I progetti illuminotecnici negli interni, in particolare negli ambienti lavorativi, devono essere realizzati in modo da attuare le seguenti condizioni:
- il livello di illuminamento sulle superfici di lavoro deve essere adeguato al tipo di ambiente ed alle attività che vi si svolgono;
- l’illuminamento deve essere sufficientemente distribuito in tutta l’area senza eccessive concentrazioni di luminosità in alcune zone a scapito di altre poco illuminate;
- l’illuminazione deve essere confortevole e non produrre fenomeni di abbagliamento;
- la resa dei colori deve essere adeguata al tipo di attività che si svolge nell’ambiente.
Un metodo semplice, anche se approssimato, è il metodo del flusso globale. In tale metodo, viene assunto come parametro di riferimento il livello di illuminamento medio mantenuto \(E_m\) prescritto dalla norma UNI_EN_12464 per ogni singolo ambiente ed ogni singola attività.
Per illuminamento medio mantenuto \(E_m\) si intende il livello medio dell’illuminamento che deve essere sempre garantito durante tutta la vita dell’impianto sulla superficie assunta come riferimento.
Occorre, prima di tutto, aver presente che il valore minimo dell’illuminamento mantenuto richiesto dalla norma deve essere assicurato sulle superfici su cui si attua il compito visivo legato al lavoro svolto e non necessariamente in tutto l’ambiente. Solitamente si considera una superficie di lavoro posta a \(0,85 metri\) dal pavimento e, nel caso di zone di transito, una superficie posta a \(0,20 metri\) dal pavimento.
Nel calcolo illuminotecnico si deve, poi, tener conto dell’effettivo flusso luminoso che riuscirà ad arrivare sull’unità di superficie del piano di lavoro, anche a distanza di tempo dalla realizzazione dell’impianto.
A tal fine occorre considerare, oltre al flusso complessivo emesso dalle lampade, due fattori che ne riducono l’entità:
- parte del flusso luminoso emesso dalle lampade viene assorbito dall’apparecchio illuminante, dalle superfici del soffitto, delle pareti e del pavimento;
- il flusso luminoso tende a diminuire con l’invecchiamento delle lampade e con l’accumulo della polvere sulla superficie dell’apparecchio illuminante.
Per tener conto di tali fattori si introducono dei coefficienti riduttivi.
Per quanto riguarda il primo elemento, nel calcolo si considera che, in un ambiente chiuso, il livello di illuminamento che si realizza sulle superfici dipende, oltre che dal flusso complessivo emesso dalle lampade e dal valore dell’area considerata, anche dal rendimento dell’apparecchio illuminante e dall’entità della riflessione che il flusso riceve sulle pareti, sul soffitto e sul pavimento. Tale entità è strettamente collegata alla natura e al colore delle superfici riflettenti.
Si introduce, pertanto, un coefficiente correttivo \(k_u\), detto fattore di utilizzazione, che riduce il flusso complessivo utile per la determinazione dell’illuminamento.
Il secondo elemento di riduzione è sintetizzato in un coefficiente \(k_m\), detto fattore di manutenzione, variabile con il tipo di lampade e apparecchio illuminante, il tipo di lavorazione realizzata nell’ambiente, la cura manutentiva prevista.
In definitiva varrà la relazione:
$$E_m = \dfrac{\Phi_t \cdot k_u \cdot k_m}{A}$$
dove:
\(E_m\): illuminamento medio mantenuto
\(\Phi_t\): flusso totale emesso dalle lampade
\(k_u\): coefficiente di utilizzazione
\(k_m\): coefficiente di manutenzione
\(A\): superficie del locale
Una volta che siano stati determinati i fattori di utilizzazione e manutenzione, sarà possibile mediante l’applicazione la formula precedente calcolare il livello di illuminamento medio mantenuto relativo ad un flusso luminoso globale, dovuto alle lampade installate. Tale livello deve essere superiore a quello minimo previsto dalla Norma UNI EN 12464 per un determinato ambiente e attività.
Applicazione del metodo
Vediamo adesso quali sono i passi da seguire per determinare il numero di lampade e la disposizione delle stesse da installare in un certo ambiente seguendo il metodo del flusso globale.
Primo passo: determinazione dell’illuminamento medio \(E_m\).
Questo primo passo consiste nell’estrapolare il livello di illuminamento medio \(E_m\) in funzione del tipo di ambiente presente nella norma UNI EN 12464 .
Secondo passo: Calcolo dell’indice del locale \(i\)
Il calcolo dell’indice del locale dipende dal tipo di illuminazione dalle dimensioni del locale e dal tipo di illuminamento che si vuole realizzare. Rappresentiamo un possibile locale:
| Tipo di illuminazione | |
|---|---|
| diretta – semidiretta | indiretta – semi indiretta |
| \(i=\dfrac{a\cdot b}{h\cdot (a+b)}\) | \(i=\dfrac{3\cdot a\cdot b}{2\cdot h_i\cdot (a+b)}\) |
Terzo passo: determinazione del fattore di riflessione
Il fattore di riflessione \(k_r\) viene estrapolato dalla seguente tabella in funzione della tonalità di colore delle pareti, del soffitto e del pavimento. A tale scopo si fa uso della tabella:
Quarto passo: determinazione del fattore di utilizzazione
Una volta noto l’indice di riflessione e l’indice del locale, il fattore di utilizzazione \(k_u\) viene dedotto da una tabella che tiene conto anche del tipo di illuminazione:
Quinto passo: scelta del coefficiente di manutenzione.
Il coefficiente di manutenzione \(k_m\) è di difficile determinazione in quanto dipende da diversi fattori quali:
- invecchiamento delle lampade, variabile con la loro tipologia;
- tipologia degli apparecchi illuminanti e deterioramento della loro superficie;
- stato di manutenzione delle lampade e degli apparecchi illuminanti;
- tipo di attività che si svolge nell’ambiente;
- stato di pulizia del locale.
Tenendo conto solo della pulizia dei locali, si può assumere uno dei valori riportati in tabella:
| Coefficiente di manutenzione \(k_m\) | ||
|---|---|---|
| molto sporchi | sporchi | puliti |
| \(0.4\div 0.6\) | \(0.6\div 0.8\) | \(0.8\div 1\) |
se si vuole tenere conto anche del tipo di lampada si può far uso della seguente tabella:
Sesto passo: determinazione del flusso globale minimo
Invertiamo la formula e calcoliamo il minimo flusso luminoso \(\Phi_{t_{(min)}}\) che assicura l’illuminamento medio così come prescritto dalla norma UNI EN 12464
$$\Phi_{t_{(min)}} \geq \dfrac{E_m \cdot A}{k_u \cdot k_m}$$
Settimo passo: scelta dell’apparecchio luminoso.
Da catalogo si sceglie il tipo di apparecchio luminoso in cui è riportato il flusso luminoso singolarmente prodotto. Per esempio l’apparecchio luminoso presente nella prima riga della tabella seguente produce un flusso luminoso pari a \(2 x 1350 = 2700 lm\)
una volta scelto il tipo di apparecchio luminoso si determina il minimo numero di lampade necessarie eseguendo la semplice divisione:
$$N_{apparecchi\ luminosi}\geq\dfrac{\Phi_{t_{min}}}{\Phi_{apparecchio\ luminoso}}$$
Ottavo punto: Uniformità ed illuminamento. Fattore di uniformità – distanza tra gli apparecchi
La rispondenza dell’illuminamento medio mantenuto ai valori dettati dalla norma non è sufficiente per assicurare che ci sia una buona illuminazione in tutti i punti del piano di lavoro e tra questo e gli altri punti dell’ambiente.
Differenza eccessive di illuminamento creano disagio visivo e devono essere evitate con un’accorta disposizione degli apparecchi illuminanti si definisce fattore di di uniformità il rapporto tra l’illuminamento minimo e quello medio.
Risulta intuitivo comprendere che se il flusso luminoso globale viene realizzato con un numero minore di apparecchi di elevata potenza l’uniformità di illuminamento sarà peggiore rispetto ad un impianto costituito da un maggior numero di apparecchi di potenza più bassa lo stesso si può dire per apparecchi con ottica concentrate rispetto a quelli con ottica diffondente i primi devono essere a distanza più ravvicinata rispetto ai secondi.
Il tutto, quindi, dipende dalla distanza presente tra i centri degli apparecchi illuminanti. Infatti, una volta scelto l’apparecchio illuminante, minore sarà la distanza tra questi migliore risulterà l’uniformità.
La distanza tra gli apparecchi illuminanti si determina attraverso la formula:
$$d\leq k\cdot h$$
dove \(k\) è un fattore che va scelto in funzione del fattore di uniformità voluto:
| Fattore k | ||
|---|---|---|
| Tipo di lampada | ||
| Fattore di uniformità | concentrante | diffondente |
| \(0.6\div 0.8\) | \(1\div 1.25\) | \(1.25\div 1.5\) |
| maggiore di \(0.8\) | minore di 1 | |
determinata la distanza tra gli apparecchi si passa alla determinazione del numero di file tramite la formula:
$$n_{file}\geq \dfrac{b}{d}=\dfrac{b}{k\cdot h}$$
Nono punto: Determinazione dell’illuminamento effettivo e della potenza totale elettrica assorbita.
$$E_{m_{effettivo}} = \dfrac{N_{numeroApparecchiLuminosi} \cdot \Phi_{apparecchioLuminoso} \cdot k_u \cdot k_m}{A}$$
Esempio
Si vuole realizzare l’impianto di illuminazione in un ufficio, di dimensioni \(6 m x 9 m\) e altezza \(3.80 m\), utilizzando apparecchi a sospensione, illuminazione semidiretta, con ottica a fascio medio. Gli apparecchi sono a \(50 cm\) dal soffitto.
Il soffitto e le pareti sono molto chiare, mentre il pavimento è di colore medio.
Si determini tipo e numero di apparecchi necessari per realizzare un illuminamento medio mantenuto di \(500 lx\), come disposto dalla Norma UNI EN 12464, con un fattore di uniformità pari a 0,8.
Per la realizzazione dell’impianto seguiamo i passo passo il metodo del flusso globale.
Iniziamo, quindi, con la determinazione del flusso luminoso minimo in grado di garantire, sul piano di lavoro, il valore dell’illuminamento medio di \(500 lx\) così come dedotto dalla norma UNI EN 12464 per il tipo di ambiente “ufficio”.
Si passa poi alla determinazione dell’indice del locale per un tipo di illuminazione semidiretta (quella più comune). Determiniamo \(h\), ossia, la distanza tra l’apparecchio illuminante e il piano di lavoro. Assumiamo, come altezza del piano di lavoro, \(h_{pl}=0,85 cm\) e visto che gli apparecchi illuminanti saranno posti a \(h_{sa}=50 cm\) dal soffitto si ottiene:
\(h=h_t-h_{pl}-h_{sa}=3.80-0.85-0.5=2.45 m\)
\(i=\dfrac{a\cdot b}{h\cdot (a+b)}=\dfrac{9\cdot 6}{2.45\cdot (9+6)}=1.47\)
Il testo ci dà indicazioni per determinare il fattore di riflessione che possiamo dedurre dalla tabella noto che: “il soffitto e le pareti sono molto chiare, mentre il pavimento è di colore medio”
quindi il fattore di riflessione risulta:
$$soffitto: 70\%-80\% \hspace{1 cm} – \hspace{1 cm} pareti = 50\%$$
Siamo a questo punto in grado di determinare il fattore di utilizzazione \(k_u\) che deduciamo dalla tabella:
considerando la 5 riga \(i=1.38\div 1.75\) e soffitto \(75\%\) e pareti \(50\%\) si ottiene \(k_u=0.54\).
Il fattore di manutenzione lo deduciamo dalla tabella:
Immaginando lampade a scarica con grado “minimo” di impolveramento si ottiene: \(k_m=0.75\)
La superficie del locale vale:
\(A=a\cdot b=9\cdot 6=54m^2\)
Determino a questo punto Il flusso totale minimo:
$$\Phi_{t_{(min)}} \geq \dfrac{E_m \cdot A}{k_u \cdot k_m}=\dfrac{500 \cdot 54}{0.54 \cdot 0.75}=66666.67 lm$$
Scegliamo il tipo di lampada dalla tabella:
ipotizzando di utilizzare apparecchi luminosi costituiti da \(2 \times 18W\) lampade con flusso luminoso per apparecchio luminoso pari a: \(2\times1350=2700 lm\), occorreranno un numero di apparecchi luminosi pari a:
$$N_{apparecchi\ luminosi}\geq\dfrac{\Phi_{t_{min}}}{\Phi_{apparecchio\ luminoso}}=\dfrac{66666.67}{2700}=24.69\cong25\ apparecchi\ luminosi$$
Calcoliamo a questo punto la distanza tra i centri degli apparecchi luminosi e il numero di file in grado di assicurare un fattore di uniformità pari a \(0.8\).
$$d\leq k\cdot h \hspace{2 cm} n_{file}\geq\dfrac{b}{d}$$
Il valore di k lo desumiamo dalla tabella:
| Fattore k | ||
|---|---|---|
| Tipo di lampada | ||
| Fattore di uniformità | concentrante | diffondente |
| \(0.6\div 0.8\) | \(1\div 1.25\) | \(1.25\div 1.5\) |
| maggiore di \(0.8\) | minore di 1 | |
tenuto conto del fattore di uniformità che si vuole raggiungere scegliamo per k un valore pari a 1, per cui:
\(d\leq k\cdot h= 1\cdot 2.45=2.45 m\)
\(n_{file}\geq\dfrac{b}{d}=\dfrac{6}{2.45}=2.45 \cong 3 file\)
si tratta quindi di sistemare almeno 25 apparecchi luminosi su tre file. A tal fine, per una corretta uniformità e dovendo avere tre file occorreranno 27 apparecchi luminosi così disposti:
Le distanze effettive saranno:
\(d_l =\dfrac{a}{9}\dfrac{9}{9}=1m\)
\(d_t=\dfrac{b}{3}=\dfrac{6}{3}=2m\)
L’illuminamento effettivo varrà:
\(E_{m_{effettivo}} = \dfrac{N_{ApparecchiLuminosi} \cdot \Phi_{apparecchioLuminoso} \cdot k_u \cdot k_m}{A}=\dfrac{27\cdot 2700 \cdot 0.54 \cdot 0.75}{54}=546.75 lx\)
Che risulta essere nettamente superiore a quello richiesto dalla normativa UNI EN 12464.
La potenza elettrica richiesta risulta essere pari a:
\(P=N_{ApparecchiLuminosi} \cdot P_{singolo\ apparecchio}=27\cdot 36=972W\)