Fattori da considerare nella progettazione dell'illuminazione interna

Illuminazione interna generale nel passato e nel presente

Sappiamo che l'illuminazione elettrica nei primi tempi, quando le aule scolastiche, gli uffici e altre aree di lavoro generali erano illuminate da globi prismatici o traslucidi. Questi erano sospesi dal soffitto e contenevano lampade a incandescenza in modo tale che tali unità fornissero lumen sia direttamente che indirettamente al piano di lavoro. Questo avveniva attraverso riflessioni dalle superfici della stanza. Ancora, i globi in vetro erano ampiamente utilizzati per avere una luminanza elevata. Pertanto, questo schema di illuminazione produceva un notevole abbaglio negli occhi dei lavoratori.

• Negli anni '30 apparve l'illuminazione indiretta totalmente a incandescenza con luminarie a forma di padella o anelli concentrici. Anche con una lampada semi argentata montata base in alto in un foro al centro dell'unità. In questo sistema, la luce veniva ridirigita verso il soffitto. Di conseguenza, essenzialmente il soffitto diventava la sorgente luminosa.
  Era vero che queste unità indirette producevano un'illuminazione di alta qualità priva di abbaglio. Ma questo schema di illuminazione era intrinsecamente molto inefficiente. In questo schema di illuminazione indiretta, nessun lumen viaggiava direttamente verso il piano di lavoro. Ancora, molte lampade erano necessarie in uno spazio dato per fornire un'illuminazione sufficiente del piano di lavoro. Di conseguenza, veniva prodotto molto calore (infrarosso) che spesso causava un disagio termico nello spazio.

• Alla fine degli anni '30, l'apparizione delle lampade fluorescenti ha iniziato un cambiamento nell'illuminazione interna. Queste lampade avevano una luminanza molto inferiore rispetto alle lampade a incandescenza. Quindi non era più necessario inviare tutti i lumen della lampada verso il soffitto per essere ridirigiti verso il basso. Con un'adeguata disposizione con paralumi e lenti, la maggior parte dei lumen poteva essere inviata direttamente verso il basso. Ovviamente, la lampada fluorescente aveva circa cinque volte l'efficacia della lampada a incandescenza. Di conseguenza, 70 candele piedi di illuminazione fluorescente potevano essere fornite più efficientemente di 30 candele piedi di illuminazione a incandescenza.

• L'avvento delle lampade a ioduri metallici e a sodio ad alta pressione ha causato ulteriori cambiamenti nell'illuminazione interna negli anni '60. Hanno mitigato la crisi energetica all'inizio degli anni '70. Queste lampade sono concentrate e di alta luminanza come quelle a incandescenza. Avevano un'efficacia sette o più volte maggiore. Di conseguenza, l'illuminazione totalmente indiretta negli spazi interni è diventata economicamente fattibile ancora una volta progettando con queste lampade. Di conseguenza, una certa riduzione del consumo energetico è stata possibile. In questa illuminazione indiretta con queste lampade, i livelli di illuminazione sono stati abbassati. Questo sistema di illuminazione, nonostante fornisse un'illuminazione ragionevolmente uniforme su tutta l'area del piano di lavoro, richiedeva un'illuminazione aggiuntiva nelle posizioni di compito.

• Quindi notiamo che l'illuminazione a incandescenza non è consigliata per l'illuminazione generale degli spazi interni dove l'illuminazione fluorescente continua a dominare lo schema di illuminazione a incandescenza. Inoltre, nell'illuminazione interna, in particolare la lampada fluorescente da 4 candele piedi, 40 W a partenza rapida, è la lampada fluorescente più comunemente utilizzata. Le lampade a ioduri metallici appaiono ogni anno sempre più nell'illuminazione indiretta, sia luminarie sospese dal soffitto che unità incorporate nei mobili d'ufficio. La lampada più popolare per questi usi è la lampada a ioduri metallici da 400 W con rivestimento fosforico. Le lampade a sodio ad alta pressione in luminarie accuratamente progettate stanno guadagnando un certo accettazione nell'illuminazione interna, ma sono generalmente consigliate solo per stanze con soffitti alti e dove una buona resa cromatica non è importante, come palestre.

Lampade per l'illuminazione interna

Il progettista di illuminazione interna sceglie generalmente le lampade tra i seguenti tipi:

• Lampada a incandescenza

• Lampada fluorescente

• Lampada a ioduri metallici

• Sodio ad alta pressione

Ognuno dei tipi sopra menzionati ha il suo insieme specifico di punti di forza e debolezza. I fattori che il progettista dovrebbe considerare nella scelta di una lampada sono:

1. Considerazione dell'efficacia luminosa. L'efficacia luminosa è il rapporto tra l'uscita di lumen dalla lampada e la potenza elettrica (in watt) in ingresso alla lampada. L'illuminazione richiesta deve essere fornita dalla lampada in combinazione con l'illuminazione in modo economico.

2. I progettisti devono considerare la vita utile della lampada. Dovrebbero pensare quali possono essere le difficoltà nel sostituire le lampade bruciate e se la sostituzione di gruppo delle lampade sia la scelta migliore dal punto di vista economico o meno.

3. La manutenzione dei lumen della lampada è un fattore importante. Si può chiedere se è importante avere un certo livello minimo di illuminazione in tutti i momenti.

4. Un'altra considerazione importante è il colore, il fattore estetico. Sebbene tutte le lampade elencate producano luce "bianca", i loro CCT e CRI differiscono. I progettisti dovrebbero considerare l'importanza dei colori del compito visivo e del suo contesto per essere riprodotti fedelmente.

5. Si pone un grande interrogativo sugli equipaggiamenti ausiliari richiesti insieme alle lampade. Come abbiamo visto, tutte le fonti luminose a scarica di gas richiedono un ballast, mentre le lampade a incandescenza no. I tipi di ballast utilizzati possono influire sulla produzione di luce, sulla durata, sulla affidabilità dell'accensione, sull'efficienza del sistema e sul comfort degli occupanti.

6. I progettisti dovrebbero pensare a quali altri fattori vari possano essere presenti nell'ambiente specifico, se la temperatura sia un problema, se l'area debba essere libera da effetti stroboscopici, se l'interferenza elettromagnetica disturbi le attività in corso nello spazio, se siano presenti fumi che potrebbero produrre corrosione o un'atmosfera esplosiva, ecc.

Considerazione dell'efficacia luminosa

Il confronto dei primi tre fattori per i quattro tipi comuni di lampade è mostrato nella tabella sopra. Discutiamo prima dell'efficacia delle lampade. Per le lampade a incandescenza, l'efficacia varia da 12 lm/W per la lampada standard da 40 W a 22 lm/W per la lampada standard da 500 W. Per le lampade a incandescenza con il design invariato, l'efficacia della lampada aumenta con la potenza della lampada. Ciò avviene principalmente perché i filamenti più spessi delle lampade ad alta potenza possono essere operati a temperature più elevate per la stessa durata. Le lampade PAR (Parabolic Aluminized Reflector) e R (Reflector) hanno generalmente un'efficacia inferiore rispetto alle lampade standard della stessa potenza. Questo perché le lampade PAR e R sono progettate per avere una vita più lunga.
Le lampade fluorescenti forniscono efficacità molto superiori rispetto alle lampade a incandescenza, nonostante le perdite del ballast. Ad esempio, la lampada fluorescente standard da 40 W emette 3150 lumen inizialmente e il suo ballast consuma 12 W. Quindi, l'efficacia è di 3150/40 = 79 lumen/watt inizialmente e, includendo la perdita del ballast, la potenza totale è di 52 W e quindi 3150/52 = 61 lumen/watt complessivamente. Questa valutazione complessiva dell'efficacia viene utilizzata per la figura successiva sul mercato. Nello schema di progettazione dell'illuminazione, le lampade fluorescenti vengono utilizzate in coppia con un singolo ballast per migliorare l'efficacia complessiva. Ad esempio, ciascuna delle due lampade fluorescenti consuma 40 W e il loro ballast comune consuma 12 W, fornendo un'efficacia iniziale di 68 lumen/W complessivamente. Nel caso delle lampade fluorescenti a preriscaldamento, l'efficacia delle lampade è molto bassa. In questa epoca moderna, i ballast delle lampade fluorescenti sono progettati in modo tale da essere considerati lampade a risparmio energetico con l'efficacia luminosa più alta.
Le lampade a ioduri metallici hanno efficacità superiori rispetto alle lampade al mercurio. Questo è dovuto all'aggiunta di sali di ioduri nelle lampade a ioduri metallici. Ad esempio, una lampada a ioduri metallici da 400 W emette 34000 lumen inizialmente e il suo ballast consuma 460 W. Fornisce un'efficacia iniziale complessiva di 745 lumen/W. Quindi, le dimensioni di bassa potenza forniscono efficacità inferiori.
Nel caso delle lampade a sodio ad alta pressione, offrono un'alta efficacia. Tuttavia, le lampade a sodio a bassa pressione, pur avendo un'efficacia superiore, non sono adatte per l'illuminazione interna a causa delle povere proprietà di resa del colore. Ad esempio, la lampada a sodio da 400 W emette 50000 lumen iniziali e il suo ballast consuma 75 W. Quindi, l'intero impianto consuma 475 W. La sua efficacia luminosa iniziale è di 105 lumen/W. Composizionalmente, la lampada a sodio da 100 W emette 9500 lumen, consuma 135 W e ha un'efficacia iniziale di 70 lumen/W.

Considerazione della vita delle lampade

La seconda colonna della tabella sopra mostra la vita delle lampade in ore. Si assume sempre che le lampade siano operate a tensione nominale e a temperatura normale. La vita delle lampade dipende dai tipi di lampade. Il rating di vita delle lampade a incandescenza standard è di 750 o 1000 ore. Le lampade PAR e R hanno un rating di vita di 2000 ore. Per le lampade fluorescenti, la loro vita si basa su 3 ore di accensione, mentre le lampade fluorescenti a preriscaldamento hanno rating di vita nella parte bassa della gamma, vale a dire 7500 o 9000 ore. La lampada a partenza istantanea dura 12000 ore. La vita delle lampade a partenza rapida dura 18000 o 20000 ore.
La vita delle lampade a ioduri metallici dipende dal numero di ore di funzionamento per ogni accensione. I loro rating di vita sono per 10 ore per ogni accensione. Ad esempio, la lampada a ioduri metallici da 400 W ha la vita più lunga, cioè 20000 ore. La lampada da 1500 W ha la vita più breve, cioè 3000 h. Tutte le lampade a sodio ad alta pressione hanno una vita di 24000 ore quando sono utilizzate con ballast specialmente progettati. Le lampade a sodio ad alta pressione vengono utilizzate al posto delle lampade al mercurio a causa della minor potenza e della maggiore durata. Le lampade al mercurio hanno una durata di 12000 ore.

Considerazione della degradazione percentuale dei lumen

La degradazione percentuale dei lumen delle lampade è mostrata nella tabella.
Nel caso delle lampade a incandescenza standard, la degradazione dell'output di lumen durante la vita della lampada è del 10 al 22%.
Nel caso delle lampade fluorescenti, il valore dei lumen a 100 ore è chiamato lumen iniziale e la degradazione dei lumen viene calcolata da quel punto in poi e si basa su 3 ore per ogni accensione.
Il fattore medio dei lumen è la percentuale dei lumen iniziali che ci si aspetta al 40% della vita nominale. Il fattore di degradazione dei lumen della lampada è la percentuale dei lumen iniziali che ci si aspetta al 70% della vita nominale.
Ad esempio, la lampada fluorescente standard da 40 W fornisce 3150 lumen iniziali a 100 ore e 2650 lumen al 70% della vita nominale (14000 ore). Quindi, il suo fattore di degradazione dei lumen è 0,84 o 16% di degradazione dell'output di lumen.
Le lampade ad alta intensità di scarica hanno i loro rating iniziali di lumen a 100 ore. La degradazione dei lumen per queste lampade è data in termini di lumen medi, che è l'output di lumen che ci si aspetta intorno al 70% della vita nominale. Le lampade a ioduri metallici mostrano una maggiore degradazione dei lumen rispetto alle lampade a sodio ad alta pressione.