Riflessione dall'area illuminata

Una frazione j del flusso che giunge sulla superficie illuminata viene inviata nuovamente verso l'alto. Essa dipende dalle caratteristiche della superficie illuminata, dalla geometria dell'impianto, oltre che dalla disposizione dell'area e dai suoi rapporti con l'ambiente circostante (ad es. la presenza di case che fanno da schermo). Una superficie perfettamente diffondente riemette la luce in modo eguale in tutte le direzioni, mentre una superficie riflettente tende a riemettere tutta la luce ad un angolo $\theta$ rispetto alla verticale uguale all'angolo dei raggi incidenti. In genere le superfici reali si comportano in modo intermedio. Una parete illuminata dal basso tenderà ad inviare molta luce proprio verso il cielo.

Figure 2.32: Angoli da cui dipende il coefficiente di luminanza.

In Illuminotecnica si definisce coefficiente di luminanza  il rapporto tra la luminanza di un area unitaria e il suo illuminamento¹orizzontale . Tale coefficiente dipende (1) dalla direzione dei raggi incidenti rispetto la verticale, (2) dalla direzione dei raggi uscenti rispetto la verticale e (3) dalla direzione dei raggi uscenti rispetto il piano verticale che contiene i raggi incidenti. La figura 2.32 illustra questi angoli. Nel caso della pavimentazione stradale il coefficiente di luminanza varia col colore e con il grado di levigatura. I tipi più comuni di pavimentazione stradale si possono classificare in:

1.

molto chiara e scabra

2.

chiara con scabrezza elevata o media

3.

scura con scabrezza elevata o media

4.

scura e levigata

La CIE ha suddiviso le pavimentazioni in due classi a seconda del valore di due parametri: la specularità e la chiarezza. Chiamati $\gamma, \alpha, \beta$ rispettivamente nell'ordine i tre angoli precedenti da cui dipende il coefficiente di luminanza q , la specularità S₁ è definita  come: $$S_{1}=\cos^{3}(arctg 2) \frac{q_1} {q_2}$$

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ove q₁ è il coefficiente di luminanza  del punto della pavimentazione situato tra l'osservatore e il piede della perpendicolare che passa per la lampada, ad una distanza tale che la direzione di incidenza della luce faccia un angolo di 63 gradi con la verticale; q₂ è il coefficiente di luminanza del punto della pavimentazione situato esattamente sotto la lampada. Se la superficie è scabra, la pavimentazione tende ad avere un buon potere diffondente e perciò q₂ non è tanto maggiore di q₁ e quindi S₁ è piccolo. Più la superficie è liscia, più cresce il suo potere riflettente e quindi q₁ tende a essere molto maggiore di q₂ cosicché S₁ cresce.
La chiarezza Q₀ è definita come  il valore medio del coefficiente di luminanza  pesato su tutti i possibili angoli solidi utili nel processo di illuminazione: $$Q_{0}=\frac{\int^{\Omega}_{0} q(\gamma, \alpha, \beta) d\omega} {\int^{\Omega}_{0} d\omega}$$

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ove l'integrale è fatto sull'angolo solido infinitesimo $d\omega$ fino all'angolo solido $\Omega$ che è il massimo entro il quale possono giungere radiazioni luminose utili. Più la pavimentazione è chiara, maggiore è in media q e maggiore è Q₀ . La CIE ha definito una classe C₁ (pavimentazione chiara e scabra) ove $S_{1}<0.4$ (valori normali sono S₁ =0.24 e Q₀=0.10 ) e una classe C₂ (pavimentazione scura e levigata) ove $S_{1}\geq 0.4$ (valori normali sono S₁ =0.97 e Q₀=0.07 ). Le pavimentazioni in asfalto di tipo comune si possono assimilare alla classe C₂ (scuro e levigato).

Definiamo fattore di riflessione medio  il rapporto tra la luminosità media di una superficie (in lm/m² ) e l'illuminamento medio (in lux). Esso, in pratica, esprime la percentuale di flusso luminoso riemesso. Per una superficie che fosse perfettamente diffondente con una luminanza costante nelle varie direzioni, il fattore di riflessione si otterrebbe moltiplicando il coefficiente di luminanza  per $\pi$. Il fattore di riflessione medio va da circa il 45-26% per pavimentazioni molto chiare e molto scabre, a circa il 39-22% per pavimentazioni chiare a scabrezza elevata (calcestruzzo), al 26-16% per pavimentazioni scure con scabrezza elevata, fino al 21-13% per pavimentazioni scure e levigate (asfalto). In caso di neve il fattore di riflessione può superare il 60%. Il fattore di riflessione medio dell'intonaco va da circa il 50% per l'intonaco chiaro a 25% per quello scuro e 10% per quello sporco. Il cemento e la pietra chiara hanno un fattore attorno al 40%, quelli scuri sullo 5-10%. Il marmo chiaro raggiunge il 60-65% ma il granito chiaro solo il 10-15%.

Abbiamo visto che la pavimentazione stradale, e più in generale ogni superficie illuminata, necessariamente emette luce. Quindi per evitare un inutile inquinamento luminosofare molta attenzione a non sovrailluminare rispetto il necessario. Occorre cioè mantenere i livelli di illuminazione al suolo, o sulle superfici interessate, ai livelli effettivamente necessari per il tipo di visibilità richiesta. Per quanto riguarda l'illuminazione stradale i livelli suggeriti dalla normativa in Italia sono quelli della norma UNI 10439 (Ottobre 1995) riportati nella tabella 2.5 e nella pubblicazione CIE 115 (1995). Altre raccomandazioni appaiono nella pubblicazione CIE 92 (1992) (Guide for lighting of Urban Areas) e nelle norme tedesche DIN 5044 parte 1. Per le aree industriali esistono delle raccomandazioni nella pubblicazione CIE 68 (1986). È interessante notare come la norma tecnica DIN 5044 parte 1 fissa i livelli di illuminazione a seconda non solo del tipo di strada ma anche dei livelli di traffico: per gran parte delle strade urbane ed extraurbane (anche a due carreggiate o principali) qualora il traffico nelle ore notturne sia inferiore alle 100-200-300 vetture all'ora, a seconda del tipo, i livelli richiesti non superano le 0.5 cd/m² .

Figure 2.33: Italia di notte da satellite. La luce in questa immagine è quella sfuggita nello spazio (emessa per lo più in direzione verticale, cioè da superfici e pavimentazioni). L'immagine quindi mette in evidenza le aree del nostro paese più illuminate. Poiché l'inquinamento luminosopropaga lontano dalle sorgenti, per avere un idea del livello di inquinamento luminosocielo è meglio riferirsi alla mappa della sezione 4.3.

In conclusione è fondamentale, nell'allestimento di un impianto, non superare assolutamente i livelli suggeriti dalla normativa per il tipo di strada o superficie illuminata. Poiché i livelli di illuminazione delle strade necessari per la sicurezza sono legati ai livelli di traffico veicolare, è altresi essenziale prevedere la possibilità di una loro riduzione dopo una certa ora, laddove il traffico diminuisca (v. sez. 5.3.1). Nella tabella 2.6 presentiamo per confronto i livelli di luminanza raccomandati dopo le ore 24.00 nelle isole canarie dalla Oficina tecnica para la proteccion de la calidad del cielo dell'Instituto de Astrofisica de Canarias cui la legge spagnola 31/1988 affida il compito di sopraintendere all'illuminazione esterna del luogo. È molto importante non illuminare, oltre alla superficie desiderata, anche altre superfici che non sia richiesto illuminare. Ad esempio, l'uso di apparecchi stradali per illuminare uno svincolo autostradale è da preferire all'uso di torri-faro perché si evita di illuminare anche il terreno circostante. Oltre a provocare disturbo a vegetazione ed animali, la luce ivi dispersa viene riflessa dal terreno verso l'alto producendo un inquinamento luminoso assolutamente inutile.

   

Strade zone laterali L_m G TI

cd/m² %

$$\geq \leq$$ autostrade extraurbane qualsiasi 2

$$\geq \leq$$ autostrade urbane illuminate 2

$$\geq \leq$$ extraurbane illuminate 2

$$\geq \leq$$ extraurbane non illuminate 1-2

$$\geq \leq$$ urbane principali  illuminate 2

$$\geq \leq$$ urbane di servizio  illuminate 1

$$\geq \leq$$ urbane di scorrimento  non illuminate 0.5

$$\geq \leq$$ urbane di quartiere  illuminate 1

$$\geq \leq$$ urbane di quartiere  non illuminate 0.5

$$\geq \leq$$ locali illuminate 1

$$\geq \leq$$ locali non illuminate 0.5

Note:
1. Per una pił dettagliata descrizione si veda la norma UNI 10439.
2. L_m è la luminanza media mantenuta (per la definizione di luminanza si veda la sezione 3.1).
3. G è l'indice di abbagliamento molesto (detto anche psicologico).
4. TI è l'indice di abbagliamento debilitante (per la definizione si veda il punto 5.4.4. della norma UNI 10439) che esprime il grado di abbagliamento fisiologico .

 

classe tipo di strada luminanza luminanza

media puntuale

(cd/m²) (cd/m²)

A autostrade a scorrimento veloce 1 1.5 (2.5)

B1 arterie principali o importanti 1 1.5 (2.5)

B2 arterie principali o importanti 0.7 1.05 (1.75)

C1 circonvallazioni o strade radiali 1 1.5 (2.5)

C2 circonvallazioni o strade radiali 0.7 1.05 (1.75)

D strade urbane e commerciali 1 1.5 (2.5)

E1 strade di collegamento locali 0.7 1.05 (1.75)

E2 strade di collegamento locali 0.5 0.75 (1)

F strade di quartiere e zone industriali 0.7 1.05 (1.75)

G zone pedonali 0.5 0.75 (1)

H cammini in parchi o giardini 0.5 0.75 (1)

I strade di campagna di uso sporadico 0.5 0.75 (1)

J zone storiche e monumentali 0.5 0.75 (1)

K strade pedonali commerciali 0.5 0.75 (1)

Note:
1. Le sottoclassi indicate col numero 1 e 2 si riferiscono rispettivamente a margini stradali illuminati oppure oscuri.
2.Il valore tra parentesi è la luminanza puntuale massima consentita nel caso che il livello venga ottenuto tramite spegnimento di metà dei punti luce.

tipo classificazione esempi E(lux)¹

sicurezza rischio modesto aree stoccaggio 5

sicurezza rischio medio deposito containers 20

sicurezza rischio elevato aree critiche raffineria 50

traffico pedonale solo pedoni 5

traffico veicolare lento carrelli elevatori 10

traffico veicolare comune strade di deposito 20

lavoro molto grossolano movimento terra 20

lavoro grossolano movimento legname 50

lavoro normale deposito mattoni 100

lavoro fine verniciatura 200

  
Note:
1. Valori medi in esercizio dell'illuminazione orizzontale.
2. Per avere una stima della corrispondente luminanza (cd/m² ) moltiplicare i valori di illuminamento precedenti (lx) per il coefficiente di luminanza medio della pavimentazione (es. asfalto comune $\sim0.07$).

• Flusso emesso nel cielo dalle superfici illuminate