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Illuminotecnica

Illuminotecnica: guida alla progettazione e al dimensionamento

Tempo di lettura stimato: 8 minuti

In cosa consiste il progetto illuminotecnico, dalla A alla Z. Analisi preliminare, progettazione, verifica, relazioni illuminotecnica

La crescente esigenza di migliorare la qualità ambientale, combinata con il costante aumento del tempo trascorso dall’uomo in ambienti chiusi, rende necessario intervenire sul “microclima” degli ambienti interni, creando un ambiente che soddisfi le esigenze degli occupanti.

In particolare, per quanto riguarda l’illuminazione, è necessario garantire condizioni visive adeguate, favorendo condizioni di comfort visivo nell’ambiente occupato. Il controllo energetico e ambientale delle soluzioni adottate è diventato un aspetto imprescindibile nella progettazione moderna.

In questo contesto si colloca l’illuminotecnica: la disciplina che si occupa, come si evince dal termine stesso, dell’illuminazione degli ambienti interni ed esterni, sfruttando la luce solare ed artificiale con lo scopo di raggiungere adeguate condizioni visive.

Ecco perché è importante non trascurarla in fase di progettazione e valutare l’utilizzo di software di progettazione di impianti elettrici che consentono di effettuare in maniera integrata anche il calcolo e il dimensionamento illuminotecnico.

Cos’è l’illuminotecnica e di cosa si occupa

L’illuminotecnica è la disciplina che si occupa delle questioni legate all’illuminazione, sia essa naturale che artificiale, con l’obiettivo di assicurare all’uomo adeguate condizioni visive. In particolare, all’interno di un ambiente chiuso, l’illuminazione deve garantire la chiara distinzione degli elementi interni e lo svolgimento dei compiti visivi in modo agevole, creando condizioni di comfort visivo.

Questi requisiti possono essere soddisfatti mediante l’implementazione di un sistema di illuminazione che sfrutti sia la luce naturale che quella artificiale. Tuttavia, le due opzioni non sono completamente equivalenti. Se da un lato l’illuminazione elettrica può essere progettata con specifiche caratteristiche di qualità e quantità, a favore della luce naturale giocano la sua migliore qualità, una resa maggiore dei colori e maggiori livelli di illuminamento raggiungibili grazie alla sua quantità, impossibili da ottenere con l’illuminazione elettrica.

Un altro vantaggio dell’illuminazione naturale risiede nell’uso di fonti rinnovabili di energia (come il sole) consentendo notevoli risparmi energetici e apportando benefici all’ambiente. Questo aspetto si sposa benissimo con la progettazione sostenibile orientata alla riduzione dell’impatto ambientale.

La fotometria: fase preliminare del progetto illuminotecnico

Non si può parlare di illuminotecnica se prima non diamo una definizione di “luce” e di “fotometria. La luce è la parte di radiazioni elettromagnetiche recepita dai nostri occhi. Durante il giorno i fotorecettori che ci fanno vedere i colori sono i coni, di notte invece si attivano i bastoncelli e riusciamo a vedere solo toni di grigio. La luce bianca, in particolare, è il risultato di una miscela di tutte le lunghezze d’onda dello spettro visibile e comprende anche radiazioni appartenenti agli infrarossi e agli ultravioletti.

Nell’ambito dell’illuminotecnica, la fotometria costituisce una fase preliminare importante, nella quale si valutano le grandezze fondamentali utilizzate per misurare l’energia radiante emessa o ricevuta da una superficie. Queste misurazioni sono correlate alle sensazioni prodotte sull’individuo attraverso l’occhio.

Per comprendere le caratteristiche della visione nell’occhio umano, è possibile osservare la cornea e, in particolare, il cristallino, che formano un sistema ottico centrato. Questo sistema consente la formazione delle immagini sulla retina, situata nella parte posteriore del globo oculare. L’occhio, nel suo complesso, rappresenta un sensore “passabanda” estremamente sensibile, con una diversa sensibilità alle radiazioni delle varie lunghezze d’onda. Inoltre, associa a ciascuna lunghezza d’onda della banda visibile (da 780 nm a 380 nm) una sensazione di colore che varia dal rosso al violetto.

Per quantificare la sensibilità visiva dell’occhio umano medio a radiazioni di differente lunghezza d’onda, ma eguale energia, viene utilizzata una funzione detta fattore di visibilità K(λ). La sensibilità visiva è verificata dalla relazione di 2 potenze raggianti relative a radiazioni monocromatiche appartenenti a lunghezze d’onda diverse:

P( λ1) · K( λ1) = P( λ2) · K( λ2)

Il massimo della sensazione di visibilità, K(λ)=Kmax si ha per λ= 555 nm. Per comodità si definisce anche il coefficiente di visibilità V(λ) tramite la seguente relazione:

V(λ) = K(λ)/Kmax

Le grandezze fotometriche

Sono 5 le principali grandezze fotometriche:

  • flusso luminoso: è la quantità di energia luminosa emessa nell’unità di tempo da una sorgente (si esprime in lumen) e rappresenta la potenza luminosa emessa da una sorgente puntiforme attraverso un angolo solido;
  • intensità luminosa: è il flusso luminoso emesso in una determinata direzione da una sorgente luminosa per l’angolo solido che lo contiene (l’unità di misura è la candela);
  • radianza: la radianza in un punto di una superficie estesa è data dal rapporto tra il flusso luminoso emesso da un elemento di superficie contenente il punto e l’area della superficie stessa;
  • luminanza: è la quantità di luce emessa da una superficie in una certa direzione, in rapporto all’estensione della superficie stessa;
  • illuminamento: è la grandezza che esprime quanto agevolmente l’occhio può vedere, è il rapporto tra il flusso luminoso emesso da una sorgente e la superficie dell’oggetto illuminato, si riferisce all’oggetto illuminato e non alla sorgente (l’unità di misura è il lux).

Progetto illuminotecnico: a cosa serve

Il progetto illuminotecnico ha come obiettivo principale quello di creare condizioni di comfort visuale ottimale, adeguando l’illuminazione alle attività che devono essere svolte nell’area interessata. Per fare ciò si devono identificare una serie di elementi: il tipo, il numero, la potenza e la distribuzione dei corpi illuminanti necessari per raggiungere un preciso livello di illuminamento sul piano di lavoro. Un progetto illuminotecnico efficace deve soddisfare i seguenti requisiti:

  • garantire un livello di illuminamento appropriato alle attività svolte nell’ambiente;
  • assicurare una resa cromatica ottimale per una percezione accurata dei colori;
  • evitare forti contrasti nelle diverse zone del campo visivo;
  • prevenire l’abbagliamento diretto o riflesso, che potrebbe causare disturbi visivi.

La progettazione degli impianti di illuminazione inizia con l’identificazione del livello di illuminamento desiderato e procede determinando il flusso luminoso totale che le sorgenti luminose devono emettere, insieme alla definizione delle loro caratteristiche e del posizionamento. La scelta accurata delle sorgenti è fondamentale per ottenere una resa cromatica ottimale, che dipende dalla corretta selezione dei valori dell’illuminamento e dalla qualità della luce, influenzata dalla temperatura di colore delle sorgenti e dalla composizione spettrale della luce emessa. Per ottenere un’illuminazione piacevole, una tonalità “calda” richiede un elevato livello di illuminamento, mentre una luce più “fredda” può permettere livelli inferiori senza compromettere la resa cromatica.

Per garantire una certa uniformità dell’illuminazione in ambienti di lavoro, la normativa CIE raccomanda il calcolo del fattore di uniformità, Uo, definito come il rapporto tra l’illuminamento minimo e l’illuminamento medio sul piano di lavoro, definito per diverse tipologie di attività.

Generalmente per la realizzazione di un progetto illuminotecnico vengono utilizzati 2 metodi:

  • il metodo  del flusso puntuale;
  • il metodo del flusso totale o del coefficiente di utilizzazione.

Il metodo del flusso puntuale

Il metodo puntuale si basa sulle formule di calcolo relative a diverse tipologie di sorgenti luminose, puntiformi, lineari o estese. Attraverso l’assegnazione di una specifica distribuzione dei valori di illuminamento, questo metodo permette di determinare l’intensità della sorgente nella direzione desiderata. Successivamente, si può scegliere il complesso lampada-apparecchio che ha la curva fotometrica che meglio si adatta al caso. In questo processo, partendo dalla distribuzione delle intensità, è possibile risalire al flusso luminoso totale che la sorgente deve emettere. Questo metodo riveste un ruolo chiave nell’illuminazione degli spazi esterni. Di solito si integra con il metodo del flusso totale principalmente per effettuare calcoli di verifica dei valori di illuminamento in punti specifici o su più aree.

Il metodo del coefficiente di utilizzazione o del flusso totale

Il metodo del coefficiente di utilizzazione o metodo del flusso totale è un metodo semplificato ideale per sorgenti di dimensioni ridotte, come quelle puntiformi, e per locali a forma di parallelepipedo. Si applica specialmente quando non è necessaria una precisione estrema nel calcolo e consente di determinare in modo rapido il flusso totale essenziale per garantire un determinato livello di illuminamento sulla superficie di lavoro. Questo avviene attraverso la disposizione uniforme di apparecchi illuminanti.

Il flusso totale è legato al flusso utile da un coefficiente, il fattore di utilizzazione, che dipende dalle caratteristiche geometriche del locale, dai coefficienti di riflessione delle superfici e dal tipo di apparecchio.

φt = EmA / u

dove:

  • φt = flusso totale
  • Em = illuminamento medio
  • A = superficie
  • u = fattore di utilizzazione

Ogni apparecchio emetterà un flusso dato da tale valore diviso il numero di lampade installate:

φt = φt / numero di lampade

Le fasi della progettazione illuminotecnica

Le fasi della progettazione illuminotecnica sono:

  • analisi preliminare;
  • calcolo illuminotecnico;
  • progettazione del layout delle luci;
  • presentazione del progetto;
  • implementazione e successiva verifica.

Analisi preliminare

L’analisi preliminare include una serie di aspetti come ad esempio i compiti visivi previsti, l’analisi degli spazi da illuminare, il rispetto dei vincoli di vario genere (normativi, economici, ecc.).

L’illuminazione degli spazi, sia interni che esterni, richiede una conoscenza approfondita della destinazione d’uso prevista, ovvero delle attività svolte e, in particolare, dei compiti visivi coinvolti. Una pratica comune è suddividere l’ambiente in diverse zone con compiti visivi specifici. Ad esempio, in un ufficio, è fondamentale identificare le zone dedicate all’accoglienza, al lavoro al computer, alle riunioni o agli spostamenti interni.

Se l’ambiente da illuminare è già esistente, è importante effettuare un sopralluogo dettagliato per raccogliere informazioni utili, tra cui le caratteristiche geometriche proprie del luogo come lunghezza, larghezza e altezza. Inoltre è importante considerare i colori, le caratteristiche degli elementi strutturali che potrebbero influenzare la scelta o il posizionamento delle sorgenti luminose, nonché gli arredi e le strutture mobili previste per le attività pianificate.

Calcolo illuminotecnico

Una volta identificati i parametri illuminotecnici necessari per l’ambiente, in conformità alle norme e leggi vigenti e ad altri vincoli specificati, il passo successivo è la selezione del tipo di illuminazione da implementare. Questa fase è di fondamentale importanza poiché influenzerà significativamente tutte le fasi successive del progetto. La scelta della sorgente luminosa si basa su diversi parametri, tra cui potenza, efficienza luminosa, vita media e deprezzamento, posizione di funzionamento, necessità di accessori ottici supplementari, resa e temperatura del colore, e facilità di manutenzione.

Per quanto riguarda il dimensionamento illuminotecnico, questo deve essere basato almeno sulla verifica delle prestazioni di illuminamento e uniformità, adattandosi alle specifiche applicazioni e alle esigenze del committente.

Va sottolineato che in ogni situazione, un progetto illuminotecnico di qualità può richiedere il rispetto di limiti specifici per parametri come resa cromatica, distribuzione delle luminanze, abbagliamento, direzione e ripartizione della luce, colore, riflettenza, contrasto di luminanza, sfarfallamento e contributi della luce naturale.

 

Progettazione del layout delle luci

Dopo aver eseguito il calcolo illuminotecnico, la fase successiva interessa il layout ed il posizionamento delle luci all’interno dello spazio. Questa fase si basa su un’analisi approfondita ed attenta dei risultati del calcolo illuminotecnico. È necessario individuare le posizioni ottimali per le sorgenti luminose al fine di raggiungere i livelli desiderati di illuminazione.

Ciò implica una serie di azioni da compiere: considerare la disposizione degli arredi, le caratteristiche architettoniche e le esigenze funzionali di ogni zona (plafoniere, faretti, strisce LED o lampade da tavolo, a seconda delle necessità). Il posizionamento delle luci avviene distribuendole uniformemente nello spazio, evitando aree con illuminazione insufficiente o, al contrario, eccessiva.

Presentazione del progetto

Il progetto definitivo è tale quando risulta essere completo di una serie di documenti indispensabili: relazione illustrativa, schede tecniche e descrittive degli apparecchi, indicazioni precise sulla posizione degli apparecchi di illuminazione e altezza di installazione e relative ai puntamenti, indicazione dei valori calcolati di illuminamento e degli abbagliamenti, i dati relativi al controllo
dell’inquinamento luminoso ed, infine, le valutazioni economiche.

Il livello di completezza del progetto e della documentazione prodotta è strettamente legato all’entità dell’impianto e alle informazioni a disposizione.

Implementazione e verifica

L’ultima fase è la messa in pratica della progettazione del layout delle luci: si posizionano e si installano le sorgenti di luce nei punti concordati ed indicati. Successivamente si procede con la verifica dell’illuminazione grazie a strumenti di misurazione, come un luxmetro che controlla i livelli di illuminazione e li confronta con quelli previsti nel progetto.

Relazione illuminotecnica

La relazione illuminotecnica è l’elaborato che contiene l’intero progetto. Con un software di progettazione elettrica puoi elaborare automaticamente la tua relazione, senza paura di commettere errori che potrebbero risultare fatali.

Chi è e cosa fa il progettista illuminotecnico

La responsabilità della redazione del progetto illuminotecnico è assegnata al Lighting Designer, il progettista illuminotecnico, un professionista esperto che coincide spesso con il progettista degli spazi. La sua competenza si estende all’analisi delle esigenze illuminotecniche specifiche di un determinato ambiente. Inizia valutando gli ambienti da illuminare. Questa analisi comprende la destinazione d’uso degli spazi, le attività che si svolgono, le caratteristiche geometriche, i colori delle superfici, la presenza di elementi strutturali e mobili, e altri fattori che possono influenzare la progettazione dell’illuminazione. È necessario che sia a conoscenza delle normative e degli standard illuminotecnici, oltre a considerare eventuali norme in materia di costruzioni e norme di sicurezza.

Il progettista illuminotecnico seleziona le sorgenti luminose in base a diversi parametri, tra cui potenza, efficienza luminosa, vita media, posizione di funzionamento, resa cromatica e temperatura del colore. La scelta delle lampade influisce sull’atmosfera e sulla resa visiva dell’ambiente.

Utilizza il calcolo illuminotecnico per avere informazioni circa il posizionamento delle fonti luminose e il numero di lampade necessarie ad avere l’illuminazione sperata. Nel processo di definizione del progetto, è essenziale che egli prenda in considerazione sia le caratteristiche delle fonti luminose, sia i requisiti relativi agli ambienti e agli oggetti destinati alla loro illuminazione.

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