RIPRENDIAMO DALL’ILLUMINAZIONE…

Nel corso dei 15 incontri del Progetto A+++ (http://www.grupposelene.net/) abbiamo esplorato come si declinano i concetti di risparmio e di efficienza energetica nel settore domestico, per poi parlare rapidamente anche del mondo delle energie rinnovabili.

Con questo post vogliamo fare qualche passo in avanti con riferimento all’illuminazione domestica.

Premettiamo che non pretendiamo certo di sostituirci a tutti quei professionisti che operano nel settore dell’illuminazione da interni e da esterni, agli architetti (e bioarchitetti) e ai progettisti di design per interni e esterni, o agli illuminotecnici. D’altra parte, quando ci troviamo a dover sostituire le lampadine di uso comune nella casa, tipicamente non ci rivolgiamo a tali professionisti.

Piuttosto, vogliamo fornire dei riferimenti e delle indicazioni utili per capire come e quando sia possibile sostituire le lampade che impieghiamo in casa con lampade più efficienti, nell’ottica di consumare meno energia, con vantaggi ambientali ed economici. Oggigiorno infatti ci troviamo di fronte ad una gamma di prodotti estremamente variegata, tanto da avere difficoltà ad orientarci.

E allora partiamo con questa mini indagine sulle fonti di illuminazione domestica. In questo post introdurremo dei concetti fondamentali per poter poi andare a scegliere la lampadina più appropriata per le nostre esigenze. Nei post successivi approfondiremo ulteriormente l’argomento, trattando anche dei casi pratici. Se volete approfondire gli aspetti di teoria sulle tecnologie di illuminazione disponibili, potete anzitutto dare un rapido sguardo alla presentazione preparata da una delle Sentinelle, recuperabile al seguente link:

http://www.slideshare.net/Sentinelle_dell_Energia/12080513lefficienzanellilluminazione

Quanto contribuiscono le lampadine ai consumi elettrici complessivi di una casa?

Prima dell’avvento delle lampade a risparmio energetico e in particolare delle lampade fluorescenti compatte (CFL), l’illuminazione contribuiva con una percentuale di consumo stimata essere compresa fra l’8% (vedi ricerca ENEA, pag. 11) e il 15% (vedi EnergoClub), a seconda dell’indagine statistica di riferimento, e, in media, era responsabile dell’11% dei consumi domestici, corrispondenti a circa 300 kWh/anno (circa 45 euro/anno). Oggigiorno il suo contributo molto probabilmente si è ridotto in modo importante, ma sono ancora ampie le potenzialità di risparmio offerte da un aumento della sua efficienza, come anche i benefici ambientali che ne deriverebbero.

I parametri da tenere in considerazione.

Al fine di scegliere la lampada più appropriata in sostituzione delle nostre lampadine domestiche, occorre prestare attenzione ad una serie di parametri di riferimento. Al riguardo, l’etichetta energetica delle lampadine e la loro scheda tecnica, ci vengono in aiuto.

 

Fotografia di una confezione di una lampadina IKEA, marca SPARSAM, con riportate le informazioni tipiche dell'etiichetta energetica.

Fotografia di una confezione di una lampadina IKEA, marca SPARSAM, con riportate le informazioni tipiche dell’etiichetta energetica.

Emissione luminosa (lumen)

E’ ormai noto che all’atto dell’acquisto non bisogna più utilizzare il consumo in W come termine di paragone, ma l’entità dell’emissione luminosa, espressa in lumen.

Il lumen indica il flusso di radiazione luminosa emesso dalla lampadina in tutte le direzioni dello spazio in cui irradia.

Questa radiazione viene ponderata in funzione della sensibilità percettiva dell’occhio umano alle diverse lunghezze d’onda del visibile (e quindi ai diversi colori). L’uomo infatti è più sensibile alle radiazioni aventi lunghezze d’onda prossime a 550 nm (colore giallo-verde), mentre perde la propria capacità selettiva man mano che ci si porta verso i 380 e i 780 nm.

Spettro di sensibilità del'occhio umano.

Spettro di sensibilità del’occhio umano.

Per dirla in altre parole, ciascuna tecnologia di lampadine ha la propria caratteristica emissione luminosa, sia in termini di angolo di apertura del fascio, che indica come l’irradiazione si propaga nello spazio, sia in termini di spettro di emissione nella radiazione visibile. Ad esempio, le vecchie lampade ad incandescenza (ma anche quelle a incandescenza migliorata o alogene), presentano uno spettro di emissione continuo, con molteplici picchi a diverse lunghezze d’onda.

 

Spettro di emissione delle lampade a incandescenza.

Tipico spettro di emissione di una lampadina a incandescenza. Si noti come lo spettro ricopra tutte le lunghezze d’onda del visibile con intensità di radiazione non trascurabili.

 

Una lampada a vapori di mercurio, invece, presenta uno spettro “a righe”  centrato su diverse lunghezze d’onda:

 

Tipico spettro di emissione di una lampadina ai vapori di mercurio.

Tipico spettro di emissione di una lampadina ai vapori di mercurio.

Un discorso analogo vale per i LED, che, a seconda del materiale di cui sono fatti, possono presentare una luce monocromatica (rosso, arancio, verde, ciano, blu), con un picco centrato attorno una determinata lunghezza d’onda, oppure bianca (spettro continuo distribuito su tutte le lunghezze d’onda del visibile), ottenuta a partire dai LED blu dotati di chip con rivestimento a base di fosfori (http://www.qualenergia.it/articoli/20120417-e-line-lo-speciale-nuovi-led-ambienti-interni-ed-esterni).

Tipici spettri di emissione delle lampade a LED. Si noti la differenza fra gli spettri monocromatici, centrati su un'unica lunghezza d'onda e lo spettro bianco, esteso su tutto lo spettro visibile.

Tipici spettri di emissione delle lampade a LED. Si noti la differenza fra gli spettri monocromatici, centrati su un’unica lunghezza d’onda e lo spettro bianco, esteso su tutto lo spettro visibile.

Tecnologia di illuminazione Emissione per W (lumen/W)
Incandescenza 8-13
Alogene (classe C) 11,75 -13,5 -16
Alogene (classe B) 20,7
Fluorescenti Compatte (classe A) 46 – 65
LED 44,12 – 84,8

 

Le lampadine più efficienti emettono più luce a parità di consumo, o, viceversa, richiedono un minor consumo di energia per fornire la stessa quantità di luce. La tabella seguente è tratta da un foglietto  preparato dalla coop, cha aiuta ad orientarsi nell’individuare la lampadina corrispondente alle vecchie lampadine tradizionali a incandescenza.

Tabella delle corrispondenze fra lampadine di tecnologia diversa con riferimento ai dati di emissione luminosa.

Tabella delle corrispondenze fra lampadine di tecnologia diversa con riferimento ai dati di emissione luminosa (fonte http://www.coop.ch/pb/site/bauhobby/get/params_Dattachment/73980762/Ecco%20come%20trovare%20in%20un%20baleno%20la%20lampadina%20giusta.PDF).

 

La tabella seguente riporta dei valori indicativi di efficienza (qui intesa come intensità di emissione per W) per le diverse tecnologie, desunti dall’analisi dei modelli disponibili in commercio e visualizzabili sui siti degli stessi produttori. Si noti in particolare come per le basse emissioni luminose, l’efficienza delle lampadine CFL e LED, ancorché molto alta, non raggiunge gli ottimi valori che è in grado di garantire alle emissioni più elevate (“più lumen”). 

Intensità luminosa [lm]

Applicazione

Consumo in potenza [W]

Emissione per W [lm/W]

Tecnologia

Risparmio Consumi (%)

120

Illum. localizzata (da tavolo o notturna)

15 W

8

INC

95

7 W

13,6

Al

– 53,3 %

180

7 W

25,7

CFL

– 53,3 %

150

3,4 W

44,12

LED

– 77,3%

220

Illum. localizzata, uso più frequente (da tavolo o notturna)

25 W

8,8

INC

230

14 W

16,43

Al

– 44%

230

5 W

46

CFL

– 80%

250

3,5 W

71,43

LED

– 86%

415

Illuminazione ambienti, punti luce principali

40 W

10,37

INC

405

30 W

13,5

Al (classe C)

– 25%

380 – 400

8 W

47,5 -50

CFL

– 80%

470

7,5 W

62,7

LED

– 81,25%

710

Illuminazione ambienti, punti luce principali

60 W

11,8

INC

710

60 W

11,8

Al (classe C)

0 %

740

14 W

52,9

CFL

– 76,7%

806

9,5 W

84,8

LED

– 84,2%

930

Illuminazione ambienti spaziosi, punti luce principali

75 W

12,4

INC

915

57 W

16,05

Al (classe C)

– 24%

950

15 W

63,3

CFL

– 80 %

1055

14,5 W

72,76

LED

– 80,7%

E’ evidente come, in termini di risparmio energetico, le CFL e i LED offrano i vantaggi più grandi.

La resa cromatica.

Per capire che cosa sia la resa cromatica, è indispensabile sapere che cos’è un corpo nero. Chi già lo sapesse, può ben saltare questa parte e passare direttamente all’indice di resa cromatica.

Il corpo nero è una mera astrazione concettuale, un oggetto ideale, nel senso che non esiste nessun oggetto reale che abbia le sue caratteristiche. Al più ce ne sono alcuni che ne approssimano il comportamento, gli si avvicinano, senza però eguagliarlo. Ma quali sono queste proprietà di riferimento del corpo nero?

Un corpo nero è un corpo che assorbe tutta la radiazione incidente su di esso ed è proprio per questo motivo che viene chiamato nero. Infatti ci appare tale perché tipicamente (a temperatura ambiente) non riemette radiazione visibile. In ogni caso, ciò non significa che non riemetta radiazioni, ma solo che la loro lunghezza d’onda non rientra tra quelle visibili, bensì tende ad essere relegata nelle microonde e negli infrarossi. Questo dipende dalla temperatura a cui si trova il corpo medesimo.

Per avere il riferimento di un oggetto reale che approssimi bene il comportamento del corpo nero, possiamo immaginare un contenitore su cui sia stato praticato un piccolo foro (http://wwwusers.ts.infn.it/~milotti/Didattica/LabTermodinamica/Blackbody.pdf). Se ci manteniamo a temperatura ambiente, il foro ci risulta nero, dal momento che la radiazione luminosa, una volta entrata nel contenitore, rimane intrappolata al suo interno andando a sbattere continuamente nelle pareti, riscaldandole per irradiazione. La radiazione entrata non riesce dal foro, se non in quantità trascurabili ed è per questo che il buco ci appare nero.  Le pareti, riscaldate, riemettono allora radiazione sotto forma di raggi infrarossi.

Possiamo allora dire meglio che un corpo nero è un oggetto in cui la materia che assorbe ed emette la radiazione è in equilibrio termico con la radiazione stessa.

Lo spettro di emissione del corpo nero, come teorizzato e dimostrato da Planck, presenta una intensità crescente all’aumentare della temperatura e, per ogni data temperatura, presenta un picco di intensità caratteristico. Ad ogni temperatura quindi corrisponde un picco centrato su una ben definita lunghezza d’onda cui si associa un ben determinato colore. Per questo si parla di temperatura di colore.

Spettri di radiazione di un corpo nero in funzione della temperatura del corpo stesso, come descritti dalla teoria di Planck.

Spettri di radiazione di un corpo nero in funzione della temperatura del corpo stesso, come descritti dalla teoria di Planck.

Come abbiamo già detto, una sorgente reale non avrà mai le caratteristiche di un corpo nero, dal momento che lo spettro di radiazione della prima differirà in modo più o meno consistente da quello della seconda. In ogni, caso, anche per la sorgente reale, si parla di temperatura di colore nel caso in cui abbia uno spettro di emissione continuo (si riveda ad esempio gli spettri luminosi delle lampadine a incandescenza o del LED bianco).

Ora che abbiamo parlato del corpo nero e del suo spettro di emissione, possiamo tornare a parlare della grandezza indice di resa cromatica. Questo parametro, indicato come IRC o Ra (lo si trova spesso nelle confezioni delle lampadine con questo simbolo), è nato per descrivere come una sorgente luminosa sia in grado di riprodurre i “colori naturali” di un oggetto da cui sia illuminato.

Il concetto di colore naturale se vogliamo è frutto di una convenzione; il colore è infatti relativo e dipende sia dalle proprietà che ha l’oggetto di assorbire, riflettere e re-irradiare la luce, sia dallo spettro luminoso della radiazione che lo investe. Si tende a parlare di colore naturale assumendo come sorgente luminosa di riferimento una sorgente caratterizzata da uno spettro continuo nell’intervallo di radiazioni del visibile, in modo da non trascurare alcuni colori rispetto ad altri. Ad esempio si fa riferimento al corpo nero o alla luce diurna. L’indice di resa cromatica, allora,  esprime quanto si assomiglino fra loro lo spettro della sorgente luminosa in esame e quello di un corpo nero alla stessa temperatura di colore della sorgente luminosa stessa. Tale grandezza, sperimentalmente, si ottiene confrontando la risposta di alcune piastrine campione di diverso colore alla illuminazione da parte della sorgente in esame e della sorgente di riferimento, che approssima bene il comportamento del corpo nero. L’indice quindi è ottenuto confrontando la risposta delle diverse piastrine alla illuminazione con il corpo campione e con la sorgente in esame, facendo una media per tutte le piastrine. Quanto più nel complesso la sorgente si avvicina allo spettro di un corpo nero alla propria temperatura di colore, tanto più l’indice sarà alto. Il valore ottimale è 100 e si ha quando esiste una perfetta corrispondenza fra i due spettri.

In proposito, si riporta una utile precisazione tratta dalla voce “indice di resa cromatica” di wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Indice_di_resa_cromatica).

La norma UNI 10380 suddivide l’insieme dei possibili valori dell’indice di resa cromatica in cinque gruppi:

  • 1A:  90%
  • 1B: 80%  90%
  • 2: 60%  80%
  • 3: 40%  60%
  • 4: 20%  40%

La norma fornisce anche qualche indicazione su quale IRC utilizzare a seconda degli ambienti da illuminare:

  • 1A: abitazioni, musei, studi grafici, ospedali, studi medici, ecc.
  • 1B: uffici, scuole, negozi, palestre, teatri, industrie tessili e dei colori, ecc.
  • 2: locali di passaggio, corridoi, scale ascensori, palestre, aree servizio, ecc.
  • 3: interni industriali, officine, magazzini depositi, ecc.
  • 4: parcheggi, banchine, cantieri, scavi, aree di carico e scarico, ecc.

Quindi, al momento di scegliere  la nostra nuova lampadina di casa, è bene tenere in considerazione sia l’emissione luminosa, sia l’indice di resa cromatico.

Va segnalato che spesso le lampadine a LED e le CFL ricadono nel gruppo 1B. Ciò non significa che non siano da utilizzare in ambito domestico, ma che il loro impiego deve essere valutato attentamente in funzione delle caratteristiche dell’ambiente in cui si vogliono collocare, primo fra tutti la radiazione luminosa diffusa presente nella stanza, fortemente legata alla presenza di finestre o di altri elementi trasparenti di comunicazione con l’esterno.

 La grandezza temperatura di colore è invece molto importante in funzione dell’impiego previsto per la lampadina. Le cosiddette luci bianche calde, di temperatura pari o inferiore ai 2700 K, sono più indicate per creare atmosfera negli ambienti mentre le luci bianche fredde tipicamente raggiungono temperature superiori ai 4000 K e sono più indicate laddove sia richiesta maggiore attenzione e precisione (con riferimento alle luci a LED, potete leggere qui http://www.masterled.it/index.php?id_cms=10&controller=cms).

Batteria_MuscolosaBene, abbiamo introdotto alcuni dei concetti basilari nella scelta delle lampadine domestiche. Nei prossimi post ci occuperemo di altri concetti e aspetti importanti e affronteremo le problematiche relative al recupero e allo smaltimento delle lampadine, per finire cercheremo di fare esempi pratici per la sostituzione delle lampadine di casa, in modo da poter finalmente iniziare a risparmiare!!