Risparmio energetico nell’illuminazione

Il 9 marzo ritorna l’appuntamento con il corso RISPARMIO ENERGETICO NELL’ILLUMINAZIONE organizzato dal Laboratorio LUCE del Politecnico di Milano e giunto alla quarta edizione.

II corso, della durata di 8 ore, ruota attorno alle tematiche della sostenibilità e del risparmio energetico nell’illuminazione sia negli ambienti esterni che negli ambienti interni, attraverso l’analisi delle nuove sorgenti a stato solido e delle nuove tecnologie per il controllo e la gestione degli impianti di illuminazione, ed è stato realizzato grazie alla partecipazione di Philips e in collaborazione con l’ente nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA), Gruppo Hera, Green Building Council Italia e con il patrocinio di AIDI (Associazione Italiana Di Illuminazione), APIL (Associazione Professionisti dell’Illuminazione), ASSODEL (Associazione Nazionale Fornitori Elettronica) e ASSOLUCE (Associazione delle aziende italiane produttrici di apparecchi di illuminazione).

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Illuminiamo il futuro della tua città

Il 19 giugno 2014 si svolgerà a Bologna l’incontro Illuminiamo il futuro della tua città in cui parleremo di soluzioni per lo sviluppo sostenibile, l’efficientamento energetico, il controllo dell’inquinamento luminoso alla luce dei nuovi Criteri Ambientali Minimi per l’illuminazione pubblica e della nuova direttiva per l’applicazione della L.R. E.R. 19/2003 contro l’inquinamento luminoso.
Il convegno è organizzato da Hera Luce con il patrocinio del Ministero dell’Ambiente, della Regione Emilia-Romagna, delle associazioni IDA e UAI ed è accreditato dall’Ordine degli Ingegneri di Bologna (i partecipanti riceveranno 3 CFP).

Per registrarsi è possibile utilizzare l’invito ufficiale.

L’occasione è propizia per parlare di alcune importanti novità che riguardano l’illuminazione.
La prima è la nuova Direttiva per l’applicazione della Legge Regionale Emilia-Romagna n. 19/2003 contro l’inquinamento luminoso, di cui ho già parlato in un articolo precedente. Questa Direttiva è estremamente importante, perché è la prima ad aver abbandonato l’impostazione delle passate Leggi Regionali presenti sul territorio italiano per avviare un dialogo tecnico con esperti del settore – cercando di mediare fra le esigenze di tutti.
La seconda è l’emanazione dei nuovi Criteri Ambientali Minimi per l’illuminazione pubblica. I Criteri Ambientali Minimi (o CAM) riportano delle indicazioni generali volte ad indirizzare gli Enti verso una razionalizzazione dei consumi e degli acquisti e forniscono considerazioni ambientali volte a qualificare ambientalmente sia le forniture che gli affidamenti lungo l’intero ciclo di vita del servizio/prodotto. Rappresentano il punto di riferimento a livello nazionale in materia di acquisti pubblici verdi, ovvero per l’applicazione del programma di Green Public Procurement (o GPP) sancito con la Legge n. 296/2006 art. 1 comma 1126, con cui l’Italia recepiva l’invito dell’Europa a introdurre Piani d’azione nazionale per lo sviluppo di politiche integrate di prodotto (o IPP).

Queste due normative condividono strumenti di analisi costi/benefici come la valutazione energetica degli apparecchi e degli impianti di pubblica illuminazione (attraverso gli indici IPEA e IPEI) e l’analisi del costo totale di possesso degli impianti (analisi TCO). Sono inoltre le prime a porre l’attenzione sul progettista della luce: mai fino ad ora una normativa aveva descritto i compiti e le qualifiche dei progettisti – lasciando un vuoto normativo pericoloso, che rischiava di trascinare la professione verso un baratro.

Nuova direttiva per la Legge E. R. contro l’inquinamento luminoso

La nozione di “inquinamento luminoso” spesso viene confusa con quella di “inquinamento luminoso astronomico”, che rappresenta solo una parte del problema e che definisce la riduzione della capacità di osservare i corpi celesti.
Fortunatamente ci sono Leggi, come la L.R. Emilia Romagna 19/2003, che cercano di affrontare il problema in maniera completa.
Negli ultimi anni ho partecipato attivamente al gruppo di lavoro che si è occupato di aggiornare la Legge di cui sopra e che ha portato alla recente pubblicazione della nuova Direttiva applicativa (BUR n.355 del 29/11/2013).

Non nascondo il fatto che sono estremamente soddisfatto per il lavoro svolto – anche se, da buon perfezionista, credo ci sia ancora molto da fare – ed in particolar modo sono felice che una legge di questo tipo per la prima volta si basi su indicazioni tecnico-scientifiche, anziché presentare numeri – per così dire – “tirati fuori dal cilindro”.
A cominciare dalla definzione stessa di inquinamento luminoso, che comprende la nozione di “inquinameno luminoso astronomico” vista prima e la nozione di “inquinamento luminoso ambientale”, inteso come luce artificiale che si disperde al di fuori delle aree a cui è funzionalmente dedicata, è emessa in misura maggiore alle reali necessità ed induce effetti negativi sull’uomo e l’ambiente. Per ulteriori approfondimenti su questo argomento, vi rimando alla presentazione sull’ inquinamento luminoso che ho portato al convegno Illuminotronica.

Senza entrare troppo nei dettagli – per cui rimando alla lettura del testo della Direttiva – riassumo brevemente le principali novità:

Luce e follia (Cieli bui e UNI 11248)

Ottobre sarà ricordato – fra le altre cose – come il mese della legge di stabilità e del decreto “Cieli bui” che già ha infervorato le piazze e i maggiori talk-show italiani.
Pochi però sanno che, nello stesso momento in cui si parlava di ridurre o addirittura spegnere le luci nelle città per risparmiare qualche euro, veniva dato alle stampe l’aggiornamento della norma sull’illuminazione stradale (UNI 11248:2012) che fa da contraltare alle intenzioni del Governo e prescrive illuminazioni più alte di circa il 50% rispetto alla versione precedente.

Devo ammettere di aver sempre apprezzato il teatro dell’assurdo e, proprio in questi giorni, stavo pensando se l’inutilità dei nostri politici e – di rimando – delle istituzioni ad essi legate, non fosse in qualche modo un sottile stratagemma per trasformarci tutti in “rinoceronti” (tanto per citare un’opera a tema): e appunto, come nel testo di Ionesco, mi domandavo se anziché ostinarmi a rifiutare il qualunquismo imperante dovrei invece uniformarmi alla massa.
Purtroppo, anche in questo frangente, mi sento solo: c’è qualcun altro che pensa che questa sia pura follia?

Certo, lo so, viviamo nello stato delle banane.
Che colpo di teatro! Viene approvato un decreto che spegne le luci perché ormai i Comuni sono in braghe di tela e di contro esce una norma (quasi in contemporanea) che innalza la quantità di luce richiesta. Ovvero: ci sarà più luce di notte, ma per meno tempo. Poi tutti al buio.
E quindi il risparmio prospettato dal Governo viene nullificato sul nascere da una norma voluta da un’emanazione del Governo stesso.

Illuminotronica

L

o so, il nome non è bellissimo, ma vorrebbe essere la crasi fra “illuminotecnica” ed “elettronica”.
Chi si occupa di illuminazione ormai – volente o nolente – sa che il futuro è rappresentato dalla tecnologia allo stato solido e quindi all’introduzione sempre maggiore di componenti elettroniche. Un buon illuminotecnico oggi non può più permettersi di essere all’oscuro di tutto ciò che riguarda l’elettronica ed in particolare la tecnologia LED.

Per questo motivo Assodel ha organizzato anche quest’anno un incontro per i professionisti del settore (ma anche semplici curiosi) a Padova dall’ 11 al 13 ottobre. Qui potete trovare maggiori informazioni riguardo al convegno.

www.illuminotronica.it

Ovviamente ci sarò anch’io, giovedì 11 ottobre, in veste ubiqua come relatore sul tema dell’influenza della luce sull’uomo (nello spazio Arena dalle 14.15 circa) e correlatore per la presentazione dell’implementazione all’interno del nuovo software Litestar 4D di Oxytech del sistema di classificazione energetica Hera Luce (Convegno Street & Urban lighting dalle 15.20 circa).

Per quel che riguarda l’influenza della luce sull’uomo, parlerò (in maniera molto semplice e concisa) dello studio che sto svolgendo in questo momento  e che riguarda l’influenza della luce artificiale notturna sull’uomo e sull’ambiente. La luce artificiale rappresenta un grande progresso della tecnica e ha consentito di migliorare notevolmente la nostra qualità della vita; non tutti sanno però che determinate caratteristiche della luce artificiale possono influire in maniera negativa sul nostro organismo e sull’ambiente, alterando ad esempio quello che è il nostro ritmo circadiano oppure trasformando completamente interi ecosistemi.
Negli anni scorsi si è parlato spesso di “inquinamento luminoso”, intendendo con questo termine solamente gli effetti dannosi sulla visione del cielo notturno. Oggi siamo ad un punto in cui diviene obbligatorio ampliare il significato di questo termine anche alla tutela dell’ambiente circostante.

Per quel che riguarda l’introduzione del sistema di classificazione energetica dell’illuminazione pubblica di Hera Luce all’interno del software Litestar 4D, sposso dirvi semplicemente che si tratta di una vera e propria rivoluzione nel mondo dell’illuminotecnica italiana. Non aggiungo altro, perché l’intenso lavoro fatto da Oxytech lascierà i fortunati partecipanti letteralmente a bocca aperta: mentre altri software concorrenti hanno cercato di virare verso il concetto di “user friendly” e quindi verso un concetto “amatoriale” dell’illuminotecnica (ovvero fare in modo che pure la zia Peppa si potesse fare il suo bel calcolino), qua invece parliamo di concretezza e strumenti realmente utili per chi fa illuminazione a livello professionale.

Volevo spendere ancora qualche parola riguardo Assodel e il Convegno Illuminotronica: al contrario di altri, non vi dirò di certo che il LED è la cosa più bella del mondo e la soluzione di tutti i nostri mali. Però è sicuramente la tecnologia del futuro e occorre fare chiarezza sulle caratteristiche, sui pregi e sui difetti di questa tecnologia. Assodel pubblica una bella rivista che parla di LED (che è molto più interessante e più strutturata di tante altre riviste del settore) e probabilmente il convegno di Padova rappresenta una delle poche occasioni in cui i tecnici del settore possono ritrovarsi e parlare di illuminotecnica.

Vi aspetto a Padova!

S.V.B.E.E.Q.V.

Matteo Seraceni

“Mi raccomando: questa volta cattivi, eh?”

Da non perdere

I

n questi ultimi tempi, lo ammetto, sono stato un po’ assente.
Ma l’assenza dal blog è stata compensata con la mia presenza altrove. Innanzitutto vi segnalo il numero di aprile di Luce & Design in cui ho parlato di alcuni progetti che sto portando avanti per Hera Luce e, a parte la mia simpaticissima sagoma situata fra Dante Cariboni e Massimo Villa, vale la pena leggerlo perché sono intervenuti fra gli altri personaggi del calibro di Roger Narboni, Susanna Antico e Pietro Palladino.
Non perdete neppure il prossimo numero (o addirittura abbonatevi – così facciamo una marchetta a Villa -) perché sarò presente con un articolo incisivo quanto mio malgrado sintetico sull’illuminazione LED stradale.

Ancora più importante è il corso in risparmio energetico nell’illuminazione organizzato dalla Regione Lombardia e dal dipartimento INDACO del Politecnico di Milano, in collaborazione con il Politecnico di Milano, ENEA, Green Building Council Italia, Hera Luce, Philips, in cui parteciperò come relatore il 5 giugno con la dissertazione dal lunghissimo titolo (beh … conoscendomi, non poteva essere altrimenti) “Proposta di un modello omogeneo di valutazione di soluzioni alternative trasversale rispetto alla tecnologia e alla nomenclatura propria dei costruttori: indice di efficienza energetica degli impianti di illuminazione pubblica”. Spero che parteciperete numerosi, perché il corso è molto bello (o almeno, questo è quello che mi ha detto Danilo Paleari).

Come potete vedere, non me ne sono stato con le mani in mano. Anzi, ci sono novità ancora più importanti e ancora più eclatanti che ora non vi posso svelare.
Rimanete connessi.

S.V.B.E.E.Q.V.

Matteo Seraceni

“Mi raccomando: questa volta cattivi, eh?”

Classificazione energetica per l’illuminazione pubblica

C

ome ricorderete, per HERA luce ho seguito lo sviluppo di un progetto di Classificazione Energetica per apparecchi ed impianti di pubblica illuminazione. Sullo stesso argomento negli ultimi tempi ho anche scritto diversi articoli su diversi giornali (vi segnalo l’ultimo numero di INARCOS e l’ultimo numero di LEDin).
Finalmente da gennaio di quest’anno il metodo di Classificazione Energetica è stato reso pubblico sul sito ufficiale di HERA Luce.

Per consultare il documento ufficiale ed utilizzare il sofware di compilazione, occorre accedere all’area tecnica del sito di HERA Luce http://www.heraluce.it/area_tecnica/ e registrarsi inserendo e-mail e password. Una volta registrati, sempre all’interno dell’area tecnica, è possibile consultare il documento esplicativo del sistema di classificazione proposto (link Modello condiviso di certificati energetici) e collegarsi al software flash si calcolo (link Tool di compilazione).

Tool di compilazione

Per chi ancora non conoscesse il sistema di Classificazione Energetica per illuminazione pubblica rimando a quanto scritto un anno fa.
In breve, come per un frigorifero od un’abitazione, tramite un valore assoluto di livello prestazionale del sistema (considerato quindi sia in base all’apparecchio, sia in base all’impianto stesso), è possibile comparare in maniera diretta diverse tipologie di impianto ed avere un riscontro diretto della loro qualità. In questo modo chiunque può cogliere in maniera immediata la maggiore o minore efficienza dei sistemi adottati, grazie alla definizione di diverse classi energetiche che vanno da A+ a G (in maniera del tutto simile a quello che accade per gli edifici), dove la classe C indica l’adozione delle Best Practice del settore.
Non si sono più scuse: se il vostro impianto risulta in classe G va cambiato. E chiunque vi proponga un apparecchio in classe E probabilmente vi sta rifilando una fregatura.

S.V.B.E.E.Q.V.

Matteo Seraceni

“Mi raccomando: questa volta cattivi, eh?”

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Certificazione energetica di apparecchi ed impianti di Pubblica Illuminazione

Certificazione energetica di apparecchi e impianti di Pubblica Illuminazione________________________Q

uando l’anno scorso ho cominciato a scrivere articoli sugli apparecchi LED per illuminazione stradale non ero certo mosso da interessi di parte (non lavoro per un produttore, non sono astrofilo, non produco apparecchi miei), nè ero un pazzo visionario: volevo semplicemente mettere in chiaro quali erano i REALI pregi e difetti di questi apparecchi.
E per REALI non intendo “verosimili” o “probabili”, ma testati sul campo e quindi effettivamente riscontrabili. Il tempo mi ha dato ragione: basta guardare come oggi i produttori siano molto più cauti nella presentazione dei risultati conseguibili oppure come ci sia stato un generale dietrofront sulle “meraviglie” della luce bianca e dei LED. Tutto questo perché, al contrario dei tanti ed improbabili “esperti” spuntati come funghi in questi ultimi anni, ho avuto la fortuna di poter mettere le mani sulle apparecchiature e quindi conoscerne in dettaglio tutte le sfaccettature.

Lo scopo di quegli articoli (e in generale lo scopo generale di questo blog) era di mettere in discussione tutte le varie affermazioni mendaci ed improbabili che affollano giornali e siti internet.
Per questo sono stato tacciato di disfattismo, ignoranza, incompetenza; addirittura mi è stato intimato, in maniera più o meno velata, di smettere di scrivere e fare test.

Invece eccomi qua. Continuo col mio lavoro di ricerca (che non si ferma ai LED, come potete vedere e  si sta allargando anche a collaborazioni con l’università), per tentare di fornire gli strumenti adatti alla corretta valutazione degli impianti di Pubblica Illuminazione.
Il lavoro che presento in questo articolo (pubblicato tra l’altro anche sul numero di AIDI LUCE 4/2010) risale a circa un anno fa e cerca di fornire una serie di parametri utili alla definizione dell’efficienza di apparecchi ed impianti di pubblica illuminazione.

1) Strategie per la sostenibilità e Criteri Ambientali Minimi per l’illuminazione

La recente politica europea sui prodotti che consumano energia, volta a coniugare sostenibilità e competitività, andrà ad incidere fortemente sulle caratteristiche che i prodotti di illuminazione di nuova generazione dovranno possedere per poter essere commercializzati all’interno dell’Unione Europea. Tale politica pone al centro una knowledge economy, una economia della conoscenza, basata quindi non sul prezzo, ma su una serie di discriminanti tese a favorire una produzione di qualità, attenta all’ambiente e soprattutto all’intero ciclo di vita dei prodotti.
Gli strumenti operativi sviluppati in questo contesto, come la cosiddetta politica integrata di prodotto (IPP), hanno portato alla creazione di diverse direttive, quali ad esempio quelle per il riciclo (RAEE, ROHS), le direttive EuP (Energy using Products) ed il Programma d’azione Ambientale dell’Unione Europea.

Ovviamente la spinta principale per l’adozione di prodotti sostenibili può venire solo dalle Amministrazioni pubbliche (che rappresentano la fetta più importante del mercato) ed in questa prospettiva vanno sviluppati strumenti che possono guidare le scelte verso le migliori tecnologie presenti oggi sul mercato.
A livello nazionale sono in via di approvazione bandi di acquisti verdi che intendono favorire lo sviluppo di un mercato di prodotti e servizi a ridotto impatto ambientale attraverso la leva della domanda pubblica. All’interno del Piano Nazionale d’Azione sul Green Public Procurement (PAN GPP) sono pertanto stati definiti dei Criteri Ambientali Minimi (CAM)  in diversi settori che consentono di definire un acquisto “sostenibile” attraverso specifici requisiti, criteri premianti, riscontro sul mercato europeo e attenzione sull’intero ciclo di vita del prodotto.
Il documento dedicato ai CAM relativi all’illuminazione pubblica è in fase di definizione ed è pubblicato sul sito del Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Mare. Questi criteri hanno lo scopo di promuovere l’adeguamento degli impianti di illuminazione pubblica esistenti o la realizzazione di impianti nuovi che, nel rispetto delle esigenze di sicurezza degli utenti, abbiano un ridotto impatto ambientale in un’ottica di ciclo di vita.

Per tener conto dei diversi tipi di interventi che possono essere attuati, i criteri sono stati suddivisi in tre sottogruppi:

• Lampade HID e sistemi LED: relativi alla sostituzione di lampade a scarica e sistemi a LED in un impianto esistente; particolare attenzione va posta al mantenimento delle condizioni di sicurezza dell’apparecchio, in quanto la modifica rispetto alla configurazione iniziale comporta la perdita della marcatura CE originaria ed è quindi necessario che ad ogni modifica eseguita sia emessa una nuova dichiarazione CE, con assunzione di responsabilità da parte di chi ha eseguito le modifiche.
• Corpi illuminanti: relativi alla sostituzione o all’installazione dei soli corpi illuminanti e pertanto alle caratteristiche minime e migliorative che gli apparecchi devono avere.
• Impianti di illuminazione: relativi alla realizzazione di un impianto ex-novo; in questo caso, poiché i consumi dipendono non solo dalle sorgenti e dalle caratteristiche ottiche degli apparecchi ma anche dalla geometria di installazione adottata, è possibile individuare criteri che consentano le migliori prestazioni e il minor impatto ambientale. In particolare, è stato messo a punto un criterio di qualificazione energetica basato sul prEN 13201-5, con livelli di riferimento dedotti in seguito ad un benchmark delle soluzioni tecnologiche commercializzate nel mercato di illuminazione pubblica europeo nel 2009.

2) Proposta HERA Luce di certificazione energetica

Circa un anno fa HERA Luce mi chiese di sviluppare macroindicatori dell’efficienza reale di un impianto di illuminazione, che andassero oltre l’indicazione dell’efficienza media delle sorgenti. La mia idea è stata quella di sviluppare, in un’ottica di progressiva complessità, indicatori che dessero conto dello stato degli apparecchi illuminanti e quindi delle installazioni vere e proprie. Ne sono nate due schede, che definiscono una classe energetica in base alle norme tecniche in vigore, alle direttive europee ed EuP inerenti il risparmio energetico, alle norme di altri paesi membri riguardanti l’efficienza energetica della pubblica illuminazione e ai requisiti prestazionali definiti su una logica di Best Avaiable Technologies.
Per quanto riguarda il singolo apparecchio illuminante, l’indice di valutazione fa diretto riferimento alle prestazioni delle sue componenti principali, che contribuiscono a definire l’efficienza dello stesso: la sorgente luminosa, la componente ottica, l’alimentazione. Per ciò che riguarda gli impianti di illuminazione invece si fa riferimento sia all’apparecchio di illuminazione installato, sia alle caratteristiche al contorno che definiscono la geometria dell’impianto (come interasse fra punti luce e larghezza della strada).
Il fatto che questi coefficienti siano stati adottati anche all’interno dei CAM per la pubblica illuminazione non fa altro che confermare la bontà della mia intuizione ed il fatto che probabilmente la crisi economica e le vicissitudini di questi ultimi anni hanno portato alla richiesta di strumenti di valutazione che andassero al di là della corretta progettazione illuminotecnica e del rispetto delle leggi regionali.

Purtroppo le logiche di acquisto delle Amministrazioni Pubbliche non sempre sono tese al reale miglioramento degli impianti esistenti e al risparmio energetico; ad aggravare la situazione contribuisce l’insufficienza delle corrette informazioni a disposizione degli Amministratori, che per svolgere il loro mandato non debbono essere preparati ad affrontare ogni materia tecnica con rigore scientifico, e pertanto non riescono a discernere in maniera appropriata i dati forniti dai vari costruttori: risulta così abbastanza facile vendere prodotti non competitivi facendo leva sulla confusione degli interlocutori.
Lo sforzo maggiore è stato pertanto indirizzato nel trasformare questi dati in indicatori di facile lettura. Un prezioso aiuto è arrivato in questo senso dalla pratica ormai consolidata dell’ energy labelling (che oggi va dal settore dell’elettronica a quello degli immobili): queste etichette non solo rendono immediata la visualizzazione dei consumi e delle prestazioni, ma forniscono anche indicazioni circa il funzionamento e l’uso dei prodotti.
Come per un elettrodomestico, è possibile fornire una indicazione di massima sui consumi e le prestazioni di un apparecchio illuminante attraverso un indicazione del rendimento dello stesso; come per un immobile, un impianto di illuminazione può essere accompagnato da un documento che ne certifichi i consumi e le specifiche di funzionamento.

2.1) Apparecchi illuminanti

Data la moltitudine di apparecchi di illuminazione presenti oggi sul mercato e l’estrema eterogeneità di sorgenti a disposizione appare necessaria una revisione dei fattori che oggi si utilizzano per esprimere le caratteristiche prestazionali ed energetiche.
Per ottenere il minor consumo di energia ed al contempo massimizzare i risultati occorre valutare tutti i fattori che concorrono al buon funzionamento di un apparecchio; fattori come il rendimento di un apparecchio e l’efficienza luminosa delle lampade riflettono unicamente caratteristiche parziali e non esaustive. La necessità di poter esprimere l’efficienza in un unico termine ha portato quindi all’unione di questi due fattori in un coefficiente globale che tenga conto del flusso utile emesso dall’apparecchio e della reale potenza assorbita, espresso dalla relazione seguente:

Questo termine viene definito come Efficienza Globale di un apparecchio illuminante, ed è definito dal rapporto fra flusso nominale emesso dalle sorgenti nude presenti all’interno dell’apparecchio e la potenza reale assorbita dall’apparecchio (intesa come somma delle potenze assorbite dalle sorgenti e dalle componenti presenti all’interno dello stesso), il tutto moltiplicato per il rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e rivolto verso l’emisfero inferiore e flusso luminoso totale (Dlor)[1].
Va notato che, in caso di apparecchi a LED con flusso interamente rivolto verso l’emisfero inferiore, la formula è del tutto identica a quella dell’efficienza di sistema così come indicata dalla UNI 11356:2010.

Il parametro di riferimento utilizzato per la classificazione è costituito dall’ Efficienza Globale di riferimento, desunta dalle indicazioni normative e dalle BAT presenti oggi sul mercato; questo parametro viene diversificato in base all’ambito di applicazione di ogni apparecchio e di cui si fornisce qualche esempio[2]:

A questo punto viene definito un Indice Parametrizzato di Efficienza dell’ Apparecchio illuminante (IPEA) calcolato nel modo seguente:In base al parametro di riferimento vengono quindi definite le classi energetiche dell’armatura:

In base alla definizione data, è possibile osservare come si sia scelto di premiare apparecchi illuminanti  dotati di sorgenti molto performanti, di alimentatori elettronici e di ottiche con rese elevate. Si vuol fare inoltre notare come questo indicatore analizza semplicemente la qualità delle componenti; per avere una idea delle performace sul campo si rimanda all’indicatore di seguito indicato.

2.2) Impianti di Pubblica Illuminazione

Anche in questo caso i parametri di riferimento sono stati desunti dalla media di varie simulazioni di calcolo ed è stato scelto come criterio quello espresso all’interno della prEN 13201-5 e chiamato SLEEC (Street Lighting Energy Efficiency Criterion), differenziato in SL per la progettazione illuminotecnica in luminanza e SE per la progettazione illuminotecnica in illuminamento. Ad esempio, per una installazione stradale, lo SLEEC di progetto risulta pari a:

Per classi illuminotecniche che tengono conto dell’illuminamento, al posto della luminanza media mantenuta,occorre sostituire l’illuminamento medio mantenuto; per ambiti in cui non vi è una installazione lungo un percorso, all’interdistanza e alla lunghezza della strada è possibile sostituire un’area media di illuminamento. La logica seguita appare già in numerose leggi e proposte in ambito europeo, ma in questo caso i parametri sono stati diversificati in base alle diverse classi indicate dalla UNI 13201-2, di cui si fornisce qualche esempio[3]:

Viene quindi definito un Indice Parametrizzato di Efficienza dell’Impianto di illuminazione (IPEI) nel modo seguente:

Si vuol far notare l’aggiunta di un indice correttivo dovuta ad un problema rincontrato nel calcolo dello SLEEC: con questo indice potrebbe infatti capitare che date due installazioni aventi medesime condizioni al contorno, venga premiata quella con interasse minore. L’indice introdotto consente di ottenere la maggiore interdistanza fra i punti luce, premiando la più o meno puntuale aderenza ai valori minimi indicati dalla norma UNI 11248.
In base a questo indice vengono definite le classi energetiche per un impianto di Pubblica Illuminazione:

Il criterio proposto per gli impianti è in perfetta continuità con quanto esposto riguardo agli apparecchi illuminanti, poiché premia installazioni che adottano lampade performanti, alimentatori elettronici ed ottiche in grado di soddisfare al meglio le richieste di ogni ambito progettuale.

3) Schede di certificazione di apparecchi ed impianti

La definizione di indici di efficienza energetica è sicuramente uno strumento utile ma, come dimostra la scheda proposta da AIDI per gli apparecchi illuminanti a LED, occorre integrare questa informazione in dei report che illustrino in maniera esaustiva le principali caratteristiche di un sistema. Occorre fornire un valido strumento che presenti una parte generale comprensibile da chiunque ed una parte più specifica, dedicata ai tecnici, che possa essere da supporto nelle scelte inerenti l’acquisto di nuovi corpi illuminanti e l’installazione di nuovi impianti.
Per questo motivo HERA Luce mette a disposizione delle Amministrazioni due diverse schede che definiscono una classe energetica di confronto ed ulteriori specifiche che consentono la definizione puntuale ed esaustiva di tutti i parametri in gioco.
Tutte queste schede andranno a creare un database, che verrà presentato alle Amministrazioni, in maniera tale da caratterizzare apparecchi ed impianti con criteri univoci e confrontabili tra loro.

La prima scheda proposta riguarda gli apparecchi illuminanti: lo scopo è quello di fornire un quadro completo dell’apparecchio, riguardante sia le caratteristiche tecniche che prestazionali. La scheda proposta potrebbe inoltre fornire un supporto di partenza da cui sviluppare una catalogazione degli apparecchi con fati allineati per tutti i produttori: la migliore arma contro coloro che barano è sicuramente quella della trasparenza.

La seconda scheda riguarda gli impianti di Pubblica Illuminazione: in questo caso si tratta di una scheda che va a corredo del progetto di un nuovo impianto e si pone come valutazione dei consumi e delle modalità di manutenzione dello stesso.
Mentre la scheda precedente esamina l’apparecchio unicamente dal punto di vista delle prestazioni potenziali, con questa scheda viene valutato il suo effettivo rendimento sul campo; inoltre vengono forniti tutta una serie di dati che servono a caratterizzare l’impianto nel suo intero ciclo di funzionamento. L’intento è quello di fornire una prima indicazione sul Life Cycle Assessement delle tecnologie messe in campo, al fine di individuare l’effettivo valore dell’impianto dalla data di installazione a quella di dismissione.

All’intero di un lavoro di ampio respiro inerente la ricerca e l’efficientamento dei sistemi di Pubblica Illuminazione, le schede di certificazione che ho sviluppato rappresentano quindi uno strumento utile che attraverso parametri tecnici puntuali possono guidare il professionista nell’individuazione del prodotto migliore e definiscono un sistema semplice ed affidabile di certificazione con parametri di riferimento facilmente aggiornabili.
Le sfide del futuro vanno affrontate oggi, per garantire l’adozione delle tecnologie migliori e la massima efficienza degli impianti di Pubblica Illuminazione.

S.V.B.E.E.Q.V.

Matteo Seraceni

“Mi raccomando: questa volta cattivi, eh?”

 

Riferimenti:
[1] Si faccia riferimento a quanto espresso nel mandato CE M226 e nella CELMA “poposal for luminaire efficiency factor presentation” CEN TC 169 document N 418,2001; si veda ancora il NEMA standards publication No. LE5.
[2] Si faccia riferimento a quanto espresso nell’allegato VI del regolamento n. 245/2009 della Commissione Europea e a quanto indicato dai CAM presentati dal Ministero dell’Ambiente.
[3] Si faccia riferimento a quanto indicato dai CAM presentati dal Ministero dell’Ambiente e al Real Decreto 1890/2008 spagnolo.

Glossario:

• ηa: efficienza globale di un apparecchio, intesa come rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e diretto verso il basso e potenza totale installata.
• Φs: flusso luminoso emesso dalle sorgenti nude presenti all’interno dell’apparecchio illuminante.
• Dlor: rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e diretto verso l’emisfero inferiore e flusso luminoso emesso dalle sorgenti nude.
• ηr: efficienza globale di riferimento di un apparecchio illuminante (tabellata).
• Wreali oppure Preale: potenza reale assorbita dall’apparecchio, comprensiva di tutte le componenti ausiliarie.
• SL: SLEEC in luminanza per una particolare installazione.
• SE: SLEEC in illuminamento per una particolare installazione.
• Lm: luminanza media mantenuta, calcolata sull’area presa in esame, con un coefficiente di manutenzione MF = 0,80.
• irif: interdistanza di riferimento fra due punti luminosi.
• lmedia: larghezza media della carreggiata.
• SLr: SLEEC in luminanza di riferimento (tabellato).
• kinst: coefficiente correttivo che tiene conto della maggiore o minore aderenza ai valori espressi dalla UNI 11248 e premia le interdistanze maggiori a parità di condizioni al contorno.

Leggi anche:
Illuminazione stradale a LED – Parte 1
Illuminazione stradale a LED – Parte 2
Le principali grandezze illuminotecniche

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Illuminazione stradale a LED – 2^ parte redux

Illuminazione stradale LED____________________________________________________________________________________________________________Illuminazione stradale LED

d un anno di distanza dalla stesura dei primi articoli sui LED sono cambiate molte cose: la crisi economica ha messo a dura prova il mercato degli apparecchi illuminanti e ha spazzato via molti produttori senza arte nè parte improvvisatisi specialisti di illuminazione a LED; inoltre l’arrivo di una nuova generazione di diodi e componenti ha permesso dall’inizio di quest’anno l’affacciarsi sul mercato di prodotti adeguati all’illuminazione stradale.
Altre cose però non sono cambiate per niente: la mancanza ormai cronica di norme che regolino in qualche modo la produzione dei diodi LED, uniformandone caratteristiche e prestazioni, così come mancano ancora standard di misura accettati per le prove in laboratorio sulla durata; non è cambiato nemmeno l’atteggiamento di molti venditori, capaci unicamente di confondere le idee con proclami e slogan degni di una campagna elettorale, senza però produrre mai prove sulla bontà dei propri prodotti.

Ad aggravare la situazione contribuisce l’insufficienza delle corrette informazioni a disposizione degli Amministratori, che per svolgere il loro mandato non debbono essere preparati ad affrontare ogni materia tecnica con rigore scientifico, e pertanto non riescono a discernere in maniera appropriata i dati forniti dai vari costruttori: risulta così abbastanza facile vendere prodotti non competitivi a livello di mercato, facendo leva sulla confusione degli interlocutori.
Questo stato è noto in economica come “asimmetria informativa”, e si ha quando una parte degli agenti interessati nello scambio economico ha maggiori informazioni rispetto al resto dei partecipanti e può trarre un vantaggio da questa configurazione.
“Se pensate che molti esperti usino gli elementi in loro possesso a vostro detrimento, non vi sbagliate. La sussistenza dell’esperto dipende proprio dal fatto che lui ha le informazioni e voi no. O dal fatto che vi sentiate talmente disarmati davanti alla complessità di un’operazione da non sapere comunque che uso fare delle informazioni, anche quando le aveste. O che siate ancora talmente in erba da non avere l’audacia di misurarvi con un esperto blasonato come lui. Se il dottore vi suggerisce l’angioplastica – nonostante alcune ricerche paiano indicare che fa ben poco nella prevenzione dell’infarto – difficilmente penserete che il vostro medico stia approfittando dell’asimmetria informativa per spillarvi qualche migliaio di dollari in combutta con il collega” da Steven D.Levitt e Stephen J.Dubner “Freakonomics. Il calcolo dell’incalcolabile”  Sperling & Kupfer Editori, 2006.

I miei articoli risultano così “scomodi” a molti perchè ho semplicemente cercato di ristabilire la centralità dell’ago della bilancia, mediante la pubblicazione di informazioni essenziali per capire il problema LED e diminuire una parte dell’assimetria: questo ovviamente da fastidio ai venditori perchè in un rapporto non più impari non è più possibile presentare prodotti non adeguati.
Ma parliamo di apparecchi a LED.

1) Apparecchi illuminanti a LED

L’errore più comune che si commette parlando di illuminazione a LED sta nell’equivocare fra “sorgente luminosa” ed “apparecchio illuminante”: una sorgente luminosa non è che una parte di un apparecchio di illuminazione e pertanto basare la comparazione solo su una componente porta a risultati parziali ed erronei. Come ben sa chi si occupa di illuminotecnica, un apparecchio illuminante scadente rimane scadente anche con la migliore sorgente luminosa installata; inoltre un cattivo alimentatore può compromettere il corretto funzionamento e ridurre drasticamente l’aspettativa di vita.
Appare doveroso quindi, una volta definite le peculiarità delle sorgenti luminose a LED, ampliare il discorso a comprendere tutte quelle parti che possono determinare una buona o cattiva illuminazione. Per fare questo ricordiamo che un apparecchio di illuminazione può essere definito un sistema che distribuisce, filtra o trasforma la luce emessa da una o più sorgenti e che include le parti necessarie per posizionare e proteggere le sorgenti ed i circuiti ausiliari per il corretto funzionamento del sistema. Possiamo pertanto pensare ad esso come una macchina, che ha lo scopo di trasformare l’energia elettrica in energia luminosa e di farlo nel miglior modo possibile.

Un apparecchio illuminante stradale a LED si compone di diverse parti (che generalmente non sono presenti nei corrispettivi a lampade a scarica) che vengono riassunte nello schema sottostante:

Componenti di un apparecchio LED

Si può quindi notare come in linea di massima non esistano componenti dedicati alla diffusione del flusso luminoso integrati nella carena: il gruppo ottico di un apparecchio di illuminazione a LED è formato dai LED stessi, disposti in vario modo ed eventualmente affiancati da ottiche applicate (ricordiamo che un modulo LED è costituito, oltre al diodo luminoso, di una base su cui sono disposti i componenti e di una lente applicata al di sopra di esso che direziona il fascio uscente).
Un’altra peculiarità consiste nella presenza di sistemi di dissipazione più o meno consistenti, ubicati generalmente nella parte superiore della carena, indispensabili per ridurre le temperature di esercizio dei diodi (tali sistemi non sono necessari negli apparecchi con lampade a scarica, in quanto l’ambiente in cui viene alloggiata la lampada è più che sufficiente per una corretta dissipazione). Il gruppo di alimentazione invece risulta alloggiato all’interno del corpo dell’apparecchio.
Ognuno di questi componenti influisce in maniera sostanziale sul funzionamento del sistema.

1.1) Alimentatore elettronico (driver)

I LED sono componenti a bassissima tensione, che devono essere alimentati in corrente continua, livellata e stabilizzata. Gli alimentatori per LED sono di tipo elettronico e provvedono a svolgere le funzioni sia di trasformatore che di convertitore.
Le sorgenti a LED hanno una vita media molto lunga e quindi occorre che anche i driver abbiano una mortalità molto bassa; ad oggi gli alimentatori elettronici hanno una mortalità media che va dall’ 1%  al 5% ogni 10.000 ore di funzionamento. Pertanto, nelle 50.000 ore di funzionamento attese per le sorgenti LED, avremo dal 5%  al 25% di mortalità sugli alimentatori: questo significa che durante il ciclo di vita previsto per un’armatura a LED è possibile prevedere la sostituzione del driver in 1 apparecchio di illuminazione su 10. Grazie a questo dato vengono già da subito annullate le pretese di manutenzione nulla prospettate da numerosi produttori.
Inoltre la durata di vita attesa per un alimentatore elettronico decresce in maniera esponenziale all’aumentare della temperatura di lavoro: poiché le sorgenti a LED possono produrre molto calore, occorre che il driver sia adeguatamente distanziato e separato dalla parte in cui sono alloggiati i LED, per impedire eventuali malfunzionamenti.
Un driver deve assicurare un livello di corrente costantemente stabilizzato per garantire una certa uniformità nelle prestazioni: per questo motivo dovrebbe risultare molto più “robusto” degli alimentatori elettronici standard; ad oggi solo i produttori che utilizzano specifiche militari riescono a garantire una resistenza adeguata agli sbalzi di tensione che possono verificarsi all’interno della rete di distribuzione elettrica (cosa che incide in maniera rilevante sui costi di produzione).
Infine va notato che nella maggioranza dei prodotti presenti sul mercato, l’efficienza degli alimentatori elettronici (definita come rapporto fra potenza assorbita dalla lampada e potenza totale assorbita dal sistema) difficilmente si attesta al di sopra di ηb =0,88 indicato come standard per le potenze nominali fino a 100W dal regolamento CE n. 245/2009 che riguarda le specifiche per la progettazione ecocompatibile. Questo ovviamente si ripercuote in un maggiore consumo del sistema a parità di flusso luminoso erogato.

1.2) Caratteristiche dei sistemi di dissipazione

Le sorgenti luminose a LED in realtà sono più “fredde” delle sorgenti a scarica tradizionali (che possono raggiungere valori ben al di sopra dei 2000°C durante il loro normale funzionamento), ma questo non li esenta dai problemi legati al surriscaldamento: un diodo LED infatti rimane pur sempre un semiconduttore ed in quanto tale molto sensibile alle alte temperature; inoltre sappiamo che gran parte delle caratteristiche prestazionali dipendono dalla temperatura di giunzione, e quindi a maggior ragione occorre prestare attenzione ai dispositivi di dissipazione.
Per capire le grandezze in gioco va ricordato che ad oggi solo il 15% circa della potenza elettrica consumata da una sorgente a LED viene trasformata in luce, mentre il restante 85% si perde in calore. Questo dato da una parte fa intravedere come i margini di miglioramento sull’efficienza siano ancora ampi per questa tecnologia, ma dall’altra evidenzia lo spreco e lo sviluppo incredibile di calore al suo interno.
Il gap fra temperatura di giunzione e temperatura ambiente si aggira attorno ai 50°C – 70°C e non potrebbe in alcun modo venire smaltito dalla piccola area dei diodi: per questo alla piastra su cui vengono saldati i LED viene affiancato un vero e proprio dispositivo di dissipazione alettato.
Ovviamente migliori sono i materiali utilizzati per la piastra e le alette e migliore sarà lo smaltimento del calore: purtroppo per contenere i costi non tutti i produttori adottano i migliori materiali a disposizione (come ad esempio potrebbero essere le piastre ceramiche) a discapito delle prestazioni finali.
Questa disposizione inoltre genera due “zone” estremamente sensibili, che vanno curate nell’assemblaggio dell’apparecchio. La prima riguarda la saldatura del diodo LED con la piastra sottostante: ad oggi in Italia gli stabilimenti certificati dai produttori di LED si contano sulle dita di una mano e non sempre gli assemblatori si affidano a questi; inutile dire che una saldatura difettosa (o comunque un non corretto allineamento) può pregiudicare il corretto trasferimento di calore e così ridurre prestazioni e vita utile. La seconda riguarda il collegamento fra piastra e dispositivo di dissipazione: anche in questo caso le connessioni devono essere curate ed affidabili.

Apparecchio LED con piastra di dissipazione superiore

Alcuni produttori hanno adottato dispositivi che possono limitare la potenza erogata in funzione della temperatura di esercizio, in modo da evitare pericolosi surriscaldamenti (come ad esempio avviene nel thermal managment dei processori per computer): questo però potrebbe portare ad improvvisi cali di flusso luminoso non dipendenti dalla volontà del gestore e quindi resta da capire come possano continuare ad essere verificate le prescrizioni illuminotecniche allorchè un apparecchio all’improvviso si ritrovi ad emettere meno luce di quella prevista.
A questo va sommato il fatto che generalmente la temperatura all’interno degli apparecchi illuminanti a LED è superiore a quella di riferimento di laboratorio a cui le loro prestazioni sono riferite e pertanto i dati forniti dai produttori risultano ancora parziali e non perfettamente aderenti alla realtà.

1.3) Caratteristiche fotometriche di un’armatura stradale

Gli apparecchi per illuminazione stradale devono soddisfare requisiti molto stringenti dal punto di vista fotometrico: il flusso luminoso deve essere indirizzato con precisione nelle direzioni ottimali per la visibilità sulla strada e deve invece essere schermato nelle direzioni che possono procurare fastidio ai conducenti.
Per valutare le caratteristiche illuminotecniche di un’armatura stradale occorre analizzarne il solido fotometrico, che rappresenta l’intensità luminosa normalizzata emessa dalla sorgente (espressa solitamente in cd/klm) lungo le varie direzioni spaziali. Il modo più utilizzato per rappresentare graficamente la forma del solido fotometrico è quello di sezionarlo secondo uno dei piani di riferimento: l’insieme delle curve così ottenute determina la cosiddetta “curva fotometrica”, che rappresenta, sotto forma di diagramma polare, la distribuzione delle intensità luminose di un apparecchio. Grazie all’analisi delle curve fotometriche è possibile valutare in maniera intuitiva il funzionamento di un apparecchio di illuminazione.

Nel caso di apparecchi destinati all’illuminazione stradale, è molto importante che la curva fotometrica invii la luce solo nelle direzioni interessate (lungo l’asse della strada e non al di fuori di essa) e con le giuste intensità luminose (distribuita la più uniformemente possibile).
Per fare questo ci si basa sul parametro di riferimento adottato dalla norma UNI 11248: la luminanza del manto stradale. La normativa impone valori tali da garantire un buon discernimento degli ostacoli e al contempo una uniformità d’illuminazione della sede stradale e dei dintorni.
La luminanza è una grandezza vettoriale che esprime la densità con cui un’intensità luminosa viene emessa da una superficie e per questo motivo rappresenta in maniera adeguata la sensazione visiva prodotta da una sorgente luminosa sull’occhio umano; dalla definizione segue che una sorgente che emette una certa intensità da una superficie molto piccola (come un diodo LED) produce sull’occhio una sensazione molto più forte di una sorgente analoga ma con una superficie molto più ampia (come una lampada tradizionale): questo fattore già rende conto di uno dei problemi principali degli apparecchi illuminanti a LED e cioè il controllo dell’abbagliamento.
Questa grandezza inoltre si distingue dall’illuminamento perché non definisce la componente “reale” di luce che arriva a terra, ma piuttosto una componente “soggettiva” che appare all’osservatore in funzione dell’angolo dal quale sta osservando l’oggetto e alla capacità della superficie illuminata (in questo caso l’asfalto stradale) di riflettere la luce.

Per le applicazioni stradali l’adozione della luminanza come parametro di riferimento significa definire la luminosità del manto stradale, come questa viene percepita dagli automobilisti e come questa può aiutare il compito visivo di un automobilista. Si può ottenere una buona visibilità degli ostacoli aumentando il contrasto di luminanza fra il manto stradale e gli ostacoli stessi, cercando di rendere massima la luminanza del manto stradale nella direzione di vista prevalente di un osservatore (che si trova compresa in un angolo molto ristretto, da -1,5° a 0,5° rispetto all’orizzonte): per un adeguato livello di luminanza in questa direzione, si devono privilegiare le direzioni di incidenza della luce molto radenti, capaci di generare verso il conducente una luminanza elevata grazie alla riflessione del manto stradale e in particolare alla sua componente speculare.
Per questo nella scelta di apparecchi efficienti rimane prioritaria la forma della curva sul piano C0-C180: il solido fotometrico di un apparecchio stradale avrà una forma simmetrica molto aperta, con il massimo di intensità per angoli molto elevati; allo stesso modo, per angoli troppo elevati, un’intensità molto elevata sarebbe causa di fenomeni di abbagliamento. Per questo motivo la curva fotometrica ottimale si presenta come simmetrica al piano longitudinale della strada, con intensità massime comprese fra i 60° e i 70° rispetto alla verticale (attraverso il calcolo della luminanza stradale è possibile stabilire che questa è fornita per circa il 45% per angoli compresi fra i 60° e 70°) e intensità molto ridotte oltre i 70°.
Questo parametro può venir letto direttamente dalla curva fotometrica oppure si può far riferimento all’apertura massima del fascio nel senso trasversale definita spread secondo il CIE 1976 (angolo che forma l’asse del fascio luminoso rispetto al 90% del valore massimo di intensità luminosa).

Visualizzazione grafica dello spread e throw

Uno spread attorno ai 60° può garantire un limitato abbagliamento affiancato al massimo di “allargamento” possibile che può garantire l’installazione del minor numero di apparecchi.
Ad angoli minori, l’intensità può diminuire sempre di più, poiché diminuisce la distanza fra sorgente luminosa e superficie; questo consente di ottenere anche una giusta uniformità di distribuzione della luce sul manto stradale: generalmente elevati coefficienti di uniformità portano a migliori risultati in termini di percezione visiva, pertanto strade con minore intensità luminosa ma con migliori parametri di uniformità sono senz’altro da preferirsi a vie molto luminose con scarsa uniformità. La norma UNI 11248 prevede il rispetto di due tipi di uniformità: la prima è calcolata come uniformità generale della carreggiata (U0), la seconda è definita come uniformità lungo la posizione dell’osservatore sulla carreggiata (Ul).

Per comprendere meglio quanto detto è opportuno fare alcuni esempi con apparecchi in commercio.

Fotometria di un apparecchio illuminante

Una fotometria di questo tipo ad esempio non può assolutamente essere utilizzata in ambito stradale, in quanto si evidenzia una totale mancanza di “allargamento” della curva fotometrica sul piano C0-C180 (indicato in rosso in figura: si nota che l’intensità massima non è attorno ai 60°, ma adirittura a 0°); inoltre l’intensità luminosa, anziché aumentare andando verso aperture più elevate, diminuisce: questo significa che avremo tantissima luce al di sotto dell’apparecchio illuminante, mentre molto poca nelle immediate vicinanze. La fotometria in questione pertanto non solo è errata dal punto di vista prestazionale (non consente grandi interdistanze), ma comporta una grande disuniformità di illuminazione sul piano stradale.
Nella fotometria seguente vediamo che la curva è molto allargata e che i valori di luminosità aumentano andando verso aperture più elevate: questo dovrebbe garantire una buona uniformità associata alla possibilità di avere interdistanze elevate fra i punti luce.

Fotometria di un apparecchio illuminante LED

Dal rilievo si nota però come la massima intensità luminosa si attesti attorno ai 75°, cosa che potrebbe comportare un effetto fastidioso dovuto all’abbagliamento. Un primo parametro di valutazione in questo caso può essere fornito dal parametro SLI (specific luminaire index), definito sempre dal CIE 1976 come indicatore dell’abbagliamento: per l’apparecchio in questione si nota infatti un SLI<4, che indica un moderato controllo dell’abbagliamento (in confronto ad uno SLI>4 che indicherebbe un elevato controllo dell’abbagliamento).
Sul piano C90-C270 invece risulta importante prevedere maggiori intensità luminose verso il lato strada, per evitare un’installazione su due lati della carreggiata o il ricorso a sbracci: l’introduzione di questa ulteriore asimmetria consente di riportare l’apparecchio sul bordo della carreggiata (come la classica applicazione su palo diritto), che è da preferire alle installazioni su sbraccio, in quanto meno problematiche dal punto di vista manutentivo.Anche in questo caso si può fare riferimento alla curva fotometrica oppure ai valori dei coefficienti di utilizzazione lato strada e lato marciapiede dell’apparecchio illuminante.
Lungo la direzione trasversale alla strada pertanto la curva fotometrica è asimmetrica, con direzione prevalente del flusso verso la strada nel caso di installazione lungo il bordo strada (ovviamente per installazioni a centro strada è opportuno che la curva sia simmetrica).
Questo non significa che tutto il flusso deve essere indirizzato in direzione della strada, poiché un parametro fondamentale della norma UNI 11248, il Surrounding Ratio, prevede che una parte della luce vada indirizzata anche in direzione del marciapiede. Poiché non sempre i diodi LED hanno un’efficienza luminosa paragonabile a quella delle lampade a scarica, alcuni produttori hanno pensato di “spingere” il fascio di luce solamente in direzione della strada, in modo da avere unaluminanza sufficiente: questo significa però che il coefficiente di utilizzazione lato marciapiede risulta insufficiente, come si può notare dal grafico sottostante.

Tabella dei coefficienti lato strada/marciapiede

Poiché il Surrounding Ratio prevede un coefficiente minimo di 0,5 questo significa che in generale si richiede che il coefficiente di utilizzazione lato marciapiede sia all’incirca pari a poco meno della metà del coefficiente di utilizzazione lato strada.
Ovviamente non bastano poche righe per esaurire un argomento così vasto come quello della giusta fotometria di un apparecchio illuminante; quanto detto vale solo criterio di massima per fare una prima selezione degli apparecchi, ma per una corretta valutazione rimane imprescindibile il calcolo illuminotecnico.

1.4) Caratteristiche del gruppo ottico

Spesso gli apparecchi tradizionali prevedono una certa possibilità di modificare le caratteristiche di emissione grazie a diverse posizioni di montaggio della lampada rispetto al riflettore, alle quali corrispondono solidi fotometrici con caratteristiche diverse: lo spostamento verticale da luogo a solidi fotometrici più o meno aperti in senso longitudinale rispetto alla strada, mentre lo spostamento orizzontale dà luogo a solidi più o meno asimmetrici in senso trasversale.
Ovviamente questa possibilità resta preclusa ad un apparecchio a LED, per i quali i produttori devono prevedere tanti modelli diversi per ogni curva fotometrica desiderata (e che quindi sono vincolati all’installazione prevista dal progetto illuminotecnico, senza poter essere spostati in situazioni differenti).
Questo limite incide in maniera pesante sulle possibilità di prefabbricazione delle componenti e quindi sui costi. Per ovviare a questo inconveniente e garantire al tempo stesso un’ottima resa i produttori di apparecchi a LED adottano prevalentemente le seguenti strategie:

1. la prima soluzione consiste nel predisporre una piastra di LED in cui ognuno di questo abbia una diversa inclinazione, che possa portare ad un “mosaico” ottimale a terra; questa soluzione consente di sfruttare al massimo le potenzialità dei LED, senza ridurre l’intensità con lenti correttive, ma ovviamente è molto dispendiosa, in quanto ogni piastra deve essere un pezzo unico appositamente sagomato con diverse inclinazioni all’interno. Inoltre ogni diversa configurazione dell’ottica va pensata come un nuovo “pezzo” unico da mettere in produzione, con ricadute economiche notevoli poiché è possibile serializzare solo un discreto numero di configurazioni;
   

   Sistema ottico con LED inclinati

2. la seconda soluzione, più economica, consiste nel predisporre diverse file di LED su una piastra “standard” orizzontale e successivamente applicare a questi differenti lenti e micro-lenti, che hanno il compito di diffondere la luce in modo appropriato; il prezzo contenuto è dovuto alla grande flessibilità data dall’utilizzo di diverse lenti applicate su una piastra di base comune a tutti i modelli (questo consente una grande standardizzazione dei pezzi). Lo scotto che si paga è quello di una riduzione del flusso luminoso, dovuta all’applicazione di lenti sopra ogni LED;


Sistema ottico con microlenti

3. la terza soluzione consiste sempre nel predisporre diverse file di LED su una piastra “standard” orizzontale, ma anzichè dotarsi di microlenti viene costruito attorno ad ogni diodi un piccolo rifrattore, che definisce una curva fotometrica come per una lampada tradizionale; anche in questo caso il prezzo contenuto è dovuto alla grande flessibilità, ma il rendimento di un’ottica di questo tipo rimane di poco superiore a quella di un’ottica per apparecchi tradizionali.
   

   Sistema ottico con rifrattori

Queste soluzioni sono strettamente legate alle caratteristiche del diodo LED, poiché a seconda del produttore, presenta dimensioni ed ottiche diverse; quindi una volta definita la forma della parte ottica, questa rimane ancorata ad un determinato diodo, che difficilmente sarà possibile sostituire, non solo con uno di marca diversa ma anche con le future evoluzioni dello stesso LED. In particolare ogni apparecchio illuminante LED è un prodotto unico, non replicabile e generalmente neppure “aggiornabile” (anche se di recente alcuni produttori hanno proposto apparecchi con ottiche ed alimentatori intercambiabile).
Un altro problema è dovuto al fatto che il singolo diodo è piccolo, ma per arrivare ai flussi delle lampade a scarica ne occorrono tanti: una delle principali caratteristiche del LED, quella della compattezza, si perde così nell’assemblaggio; mentre gran parte dei produttori stanno cercando di ottimizzare le dimensioni degli apparecchi e ridurre quindi imballaggi e merci di consumo, ci ritroviamo con apparecchi a LED grandi 2 volte o più un apparecchio tradizionale.
Infine va ricordato come l’ottica di un apparecchio di illuminazione a LED sia costituita da più diodi, ognuno dei quali contribuisce all’illuminamento di una certa parte della sede stradale: nel malaugurato caso che anche un singolo LED si rompa (oppure riduca in maniera sostanziale il proprio flusso oppure semplicemente sia stato saldato in una posizione leggermente diversa da quella prestabilita) la fotometria non può più sopperire al compito visivo richiesto, poiché incompleta; ad oggi, vista l’impossibilità di una sostituzione immediata dei singoli diodi, questo si traduce in una sostituzione completa dell’intera armatura.

2) Rendimento globale di un apparecchi illuminante

Data la moltitudine di apparecchi illuminanti e sorgenti a LED oggi presenti sul mercato, occorre definire un criterio di valutazione che possa accorpare gli elementi che concorrono ad una buona illuminazione: fattori come il rendimento di un apparecchio e l’efficienza luminosa delle lampade riflettono unicamente caratteristiche parziali e non esaustive.
In particolare il rendimento di un apparecchio (calcolato come rapporto fra flusso luminoso emesso dall’apparecchio e flusso originariamente emesso dalle lampade nude presenti in esso) non tiene conto dell’eventuale flusso luminoso disperso verso l’alto (e quindi non utilizzato per l’illuminazione del piano stradale) e della potenza assorbita dall’apparecchio. L’efficienza luminosa delle lampade (calcolata come rapporto fra flusso luminoso emesso dalla lampada e potenza elettrica consumata) d’altra parte è un’efficienza nominale, che quindi non tiene conto della reale potenza assorbita dalle altre componenti elettroniche presenti all’interno dell’apparecchio ed inoltre non fornisce indicazioni sul flusso disperso a causa di riflessioni interne, lenti, ecc…
Per questo motivo si è scelto di incorporare questi due fattori in un coefficiente globale che tenga conto del flusso utile emesso dall’apparecchio e della reale potenza assorbita dall’apparecchio.
Generalmente per un apparecchio di illuminazione stradale è fondamentale che tutto il flusso sia rivolto verso la metà inferiore della sfera luminosa (e questo è garantito ad esempio dal rispetto delle norme contro l’inquinamento luminoso) e per questo motivo, al rendimento si preferisce il rendimento di flusso luminoso rivolta verso il basso (definito dal parametro DLor).
Questo coefficiente rende inoltre conto del reale significato fisico di rendimento, inteso come rapporto tra lavoro compiuto da un sistema e l’energia fornita al sistema (anche se nel questo caso specifico si sono prese in considerazioni potenze anziché energie).
L’efficienza luminosa viene calcolata come rapporto fra flusso luminoso diretto verso il basso e potenza totale assorbita dall’apparecchio La potenza totale assorbita invece è quella comprensiva di lampade, alimentatore, perdite, ecc.. Questa corrisponde alla potenza che si potrebbe leggere “a monte” dell’apparecchio se andassi a misurarla mentre sta funzionando.
Infine, contrariamente a quanto Forcolini indica nel suo libro dedicato ai LED, il confronto va fatto in base alle migliori tecnologie oggi disponibili sul mercato (e non confrontando l’ultimo apparecchio LED in circolazione con un apparecchio mediocre con lampada a scarica).

In base a queste considerazioni, viene definito rendimento globale di un apparecchio di illuminazione:

Un apparecchio tradizionale che monta una lampada SAP di ultima generazione a 100W (di flusso luminoso pari a 10700lm), con alimentatore elettronico di rendimento pari a 0,93 e DLor pari al 80% (consideriamo fra i migliori apparecchi in circolazione) avrà un rendimento globale di:

η = 10700*80%/108 = 79 lm/W

Prendendo invece i dati di una famosa ditta produttrice di apparecchi LED abbiamo che un apparecchio che monta 100 LED alimentati a 350mA produce un flusso luminoso pari a 10000lm ed un consumo di 127W. Dagli eulumdat si può leggere un DLor pari a 85,7% (apparecchio con ottiche applicate). In questo modo abbiamo:

η = 10000*85,7%/127 = 67 lm/W

Per un altro apparecchio illuminante a LED abbiamo invece 84 LED alimentati a 350mA, che producono un flusso luminoso di 6417lm con un consumo di 110W In questo caso abbiamo un DLor pari al 100% (apparecchio senza ottiche applicate). Il rendimento risulta quindi:

η = 6417*100%/110 = 58 lm/W

In base a queste considerazioni è possibile affermare che il rendimento di un apparecchio illuminante a LED rimane leggermente al di sotto di un apparecchio tradizionale a scarica; le cose migliorano per potenze di lampada inferiore (l’efficienza di una lampada SAP a 70W è inferiore a quella di una lampada a 100W) ma ovviamente peggiorano per potenze superiori. Il rendimento ovviamente non ci dice nulla su come si comporterà un apparecchio in una determinata installazione (questo dipende dal tipo di fotometria, come indicato sopra); è possibile però affermare che a parità di costruzione della fotometria, un apparecchio con rendimento maggiore fornirà risultati migliori.
Questo significa che tutto si gioca nelle caratteristiche distintive di ogni apparecchio e quindi la qualità dell’illuminazione non può assolutamente essere determinata solo dalle caratteristiche della sorgente luminosa, ma va accuratamente valutata in base all’apparecchio illuminante nel suo complesso.

S.V.B.E.E.Q.V.

Matteo Seraceni

 

Leggi anche:

Illuminazione stradale a LED – 1^ parte

Illuminazione stradale a LED – 3^ parte

 

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