COSA SONO E COME SI VALUTANO LE CURVE FOTOMETRICHE
a cura di Alberto Duches
Uno degli aspetti piu' complessi e difficili da valutare per una persona che non ha mai avuto a che fare con problemi di illuminotecnica e' appunto la lettura della curva fotometrica. In poche semplici pagine, con il valido contributo di Alberto Duches, si cerchera' di spiegare cosa siano, come si leggono, come scegliere gli apparecchi in base alla LR17/00 e come scegliere gli apparecchi da danno migliori prestazioni.
Un documento per tutti: astrofili, tecnici comunali, strudi 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 fotometria 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:

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

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 ? (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

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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