Cosa sono e come si valutano le curve fotometriche

COSA SONO E COME SI VALUTANO LE CURVE FOTOMETRICHE
a cura di Alberto Duches

Uno degli aspetti più complessi e difficili da valutare per una persona che non ha mai avuto a che fare con problemi di illuminotecnica è appunto la lettura della curva fotometrica. In poche semplici pagine, con il valido contributo di Alberto Duches, si cercherà di spiegare cosa siano, come si leggono, come scegliere gli apparecchi in base alla LR17/00 e come scegliere gli apparecchi che danno migliori prestazioni.
Un documento per tutti: astrofili, tecnici comunali, studi professionistici etc…

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La curva fotometria rappresenta graficamente come una sorgente luminosa emette luce nello spazio, vale a dire in che direzione emette la luce e con quale intensità.
A qualsiasi oggetto che emette luce può essere associata una curva fotometrica, sia esso una semplice lampadina, un apparecchio illuminante o uno schermo che riflette della luce.
La curva fotometrica di un apparecchio d’illuminazione consente di prevedere il suo impatto sull’ambiente circostante.
Per costruire una curva fotometrica è necessario misurare l’intensità luminosa. In sostanza è necessario “vedere” con quale intensità la nostra sorgente emette luce in una determinata direzione.
E’ come se girassimo attorno all’apparecchio e, a diverse angolazioni, misurassimo l’intensità della luce emessa.

 


La misurazione visualizzata nel disegno si riferisce all’apparecchio a sfera che emette luce praticamente in tutte le direzioni anche se con intensità differenti, infatti l’intensità maggiore la troviamo proprio verso l’alto, a 180°, mentre verso il basso 0° abbiamo l’intensità più bassa, certamente per colpa del palo che sostiene la sfera. E’ sufficientemente chiaro come sfere di questo tipo siano apparecchi d’illuminazione poco efficaci e che illuminano esattamente dove non devono farlo.
Osservando la sola curva fotometrica si riesce ad intuisce il comportamento dell’apparecchio. Nel diagramma i raggi indica la direzione in cui la luce viene inviata e i cerchi concentrici ne indicano l’intensità. Verificare graficamente l’intensità di luce emessa in ogni direzione è semplice: per esempio vediamo con che intensità viene emessa la luce a 90°. La linea che rappresenta la curva fotometrica interseca il cerchio contrassegnato dal numero 50 cd (freccia).
Nella direzione 90° (orizzontalmente) il globo invia quindi la luce con un intensità luminosa pari a 50 candele ogni 1000 lumen.

 

I lumen rappresentano la quantità di luce emessa da una sorgente luminosa ed è chiamato tecnicamente “flusso luminoso”. Questo parametro permette di svincolare le curve fotometriche dal tipo di lampada utilizzata con un apparecchio e dalla sua potenza, infatti esprimendo le quantità in lumen (precisamente 1000 lumen), il globo emetterà comunque la luce con diverse intensità (al variare della potenza e della lampada) ma sempre nel medesimo modo: tanta luce sopra, poca luce sotto.

Quindi ad esempio se usiamo una lampadina al sodio alta pressione ellissoidale da 100W che ha un flusso luminoso di circa 10.000 lumen l’intensità luminosa a 90° sarà pari a 50 x 10.000 / 1.000 = 500 candele.

Cerchiamo di leggere dalla curva fotometrica di un globo luminoso l’intensità luminosa emessa a 180°. La curva fotometrica passa quasi a metà tra il cerchio contrassegnato da 50 e quello contrassegnato da 100. Si direbbe che in quel punto l’intensità luminosa è pari a 80 candele /1000 lumen, più o meno. Certamente abbiamo rilevato il valore in un modo un po’ incerto; per rendere la lettura più precisa la curva fotometrica viene sempre accompagnata da una tabella che ci indica i valori esatti evitandoci di dover individuare il valore in modo grafico. La tabella associata alla curva fotometrica della sfera potrebbe essere questa:

 

Angolo

Intensità / 1000 lm

 

Leggere i valori di una tabella risulta più immediato e decisamente più preciso. La tabella di fianco rappresenta una misurazione fotometrica piuttosto grossolana, con intervallo di misura ogni 30°. Esistono norme che indicano questi parametri oltre alla precisione della lettura con più cifre significative. Più l’intervallo è piccolo e più la curva risulta essere definita.

25

30°

35

60°

45

90°

50

120°

68

150°

75

180°

80

210°

75

240°

68

270°

50

300°

45

330°

35

 

 

 

Esaminiamo ora la curva fotometrica dell’apparecchio qui di fianco. Possiamo intuire che l’apparecchio emette tutta la sua luce verso il basso e quasi esclusivamente tra i 330° e i 30 ° o meglio tra i – 30° e i + 30°. In questo cono di 60° è concentrata gran parte della luce emessa. Possiamo poi notare che i cerchi concentrici riportano valori assai più grandi di quelli rilevati nella curva fotometrica della sfera. 200, 400 e 600 sono i valori. Questo apparecchio possiede la caratteristica di concentrare la luce entro un certo angolo. Utilizzando la lampadina da 100W presa come riferimento nel precedente esempio avremmo un’intensità luminosa verso l’angolo 0° (verticalmente sul terreno) pari a 600 x 10.000 / 1.000 = 6.000 candele molto più alto delle 25 x 10.000 /1.000 = 250 candele prodotte dalla sfera (vedasi grafico relativo).

Leggendo le due fotometriche si possono dedurre le seguenti conclusioni: l’apparecchio a sfera emette intensità di luce basse in tutte le direzioni, soprattutto verso l’alto; l’apparecchio cilindrico invece emette intensità di luce molto alte verso il basso concentrate in un arco di 60°.

 

 

Come distinguere la curva fotometrica di un apparecchio conforme alla LR 17/00?

Nell’esempio riportato, se la curva fotometrica esaminata è quella di un apparecchio da esterno, tale curva NON è conforme alla LR17/00 infatti si può notare che esiste una piccola componete di luce emessa nell’emisfero superiore (e cioè oltre i 90° ed oltre l’orizzonte).

In particolare la LR 17/00 ed il suo regolamento ammettono intensità a 90° ed oltre massima di 0.49cd/klm che è una quantità verificabile esclusivamente leggendo le misurazioni in forma tabellare.

Per verificare la conformità di un apparecchio a quanto previsto dalla LR Lombarda 17/00 come detto, non è sufficiente una sommaria visione della curva fotometrica, che potrebbe fra l’altro essere facilmente manipolata o “tagliata” oltre i 90° (come capita di trovare in alcuni cataloghi ), ma è indispensabile possedere e verificare la tabella dei valori di luminanza relativi alla curva che si sta analizzando, in quanto spesso, livelli di luminanza bassi, possono non essere individuabili nella sola rappresentazione grafica della curva fotometrica.

Inclinazione degli apparecchi d’illuminazione

Un ulteriore aspetto interessante è rappresentato dal fatto che apparecchi privi di emissione luminosa al di sopra di angoli di 90° (conformi alla LR17/00) talvolta vengano installati in posizione inclinata rispetto alla posizione di misura (in laboratorio). In tal caso la curva fotometrica ruota, per così dire, sull’asse del diagramma per l’angolo di inclinazione. Per conoscere la nuova fotometria associata si potrà procedere come segue:

  1. Analizzare la tabella legata all’apparecchio (posizione orizzontale) figura 1
  2. Se l’apparecchio venisse orientato di 10° i valori slitterebbero di una casella corrispondente a 10° figura 2
  3. Se l’apparecchio venisse orientato di 30° i valori slitterebbero di una casella corrispondente a 30° figura 3

figura 1

figura 2

figura 3

Angolo

Intensità cd/1000 lm

Angolo

Intensità cd/1000 lm

Angolo

Intensità cd/1000 lm

335

368

412

10°

368

10°

335

10°

321

20°

391

20°

368

20°

368

30°

412

30°

391

30°

335

40°

435

40°

412

40°

368

50°

487

50°

435

50°

391

60°

574

60°

487

60°

312

70°

125

70°

574

70°

435

80°

12

80°

125

80°

487

90°

0

90°

12

90°

574

100°

0

100°

0

100°

125

110°

0

110°

0

110°

12

120°

0

120°

0

120°

0

130°

0

130°

0

130°

0

140°

0

140°

0

140°

0

150°

0

150°

0

150°

0

160°

0

160°

0

160°

0

170°

0

170°

0

170°

0

180°

0

180°

0

180°

0

190°

0

190°

0

190°

0

200°

0

200°

0

200°

0

210°

0

210°

0

210°

0

220°

0

220°

0

220°

0

230°

0

230°

0

230°

0

240°

0

240°

0

240°

0

250°

0

250°

0

250°

0

260°

0

260°

0

260°

0

270°

0

270°

0

270°

0

280°

12

280°

0

280°

0

290°

125

290°

12

290°

0

300°

574

300°

125

300°

0

310°

487

310°

574

310°

12

320°

435

320°

487

320°

125

330°

412

330°

435

330°

574

340°

391

340°

412

340°

487

350°

368

350°

391

350°

435

Apparecchio
Conforme alla
LR17/00

Apparecchio NON
Conforme alla
LR17/00

Apparecchio NON
Conforme alla
LR17/00

 

Piani fondamentali utilizzati per le misurazioni di un apparecchio d’illuminazione

I produttori di corpi illuminanti sono in grado di fornire tabelle che permettono di risalire al valore misurato dell’intensità luminosa emessa ad ogni angolo g (gamma). In particolare queste tabelle di dati fotometrici di apparecchi d’illuminazione vengono realizzate e certificate da opportuni laboratori specializzati di enti terzi. Ad esempio l’Istituto Marchio di Qualità Italiano (IMQ) ha istituito il marchio di qualità “Performance” che come si può vedere dalla tabella riportata può essere utile per verificare per valori di GAMMA maggiori di 90° se l’apparecchio è conforme alla LR 17/00.

Tabella dell’intensità luminosa (cd/klm) di apparecchio d’illuminazione tratto dai certificati “performance” dell’ IMQ

C

 

270

 

285

 

300

 

310

 

315

320

 

325

 

330

 

335

 

340

 

345

 

350

 

355

 

360

 

5

 

10

 

15

 

20

 

25

 

30

 

35

 

40

 

45

 

50

 

60

 

75

 

90

g

0

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

194

10

186

186

187

188

190

190

190

190

191

190

191

192

192

193

193

193

195

195

195

194

194

194

193

193

193

193

188

20

177

177

179

182

184

187

188

191

191

192

194

197

198

200

200

199

202

203

203

194

195

194

192

190

185

184

182

30

160

163

168

173

176

181

185

186

190

194

200

204

206

214

214

212

214

211

207

206

196

192

180

184

173

169

173

35

150

154

160

167

171

176

180

183

187

195

201

209

212

215

215

215

215

211

207

200

196

186

180

178

165

160

167

40

130

144

152

158

164

170

176

180

178

193

194

204

207

210

210

223

227

227

210

196

185

177

173

169

155

150

158

45

125

134

146

155

157

160

165

171

178

186

193

200

210

225

225

230

236

236

219

201

186

174

168

162

150

142

155

47.5

116

123

134

145

151

159

163

169

178

191

196

201

215

230

230

240

257

257

237

205

186

169

163

157

142

135

145

50

106

114

127

136

142

140

157

166

176

188

198

210

221

235

235

256

284

284

284

211

182

162

152

147

133

126

136

52.5

96

104

120

128

135

142

151

162

173

187

200

215

231

240

240

279

309

309

282

217

173

157

146

140

128

120

128

55

90

99

113

121

126

135

143

155

166

180

197

215

235

245

245

303

334

334

285

223

173

150

142

136

121

114

121

57.5

82

83

104

114

120

128

133

139

153

165

184

210

241

255

255

325

352

352

282

225

163

142

134

130

112

106

114

60

76

84

96

106

110

117

120

126

140

155

175

207

250

263

263

340

364

364

284

225

161

138

128

122

104

95

106

62.5

68

76

86

97

101

107

110

114

128

145

168

199

254

267

267

346

341

341

277

223

161

134

122

105

97

85

97

65

62

68

80

90

94

99

104

110

121

138

156

190

218

257

257

359

393

393

263

222

159

127

114

100

91

77

90

67.5

53

63

73

83

87

92

96

102

115

134

152

179

210

247

247

346

350

340

231

227

150

117

106

93

85

71

83

70

36

47

67

74

78

82

85

91

104

126

150

177

204

241

241

324

343

333

200

215

134

101

87

84

76

65

74

72.5

10

29

50

59

65

71

74

77

93

115

142

168

190

219

219

312

320

270

164

188

111

80

52

60

51

51

59

75

5

8

19

29

35

43

47

65

66

97

120

151

160

168

168

279

275

185

51

144

59

33

41

34

22

27

29

77.5

2

4

6

7

9

11

12

12

20

38

60

82

80

77

110

188

124

44

8

86

17

7

8

8

5

14

7

80

0

1

3

4

4

5

8

6

7

7

8

11

12

13

20

85

13

6

4

27

9

3

7

2

1

2

4

82.5

0

0

0

0

0

0

1

1

1

2

2

2

2

2

4

13

5

3

1

5

2

1

1

1

1

1

0

85

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

2

4

2

1

1

2

1

0

0

0

0

0

0

87.5

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

2

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

90-180

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

 

0

NB. Verificare che anche le tabelle non siano state “tagliate” in quanto per chi non si occupa di inquinamento luminoso è poco interessante ed ingombrante riportare i valori anche per angoli  GAMMA maggiori di 90°.

 Ottiche Asimmetriche

Nelle curve fotometriche precedentemente analizzate è riportata una sola linea grafica che rappresenta l’emissione della luce nelle diverse angolazioni verticali. Questa rappresentazione è sufficiente nel caso in cui, la sorgente luminosa che stiamo analizzando o apparecchio, sia di tipo simmetrico. L’apparecchio simmetrico invia le medesime intensità luminose in ogni direzione (se visto dall’alto) e quindi anche su piani differenti. Se ci posizioniamo frontalmente rispetto ad una sfera luminosa, l’intensità luminosa che andremmo a leggere sarebbe la medesima anche se la osservassimo lateralmente o dietro. La sfera luminosa è un tipico esempio di apparecchio simmetrico. Se, utilizzando una curva fotometrica simmetrica, ne calcolassimo l’illuminamento in lux prodotto sul suolo otterremo sicuramente una serie di linee isolux (uguali lux) circolari e concentriche.

 

curva fotometrica simmetrica
(le misure su i tre piani sono quasi identiche)
Illuminamento con curve isolux rotonde e concentriche.

A differenza delle sorgenti simmetriche, gli apparecchi asimmetrici, osservando la luce proiettata al suolo le curve isolux non sono più circolari come rappresentato nell’esempio precedente.

Curva fotometrica di apparecchio asimmetrico misurata su 3 piani. Livelli isolux riferiti all’apparecchio della curva di sinistra.

Forma della curva fotometrica

La forma della curva fotometrica è importante per capire in modo intuitivo il comportamento dell’apparecchio che stiamo analizzando. 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). Risulta infatti evidente che, se vogliamo puntare all’installazione di un minor numero di apparecchi, questi dovranno “allargare” il più possibile il fascio luminoso. Per “allargare” si intende, riferendosi al piano (C=0°- C=180° del disegno nella precedente pagina), inviare lateralmente molta luce, quindi con elevata intensità. Sulla verticale il livello di luce necessario è inferiore. Invece sul piano (C=90°- C=270°) sarà importante rilevare che le maggiori intensità luminose si trovino verso il lato da illuminare tra 0° e i 90°.

Curva fotometrica di apparecchio asimmetrico misurata su 3 piani. Livelli isolux riferiti all’apparecchio della curva di sinistra.

Le aziende produttrici di apparecchi, nello studiare le ottiche più performanti, tengono conto di quanto sopra descritto. Lo sviluppo punta alla riduzione dei centri luminosi. Ottenere elevati coefficienti di uniformità conduce a risultati migliori in termini di percezione visiva. Strade con minore intensità luminosa ma con migliori parametri di uniformità sono senz’altro da preferirsi a vie molto luminose con scarsa uniformità. Un altro punto di cui tenere conto è l’asimmetria necessaria per garantire il mantenimento dei parametri qualitativi anche con impianti di illuminazione più semplici ed economici realizzati su un solo lato della carreggiata. Per evitare di portare l’apparecchio verso il centro della carreggiata, solitamente attraverso i classici pali a frusta, si lavora sull’ottica spingendo la luce, oltre che lateralmente (destra e sinistra), anche in profondità (avanti). L’introduzione di questa ulteriore asimmetria ha consentito di riportare l’apparecchio sul bordo della carreggiata, come la classica applicazione su palo diritto (vedi curva sopra riportata a destra con tratto continuo).

Nella scelta di apparecchi più efficienti rimane prioritaria la forma della curva sul piano C0° – C 180°. La curva ideale dovrebbe avere un intensità luminosa verso il basso sufficiente, per ottenere il livello di illuminamento richiesto, poi ad angoli sempre più elevati l’intensità dovrà aumentare sempre più, infatti, è necessaria più luce mano a mano che aumenta la distanza tra la sorgente luminosa e la superficie, non dimenticando che l’inclinazione della luce aumenta sempre più incrementando ulteriormente la necessità di più luce. Verso inclinazioni di + o – 70° è necessario che l’emissione della luce cessi. E’ importante che crolli molto rapidamente, il cosiddetto taglio netto della luce, meglio conosciuto come cut-off. L’emissione di intensità luminose oltre tali angolazioni non è più efficace e può risultare controproducente per l’effetto di abbagliamento procurato verso gli osservatori.

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