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LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Le sorgenti artificiali Le sorgenti primarie.

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1 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Le sorgenti artificiali Le sorgenti primarie di luce artificiale, dette lampade, sono alimentate da energia elettrica e generalmente inserite in dispositivi realizzati con materiali riflettenti e/o rifrangenti atti ad effettuare il controllo in intensità (attenuazione) e direzionalità del flusso luminoso da esse emessa. Linsieme della lampada e del dispositivo di controllo è detto apparecchio illuminante.

2 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Tipologie di lampade

3 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Parametri caratteristici delle lampade Tensione di alimentazione: indica la tensione, in Volt, di alimentazione elettrica (trasformatore). Potenza elettrica: rappresenta, in watt, la potenza necessaria al funzionamento della lampada. Flusso luminoso: rappresenta la quantità di luce emessa dalla lampada ed è espressa in lumen. Efficienza luminosa η: è espressa dal rapporto tra il flusso luminoso emesso dalla lampada e a potenza elettrica necessaria al funzionamento della stessa [lm/W].

4 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Efficienza luminosa

5 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Temperature di colore

6 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Temperature di colore

7 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Diagramma di Kruithof Con quale criterio si stabilisce qual è la migliore temperatura di colore per un ambiente da illuminare? In funzione delloggetto e delle sue caratteristiche di riflessione In generale la tonalità più gradevole per locchio è correlata ai livelli di illuminamento medi dellambiente. Diagramma E-T Si indica la zona di illuminamento confortevole a diversi valori di illuminamento e diverse T. Per livelli bassi di illuminamento è indicato limpiego di sorgenti con basse temperature di colore

8 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Resa cromatica I colori dipendono dalla composizione spettrale della luce che giunge sulloggetto. Se le sorgenti contengono in modo uniforme un po in tutte le frequenze del visibile allora i colori appaiono al meglio. Viceversa, le sorgenti che difettano non sempre consentiranno di ottenere una buona resa dei colori.

9 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Le lampade ad incandescenza Lelemento incandescente è un sottilissimo filamento metallico in tungsteno, contenuto in unampolla (bulbo) e attraversato da corrente elettrica, continua o alternata, che ne provoca, per effetto Joule, il surriscaldamento fino a circa 2800 K e la conseguente emissione di radiazioni visibili. Efficienza luminosa 10–25 lm/W (bassa) Temperatura di colore: 2800 – 3000 K R a = 100 Vita media 1000 h (tempo nel quale il flusso luminoso si riduce del 30%) La maggior parte delle radiazioni tra i 2500 e i 3000 K ricadono nel campo dellIR (circa l80%)

10 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Le lampade ad incandescenza alogene Lampade ad alogeni: Migliorano le prestazioni e la durata della vita delle lampade ad incandescenza sono costituite da un sottile tubo di quarzo a riempimento di iodio, o di altri alogeni, come bromo, contenente un filamento di tungsteno a spirale rettilinea. Il tungsteno, sublimato dal filamento, invece di depositarsi sulle pareti interne del bulbo, reagisce con lalogeno dando luogo ad un particolare ciclo per cui si va a ridepositare sul filamento stesso. Ciò aumenta la vita della sorgente ed evita lannerimento del tubo, quindi la riduzione del flusso luminoso. Efficienza luminosa 16– 30 lm / W Temperatura di colore: 2900 – 3500 K R a = 100 Vita media 2000 h (x2) Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

11 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Le lampade fluorescenti Appartengono alla famiglia delle lampade a scarica, costituite da un bulbo contenente un gas di innesco e due elettrodi. Applicando una tensione agli elettrodi per mezzo di uno starter si crea corrente, cioè passaggio di elettroni dal polo positivo – a quello positivo +. Gli elettroni entrano in collisione con gli atomi del gas, con conseguente sviluppo di calore ed emissioni di radiazione elettromagnetiche. Le lampade fluorescenti utilizzano come gas il vapore di mercurio a bassa pressione e linterno del bulbo è rivestito da sostanze dette fosfori, che convertono le radiazioni UV emesse dal mercurio in radiazioni visibili. Efficienza luminosa lm / W Temperatura di colore: dipende dai fosfori R a = Vita media h Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

12 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Confronto tra le prestazioni di sorgenti per uso residenziale (fonte ENEA)

13 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 I LED (Ligh Emitting Diods) I LED sono costituiti da diodi. Un diodo ad emissione luminosa è un dispositivo elettronico che sfrutta le proprietà di alcuni materiali, detti semiconduttori, di produrre fotoni spontaneamente. Se sottoposti ad una tensione rilasciano energia sotto forma di fotoni. Sono tipicamente formati da composti di gallio o silicio. In base alla loro composizione emettono luce di una particolare lunghezza donda (monocr.). I primi led emettevano luce rossa (display), successivamente gialla e verde. Da quando furono realizzati anche i led blu (anni90) è possibile ottenere tutte le combinazioni cromatiche. R, G, B. Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

14 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 I LED Pregi: Elevata affidabilità. Lunga durata (non risentono di umidità e vibrazioni). Elevata efficienza. Basso consumo. Applicazioni: segnaletica, retroilluminazione di display, cartelloni, illuminazione.. Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

15 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 LED La loro applicazione è consigliata per la segnaletica stradale, per lilluminazione decorativa, quando sono richiesti effetti cromatici dinamici e nella valorizzazione di forme e volumi, date le loro piccole dimensioni e la possibilità di controllo ottimale del flusso luminoso Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Illuminazione decorativaIlluminazione stradale

16 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura La luce naturale Per luce naturale si intende quella proveniente dal sole e dalla volta celeste. La luce naturale consente di conseguire risparmi energetici, riducendo i consumi derivanti dallutilizzo dellilluminazione artificiale. La luce naturale è caratterizzata da variabilità nel tempo sia per quanto riguarda il flusso luminoso che la temperatura di colore. La luce del sole che contiene tutte le frequenze nel visibile (luce bianca) arriva in atmosfera e giunge al suolo in parte in linea retta, in parte dopo aver subito riflessioni multiple, a causa delle particelle presenti in atmosfera (vapor dacqua) e diffondendosi in tutte le direzioni. Le lunghezze donda deviate dalla direzione rettilinea sono le più piccole e corrispondenti al blu, ecco perché il cielo appare di colore blu. Le lunghezze donda delle radiazioni che giungono direttamente al suolo privata di queste piccole lunghezze donda appartengono alla banda del giallo-arancione (colore con cui appare il disco solare).

17 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Composizione della luce naturale La luce naturale è costituita da: -la componente solare diretta, che è direzionale e che dipende dalla posizione del sole sulla volta celeste - la componente diffusa proveniente dalla volta celeste. La componente diffusa è dovuta a quella parte di radiazione solare che viene dispersa, per riflessioni multiple, dalle particelle di vapore acqueo e dal particolato presente in atmosfera. In particolare le nubi (particelle di acqua più grandi rispetto a quelle del vapor dacqua presente in atmosfera) riescono a deviare tutte le radiazioni. Quindi la componente diretta decresce con laumentare della nuvolosità del cielo. In condizioni estreme (cielo overcast), la componente diretta è assente

18 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 La luce naturale allinterno degli edifici: il DF Parametro sintetico che serve per valutare lilluminazione naturale allinterno di un ambiente confinato, in assenza di radiazione solare diretta, è il fattore di luce diurna o DF (daylight factor) Esso è definito come il rapporto tra lilluminamento in un punto di una superficie in un ambiente interno e lilluminamento, nello stesso istante, su una superficie orizzontale esterna, in assenza di ostruzioni, prodotto dalla volta celeste escludendo la componente solare diretta. Facoltà di Architettura

19 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Lilluminamento interno è dovuto a tre fattori: - una parte di illuminamento è quello dato direttamente dal cielo - una parte arriva sul piano di lavoro per effetto della riflessione su superfici esterne, quali alberi e costruzioni vicine -una parte per effetto della riflessione su superfici interne, quali pareti, pavimento, soffitto, etc. Per cui DF è dato dalla somma di tre aliquote (%): DF = Ds + De +Di Ds (componente diretta che giunge sul punto in esame) De (compon. riflessa esternamente) Di (componente riflessa internamente) Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

20 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 DF medio Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

21 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Facoltà di Architettura Andamento del DF per aperture laterali e lucernai Laccesso di luce naturale allinterno degli ambienti può avvenire per illuminazione laterale (superfici trasparenti sulle pareti verticali) ed illuminazione dallalto (lucernai). La distribuzione della luce naturale allinterno degli ambienti della luce dipende: - dallorientamento delle aperture - dalle loro dimensioni, forma e collocazione - dalla presenza di sistemi di controllo della luce, - dalla geometria dellambiente e dai fattori di riflessione delle superfici interne dellambiente. Andamento del DF in ambienti con aperture lateraliAndamento del DF in ambienti con lucernai

22 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Isolinee relative al DF in ambiente con apertura su superficie verticale I valori sono elevati in prossimità della finestra e decrescenti verso la parete opposta, raggiungendo valori inferiori allunità.

23 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura DF in ambiente con apertura con lucernaio La distribuzione del DF e degli illuminamenti è più uniforme rispetto al caso di illuminamento con apertura laterale

24 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Facoltà di Architettura Riferimenti legislativi e normativi (valori minimi): - Circolare del Ministero dei Lavori pubblici n° 3151 del 22/5/1967 (edilizia civile sovvenzionata). - Circolare del Ministero dei Lavori pubblici n° del 22/12/1974 (edilizia ospedaliera). - Decreto del Ministero della Sanità del 5/7/1975 (edilizia residenziale): area finestre >1/8 area pavimento. - D. M. del 18/12/1975 (edilizia scolastica). - UNI Locali scolastici criteri generali per lilluminazione artificiale e naturale, maggio 2007.

25 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 La radiazione solare diretta In linea di principio la radiazione solare diretta, e dunque la luce proveniente direttamente dal sole, va opportunamente schermata al fine di evitare fenomeni di abbagliamento e di eccessivo riscaldamento degli ambienti durante il periodo estivo. Limpatto della componente solare diretta varia al variare della località, dellorientamento, dellora del giorno e del giorno dellanno, in base alle ostruzioni ed ai sistemi schermanti presenti Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Ombre portate su facciate di edifici

26 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Sistemi per evitare eccessivi gradienti In presenza di radiazione solare diretta sono possibili in ambiente eccessivi gradienti di illuminamento, cioè zone fortemente illuminate e zone scarsamente illuminate. Mediante impiego di scaffali di luce (light shelves) opportunamente orientati, con aperture verticali, è possibile distribuire la luce negli ambienti con maggiore uniformità. Facoltà di Architettura

27 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Sistemi per evitare eccessivi gradienti Nel caso di luce proveniente dallalto, la soluzione con sistemi trasparenti collocati su superfici verticali ed esposti a sud consente di fare accedere la luce solare diretta e distribuirla opportunamente in ambiente. Nella soluzione a dente di sega si ottiene una migliore distribuzione degli illuminamenti su piano orizzontale. Gli andamenti riportati nelle figure si riferiscono a cielo clear (sereno), con superfici vetrate orientate a sud. Lilluminamento non è uniformeLa soluzione a dente di sega riduce la disuniformità

28 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Labbagliamento Sorgenti naturali o artificiali (come definito dalla CIE) In generale, il fenomeno dellabbagliamento è di due tipi: Abbagliamento fisiologico o disabilitante: Riduzione temporanea delle prestazioni visive dovuta alla diffusione della luce allinterno dellocchio. Abbagliamento psicologico Perdita di comfort senza necessariamente provocare una perdita nella visione, dovuta alla permanenza in ambienti con condizioni che arrecano disturbo nel tempo. Esempio di abbagliamento disabilitante (disability glare) Esempio di abbagliamento psicologico (discomfort glare)

29 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Da cosa è prodotto labbagliamento da luce naturale? Labbagliamento è dovuto al contrasto eccessivo tra la luminanza della finestra e quella delle pareti circostanti. Una sorgente con luminanza molto elevata e dimensioni piccole collocata su una parete scura produce maggiore abbagliamento di sorgenti ampie collocate su pareti chiare (altamente riflettenti). Relazioni tra il contrasto di soglia e la luminanza dello sfondo per varie dimensioni dell'oggetto e tempi di esposizione s

30 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Gli indici di abbagliamento da luce naturale Tutti gli indici di abbagliamento da luce naturale dipendono da: -Luminanza della finestra, -Luminanza dello sfondo che rientra nel campo di vista -Parametri geometrici piuttosto complessi, quali gli angoli solidi sottesi dai diversi elementi allinterno del campo di vista Lindice più noto è il DGI (Daylight Glare Index).

31 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il DGI rispetto alle sensazioni prodotte, in relazione anche allUGR, indice di abbagliamento per sorgenti artificiali

32 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Sistemi di controllo del flusso luminoso Sistemi di controllo del flusso luminoso proveniente sia da sorgente naturale che da sorgente artificiale in modo da ottenere luminanze ottimali per i diversi compiti visivi. Per quanto riguarda la luce artificiale i sistemi di controllo sono gli apparecchi illuminanti. Il flusso luminoso emesso dalle lampade deve essere opportunamente distribuito e direzionato nello spazio in modo da soddisfare le diverse esigenze ed evitare i fenomeni di abbagliamento. A tal fine si adoperano dei sistemi costituiti da elementi riflettenti e/o rifrangenti e/o diffondenti che formano un sistema ottico. Altre funzioni dellapparecchio illuminante: protezione meccanica, elettrica e termica della lampada.

33 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Sezione di apparecchio illuminante con lampada fluorescente Diverse ottiche e distribuzioni di luce

34 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 La distribuzione spaziale del flusso luminoso Lintensità luminosa di una sorgente varia al variare della direzione nello spazio. La scelta di un apparecchio illuminante deve essere effettuata sostanzialmente tenendo conto del: - del solido fotometrico, cioè della distribuzione spaziale delle intensità luminose, - del flusso luminoso emesso, - della potenza assorbita - della tensione di alimentazione. Lintersezione del solido fotometrico con i vari piani passanti per lasse ottico della sorgente determina le curve fotometriche polari Le ditte produttrici di apparecchi illuminanti forniscono tali dati fotometrici sotto forma di diagrammi o tabelle, che descrivono la variazione dellintensità luminosa secondo differenti direzioni. Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

35 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il sistema di coordinate polari Si definisca un sistema di riferimento per poter leggere i diagrammi polari. Si consideri lasse ottico dellapparecchio illuminante (asse verticale). Su ogni piano passante per esso si definisce langolo a partire dalla posizione verticale orientata verso il basso (corrispondente a =0°), positivo in senso antiorario.

36 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il sistema di coordinate polari I differenti piani verticali sono individuati mediante langolo C. Il piano corrispondente a C =0° (comprendente anche C=180°) è solitamente un piano di simmetria (piano longitudinale). C è positivo se antiorario

37 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Letture delle intensità luminose (Philips) su grafico polare e tabella Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Valore unico per ogni C e =0° asse ottico Per =30° e C=0° curva rossa Per =30° e C=90° (270) curva blu Le rette indicano langolo

38 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Distribuzione del flusso luminoso Classificazioni del tipo di illuminazione in funzione della percentuale di flusso emessa verso lalto o verso il basso. Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

39 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Distribuzione del flusso luminoso Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

40 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Distribuzione del flusso luminoso Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

41 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Apparecchi illuminanti: il LOR (Light Ouput Ratio) Parte del flusso luminoso emesso da una sorgente non fuoriesce dal corpo illuminante ma rimane intrappolato allinterno per riflessioni e assorbimenti multipli da parte degli elementi che controllano il flusso Il LOR è il rapporto tra il flusso luminoso che fuoriesce e quello che rimane intrappolato dentro lapparecchio: maggiore è il LOR più efficiente è lapparecchio (%). Classificazione lampade secondo CIE: Stringa di 5 cifre Es: CIE Flux Code:

42 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Apparecchi illuminanti: il LOR (Light Ouput Ratio) CIE Flux Code: Il LOR è lultimo numero della stringa Il penultimo è il flusso luminoso emesso verso il basso (%) I primi tre rappresentano rispettivamente: - Il flusso luminoso (%) che ricade entro un angolo di 41,44° - Il flusso luminoso (%) che ricade entro un angolo di 60° - Il flusso luminoso (%) che ricade entro un angolo di 75,5° Esempio: CIE Flux Code: LOR = 87, il flusso è tutto diretto verso il basso (100%) Il 100% è emesso entro un angolo di 60° e di 75,5°, solo il Il71% ricade entro un angolo di 41,44°.

43 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Apparecchi illuminanti: il LOR (Light Ouput Ratio) In figura Lampada: 1 x TL5-35W Flusso luminoso: 3300 lm Flusso effettivo: 3300 lm x 0.87 = 2871 lm CIE Flux Code: TBS318 1xTL5-35W/ indica la resa cromatica e la temperatura di colore Ra = 80; Tc = 3000K (tonalità calda) T5 diametro tubo 16mm Curve fotometriche nei piani C0-C180 e C90-C270 Apparecchio incassato a soffitto (Philips)

44 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il LOR ed il CIE flux code Lampade: 1 x TL5C60W Flusso luminoso: 5000 lm (maggiore) Classificazione lampade secondo CIE: 96 CIE Flux Code: Flusso effettivo: 5000 lm x 0,53 = 2650 lm (minore) Il 96% del flusso luminoso è diretto verso il basso Curva fotometrica simmetrica rispetto allasse verticale Apparecchio a sospensione con fluorescente tubolare circolare (Philips)

45 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Esempio di flusso luminoso diffuso Lampade: 2x35 W, T5 G5 Classificazione lampade secondo CIE: 52 CIE Flux Code: Flusso luminoso: 7300 lm Flusso effettivo: 7300 x 0,63 = 4599 lm Flusso diretto verso il basso: 4599 x 0,53 = 2437,5 lm Flusso diretto verso lalto: ,5 = 2161,5 lm Curve fotometriche Apparecchio a sospensione con fluorescenti lineari (Philips)

46 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Sistemi di controllo della luce naturale Schermi: interni (blinds), esterni (louvers), fissi, mobili controllati in modo manuale o automatico. Impediscono laccesso della radiazione solare diretta. La radiazione solare diretta comunque, opportunamente controllata, può essere gradevole conferendo effetti luminosi allambiente senza provocare abbagliamento, quindi favorevole dal punto di vista del comfort visivo e,inoltre, senza provocare problemi di surriscaldamento termico, quindi non svantaggioso dal punto di vista energetico. Pertanto la componente diretta della radiazione solare deve essere evitata in estate e favorita in inverno Tipologie di schermi Interni o esterni Gli schermi esterni sono più efficienti da punto di vista termico perché la radiazione solare non attraversa lelemento vetrato e non giunge nellambiente. Fissi o mobili (switch manuale o automatico)

47 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Localizzazione interna o esterna Tutti i sistemi schermanti ed in particolare quelli esterni richiedono una adeguata manutenzione, soprattutto se localizzati in zone ad elevato inquinamento. La presenza di sporco modifica le caratteristiche ottiche dei sistemi e riduce il fattore di trasmissione della radiazione luminosa, alterando le prestazioni. Sistemi schermanti interni I sistemi interni sono generalmente controllabili dallutenza, oppure regolati in modo automatico. Posso essere costituiti da materiali riflettenti o diffondenti (tende) e possono avere la caratteristica di impedire laccesso alle radiazioni ultraviolette

48 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Sistemi di controllo integrati nel vetro Sono composti da due lastre di vetro fra le quali sono collocati materiali o dispositivi (alette) riflettenti e/o rifrangenti atti a migliorare le prestazioni luminose e termiche. Esistono molteplici tipologie, a controllo manuale o automatico, scelte in funzione delle esigenze tra le quali i pannelli con fish-system, i pannelli Okalux, i pannelli Kapilux ed Okaflex (http://www.okalux.de/index)fish-system, i pannelli Okalux, i pannelli Kapilux ed Okaflex A questa categoria appartengono anche i TIM (Transparent Insulation Materials): hanno una buona trasmissione della luce e un buon isolamento termico. Sono costituiti da materiali in policarbonato, polistirene, cloruro di polivinile.

49 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Facoltà di Architettura Il bilancio energetico di un componente finestrato e e =q i e +q e e Allinterno giunge: e e +q i e = ( e +q i ) e = g e Trasmittanza solare Scambio termico

50 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Facoltà di Architettura Scambio termico Q g =U g A g dipende dalla trasmittanza del componente finestrato (telaio + vetro), il ponte termico tra vetro e telaio e della differenza di temperatura tra i due ambienti Fattore di trasmissione luminoso v = flusso luminoso trasmesso/flusso luminoso incidente

51 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Le caratteristiche dei sistemi vetrati I principali parametri che caratterizzano i componenti finestrati sono: la trasmittanza termica U [W/m 2 K]; il fattore di trasmissione dellenergia solare totale (fattore solare) g; il fattore di trasmissione luminosa v ; Il rapporto v /g è indicativo di quanta luce solare penetra allinterno dellambiente rispetto allenergia corrispondente

52 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

53 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Radiazione solare: Comprende UV-visibile-vicino IR Un vetro con buone capacità di trasmissione ha elevati valori di nel visibile. Se tale fattore è alto anche nel vicino IR, il vetro è adatto a climi rigidi invernali perché fa entrare la radiazione solare termica, non visibile. Se invece si attenua drasticamente lingresso del vicino IR si ottiene un vetro adatto a climi caldi. Le caratteristiche di trasmissione e riflessione possono essere modificate con pellicole selettive. Cosa significa? Poiché lenergia assorbita dal vetro viene riemessa con del lontano infrarosso, sia verso linterno che verso lesterno, è possibile, inserendo tali pellicole, massimizzare in funzione del clima il flusso termico reindirizzato verso linterno (vetro adatto a climi freddi) oppure quello reindirizzato verso lesterno (vetro adatto a climi caldi)

54 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura I metodi quantitativi (per la valutazione delle distribuzioni delle luminanze e degli illuminamenti relativi a varie superfici illuminate) - Metodo per punti. - Metodo Lumen o del Flusso Totale o del Fattore di Utilizzazione. - Impiego di software di calcolo, basati su diverse tecniche numeriche. Diagramma isoluxIlluminamenti medi del cono di luce

55 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Metodo per punti (sorgente puntiforme) Consiste nellapplicazione della legge dellinverso 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, rispetto allinterno. È possibile calcolare le due componenti Eh e Ev di E su un punto P di una superficie orizzontale, assegnate lintensità luminosa I della sorgente nella direzione sorgente-punto e la posizione relativa della sorgente rispetto al punto. Illuminamento prodotto da una sorgente puntiformeCalcolo degli illuminamenti Eh ed Ev in P

56 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Metodo per punti Può essere applicato anche a sorgente estesa, che si possa assumere lambertiana a luminanza uniforme (luminanza indipendente dal singolo punto e, per ogni punto, dalla direzione). Tenendo conto di: - dimensione della sorgente - posizione relativa della sorgente- punto illuminato, è possibile valutare lilluminamento nel punto in esame (P), considerato appartenente ad una superficie con giacitura parallela alla superficie sorgente o con giacitura ortogonale ad essa.

57 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il metodo del flusso totale Tiene conto anche della componente riflessa della radiazione luminosa di una sorgente Tale metodo è un approccio semplificato per geometrie semplici. Esso 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, è pari a Em*A. Esso rappresenta una frazione del flusso totale emesso potenzialmente 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 manutenzione del flusso luminoso (FM).

58 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura

59 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il calcolo del fattore di utilizzazione FU Esso si può calcolare sia per ambienti interni che esterni. Per ambienti interni è possibile calcolare FU per geometrie semplici (es. parallelepipedi). In tal caso, esso 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, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il soffitto (hcc); RC: Room Cavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il piano di lavoro a 85 cm dal pavimento (hrc); FC: Floor Cavity, la porzione di stanza compresa tra il piano di lavoro e il pavimento (hfc)

60 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il calcolo del fattore di utilizzazione CC Ceiling Cavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il soffitto (hcc); RC Room Cavity, la porzione di stanza compresa tra il piano orizzontale che contiene gli apparecchi illuminanti e il piano di lavoro a 85 cm dal pavimento (hrc); FC Floor Cavity, la porzione di stanza compresa tra il piano di lavoro e il pavimento (hfc)

61 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Dette L e W le dimensioni in pianta della stanza, per ciascuna cavità si calcola un rapporto (Cavity Ratio): CR = 5*hc (L+W)/(L*W) Se la geometria di pianta non è regolare

62 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il calcolo del fattore di utilizzazione Per ciascuna tipologia di apparecchio illuminante esistono tabelle che consentono di ricavare il Fattore di Utilizzazione in funzione di - RCR (Room Cavity Ratio), - fattore di riflessione medio della cavità del soffitto ρcc - fattore di riflessione medio delle supefici laterali ρw, posto che il fattore medio di riflessione della cavità pavimento ρfc sia pari al 20%. Noto RCR, come si determinano ρcc e ρfc?

63 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il calcolo del fattore di utilizzazione Il fattore di riflessione corrispondente alla cavità soffitto ρcc è funzione di: -fattore di riflessione del soffitto ρc -rapporto di cavità del soffitto CCR -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. LIlluminating Engineering Society of North America (IESNA) ha pubblicato delle tabelle per la valutazione di tali fattori di riflessione riferiti alle cavità.IESNA

64 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il calcolo del fattore di utilizzazione In alternativa, ρcc e ρfc possono essere valutati applicando le relazioni analitiche fornite dallIESNA.relazioni analitiche Noti tali valori, si valuta il fattore di utilizzazione in funzione di questi, del RCR e del tipo di distribuzione luminosa dellapparecchio illuminante. Tali dati sono reperibili in tabelle dellIESNA oppure direttamente forniti dalle ditte produttrici. Foglio di excel

65 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il fattore di perdita luminosa (Maintanance Factor MF) Una volta noto il FU, è necessario valutare il fattore correttivo (FM) riduttivo che tiene conto delle riduzioni del flusso luminoso dovute a: - tensione di alimentazione, dissipazione di calore, temperatura ambiente, deterioramento delle superfici dellapparecchio illuminante, deviazione rispetto al corretto posizionamento dellapparecchio; - manutenzione dellapparecchio, invecchiamento della lampada e tipo di alimentatore, pulizia della stanza. In generale: FM = LDD * LLD * RSMF LDD: luminaire dirty depreciation factor, che tiene conto dello stato di pulizia dellapparecchio LLD: lamp lumen depreciation factor, che tiene conto della riduzione del flusso per invecchiamento dellapparecchio illuminante RSMF : room surface maintanance factor che tiene conto dello stato di pulizia delle superfici che delimitano la stanza

66 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura LDD LLD

67 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Room Surface Maintainance Factor Dipendono anche dal tipo di illuminazione. In Figura è riportato i valori dei RSMF, in funzione del Room Cavity Ratio e dei diversi livelli di inquinamento dellambiente 10 = ambiente molto pulito 40 = ambiente molto inquinato

68 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il rapporto S/H (Space to height ratio) Dividendo il flusso luminoso totale per ottenere un dato illuminamento medio su una superficie per il flusso emesso da ciascun apparecchio, si ottiene il numero di apparecchi necessari. Tale procedura non è comunque sufficiente a garantire una buona uniformità di illuminamento sul piano in esame. E necessario inoltre che la distanza tra gli apparecchi S, rapportata allaltezza di montaggio H rispetto al piano di lavoro non superi un dato valore limite. Figura 500 lux è lilluminamento medio. Esso è disuniforme Illuminamento prodotto da una sorgente puntiformeCalcolo degli illuminamenti Eh ed Ev in P

69 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Definizione di S e H Lilluminamento medio è di 500 lux, ma cè eccessiva disuniformità

70 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura I metodi computerizzati Il metodo del fattore di utilizzazione Dati di input: tipologia e dati fotometrici degli apparecchi illuminanti, geometria e fattori di riflessione dellambiente, altezza di installazione, fattori di manutenzione, illuminamento che si vuole ottenere su una data superficie orizzontale di calcolo. Dati di output: numero di apparecchi necessari a produrre lilluminamento richiesto sulla superficie e loro disposizione in ambiente. Applicazioni: ambienti con geometria semplice, illuminazione di tipo generale

71 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Dati relativi allapparecchio illuminante Esempio di distribuzione degli apparecchi illuminanti

72 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Metodo lumen: dati di input (Dialux light)Dialux light) Dati di input escluso lilluminamento desiderato (Software Dialux light)

73 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Metodo lumen: dati di output (Dialux light)Dialux light) - Numero di apparecchi necessari a ottenere lilluminamento previsto e la loro collocazione in ambiente - Distribuzione degli illuminamenti sul piano di lavoro, in forma tabellare e di curve isolux - I valori dellilluminamento minimo, medio e massimo - I rapporti tra: lilluminamento minimo e quello medio lilluminamento minimo e quello massimo. Dati di output in base allilluminamento pianificato (Software Dialux light)

74 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura I metodi computerizzati Il metodo della radiosità (radiosity method) Ipotizza che tutte le superfici siano uniformemente diffondenti Non considera le eventuali superfici speculari, né quelle trasparenti (cioè ipotizza che tutte le superfici siano opache). Dopo il calcolo della componente diretta, valuta le successive inter-riflessioni della radiazione luminosa tra le superfici che delimitano lambiente Dati di input: Caratteristiche delle sorgenti e delle superfici. Dati di output: Distribuzione di illuminamenti e luminanze, fattori di luce diurna nel caso di luce naturale, rendering.

75 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il software Dialux È scaricabile dal sito dialux. Consente di effettuare il calcolo illuminotecnico sotto condizioni di illuminazione sia naturale che artificiale per ambienti interni, esterni e per lilluminazione stradale. Applica il metodo della radiosità e dunque considera tutte le superfici uniformemente riflettenti o lambertiane. Per quanto riguarda i dati di input, è possibile importare modelli 3D oppure costruire direttamente il modello nellambiente del programma. Ovviamente occorre assegnare i fattori di riflessione e le caratteristiche di finitura superficiale per tutte le superfici.dialux Input del software Dialux: costruzione del modello

76 LABORATORIO DI COSTRUZIONI 25 FEBBRAIO 2011 Laboratorio di Costruzioni Modulo di Impianti Facoltà di Architettura Il software Dialux: dati di output Una volta costruito il modello ed assegnate le caratteristiche delle sorgenti, sia naturali che artificiali, sono calcolati gli illuminamenti e le luminanze sulla superficie utile orizzontale, posta,in mancanza di diverse indicazioni, ad 85 cm dal suolo. È possibile introdurre superfici di calcolo, in cui sono valutate le stesse grandezze e punti di calcolo con la possibilità di effettuare la verifica allabbagliamento. In presenza di luce naturale con il modello di cielo coperto sono valutati i fattori di luce diurna. I dati in uscita sono espressi in formato grafico o tabellare Output del software DialuxOutput del software Dialux:


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