illuminotecnica - Illuminazione delle opere d’arteacustica.ing.unibo.it/AAI2/08 Illuminazione Opere d'Arte.pdf · Illuminazione delle opere d’arte 18 Massimo Garai -Università

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Illuminazione delle opere d’arte 1

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Illuminotecnica -Illuminazione delle opere d’arte

Massimo Garai

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Principi generali

La luce è essenziale per la fruizione delle opere d’arte

La luce è una delle cause dei processi di degrado della maggior parte delle opere d’arte

necessario bilanciare la corretta illuminazione con le esigenze di conservazione delle opere

Rispettare tipologia, cromaticità e direzionalità della luce pensata dall’artista (quando nota)

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Esempio


Caravaggio: Vocazione di san Matteo (1599-1600)


Requisiti Illuminamento E:

Compromesso tra esigenze di apprezzamento visivo e buona conservazione delle opere

Sbiadimento dei colori causato da:

Radiazioni UV: filtrabili

Radiazioni visibili «corte» (viola, blu, inizio della banda verde): non sono radiazioni filtrabili, pena una inammissibile perdita di resa cromatica

Radiazioni IR: riscaldamento, minimizzabile ma non eliminabile





Valori massimi raccomandati


Gruppo Materiali Illlumin. (lx)

Esposizione energetica

(lxch/anno)

1. Insensibili Materiali stabili: metalli, pietre, vetri, ceramiche, smalti

(200) Nessun limite (evitare

riscaldamento eccessivo)

2. Relativamente insensibili

Dipinti a olio e tempera, affreschi, pelle e legno non tinti, corna, ossa, avorio, lacche

200 600 000

3. Moderatamente sensibili

Costumi, acquarelli, pastelli, arazzi, stampe e disegni, manoscritti, pelle tinta, campioni organici

50 150 000

4. Estremamente sensibili

Seta, coloranti effimeri, giornali, fotografie, stampe a colori

50 15 000


RequisitiUniformità dell’illuminamento U:

Richiesta per oggetti con superfici piane

Per oggetti tridimensionali (statue, bassorilievi, altorilievi) è generalmente utile una marcata disuniformità dell’illuminamento, per far risaltare la forma dell’oggetto

Per dipinti e affreschi osservabili con sguardo d’assieme:





RequisitiUniformità dell’illuminamento U:

È importante anche la variazione graduale dell’illuminamento

E0,30 è la differenza di illuminamento tra due punti distanti tra loro 0,30 m in qualunque direzione

Se esistono zone con forti differenze di fattore di riflessione, prevedere valori massimi di E sulle zone scure e valori minimi sulle zone chiare



Esempio – Museo di Buenos Aires

Troppa disuniformità d’illuminamento tra opere e sfondo

Dominanza cromatica verde delle pareti





Esempio – Museo di Grenoble

Illuminazione naturale e artificiale integrata

Colori chiari sullo sfondoCopyright (C) 2004-2017


RequisitiResa cromatica Ra:

Deve essere adeguata all’oggetto illuminato

Oggetti policromatici sorgenti del gruppo 1A

Oggetti monocromatici, statue, ecc. sorgenti del gruppo 1B

Casi intermedi (mosaici, vetri policromi, ecc.) sorgenti del gruppo 1B

L’indice di resa cromatica esprime una specie di media su di un limitato numero di campioni verificare che la distribuzione spettrale corrisponda a quella delle tinte dell’oggetto da illuminare




Requisiti


Gruppo CIE

Gamma Ra Sorgenti luminose Applicazioni

1A Ra 90 Luce naturale, LED,lampade ad alogeni,

lampade ad incandescenza, lampade

fluorescenti pentafosforo

Dipinti, affreschi arazzi,

tappeti

1B 80 Ra < 90 Luce naturale, LED, Lampade fluorescenti trifosforo, lampade ad alogenuri (verificare

l’idoneità della distribuzione spettrale)

Mosaici, intarsi lapidei, vetri policromi,

oggetti monocromatici,

statue


Requisiti

Tonalità di luce: Correlare la temperatura di colore della sorgente con

la composizione cromatica degli oggetti

Criterio di massima:Oggetti con tonalità prevalenti calde ( > 565 nm):

luce con 2500 K TCP 3500 KOggetti senza tonalità prevalenti (neutre): luce con

3500 K TCP 5300 KOggetti con tonalità prevalenti fredde ( < 565 nm):

luce con 5300 K TCP 6000 K





Requisiti

Abbagliamento:

Valgono le regole generali per l’illuminazione d’interni

Indice d’abbagliamento UGR 19

Sorgenti luminose nel campo visivo con luminanza contenuta– Lampade: schermature

– Soffitto luminoso: L 500 cd/m2 se 45°



Requisiti


Luminanza (cd/m2)

Sorgenti non schermate min

1 < L 20 Lampade fluorescenti lineari 10°

20 < L 50 Lampade compatte 15°

50 < L 500 Lampade ad alogenuri con ampolla diffondente

20°

L > 500 Lampade ad alogenuri, lampade ad alogeni, LED

30°




Requisiti


Abbagliamento:Angoli di vista degli apparecchi illuminanti


Requisiti




Abbagliamento:Valori limite di luminanza


Requisiti


Vista longitudinaleAlette 3 cm

Vista trasversaleAlette > 3 cm


RequisitiResa del contrasto:

Ha importanza soprattutto per oggetti con superficie piana e lucida (dipinti ad olio, quadri protetti da una lastra di vetro, ecc.)

Evitare che la direzione di maggior riflessione (al limite speculare) possa coincidere con quella di osservazione

Altrimenti si forma una «macchia luminosa» che annulla i contrasti cromatici




Resa del contrasto:D: riflessione diffusa S: riflessione speculare SD: riflessione

semidiffusa I comportamenti S e SD

creano una macchia luminosa sulla tela in A


Requisiti


Resa del contrasto:Esempi di

disposizioni corrette dei centri luminosi


Requisiti




Resa del contrasto: Posizione critica dei lucernari


Requisiti


NO

Resa del contrasto: Posizione critica delle finestre


Requisiti


NO




Esempio - North Carolina Museum of Art, Raleigh (USA)


Integrazione luce naturale e artificiale

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La luce naturale attraverso le vetrate ed i lucernari fornisce il 50% dell’illuminamento necessario

Esempio - North Carolina Museum of Art, Raleigh (USA)




Esempio - Palazzo Schifanoia, Sala dei Mesi, Ferrara


Le 28 colonnine integrano le sorgenti luminose artificiali. Ilcordone è anche cavo di alimentazione. Circa 150 lx sugli affreschi.


Esempio – Musée Magritte Bruxelles


Dipinti su fondo scuro illuminati da fasci di luce sagomata.Percorso individuato da faretti che forniscono anchel’illuminazione d’ambiente




Requisiti

Effetto di rilievo degli oggetti tridimensionali:

L’illuminazione deve consentire l’apprezzamento della forma illuminazione direzionale

Oggetti ad altezza < altezza occhi: dall’alto

Oggetti ad altezza > altezza occhi: dal basso

Orientamento dipendente dalla forma dell’oggetto, dalla disposizione dei suoi rilievi e incavi

Per leggere anche le parti in ombra: seconda illuminazione, più debole (rapporto 5:1)

Iscrizioni e simili con illuminazione radenteCopyright (C) 2004-2017


Esempi





Esempio


Nella sala, mantenuta all’ombra, i faretti mettono in risalto i particolari più importanti


Esempio





Esempio



Esempio





Requisiti

Distribuzione delle luminanze:

Le opere esposte sono il punto focale, per cui la loro illuminazione deve essere maggiore di quella dell’ambiente

Il piano di calpestio va illuminato solo con il livello necessario alla movimentazione



RequisitiProtezione delle opere d’arte:

Il grado di vulnerabilità delle opere d’arte dipende da

1. Potenza delle radiazioni incidenti (W/m2)

2. Distribuzione spettrale delle radiazioni

3. Sensibilità spettrale dei materiali

4. Durata dell’esposizione

Legge di reciprocità: il danno dipende dal prodotto della potenza globale delle radiazioni per il tempo di esposizione, a parità di distribuzione spettrale e sensibilità spettrale





RequisitiProtezione delle opere d’arte:

Cause di danno dovute alle sorgenti luminose

1. Lunghezza d’onda «corta»– UV-C 100-280 nm

– UV-B 280-315 nm

– UV-A 315-380 nm

– Visibile viola-blu 380-500 nm

2. Componenti nell’infrarosso

3. Irradiazione globale (W/m2)

4. Durata dell’esposizione



Requisiti

5. Assorbimento spettrale della superficie

due superfici apparentemente uguali si possono comportare differentemente, per esempio se sono lucide o opache

6. Risposta spettrale del ricevitore

attitudine del materiale a deteriorarsi per effetto delle radiazioni a diverse lunghezze d’onda





RequisitiFenomeni di degrado dovuti a UV e visibile:

– Scolorimento di pigmenti colorati e fibre tessili

– Screpolamento delle vernici

– Scollamento degli strati pittorici

– Cedimento dei supporti

– Perdita di resistenza meccanica delle fibre

Fenomeni di degrado dovuti a IR:– Aumento di temperatura della superficie – Dilatazioni termiche e tensioni meccaniche da punto a

punto

– Riduzione dell’umidità dell’aria e dunque alterazioni di carta, legno, avorio, ecc.



RequisitiDanneggiamento relativo:

Dr è il danneggiamento relativo

Df è il fattore di danno specifico di un impianto di illuminazione per illuminamento e tempo di esposizione unitari

E è l’illuminamento (lx) fornito nel tempo t (ore)





RequisitiFattore di danno specifico:

Si assume convenzionalmente che il danno unitario sia quello delle radiazioni a 380 nm

Ciò spiega il termine danneggiamento relativo

Df serve a confrontare diversi sistemi di illuminazione, ma non a conoscere il danno reale, che dipende anche dai materiali di cui l’opera è fatta


Fattore di danno Df


Sorgente Vetro chiaro 6 mm

Vetro inattinico 6

mm

Vetro stratificato 2x6

mm con pellicola UV

Alogena dicroica 0,040 0,031 0,029

Incandescenza 0,062 0,041 0,033

Fluorescente Tcp = 3000 K, Ra = 94

0,044 0,035 0,034

Fluorescente Tcp = 5400 K, Ra = 93

0,534 0,147 0,129





Nel caso che la luce emessa dalla sorgente avente fattore di danno Df() sia filtrata con fattore di trasmissione () (finestra) e riflessa con fattore di riflessione () (parete)




In pratica è sufficiente discretizzare la valutazione degli integrali con passo = 50 nm





RequisitiEsposizione energetica:

Prodotto dell’illuminamento medio in esercizio per tempo di esposizione (in ore) per un fattore correttivo

Il fattore correttivo è il rapporto tra il fattore di danno dell’illuminazione impiegata e quello di riferimento (lampada ad incandescenza protetta da vetro inattinico 6 mm: Df,rif = 0,041)



Valori massimi raccomandati


Gruppo Materiali Illlumin. (lx)

Esposizione energetica

(lxch/anno)

1. Insensibili Materiali stabili: metalli, pietre, vetri, ceramiche, smalti

Nessun limite (200)

Nessun limite (evitare

riscaldamento eccessivo)

2. Relativamente insensibili

Dipinti a olio e tempera, affreschi, pelle e legno non tinti, corna, ossa, avorio, lacche

200 600 000

3. Moderatamente sensibili

Costumi, acquarelli, pastelli, arazzi, stampe e disegni, manoscritti, pelle tinta, campioni organici

50 150 000

4. Estremamente sensibili

Seta, coloranti effimeri, giornali, fotografie, stampe a colori

50 15 000




Requisiti Se vengono facilmente raggiunti i valori raccomandati

di esposizione energetica annua massima, si può limitare l’esposizione al pubblico con:

Restrizioni d’orario

Sistemi a gettone

Sensori di presenza

Separazione dell’illuminazione d’emergenza e per manutenzione e pulizie da quella per le opere

I flash fotografici vanno evitati ( 600 lxcs 0,17 lxch)


Requisiti


Sorgenti luminose Contenuto di UV (W/lm)

Luce diurna 400 - 1500

Lampade ad incandescenza (tungsteno)

70 -80

Lampade ad alogeni 40 - 170

Lampade fluorescenti 30 - 100

Lampade ad alogenuri 160 - 700

LED < 5




Requisiti

Radiazioni UV:

Si ritiene soddisfacente un livello di radiazioni UV (< 400 nm) 10 W/lm

Le sorgenti luminose che non rispettano il requisito vanno filtrate nell’UV

Le fibre ottiche tagliano le radiazioni sotto i 315 nm, ma vanno filtrate tra 315 nm e 400 nm



Requisiti impiantistici

Stabilizzazione e variazione della tensione elettrica (per lampade ad alogeni)

Normalizzazione delle tipologie di sorgenti luminose

Scelta di apparecchi d’illuminazione con puntamento, messa a fuoco e blocco meccanico

Posizioni degli apparecchi d’illuminazione facilmente raggiungibile senza rischio per le opere esposte

Telesegnalazione delle lampade guaste

Identificazione delle lampade

Manutenzione programmataCopyright (C) 2004-2017




Requisiti impiantistici



Cappella Sistina Pianta rettangolare 40,23 x 13,41 m, altezza 20,70 m

Volta a botte ribassata

Voltine di scarico in corrispondenza delle 12 finestre

Costruzione: 1477-1483 (Sisto IV)

Affreschi della volta: Michelangelo, 1508-1512

Giudizio universale: Michelangelo, 1536-1541

Pareti: affreschi di Botticelli, Perugino, Pinturicchio, Ghirlandaio, Luca Signorelli, Pietro di Cosimo, ecc.

Visitatori: 6 milioni/anno, con punte di 20 000/giorno

Nuova illuminazione realizzata nel 2014 (LED4ART)Copyright (C) 2004-2017




Cappella Sistina



Cappella Sistina (da «Luce» 310/2014)

Fase di studio

Valutazione delle criticità dell’impianto di illuminazione esistente per procedere alla definizione di soluzioni progettuali migliorative

Modello per la simulazione delle condizioni di luce naturale in qualsiasi ora, periodo dell’anno e condizione metereologica, per definire l’illuminazione migliore anche in presenza di luce naturale

Misurazioni in situ per validare i risultati





Cappella Sistina

Fase di progetto

Definizione, insieme alla Commissione di Esperti dei Musei Vaticani, della quantità, qualità cromatica e livelli di uniformità della luce sugli affreschi

Simulazioni su modelli 3D per definire gli standard prestazionali degli apparecchi di illuminazione, sviluppati appositamente

Verifiche illuminotecniche in loco sulle prestazioni dei prototipi per l’ottimizzazione finale del sistema



Cappella Sistina

Illuminazione degli anni ‘80

Illuminazione generale diffusa:

apparecchi dietro le finestre, accesi durante l’orario di visita

Illuminazione di gala:

a. apparecchi sia dietro le finestre sia all’interno, accesi solo in occasioni speciali

b. apparecchi sulla balaustra interna, dedicati all’illuminazione del pavimento per le occasioni di gala





Cappella Sistina

Modello di simulazione 3D

L’orientamento della Cappella Sistina sull’asse Est-Ovest determina uno squilibrio della luce naturale, che illumina più la parete Nord rispetto alla parete Sud

L’effetto è più marcato nel periodo invernale, quando il sole è più basso sull’orizzonte

Diffondere la luce naturale attraverso i vetri per dare un contributo uniforme all’illuminazione generale diffusa



Cappella Sistina

Obiettivi del progetto

Buona visione d’insieme dello spazio e delle opere pittoriche attraverso l’equilibrio delle luminanze

Alta qualità cromatica, senza privilegiare singoli dettagli

Invisibilità degli apparecchi di illuminazione

Definizione di due soli scenari: museale con luce diffusa omogenea per le visite ordinarie e di gala

Massima attenzione ai rischi per la conservazione delle opere





Cappella Sistina


Corpi illuminanti V400 per volta e Quattrocentisti

Posizionati sopra il marcapiano (h = 10 m)

Angolo d’inclinazione massimo di 35° per rimanere invisibili

60 lx su pareti e volta Alta uniformità, digradante verso il

basso e verso le pareti laterali corte (Giudizio Universale)

38 apparecchi x 120 W = 4,6 kW


Cappella Sistina


Illuminazione museale

Illuminazione di gala

Schema di distribuzione dei flussi luminosi




Cappella Sistina


Schema di distribuzione dei livelli di illuminamento


Cappella Sistina


Schema di apparecchio di illuminazione di gala a pavimento in posizione di “parcheggio” (a) e in

posizione operativa (b)




Cappella SistinaSpettro di emissione

Miscelazione di LED con spettri differenti

Prove sui pigmenti e i loro spettri di riflessione (280 campioni) per evitare aberrazioni cromatiche

Temperatura di colore 3500 K

Ra = 95 (prima era 70)

Eliminazione delle componenti infrarosse e ultraviolette e limitazione delle componenti blu

Prove a 1500 lx su pigmenti stesi a secco per verificare l’assenza di degrado fotochimico



Cappella Sistina


Spettri di emissione




Cappella Sistina


prima dopo


Cappella Sistina


prima dopo




Cappella Sistina


prima dopo


Cappella SistinaRisparmio energetico

Vecchio impianto: i vetri delle finestre con filtro diffondente avevano un coefficiente di trasmissione pari a 0,25 (75% della luce persa)

Vecchio impianto: assorbimento totale di 66 kW

Nuovo impianto: assorbimento totale di 7,5 kW

Nuovo flusso luminoso superiore al vecchio





Illuminotecnica -Illuminazione delle opere d’arte

Fine

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