La distribuzione della luce degli apparecchi a LED si riferisce alla distribuzione, alla direzione e all'intensità della luce emessa dagli apparecchi. Influisce in modo significativo sull'efficienza luminosa, sull'efficienza energetica e sul comfort visivo. Una corretta distribuzione della luce può fornire un illuminamento e un'uniformità adeguati, risparmiare energia, ridurre l'abbagliamento, migliorare la sicurezza, diminuire l'inquinamento luminoso e creare un ambiente luminoso confortevole. Le aziende di illuminazione a LED dovrebbero progettare distribuzioni della luce appropriate per garantire i vantaggi dei loro apparecchi, mentre ingegneri e progettisti illuminotecnici dovrebbero selezionare schemi di distribuzione della luce adatti in base alle esigenze specifiche per ottenere effetti di illuminazione ottimali dagli apparecchi a LED.
Quando una sorgente luminosa emette luce, la sua direzione di propagazione potrebbe non essere allineata con quella prevista. In questi casi, è necessario progettare strutture specifiche (come lenti e riflettori) per alterare la direzione di propagazione della luce. Ciò comporta la regolazione della distribuzione spaziale della luce per ottenere l'effetto desiderato. Questo metodo di controllo della direzione di propagazione della luce è chiamato curva fotometrica dell'apparecchio di illuminazione o distribuzione della luce.
La curva di distribuzione dell'intensità luminosa, comunemente nota come curva fotometrica o curva di distribuzione della luce (LDC), illustra la distribuzione spaziale dell'intensità luminosa dell'apparecchio. La curva di distribuzione dell'intensità luminosa si ottiene direttamente tramite misurazioni dell'apparecchio con un fotometro. I formati più comuni per le curve di distribuzione dell'intensità luminosa includono IES (Nord America) e LDT (Europa). Come acquirenti, possiamo ottenere questi file anche contattando i produttori degli apparecchi. Esistono due metodi per rappresentare le curve fotometriche: per i proiettori, si utilizza generalmente un sistema di coordinate rettangolari, mentre per l'illuminazione di interni e stradali si adottano le coordinate polari.
Curva di distribuzione della luce (coordinate polari)
In un piano di misura passante per il centro della sorgente luminosa, vengono misurati i valori di intensità luminosa dell'apparecchio a diverse angolazioni. Partendo da una certa direzione, l'intensità luminosa a ciascun angolo viene contrassegnata e rappresentata da vettori. Collegando gli estremi di questi vettori si forma la curva di distribuzione polare della luce/curva fotometrica dell'apparecchio, come mostrato sul lato sinistro dell'immagine seguente.
Curva di distribuzione della luce (coordinate lineari)
Questa curva di distribuzione è tipicamente utilizzata per dispositivi come faretti e proiettori a LED. Poiché i fasci di questi apparecchi sono concentrati in un angolo solido molto piccolo, è difficile rappresentare la loro distribuzione spaziale dell'intensità luminosa utilizzando coordinate polari. Pertanto, alcuni produttori utilizzano curve di distribuzione della luce a coordinate lineari/curve fotometriche per rappresentare la loro distribuzione luminosa. L'asse verticale rappresenta l'intensità luminosa (I), mentre l'asse orizzontale rappresenta l'angolo del fascio, come mostrato sul lato destro dell'immagine seguente.
Classificazione del tipo di distribuzione dell'illuminazione IESNA
Fin dalla sua fondazione nel 1906, l'Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) vanta una storia di oltre un secolo. La classificazione delle distribuzioni luminose introdotta dall'IESNA è ancora ampiamente utilizzata oggi. Il sistema di classificazione della distribuzione luminosa degli apparecchi è chiaramente definito nello standard ANSI/IESNA RP-8-1983. Le tipologie di apparecchi definite dall'Illuminating Engineering Society of North America sono categorie standardizzate utilizzate per descrivere i modelli di distribuzione luminosa degli apparecchi. Queste tipologie di distribuzione luminosa aiutano i professionisti e i progettisti dell'illuminazione a comprendere come gli apparecchi producono luce e come la luce si propaga all'interno di una determinata area. L'IES definisce diverse tipologie di distribuzione standard, ciascuna rappresentata da un codice di due lettere. Le tipologie di distribuzione luminosa IES più comuni includono Tipo I, Tipo II, Tipo III, Tipo IV e Tipo V, seguite da numeri romani (IV), dove S, M e L rappresentano rispettivamente Corto, Medio e Lungo. La classificazione specifica è determinata dai punti 50% e di massima intensità del file IES, che saranno dettagliati nelle sezioni successive.
Attualmente, esistono molti formati standardizzati per i file fotometrici, tra cui EULUMDAT, CIE102 e IESNA LM-63. IESNA LM-63 è utilizzato in Nord America, EULUMDAT in Europa e CIE102 in Nuova Zelanda. Lo standard attuale, risalente al 2002, è stato approvato e riconosciuto dall'American National Standards Institute (ANSI). IESNA LM-63-2002 è diventato il formato di file fotometrico dedicato al Nord America, con estensione "*.ies".
I tipi di distribuzione luminosa IESNA definiscono la distribuzione della luce degli apparecchi in modo più preciso in base alla forma dell'area illuminata. Per la distribuzione laterale della luce, questo schema descrive come la luce si diffonde dall'apparecchio ed è caratterizzato dal punto in cui l'intensità raggiunge 50%. Questo schema di distribuzione riguarda la capacità dell'apparecchio di proiettare la luce sia in avanti che all'indietro. In termini semplici, se si desidera illuminare una singola corsia, il Tipo I potrebbe essere adatto; se si desidera illuminare due corsie, il Tipo II potrebbe essere più appropriato. Tuttavia, questa non è una regola rigida ed è influenzata da fattori quali l'altezza di montaggio, l'angolo di inclinazione, la lunghezza del braccio e la distanza dell'apparecchio dal bordo della strada. IESNA ha definito cinque principali schemi di distribuzione della luce: Tipo I, Tipo II, Tipo III, Tipo IV e Tipo V. Queste classificazioni sono comunemente utilizzate per determinare gli spettri adatti per strade di larghezza variabile.
Negli standard pubblicati dall'IESNA, la strada è divisa longitudinalmente in cinque regioni, come mostrato nell'immagine sopra. La distribuzione della luce laterale è classificata in base all'area in cui si trova il punto di massima intensità luminosa 50%. Per le curve di distribuzione della luce degli apparecchi sopra indicati, se il punto di intensità luminosa 50% rientra nell'area di Tipo III, il tipo di distribuzione luminosa corrispondente è classificato come Tipo III. Dal diagramma, possiamo generalmente dedurre che questa distribuzione è adatta per strade a tre corsie. Diverse distribuzioni della luce laterale sono adatte a vari scenari applicativi, come dettagliato di seguito:
- Tipo I: 1-1 MH, quando la traiettoria dell'intensità luminosa del 50% si trova tra 1 MH sul lato dell'apparecchio e il lato strada, si parla di distribuzione luminosa stretta simmetrica o asimmetrica di Tipo I. Adatto per marciapiedi, sentieri e strade a corsia singola.
- Tipo II: 1-1,75 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa del proiettore 50% si trova tra 1 MH e 1,75 MH sul lato strada dell'apparecchio, si parla di distribuzione luminosa asimmetrica stretta di Tipo II. Adatto per strade a 1-2 corsie, strade principali e autostrade.
- Tipo III: 1,75-2,75 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa del 50% si trova tra 1,75 MH e 2,75 MH sul lato strada dell'apparecchio, si parla di distribuzione luminosa asimmetrica ampia di Tipo III. Adatto per strade principali, autostrade e parcheggi.
- Tipo IV: 2,75-3,75 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa del 50% si trova tra 2,75 MH e 3,75 MH sul lato strada dell'apparecchio, si parla di distribuzione luminosa asimmetrica frontale di Tipo IV. Adatto per parcheggi, piazze e illuminazione di aree a parete.
- Tipo V: Modello circolare simmetrico, con distribuzione simmetrica circolare attorno all'apparecchio, che fornisce una distribuzione uniforme della luce sia nella parte anteriore che posteriore. Adatto per l'illuminazione di parcheggi e aree verdi.
Distribuzione della luce verticale e longitudinale
La distribuzione verticale della luce si riferisce alla distribuzione verticale della luce di un apparecchio, basata sulla posizione di massima intensità luminosa (misurata in candele) nella griglia parallela al TRL. La strada lungo il TRL è divisa in diverse regioni in base alla sua distanza dal TRL (espressa come multipli dell'altezza di installazione). La distribuzione longitudinale della luce riguarda la capacità dell'apparecchio di proiettare la luce verso i lati sinistro e destro, definita dal punto di massima intensità dell'apparecchio. Secondo la definizione IESNA, la categoria "S" si applica a interassi tra i pali inferiori a 2,25 volte l'altezza di montaggio, "M" si applica a interassi tra i pali compresi tra 2,25 e 3,75 volte e "L" si applica a interassi tra i pali compresi tra 3,75 e 6,0 volte. Tuttavia, questa non è una regola rigida ed è influenzata da fattori quali la disposizione degli apparecchi e le condizioni stradali. Generalmente, gli apparecchi classificati come "S" sono adatti per interassi tra i pali inferiori, mentre gli apparecchi classificati come "L" sono adatti per interassi maggiori.
Negli standard pubblicati da IESNA, la strada è divisa trasversalmente in tre regioni, come mostrato nell'immagine sopra. La distribuzione longitudinale della luce è classificata in base all'area in cui si trova il punto di massima intensità luminosa 100%. Per le curve di distribuzione della luce degli apparecchi mostrati, se il punto di massima intensità luminosa del lampione rientra nell'area "media", il tipo di distribuzione luminosa corrispondente è classificato come "Tipo II Medio". Dal diagramma, possiamo dedurre che questo schema di distribuzione della luce presenta una distanza tra i pali pari a circa 3,0-3,5 volte l'altezza del palo. Diverse distribuzioni longitudinali della luce sono adatte a diversi scenari di distanza tra i pali, come dettagliato di seguito:
- CONTRO, 0-1,0 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa 100% si trova tra 0 e 1,0 MH nelle linee stradali trasversali, si parla di distribuzione della luce longitudinale VS (Very Short).
- S, 1,0-2,25 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa 100% si trova tra 1,0 e 2,25 MH nelle linee stradali trasversali, si parla di distribuzione della luce longitudinale S (corta).
- M, 2,25-3,75 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa 100% si trova tra 2,25 e 3,75 MH nelle linee stradali trasversali, si parla di distribuzione della luce longitudinale M (media).
- L, 3,75-6,0 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa 100% si trova tra 3,75 e 6,0 MH nelle linee stradali trasversali, si parla di distribuzione della luce longitudinale L (lunga).
- VL, >6,0 MH: quando la traiettoria dell'intensità luminosa 100% si trova oltre 6,0 MH nelle linee stradali trasversali, si parla di distribuzione della luce longitudinale VL (molto lunga).
Caratteristiche applicative della distribuzione longitudinale della luce
Abbiamo utilizzato DIALux evo per analizzare le applicazioni dei lampioni stradali di tipo II S e di tipo II M.
Le condizioni stradali sono le seguenti: larghezza di 7 metri, tre corsie, sporgenza di 0,8 metri, altezza dei pali di 8 metri, distanza tra gli apparecchi di illuminazione di 36 metri, in conformità con il livello di illuminazione EN13201 M4.
Dopo aver importato i dati fotometrici di Tipo II S e Tipo II M in DIALux evo per l'analisi, i risultati sono molto chiari. Per i dati fotometrici di Tipo II S, si è riscontrato che la distribuzione longitudinale della luce è relativamente corta e non riesce a distribuire efficacemente la luce ai lati degli apparecchi. Pertanto, la distanza tra i due apparecchi deve essere ridotta a 33 metri per garantire che la posizione centrale tra i due apparecchi riceva un'illuminazione adeguata. Questa regolazione è necessaria per ottenere l'uniformità richiesta. Al contrario, la distribuzione di Tipo II M offre prestazioni migliori in questo senso con una distanza tra gli apparecchi di 36 metri e tutti i parametri di simulazione soddisfano gli standard M4. La distanza di 36 metri è pari a 4,5 volte l'altezza di montaggio, leggermente superiore a quella raccomandata da IESNA di 3,75 volte. Pertanto, è consigliabile utilizzare i risultati della simulazione illuminotecnica come base per la selezione finale degli apparecchi.
Quanto sopra introduce principalmente il concetto di distribuzione luminosa IESNA, coprendo le distribuzioni di Tipo I, Tipo II e Tipo III, nonché i concetti di distribuzione luminosa corta, media e lunga, e ne delinea brevemente le applicazioni pratiche. La comprensione di questi concetti può determinare rapidamente il tipo fotometrico appropriato per un progetto. Ad esempio, la distribuzione di Tipo II è adatta per strade a 1-2 corsie, mentre la distribuzione corta è adatta a scenari in cui la distanza tra i pali è pari a tre volte l'altezza di montaggio. La distribuzione media è adatta per distanze tra i pali pari a quattro o cinque volte l'altezza di montaggio. Naturalmente, questi non sono assoluti e la convalida deve essere effettuata utilizzando DIALux o altri software di simulazione dell'illuminazione stradale.
