Fattori attivi e correttivi per un’illuminazione con efficacia biologica
Per progettare un’illuminazione ad efficacia biologica è necessario conoscere i fattori attivi e correttivi. La tabella mostra in numeri la valutazione delle funzioni v λ e Smel λ.
Quickinfo
- MR è l’abbreviazione di Melanopic Ratio
Il fattore di effetto melanopico descrive quanta parte dell’intensità nello spettro, quantificato con con v λ, si trova anche nello spettro quantificato con Smel λ. - MDER è l’abbreviazione di Melanopic Daylight Equivalent Ratio
Il fattore di effetto melanopico equivalente alla luce diurna tiene conto, oltre che dell’effetto melanopico, di quanta parte dell’intensità nominale v λ è presente nella luce diurna standard D65. - Per convertire da MR a MDER, moltiplicare MR per il fattore di correzione costante della luce diurna 0,906: MR x 0,906 = MDER
La luce con una lunghezza d’onda di 555 nm appare più luminosa. La luce più efficace dal punto di vista biologico è quella con una lunghezza d’onda di 490 nm.
Per poter valutare la luce di una sorgente luminosa, si misura lo spettro luminoso. Lo strumento di misurazione determina un valore di intensità per ogni singola lunghezza d’onda compresa tra 380 e 780 nm. Dall’insieme dei 400 valori risulta il valore misurato della radiazione in mW/m². Questo valore radiometrico tiene conto dell’intera radiazione. Tuttavia l’occhio umano non percepisce tutte le lunghezze d’onda come ugualmente luminose. Mediante la funzione di luminosità umana v λ, il valore radiometrico viene convertito in valore fotometrico. Ciò significa che da un valore tecnico si ricava un valore soggettivo, cioè umano. Con questa conversione l’intensità a 555 nm rimane invariata. I valori di tutte le altre lunghezze d’onda sono svalutati seguendo la curva v λ.
Con il flusso luminoso così valutato in lumen, servendosi di un software fotometrico è possibile calcolare l’illuminamento sulle superfici dell’ambiente. Questa valutazione dello spettro misurato viene utilizzata anche per determinare l’effetto biologico della luce. Dalla curva dell’effetto visivo alla curva dell’effetto biologico, il massimo si sposta da 555nm a 490nm.
Un normale software di calcolo fotometrico calcola solo l’illuminamento visivo. L’illuminamento melanopico viene calcolato ricavandolo dall’illuminamento visivo con il fattore di effetto melanopico della sorgente luminosa. Quest’ultimo è riportato nella scheda tecnica dell’apparecchio e abbreviato con MR (melanopic ratio).
Per l’effetto biologico è rilevante solo l’illuminamento incidente sull’occhio. Questo è specificato come illuminamento cilindrico (Ez). La norma DIN/TS 67600 richiede un illuminamento cilindrico pari a Ez > 250 MEDI lux (illuminamento melanopico equivalente alla luce del giorno) come limite inferiore biologicamente efficace. MEDI= Melanopic equivalent daylight illuminance = illuminamento melanopico equivalente alla luce diurna.
Come si calcola l’illuminamento visivo necessario per garantire i 250 MEDI richiesti?
Conversione dell'illuminamento equivalente alla luce diurna (Ev,mel,D65) in illuminamento visivo (Ev): I 250 MEDI sono divisi per il prodotto del fattore di effetto melanopico e del fattore di effetto luce diurna 0,906.
Per l’efficacia biologica di 250 MEDI è necessario un flusso luminoso molto più elevato alla temperatura di colore di 2700 K che non a 4000 K. L’effetto biologico dipende fortemente dalla tonalità di luce. La luce bianca calda non è molto adatta per ottenere un effetto biologico, vedi esempio 1. La svalutazione dovuta al fattore di effetto melanopico è troppo grande. Il colore più adatto è quello della luce bianca che prevale in modo naturale nelle ore del mattino, importanti per attivarsi.
Se l'impianto di illuminazione è dotato di un sistema di controllo e di apparecchi Tunable White, è possibile ottenere un effetto biologico a risparmio energetico con LED a spettro completo. Il colore neutro della luce bianca deve essere utilizzato solo nelle ore del mattino; a partire da mezzogiorno, il colore della luce deve diventare sempre più caldo verso sera.
L’illuminamento biologicamente efficace di 250 MEDI si riferisce a un osservatore standard medio di 32 anni. Tuttavia l’effetto biologico della luce è rilevante anche per le persone anziane. Per ottenere lo stesso effetto con gli anziani, ci sono altri due fattori di correzione (vedi DIN/TS 5031-100):
1. Fattore di correzione della trasmissione spettrale della luce all’occhio umano in funzione dell’età
Con l’avanzare dell’età, la trasmissione della luce all’occhio umano cala poiché il cristallino si appanna. Ciò significa che nelle persone anziane la luce biologicamente efficace raggiunge meno la retina.
2. Fattore di correzione per il diametro della pupilla dell’occhio umano in funzione dell’età
Nelle persone anziane il diametro della pupilla è più ridotto rispetto a quello dei giovani. Pertanto la luce che incide sulla retina è minore.
Poiché i due fattori sopra descritti si possono moltiplicare, questo effetto può essere rappresentato anche da un unico fattore.
3. Fattore di correzione per la trasmissione della luce spettrale e il diametro pupilla in funzione dell’età
Questi requisiti variano notevolmente a seconda dell’età. Quando si progetta l’illuminazione di uffici o sale ricreative in case di cura e di riposo, è necessario tenere conto dei fattori di efficacia e di correzione sopra descritti.
Con l’esempio 2) fattore melanopico 0,75:
a un 32enne servono 368 lx
a un 25enne servono 368 lx / 1,145 = 321 lx
a un 50enne servono 368 lx / 0,664 = 554 lx
a un 90enne servono 368 lx / 0,193 = 1907 lx
Gli apparecchi con un’elevata componente di luce diretta sono adatti soprattutto a illuminare superfici orizzontali. Questo li rende meno utili nei progetti di illuminazione Human Centric Lighting. Per ottenere gli elevati livelli di illuminamento cilindrico richiesti dalle concezioni HCL occorre scegliere apparecchi di altro tipo.
Con quali curve fotometriche è possibile ottenere questi elevati illuminamenti cilindrici?
Allo scopo si possono utilizzare wallwasher, piantane a luce indiretta, apparecchi rotondi e lineari ad emissione diretta/indiretta che abbiano una consistente percentuale di luce indiretta, vedi schizzo.
