Requisiti della distribuzione della luce

  La distribuzione di luce di un apparecchio di illuminazione viene ottenuta grazie al sistema ottico. Un riflettore, in genere, di alluminio, posto nella parte superiore dell'armatura riflette la luce emessa dalla lampada che esso intercetta. La distribuzione di intensità della luce riflessa nelle varie direzioni è legata alla forma e alle caratteristiche di tale riflettore. Per modificare la distribuzione di intensità di quella parte della luce che, essendo stata emessa dalla lampada verso il basso, non si è riflessa sul riflettore si usa talvolta un rifrattore posto in corrispondenza dell'apertura inferiore lasciata dal riflettore. Spesso i rifrattori sono costituiti da una coppa di materiale trasparente le cui superfici sono state rese diffondenti. L'applicazione di un rifrattore-diffusore di quest'ultimo tipo al posto di una chiusura di protezione costituita da una semplice lastra di vetro a facce piano-parallele fa si che l'apparecchio disperda direttamente nel cielo una quantità di luce spesso notevole.

Per garantire i requisiti necessari ad un impianto di illuminazione, come illustrato nel capitolo 2.1, la distribuzione di luce nel piano verticale parallelo all'asse stradale deve presentare il massimo dell'emissione ad un angolo $\gamma$ piuttosto elevato. In questo caso, il massimo dell'intensità luminosa arriva sulla strada con un angolo di incidenza molto elevato cosicché la strada riemette il massimo dell'intensità nella direzione dell'automobilista. La figura 2.1 a pagina illustra questo punto. La distribuzione deve essere allungata nei due sensi se la strada è a doppio senso di circolazione ma può essere allungata solo in un senso se la strada è a senso unico fisso (si veda l'autostrada Colonia-Bonn). Un'altra ragione per cui è importante che l'apparecchio invii il massimo della luce ad angoli $\gamma$ piuttosto grandi è che l'apertura angolare del fascio dell'apparecchio condiziona la disposizione dei corpi illuminanti. Infatti la necessità di ottenere un'adeguata uniformità di luminanza impone un ben preciso rapporto tra l'interdistanza dei punti luce e l'altezza dei pali. Poiché il numero di punti luce influenza il costo di costruzione e di manutenzione dell'impianto, il desiderio di diminuire il costo di installazione e di manutenzione porta chi progetta l'impianto alla necessità di diminuire il numero di punti luce utilizzando apparecchi di illuminazione installati a maggior distanza tra loro, e quindi a maggiore altezza e aventi un più ampio angolo di apertura del fascio luminoso.

Una caratteristica fondamentale della distribuzione di luce, necessaria per evitare  la dispersione di luce sopra l'orizzonte e l'abbagliamento, è che esista un angolo limite oltre il quale l'intensità emessa dal sistema ottico scenda bruscamente a zero. Abbiamo detto infatti che perché la strada invii la massima luce in direzione dell'automobilista occorre che il massimo dell'intensità sia emessa dall'apparecchio ad angoli $\gamma$ piuttosto grandi. Perciò se oltre un certo angolo l'intensità non diminuisse notevolmente, l'automobilista ne verrebbe fortemente abbagliato. Se poi l'intensità non andasse a zero oltre un angolo di 90 gradi rispetto la verticale, parte della luce andrebbe direttamente nel cielo.

Figure 2.3: Curve fotometriche e diagramma isolux di un apparecchio stradale con vetro di protezione piano (raffigurato in basso). Si noti come in questi apparecchi la massima intensità del fascio in direzione longitudinale esca con un elevata angolazione e consenta un elevata interdistanza tra gli apparecchi. Per apparecchi con vetro di protezione piano incassato, come questo, l'elemento principale (assieme al posizionamento della lampada) che determina se essi risultano totalmente schermati, fortemente schermati o meno è l'inclinazione dell'ottica  rispetto ad un piano orizzontale dopo l'installazione. Essa perciò dovrebbe essere sempre la più piccola possibile. (Cortesia G.C. Illumination - Alcatel, Sesto Ulteriano (MI))

Figure 2.4: Curve fotometriche di un apparecchio stradale con vetro di protezione piano. La curva per $C=90^{\circ}$ (direzione trasversale alla strada) si riferisce ad un inclinazione dell'ottica  di $5^{\circ}$sul piano orizzontale. In questa configurazione la lampada è stata posizionata in modo che il massimo dell'emissione esca con un angolo $\gamma$ sufficiente ad illuminare una strada ampia per tutta la sua larghezza senza inclinare ulteriormente l'apparecchio. Anche in questo caso, l'apparecchio risulta totalmente schermato, o meno, a seconda dell'inclinazione dell'ottica , dopo l'installazione, rispetto ad un piano orizzontale e a seconda della posizione della lampada. Perciò è preferibile che gli apparecchi di questo tipo siano installati in modo che il vetro di protezione sia il più orizzontale possibile, sia che siano montati su palo a sbraccio che su palo diritto. (Cortesia Costruzioni Elettriche Schrèder, San Gillio (TO))

Una caratteristica molto utile della distribuzione di luce dell'ottica di un apparecchio di illuminazione è che il massimo dell'emissione di luce in senso trasversale alla superficie stradale abbia luogo ad un angolo $\gamma$ piuttosto ampio così  da poter illuminare bene ed uniformemente tutta la superficie della strada da un bordo all'altro senza necessità di inclinare l'apparecchio o l'ottica stessa. In senso trasversale la distribuzione di luce deve essere tale da interessare tutta la larghezza della strada con sufficiente intensità ma ridursi a zero rapidamente appena oltrepassato il bordo della strada stessa per evitare dispersione di luce. Talvolta la posizione della lampada nell'apparecchio è regolabile in modo da aggiustare l'angolo di emissione in funzione della larghezza della strada e dell'altezza di installazione.

Figure 2.5: Apparecchio stradale con vetro di protezione piano. Se gli apparecchi con vetro di protezione piano vengono installati con un inclinazione dell'ottica, rispetto al piano orizzontale, diversa da zero (anche di soli 3$^{\circ}$), non si può più essere rigorosamente certi che essi risultino totalmente schermati per tutte le possibili configurazioni lampada-riflettore se non esaminando misure di laboratorio. Tuttavia, fintanto ché l'inclinazione è piccola, questi apparecchi risultano, quanto meno, fortemente schermati. (Cortesia Philips Lighting, Monza (MI))

Spesso gli apparecchi meno schermati, tipo quelli con rifrattore prismatico o con diffusore, sono preferiti perché si crede che garantiscano ampi angoli di emissione della luce. Come vedremo nella prossima sezione, esistono apparecchi con vetro di protezione piano installabile orizzontale o quasi orizzontale (che non emettono luce sopra il piano orizzontale o ne emettono poca) il cui massimo della emissione di luce cade, per C=0-180$^{\circ}$, ad angoli $\gamma$ elevati, consentendo interdistanze di oltre 35-40 metri per installazioni a 10 m di altezza, e, per C=90$^{\circ}$, ad angoli $\gamma$ sufficienti a consentire un ottima illuminazione di strade anche larghe. Si vedano ad esempio le curve fotometriche degli apparecchi nelle figura 2.3, 2.6 e successive.

In genere i progettisti preferiscono sorgenti di luce (lampade) di dimensioni piccole perché esse inviano i loro raggi su ogni punto del riflettore (e dell'eventuale rifrattore) con il medesimo angolo di incidenza ed il calcolo dell'effetto di questi due componenti ottici è più semplice. Questo a sua volta consente un più rigoroso controllo della distribuzione della emissione di luce nelle varie direzioni. Lampade come quelle al sodio a bassa pressione, che sono di dimensioni rilevanti, permettono un più difficile calcolo della luce emessa. Forse anche per questo gli apparecchi di illuminazione cut-off per lampade al sodio a bassa pressione sono poco conosciuti nel nostro paese.