Venerdì, 27 febbraio 2015
SORGENTI LUMINOSE
prof. ing. Maurizio Fauri
Sorgenti luminose
SORGENTE LUMINOSA
fonte in grado di emettere radiazioni elettromagnetiche percepibili
dall’occhio umano (luce) per proprietà o reazioni chimiche o fisiche
L
LE “ERE” DELLA LUCE
Luce dalla combustione di solidi o liquidi
Luce dalla combustione di gas
Luce dal calore: incandescenza
Luce dalla ionizzazione: scarica in gas
……….Tutte le tecnologie sono ancora attive!............
Luce dalla MATERIA drogata dall’uomo. IL LED
(diodo emettitore di luce)
prof. ing. Maurizio Fauri
Energia luminosa
POTENZA LUMINOSA
V(λ)
POTENZA RADIANTE
lunghezza d’onda (nm)
SPETTRO DI EMISSIONE – Potenza irradiata per singola lunghezza d’onda.
FLUSSO LUMINOSO Φ – Potenza irradiata riferita alla sensibilità spettrale
relativa dell’occhio umano [lm].
EFFICIENZA LUMINOSA – rapporto tra flusso luminoso emesso
e potenza elettrica assorbita [lm / W].
prof. ing. Maurizio Fauri
Temperatura di colore
Corpo Nero
Radiatore che assorbe completamente la radiazione
incidente, lo spettro della radiazione emessa
dipende solo dalla sua temperatura (legge di Plank)
prof. ing. Maurizio Fauri
Temperatura di colore
AUMENTO
TEMPERATURA
AUMENTO
EN. RADIANTE
aumento
temperatura
CORPO NERO
=> AUMENTO TEMPERATURA
=> VARIAZIONE DI SPETTRO
=> VARIAZIONE TONALITÀ DI BIANCO
prof. ing. Maurizio Fauri
Temperatura di colore
È la temperatura di un radiatore plankiano la cui
radiazione ha la stessa cromaticità dello stimolo
dato.
(CIE International Lighting Vocabolary – CIE pubbl. 17.4 (1987))
Sorgente analizzata e corpo nero hanno la stessa
apparenza per un osservatore umano, ma
possono avere distribuzione spettrale diversa
(nemmeno simile).
prof. ing. Maurizio Fauri
Temperatura di colore
calda
neutra
fredda
T < 3300 K
3300≤T≤ 5300 K
T> 5300 K
prof. ing. Maurizio Fauri
Temperatura di colore
Temperatura di colore correlata
"la temperatura (T) di un radiatore plankiano il
cui colore percepito assomiglia più da vicino a
quello dello stimolo dato alla stessa luminosità
e in condizioni visive specificate".
Nel diagramma CIE Lxy identifica
la temperatura del corpo nero le cui
coordinate cromatiche sono più
vicine a quelle della sorgente
analizzata
prof. ing. Maurizio Fauri
Temperatura di colore
aumenta Tc
prof. ing. Maurizio Fauri
Durata di vita
Perdita delle prestazioni fotometriche per invecchiamento delle componenti.
DURATA DI VITA MEDIA
numero di ore di funzionamento dopo il quale, in un determinato lotto di
lampade sottoposte a specifiche condizioni di prova, il 50% di esse ha cessato
di funzionare.
DURATA DI VITA UTILE
numero medio di ore di funzionamento dopo il quale il flusso luminoso emesso
da una lampada si riduce all’80% rispetto alle condizioni iniziali.
DURATA DI VITA MEDIA ECONOMICA
numero di ore di funzionamento dopo il quale il flusso luminoso emesso
complessivamente da un determinato lotto di lampade sotto specifiche
condizioni di prova è ridotto all’80% delle condizioni nominali.
prof. ing. Maurizio Fauri
Durata di vita
prof. ing. Maurizio Fauri
Riepilogo caratteristiche
Parametri di valutazione per la scelta delle sorgenti luminose:
→Potenza Assorbita;
→Flusso Luminoso;
→Efficienza Luminosa;
→Spettro d’Emissione;
LEGENDA:
→Temperatura di Colore;
efficienza energetica
→Indice di Resa Cromatica;
comfort visivo
→Durata di Vita;
funzionalità
→Collegamento alla Rete Elettrica;
→Tempo di Accensione;
→Tempo di Riaccensione;
→Influenza della Temperatura Ambiente;
→Variazioni con la Tensione di Alimentazione;
→Costo globale del ciclo di vita (smaltimento).
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Tipologie di sorgenti
SORGENTE LUMINOSA
SORGENTE
ALLO STATO
SOLIDO
AD INDUZIONE
LED
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Lampade ad incandescenza
ed alogene
Emissione per effetto termico (legge di Ohm)
+Tonalità calda (Tc = 2800K – 3000 K)
+Spettro continuo
+Ottima resa cromatica
+Regolabilità di flusso emesso
+Direttamente collegabili alla rete di
alimentazione
+Non sensibili alla temperatura
ambiente
+Basso costo di produzione
V(λ)
aumenta
tensione
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade ad incandescenza
ed alogene
- Bassa efficienza luminosa (13 lm/W)
- Variazione della Tc con la tensione
di alimentazione
- Vita media breve (1000 – 2000 ore)
- Alto calore emesso
- Sensibilità agli sbalzi di tensione
- Necessità di schermatura
V(λ)
aumenta
tensione
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade fluorescenti
lineari e compatte
vapori di mercurio a
bassa pressione
V(λ)
aumenta
tensione
radiazioni visibili
atomi di
mercurio
radiazioni
ultraviolette
elettrodo
elettroni
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade fluorescenti
lineari e compatte
Reattore
Starter
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade al sodio
a bassa pressione
Pressione del gas : 0,5 Pa
+ Alta efficienza luminosa (200 lm/W)
+ Vita media lunga (12.000 ore)
- Resa cromatica = 0 (luce pressoché monocromatica gialla,
Tc=1700 K)
- Ingombro non trascurabile
- Limitato controllo ottico
- tempo di accensione 10 minuti
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade al sodio
ad alta pressione
Pressione del gas : 40 kPa
+Alta efficienza luminosa (120 lm/W)
+Vita media lunga (12.000 ore)
- Resa cromatica = 60 (luce gialla, Tc=2000 K)
- Minore ingombro
(migliore controllo ottico)
sodio altissima pressione
(95 kPa)
Resa cromatica = 80 (a luce bianca)
Efficienza luminosa (40 ÷ 70 lm/W)
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade al mercurio
ad alta pressione
Pressione del gas : >10 kPa
Vita media (10.000 ore)
- Bassa efficienza luminosa (35 - 50 lm/W)
- Resa cromatica bassa = 50 (luce verde)
sostituite con lampade al sodio ad alta
pressione
mantenute solo per la manutenzione
di impianti esistenti
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade agli alogenuri
Aggiunta di additivi nel tubo a
scarica per produrre radiazioni
luminose di lunghezza d’onda tale
da integrare lo spettro di
emissione del mercurio.
+Varietà di temperatura di colore
(generalmente elevata)
+Buona resa cromatica
+Alta efficienza luminosa
(70 ÷ 80 lm/W)
+Vita media elevata (6000 ore)
+Basso contenuto di IR
+Flussi luminosi elevati
prof. ing. Maurizio Fauri
Lampade ad induzione
+ Vita media elevata (60.000 ÷
85.000 ore)
+ Assenza di componenti
deteriorabili (es. catodi)
+ Buona efficienza luminosa (80
÷ 100 lm/W)
+ Luminanza controllata
- Necessità di apparecchiature
ausiliarie (generatore a
radiofrequenza)
- Sorgente estesa, scarsa
direzionalità della luce
- Limitato controllo ottico
- Costi elevati
prof. ing. Maurizio Fauri
LED – Light Emitted Diode
aumenta
corrente
prof. ing. Maurizio Fauri
LED – Light Emitted Diode
+ Luce bianca priva di UV e IR
+ Colori saturi
+ Alta efficienza luminosa (80 ÷ 110 lm/W)
+ Vita media elevata (50000 ore)
+ Funzionamento ad alte frequenze
+ Regolabili in corrente e frequenza
- Bassi valori di flusso emesso
- Necessità di accorpare più unità
- Necessità di componenti ausiliari
- Emissione dipendente dalla temperatura
TIPOLOGIE DI SORGENTI A LED
Super Bright Led
0,1W
Power Led
1W – 3 W
White Led Multigiunzione
20 W
OLED
prof. ing. Maurizio Fauri
LED – Light Emitted Diode
WHITE LED TRADIZIONALI
Alimentazione in corrente costante:
● White Super Bright Led 0,1W-30mA
● White Power Led 1W - 350mA
● White Power Led 2W - 700mA
● White Power Led 3W - 1A
(tensione diretta giunzione Uf = 3,6 – 4 V)
prof. ing. Maurizio Fauri
LED – Light Emitted Diode
WHITE LED MULTIGIUNZIONE:
alto flusso unitario
fino a 2000 lm (pari a 25 W FL)
Alimentazione in corrente costante o in tensione costante nel caso abbiano
integrata una resistenza limitatrice. Tensione di lavoro in varie taglie, fino a 230 V.
prof. ing. Maurizio Fauri
LED – Light Emitted Diode
Il problema dei radiatori di raffreddamento della piastra (montaggio!!!)
Schema termico equivalente
prof. ing. Maurizio Fauri
Confronto sorgenti luminose
Tipo di
sorgente
Efficienza
Tempo di
Durata di vita
Regolazione
Resa
Temperatura
luminosa
accensione / Alimentazione
Applicazioni
[h]
luminosa
cromatica di colore [K]
[lm/W]
spegnimento
Incandescente
5 ÷ 15
Alogena
12 ÷ 35
Fluorescente
Lineare
Fluorescente
Compatta
50 ÷ 100
Induzione
60 ÷ 80
40 ÷ 65
agli Alogenuri
50 ÷ 100
Metallici
tensione di
rete
tensione di
rete
0 ÷ 100%
100
2.700
ill. generale
0 ÷ 100%
100
2.700
ill. generale
immediato
reattore
5 ÷ 100%
80 ÷ 95
immediato
reattore
5 ÷ 100%
80 ÷ 95
60.000
immediato
alimentatore
HF
inattuabile
70
6.000 ÷
12.000
5 ÷ 15 min.
reattore
40 ÷ 100%
80 ÷ 95
1.000
2.000 ÷
4.000
10.000 ÷
16.000
6.000 ÷
12.000
immediato
immediato
3.000 ÷
6.500
2.700 ÷
5.400
3.000 ÷
4.000
2.700 ÷
5.400
3.000 ÷
4.200
a Mercurio
40 ÷ 60
12.000
4 ÷ 7 min.
reattore
inattuabile
50
al Sodio
180 ÷ 200
18.000
10 min.
reattore
40 ÷ 100%
0
1.700
12.000 ÷
16.000
10 min.
reattore
40 ÷ 100%
20 ÷ 60
2.000
6.000 ÷
10.000
10 min.
reattore
40 ÷ 100%
80
3.000
10.000 ÷
50.000
immediato
alimentatore
0 ÷ 100%
80 ÷ 95
3.200 ÷
6.500
al Sodio ad
80 ÷ 100
alta pressione
al Sodio ad
altissima
40 ÷ 60
pressione
LED
20 ÷ 110
ill. generale
ill. generale
postazioni di
difficile
manutenzione
strutture
commerciali
ill. esterna e
stradale
ill. esterna e
stradale
ill. esterna e
stradale
ill. esterna,
grandi
ambienti
ill. generale e
decorativa
prof. ing. Maurizio Fauri
Venerdì, 27 febbraio 2015
APPARECCHI ILLUMINANTI
prof. ing. Maurizio Fauri
Indice
• Caratteristiche e prestazioni degli apparecchi di
illuminazione
• Diagrammi polari: rappresentazione grafica delle
caratteristiche fotometriche
• Classificazione delle ottiche (classificazione
fotometrica)
• Curve limite di luminanza
• Scelta dell’apparecchio illuminante
• Limitazione del flusso luminoso indesiderato
verso l’alto
prof. ing. Maurizio Fauri
Componenti elettrici
Componenti base di ogni
apparecchio di illuminazione
che trasformano l’energia
elettrica in energia luminosa.
LAMPADA
PORTALAMPADA
GRUPPI DI
ALIMENTAZIONE
prof. ing. Maurizio Fauri
Componenti ottici
Hanno il compito di convogliare ed
indirizzare il flusso luminoso per
ottenere la distribuzione desiderata
dell’energia luminosa nello spazio.
prof. ing. Maurizio Fauri
Riflettori e proiettori
RIFLETTORI – servono per orientare la luce secondo
direzioni determinate sfruttando la riflessione delle
superfici (speculari, diffondenti o miste).
PROIETTORI – sottocategoria di riflettori in grado di
concentrare la luce in direzioni ben definite.
Riflettori e proiettori sono posti dietro la sorgente
illuminante.
prof. ing. Maurizio Fauri
Rifrattori
RIFRATTORI –
sfruttano il fenomeno
della rifrazione
(cambio di direzione
della luce
nell’attraversare 2
mezzi trasparenti
con diversa densità
ottica).
I rifrattori sono posti
davanti alla sorgente
illuminante.
prof. ing. Maurizio Fauri
Intensità luminosa
SOLIDO FOTOMETRICO – Rappresentazione grafica della distribuzione
spaziale dell’intensità luminosa della sorgente esaminata.
CURVE FOTOMETRICHE – Curve indicatrici dell’emissione luminosa nei
diversi piani, rappresentate mediante sistema di coordinate polari o di
coordinate cartesiane.
prof. ing. Maurizio Fauri
Intensità luminosa
prof. ing. Maurizio Fauri
6 – CARATTERISTICHE DEGLI APPARECCHI
Grado di protezione
GRADO DI PROTEZIONE (IP) – codice per identificare la protezione
dell’apparecchio dai contatti accidentali e dalla penetrazione di polveri od
umidità.
IP x y z
International
Protection
1° cifra caratteristica = protezione
dalla penetrazione da corpi solidi
0 : non protetto
3 : corpi solidi > 2,5 mm
5 : contro la polvere
6 : totalmente contro la polvere
Lettera addizionale =
protezione dall’accesso a
parti pericolose
A : con il dorso della mano
B : con un dito
C : con un attrezzo
D : con un filo
2° cifra caratteristica =
protezione dalla penetrazione dei liquidi
0 : non protetto
3 : contro la pioggia
5 : contro i getti d’acqua
7 : stagno all’immersione
prof. ing. Maurizio Fauri
Grado di protezione
Caratteristiche da valutare per la valutazione della sicurezza di un
apparecchio e la propria idoneità all’installazione nel locale scelto:
→ Protezione contro l’intrusione di corpi estranei;
→ Protezione contro l’intrusione di liquidi;
→ Protezione contro i contatti diretti o indiretti (scossa elettrica);
→ Protezione contro gli urti;
→ Protezione contro il rischio di incendi;
→ Resistenza alla corrosione.
prof. ing. Maurizio Fauri
Classe di isolamento
CLASSE D’ISOLAMENTO – classificazione dell’apparecchio in rapporto
alla possibilità di contatto accidentale diretto con le parti normalmente in
tensione o tra queste e la carcassa esterna.
CLASSE 0 = apparecchi provvisti del solo isolamento funzionale
delle parti attive di alimentazione della lampada.
CLASSE 1 = apparecchi con isolamento funzionale e morsetto di
terra.
CLASSE 2 = apparecchi privi di morsetto di terra, ma dotati di
isolamento supplementare per le parti in tensione.
CLASSE 3 = apparecchi alimentati a bassissima tensione (< 50V
in alternata e 120V in continua) che non costituisce pericolo.
prof. ing. Maurizio Fauri
Tipologia di apparecchi
• Armature Stradali
• Armature Tecniche
• Armature da Arredo
• Armature ad ottica aperta
(Globo)
prof. ing. Maurizio Fauri
Armature stradali
• Involucro - corpo
• Ottica
• Coppa chiusure
– Prismatica
– Vetro piano
– assente
• Sorgenti luminose
– Scarica
– Led
prof. ing. Maurizio Fauri
Armature tecniche
• Involucro - corpo
• Ottica
• Coppa chiusura
– Prismatica
– Vetro piano
• Sorgenti luminose
– Scarica
– Led
– Fluorescente
prof. ing. Maurizio Fauri
Armature da arredo
• Involucro - corpo
• Ottica
– Presente o no
• Diffusore
– Trasparente, opale
assente
• Sorgenti luminose
– Scarica
– Led
– Fluorescente
prof. ing. Maurizio Fauri
Caratteristiche e prestazioni
• Foto
• Disegno
prof. ing. Maurizio Fauri
Diagrammi polari
prof. ing. Maurizio Fauri
Caratteristiche e prestazioni
• Foto
• Disegno
prof. ing. Maurizio Fauri
Diagrammi polari
prof. ing. Maurizio Fauri
Caratteristiche e prestazioni
• Dati punti luce:
– Rendimento punto luce:
– Luminaire efficacy:
– Rendimento efficace:
75,6%
31,08 lm/W
38,9%
– Rendimento punto luce:
– Luminaire efficacy:
– Rendimento efficace:
56,1%
23,06 lm/W
55,8%
prof. ing. Maurizio Fauri
Venerdì, 27 febbraio 2015
TELECONTROLLO
prof. ing. Maurizio Fauri
Smart Grid o Energy Internet
•
•
È una rete elettrica capace di distribuire energia in modo più efficiente,
economico e sicuro rispetto alla rete tradizionale.
Grazie all’utilizzo di tecniche di monitoraggio, controllo e comunicazione sarà
possibile:
–
–
–
–
ottimizzare i consumi
aumentare l’affidabilità e la sicurezza della rete
supportare l’integrazione degli auto-produttori (eolico, fotovoltaico, etc... )
fornire agli utenti strumenti per scegliere il livello di servizio tenendo conto dei costi
unitamente a nuovi servizi digitali (banda larga, telemedicina, etc...)
prof. ing. Maurizio Fauri
Illuminazione Pubblica intelligente
1. FORNITURA DI SERVIZI DI PUBBLICA UTILITÀ
2. RISPARMIO ENERGETICO
3. MANUTENZIONE OTTIMIZZATA DEL PARCO LUCI
Adottare gli attuali e futuri impianti di IP con questa tecnologia comporta:
1. Renderli ECOLOGICI, INTELLIGENTI ed APERTI AL FUTURO
2. Il sistema destinato ad illuminare crea INFRASTRUTTURA INFORMATICA
prof. ing. Maurizio Fauri
Eco Smart Grid
• EcoSmartGrid è la piattaforma tecnologica in
grado di fornire “servizi ICT integrati” su linea
elettrica di Pubblica Illuminazione abbattendone
drasticamente i costi energetici e di
manutenzione.
• Basa il suo funzionamento sulla tecnologia
powerline, l'onda convogliata su cavo elettrico
divenuta ormai uno "standard “de facto” nel
settore della gestione dell'energia
prof. ing. Maurizio Fauri
Powerline kHz e MHz
•
EcoSmartGrid è il risultato dell'unione di 2 tecnologie powerline ben distinte
progettate per evitare interferenze (innovazione)
•
PLM (powerline modulation) = KHz*
Crea l'infrastruttura di comunicazione per il telecontrollo e telegestione
puntuale dell'impianto. (on-off-dimming)
•
PLC (powerline communication)= MHz
È la famiglia di apparati che abilita i servizi ICT a banda larga sui cavi elettrici
(videosorveglianza, free WiFi, e-mobility, luminarie, irrigazione
automatizzata, etc...).
•
la rete di comunicazione è affidabile e performante perché lavora in
modulazione di frequenza
prof. ing. Maurizio Fauri
Architettura
prof. ing. Maurizio Fauri
Servizi ICT (banda larga)
• Ogni palo è gestibile puntualmente (ON-OFF-DIMMER)
e sarà predisposto per fornire:
–
–
–
–
–
–
–
videosorveglianza cittadina e ZTL (zona a traffico limitato);
videocontrollo isole ecologiche;
monitoraggio inquinamento acustico e ambientale;
irrigazione automatica zone verdi;
free Wi-Fi e servizi in banda larga;
ricarica veicoli elettrici per l'e-Mobility;
etc …..
N.B. Potenzialmente, qualsiasi apparato connesso alla rete elettrica della IP
sarà telecontrollabile e telegestibile
prof. ing. Maurizio Fauri
Controllo impianti sul territorio
prof. ing. Maurizio Fauri
Impianto intelligente - Aperto
Impianto di IP intelligente con la possibilità di usufruire di una rivoluzionaria infrastruttura
per servizi a valore aggiunto che rende possibile:
• il mantenimento in tensione degli impianti (h24) senza necessità di alcun tipo di
intervento come scavi, stesura cavi, aggiunta di quadri di distribuzione, ecc... ;
• supportare l’integrazione con un collegamento dati fino a 100 Mbps bidirezionale
prof. ing. Maurizio Fauri
