Calcolo illuminotecnico

Calcolo illuminotecnicoPer calcolo illuminotecnico si intendono le procedure di simulazione che permettono di calcolare i livelli di luminosità in un ambiente.Come per ogni calcolo tecnico la finalità è doppia:- Progettazione: il calcolo è utilizzato per scegliere e posizionare i corpi

illuminanti al fine di raggiungere il livello di luminosità desiderato;- Verifica: il calcolo è utilizzato per verificare qual è il livello di

luminosità data una situazione di partenza

Calcolo illuminotecnico• Eseguire calcoli illuminotecnici a mano è possibile solo in casi

semplificati: la luce che raggiunge una superficie, infatti, non dipende solamente dalla lampada che è posta al di sopra di essa, ma è la sommatoria di tutti i fotoni che vengono emessi da tutti i corpi illuminanti e poi riflessi da tutti i materiali che si trovano all'interno di un ambiente. • Per calcolare correttamente il valore di illuminamento di una

superficie, dunque, bisogna conoscere come è fatto l'ambiente, di che materiale e di che colore sono fatte le pareti, i mobili, il soffitto e il pavimento.

I software per il calcolo illuminotecnicoStoricamente si possono distinguere due grandi famiglie di programmi: quelli più tecnici in grado di fornire un output molto dettagliato di tutti i parametri necessari e quelli più legati invece alla rappresentazione grafica dell’effetto luminoso.- I primi destinati ad un’utenza che necessita di molti dati in poco tempo per la verifica qualitativa, prevalentemente di ambienti di lavoro o strade.I secondi destinati a progettisti che si avvalgono di output dall’elevato contenuto , grafico, sono in grado di generare render anche molto accurati degli effetti luminosi desiderati, generalmente utilizzati nella progettazione dell’illuminazione artistica di edifici.

I software per il calcolo illuminotecnico• Con l’aumento della potenza di calcolo la distinzione tra le due

tipologie si va sempre più assottigliando (anche i software più tecnici sono ora in grado di generare output di buon livello grafico).Tra i software più tecnici troviamo:Dialux, Calculux, Luxuswin, Litestar.• Tra i programmi che si avvalgono di un ottimo bilanciamento tra

risultato tecnico e grafico troviamo: Relux professional.

Metodi quantitativiI principali metodi quantitativi sono:• Diagrammi isolux forniti dalle ditte produttrici di apparecchi

illuminanti• Metodo per punti• Metodo Lumen o del Flusso Totale o del Fattore di Utilizzazione

Metodo per punti

Metodo per punti• 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.

Metodo per punti: sorgente puntiforme perpendicolare

Metodo per punti: sorgente puntifrome non perpendicolare

Metodo per punti• Si può determinare l’uniformità

dell’illuminamento (Emedio/Emax).• Se si hanno più lampade, si effettua

il calcolo per ogni cella un a lampada alla volta e si sommano gli effetti. Purtroppo è difficile valutare manualmente le riflessioni delle pareti.• Il metodo punto per punto è adatto

a essere implementato su computer.

Metodo del flusso totale

Metodo del flusso totale• Dovendo garantire un dato livello di lux a un ambiente non è possibile

usare la formula

Flusso totale delle lampade / area = illuminamento

E’ necessario un metodo che, in forma semplificata, tenga conto anche delle caratteristiche dell’ambiente, come coefficienti di riflessione, dimensioni geometriche, ecc.

Metodo del flusso totale• Questo metodo 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 (pari a

Em*A) rappresenta una frazione del flusso totale emesso potenzialmente complessivamente 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 riduzione del flusso luminoso (FM).

Metodo del flusso totale

• E = illuminamento• N, n = Numero di corpi e numero di lampade per corpo• F = Flusso luminoso per lampada• UF = fattore di utilizzazione• LLF = Fattore di perdita luminosa• A = area illuminata

Metodo del flusso totale – room index• Si parte classificando la forma geometrica della stanza.• Il Room Index è un coefficiente di forma della stanza: è il rapporto tra

l’area in pianta e lo spazio tra lampade e piano di riferimento.

Metodo del flusso totale – cavitàPer ambienti interni, il fattore di utilizzazione 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: Ceiling Cavity;• RC: Room Cavity;• FC: Floor Cavity.Per ciascuna cavità si calcola un rapporto (Cavity Ratio):• CR = 5*hc (L+W)/(L*W)

Fattore di utilizzazionePer ciascuna tipologia di apparecchio illuminante esistono tabelle che consentono di ricavare il Fattore di Utilizzazione in funzione • del RCR (Room Cavity Ratio o Room Index)• del fattore di riflessione medio della

cavità del soffitto ρcc • del fattore di riflessione medio delle

supefici laterali ρw posto che il fattore medio di riflessione della cavità pavimento ρfc sia pari al 20%.

Metodo del flusso totale – fattore di riflessione• Il fattore di riflessione è

l’efficienza di un materiale nel riflettere la radiazione incidente.• E’ una caratteristica del

materiale, ma noi dobbbiamo anche valutare quanto la superficie riflettente è «distante» dalla superficie da illuminare

Fattore di utilizzazione• Il fattore di riflessione corrispondente alla cavità

soffitto ρcc è funzione del fattore di riflessione del soffitto ρc, del rapporto di cavità del soffitto CCR, e del 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’Illuminating Engineering Society of North

America (IESNA) ha pubblicato delle tabelle per la valutazione di tali fattori di riflessione riferiti alle cavità

Fattore di utilizzazione• ATTENZIONE: tali valori, si

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

Valori tipici del fattore di illuminazioneSi distingue:• UFF = Upward Flux Fraction• DFF = Downward Flux FractionLa tabella sotto mostra i valori tipici, per una maggiore precisione occorre usare le tabelle specifiche del produttore.

Fattore di perdita luminosa (FM)

• Una volta noto il FU, è necessario valutare il fattore correttivo (FM) 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

Fattore di perdita luminosa (FM)• In generale:

FM = LDD * LLD * RSMF

Manutenzione/Sporcamento

dell’apparecchioInvecchiamento dell’apparecchio

Sporcamento della stanza

Fattore di perdita luminosa

Posizionamento degli apparecchi• Il metodo del flusso totale fornisce

l’illuminamento medio desiderato, ma non può garantire l’illuminamento minimo, né la “forbice” fra illuminamento massimo e minimo, come evidenziano le seguenti immagini• È necessario che il rapporto fra

illuminamento minimo e illuminamento medio sia mantenuto maggiore di 0,8

Posizionamento degli apparecchi• il flusso luminoso totale per ottenere un dato

illuminamento medio su una superficie per il flusso emesso da ciascun apparecchio, si ottiene dunque il numero di apparecchi necessari. Tale procedura non è comunque sufficiente a garantire una buona uniformità di illuminamento sul piano in esame. • E’ necessario che la distanza tra gli apparecchi,

rapportata all’altezza di montaggio rispetto al piano di lavoro non superi un valore limite.

EsercizioProgettare un sistema di illuminazione che garantisca 500 lux a una sala riunioni con:• Room dimensions: 12 m long x 8 m wide x 3.2 m high• Working plane at 0.7 m above floor• Reflection factors: Ceiling 70 %• Walls 50 %• Working plane 20 %• Light Loss factor: 0.779

EsercizioUsare lampade:• Luminaires: 1800 mm twin tube with opal diffuser• Ceiling mounted• Downward light output ratio 36 %• SHR MAX 1.60 : 1• SHR NOM 1.50 : 1• Lamps: 1800 mm 75 W plus white• 5800 average initial lumens per lamp• 2 lamps per luminaire

Data sheet della lampada

Riassumendo:• (a) Calculate the room index.• (b) Determine the effective reflectances of the ceiling cavity, walls and

floor cavity.• (c) Determine the utilisation factor from the manufacturer's data

sheet, using the room index and effective surface reflectances.• (d) Determine the light loss factor.• (e) Inert the appropriate variables into the lumen method formula to

obtain the number of luminaires required.• (f) Determine a suitable layout.