Luce e illuminazione

"Verità o inganno"

Luce e illuminazione

  L’uomo sperimenta la sua realtà tramite i sensi. A priori raccoglie l’80 % delle informazioni aiutato dalla vista, e per poter usare gli occhi come strumento per raggiungere la sicurezza necessaria ha bisogno della luce (il tempo di trasporto delle informazioni raccolte con la vista è 10 volte minore paragonato all’udito). In concomitanza con un costante e continuo cambiamento del suo habitat naturale, in passato l’uomo cercò di appoggiarsi prima al sole e alle stelle come generatori di luce naturale, poi alla fiamma, ed in seguito trovò il modo per creare la luce artificialmente.

  In quanto alle statistiche, l’85% della nostra vita la trascorriamo negli spazi chiusi, dove l’illuminazione è ridotta quasi al minimo. Come risposta coerente alle esigenze si creò un mercato dinamico dove le industrie impegnate nello sviluppo di fonti luminose artificiali inclusero nuove tecnologie, tenendo conto dei sistemi ottici e dei materiali di nuova generazione, non smettendo di salvaguardare l’ambiente e la salute dell’uomo. 


Verità e inganno delle lampade a risparmio energetico



  La direttiva dell’Unione Europea relativa ai prodotti che utilizzano energia è incentrata sul consumo energetico dell’intero ciclo di vita del prodotto e sull’emissione globale di CO2. Essa prescrive un piano di ritiro delle lampadine convenzionali dal mercato dei paesi dell'UE a partire dall'1.9.2009, vietando dapprima l'uso di lampadine con potenza superiore a 80W. Nel 2010 vieta le potenze superiori a 65W, nel 2011 quelle superiori a 45W, mentre nel 2012 quelle superiori a 7W. Entro il 2016 saranno vietate pure le lampadine di classe energetica C (alogena “energy saver”).
Come alternativa alla lampada incandescente l’UE impone la lampada a risparmio energetico.
Questa direttiva non concerne l'illuminazione stradale e segnaletica, che usa lampade a vapori di sodio ad alto rendimento e che grava maggiormente sul consumo generale dell’elettricità. Il programma di divieto include solamente l'illuminazione domestica e ad uso imprenditoriale e industriale che incide nella proporzione del 5% sul consumo generale.
Dunque, la domanda è quanto si risparmia sull’emissione di CO2 e quanto realmente è il contributo nella salvaguardia dell’ambiente. D’altra parte questa direttiva mette seriamente in discussione la libertà di scelta (in particolare se il prodotto non nuoce alla salute pubblica e individuale).
Così si può concludere che la decisione dell’UE non contribuisce a ridurre l’emissione globale di CO2, nè a risparmiare energia elettrica. Non rappresenta un fattore decisivo nella salvaguardia dell'ambiente e della salute, presentando anzi come alternativa un prodotto composto da sostanze cancerogene. I produttori stessi, ultimamente, non riescono a nascondere le mancanze e i difetti di tale politica, portando un'altra volta la nostra coscienza ad interrogarsi.

Lampada incandescente


  La lampada a incandescenza è una sorgente luminosa in cui la luce viene prodotta dal riscaldamento (fino a circa 2700K) di un filamento di tungsteno attraverso cui passa la corrente elettrica. Si sfrutta infatti l'effetto Joule per ottenere un forte riscaldamento del filamento, fino a portarlo a temperature tali che lo spettro di corpo nero corrispondente contenga componenti visibili sufficienti per illuminare. Il filo di tungsteno inizia ad emanare luce sui 500°C. Riscaldandosi fino a 1500°C il filamento diventa giallo, e sui 2500°C prende il colore bianco. Il filo metallico è posto sottovuoto così da diminuire il suo deterioramento.
Durante il funzionamento sviluppa un'alta temperatura e la maggior parte dell'energia elettrica totale viene convertita in calore, mentre solo una quota dal 4 all’8% viene utilizzata per la luce. Per una potenza di 25-500W l'efficienza luminosa è di 6-15lm/w, la temperatura di colore 2600-2800K, e la vita media di 1000-2000h. Non é sensibile a variazioni di tensione ed a temperature basse, si può usare in ambienti chiusi, nelle sfere di vetro smerigliato, nei lampadari e sopporta diversi regolatori di intensità della luce (dimmers). E’ da più di cent’anni che la lampada incandescente tiene il primato sul mercato. Per fabbricare la filatura metallica delle lampade i produttori utilizzano rame, tungsteno, stagno ed altro materiale non tossico e facilmente riciclabile.

Vantaggi:

  • prezzo contenuto, per la produzione si usano tecnologie semplici che consumano poca energia;
  • la luce emanata ha uno spettro continuo che si avvicina maggiormente al colore della luce delle fonti naturali;
  • lo spettro radiato dalla fonte è molto più intenso sulle lunghezze d’onda alte (rosso e giallo) e si avvicina all’area dell’infrarosso in quanto la qualità della luce generata dalle lampade convenzionali è molto migliore di altre fonti di luce artificiale;
  • il valore massimale del fattore di potenza é cos φ=1, ciò significa che l’intensità è uguale alla potenza attiva, vale a dire che il consumatore non ha bisogno dell’energia reattiva;
  • non necessita di un reattore elettronico (inglese: electronic ballast).

Difetti:

  • ridotta efficacia luminosa espressa in lm/w (descrive la quantità di illuminazione per ogni watt di potenza elettrica);
  • la vita utile è molto breve (1000-2000 ore lavorative);
  • la dispersione di energia. Solo il 4-8% dell’energia elettrica viene utilizzata per generare luce. 

Lampada fluorescente compatta (CFL) a risparmio energetico

  Una lampada fluorescente compatta è un tubo di vetro piegato usato come una fonte di luce dalle dimensioni ridotte, mentre conserva tutte le peculiarità lavorative dei tubi al neon. Appartiene al gruppo di lampade a bassa pressione, dove la luce si genera col principio di fotoluminescenza. Una lampada a scarica dove lo spettro invisibile dei raggi UV, prodotti dalle collisioni tra gli atomi di mercurio e gli atomi emessi dagli elettrodi posti sui capi della lampada, diventa luce visibile con l’aiuto di fosforo. La temperatura di colore della luce si controlla col rivestimento di fosforo, usando in media generale 3 strati di componenti di fosforo. A parte il mercurio, solitamente si usano gas inerti come aiuto per l’accensione  (argo, krypton, neon, xeno …).
La quantità di mercurio si riduce gradualmente di anno in anno. Fino a pochi anni fa, la quantità di mercurio utilizzata era di 5-10 mg (nelle lampade di elevata qualità), ma la standardizzazione dell’UE nel 2012 lo limita a 3.5 mg per lampada e si preannuncia un’ulteriore riduzione nel 2013 a 2.5mg per lampada. Lampade di firme rinomate contengono 1-2 mg di mercurio, tuttavia costano maggiormente. La vita utile è di 2000 fino a 8000 ore nelle condizioni ideali. L’efficacia di una CFL è di 60 lm/w. Non sono progettate per lavorare sotto tensione della rete perciò necessitano di uno "starter", posto nel tubo della lampada. Per fabbricare una CFL si utilizzano : vetro, stagno, rame, mercurio, antimonio, bario, arsenico, ittrio, fosforo, zinco silicato di berillio, bromuro di cadmio, composto di vanadio, torio e plastica.

 Vantaggi:

  • la vita utile è maggiore (in paragone con la lampada convenzionale): 8000 ore nelle condizioni ideali;
  • usando un quarto dell’energia elettrica, ha la stessa efficacia della lampada incandescente. Per esempio una CFL di 15 Watt produce la stessa quantità di luce di una lampada convenzionale di 60 Watt (approssimativamente 900 lumen, oppure 60 lm/w).

 Difetti:

  • la tecnologia complessa condiziona il costo del prodotto. Secondo fonti diverse, il costo di fabbricazione è quaranta volte maggiore del costo di una lampada convenzionale;
  • il riciclo delle CFL dipende non solo dalla tecnologia avanzata, ma anche dalla coscienza e disciplina dei consumatori. Per depositare i rifiuti tossici è necessario investire ulteriormente nei corretti contenitori e nelle discariche. La maggior parte dei paesi non prevede il riciclo, così che il mercurio dei tubi finisce nelle discariche dei rifiuti, nelle acque sotterranee, nei fiumi ed alla fine entra nella catena alimentare. Per ora i dati presi sul posto non sono preoccupanti, tuttavia dopo il 2012, dopo un uso massiccio di CFL, si potrebbe presentare come un problema chiave nella salvaguardia dell’ambiente e nella salute;
  • la CFL perde di efficacia con il tempo (il 40% durante la vita utile), il problema si presenta come uno sfarfallio innaturale . Questo fatto è tenuto nascosto ai consumatori;
  • un fatto che condiziona ulteriormente la vita utile di una CFL (fino all’85%) è la frequenza delle accensioni e degli spegnimenti. Gli elettrodi dello starter si consumano e lo strato di fosforo si deteriora a dipendenza della frequenza di interventi sull’interruttore. I produttori consigliano d’introdurre una pausa di almeno quindici minuti fra lo spegnere ed il riaccendere;
  • i produttori manipolano la durata della vita utile delle CFL esposta sulle confezioni. Per esempio se sulla confezione la vita media è esposta come "2000 ore", per i produttori significherebbe "2 anni", perché i dati sono condizionati dal modo d’uso. Spesso, in un qualche angolo sulla confezione, sta descritto in miniatura che la vita utile è incentrata sul consumo medio di 2.7 – 3 ore al giorno (senza senso, perché il nostro bisogno di luce artificiale è in media di 6-8 ore al giorno);
  • la CFL ha un complesso sistema di controllo incline a guastarsi, questo a causa delle fluttuazioni di tensione e delle temperature alte, di modo che la vita media è solitamente più breve di quanto dichiarato. Inoltre, il complesso sistema di controllo funziona tipicamente ad una frequenza elevata (decine di kHz) e se non vi è alcuna protezione adeguata, serve come un emettitore di radiazione elettromagnetica che può interferire con la ricezione radio, creando elettrosmog in casa. Così, la CFL fa sporcare la rete distributiva con armoniche superiori, ciò che è sfavorevole per la rete distributiva e per i consumatori;
  • tutti i consumatori induttivi (motori monofase e trifase asincroni, trasformatori, reattori, lampade fluorescenti, ...), oltre ad usare la potenza attiva che viene convertita in lavoro utile, usano il potere reattivo per creare un campo magnetico. A differenza dell’energia attiva impegnata permanentemente nel consumo, la potenza reattiva oscilla tra la sorgente ed il consumatore. La presenza della potenza reattiva nel sistema ha conseguenze negative gravando sulle linee di passaggio. La potenza apparente di un sistema è la somma di vettori della potenza attiva e reattiva del sistema.
  • la discontinuità dello spettro evidenzia di conseguenza un’incapacità a distinguere le più sottili sfumature. L’indice di resa cromatica (sebbene alto, Ra=85) rimane inadeguato nelle zone residenziali per un soggiorno lungo, creando un clima sgradevole nella stanza, una distorsione del colore della pelle umana, come dei materiali negli interni, dei cibi e vestiti;
  • salti di energia nella parte blu dello spettro delle CFL possono influenzare gli equilibri ormonali nel corpo umano, come la secrezione di melatonina e serotonina, l’ormone che regola il ritmo circadiano di una persona. La melatonina ha un positivo effetto oncostatico e la sua secrezione è inibita qualora l'occhio rilevi la luce con un forte elemento spettrale blu. In poche parole, anche se fosse notte, il corpo riceve un "messaggio" come se fosse giorno, aumentando l'escrezione di ormoni diurni, (melatonina, cortisone - un ormone dello stress-, ecc.). L’università di Haifa in Israele è una tra le prime ad aver pubblicato risultati di ricerche dove le lampade a risparmio energetico possono causare il cancro al seno, imitando la luce naturale ed interrompendo la produzione di melatonina nel corpo. I professionisti del settore spesso pongono l’accento che le CFL potrebbero scatenare emicrania, depressione, crisi epilettiche ed i dermatologi affermano che la loro luce può peggiorare problemi cutanei, sconsigliandole alle persone vulnerabili;
  • non sono adatte per illuminare spazi molto chiusi (con ventilazione insufficiente). La vita utile media si riduce notevolmente in tal caso;
  • non si possono usare in ambienti umidi (per esempio bagni);
  • non sono prodotte per essere usate a temperature basse;
  • la vita media si riduce maggiormente nel caso di posizione errata (con la testa in giù), a causa del riscaldamento dell’elettronica posta nella base della lampada;
  • funzionano a pieno regime dopo un certo lasso di tempo (dipende dal produttore). Il processo può richiedere anche tre minuti, e può diventare molto irritante;
  • non possono essere impiegate con i Dimmer (variatori dell’illuminazione);
  • non durano associate ai sensori di movimento;
  • riguardo alla distorsione della tensione espressa, la qualità dell’energia elettrica peggiora nei grandi impianti di CFL;
  • le CFL emettono un suono, simile al ronzio, e questo fatto potrebbe essere assai irritante e stressante.

http://www.epa.gov/cfl/cflcleanup.html Guardate attentamente il documentario relativo al vapore di mercurio fatto dalla BGSU (Bowling Green State University), Ohio EPA (Ohio Environmental Protection Agency), RES (Rader Environmental Services). http://wbgustream.bgsu.edu/bgsu/epa/index-fl.html

Dove usare le lampade CFL : Negli ambienti che necessitano di essere illuminati per un lungo periodo, e dove le persone non soggiornano più dello stretto necessario (corridoi, magazzini, scale, cortili, seminterrati, ecc.).

Avvertenza: Gli scienziati hanno studiato una serie di lampade CFL in vendita, controllando il loro rivestimento di fosforo. I risultati ottenuti dimostrano che sono state trovate presenze di piccole crepe sugli strati di fosforo di tutte le lampade controllate sufficienti per emettere pericolosi raggi UV. Andreas Kirhner della Federazione tedesca degli ingegneri avverte: le CFL creano elettrosmog, perciò non è consigliabile collocarle in vicinanza della testa, come pure non è consigliabile utilizzarle in ambienti chiusi.

Realtà: Purtroppo il calo del potere economico e sociale dei consumatori negli ultimi tempi contribuisce maggiormente al mercato no-name delle CFL (mercato a buon prezzo). Le CFL di tale produzione presentano una qualità minore, non durano quanto dichiarato sulla confezione, hanno un equilibrio molto cattivo, una quantità di mercurio non definita, ed un consumo drasticamente aumentato di energia elettrica.

Curiosità: Siegfried e il suo genero Rothojzer hanno trovato un modo per aggirare il divieto delle lampade incandescenti di 60W. Essi le importano dalla Cina e le vendono come "piccoli dispositivi di riscaldamento" chiamati "Hitbol" (ciotola per il riscaldamento). L’ingegnere di Essen ha iniziato a commercializzare le lampade incandescenti da 75 e 100 watt come "mini-riscaldatori", in quanto solo il cinque per cento dell’energia utilizzata produce luce, mentre il rimanente 95% è convertito in calore. In America si sono formate delle agenzie specializzate nel decontaminare gli ambienti dove si sono rotte le lampade CFL. Il servizio ha un costo di 2000 $.

Notizie:

  Come indicato sul sito web della Commissione europea sul risparmio energetico http://ec.europa.eu/energy/efficiency/ , sul mercato si troveranno presto, oltre a lampade CFL e LED, varianti nuove e migliorate delle classiche lampade. Al fine di aiutare i consumatori a fare la giusta scelta, il regolamento UE prevede che il fabbricante del prodotto debba fornire i seguenti dati stampati sulla confezione:

  • quante ore una lampada può stare accesa;
  • il numero di interventi sull’interruttore (spegnere e riaccendere);
  • quanto tempo è necessario per riscaldarsi (ed arrivare ad un pieno regime di funzionamento);
  • la procedura da seguire in caso di rottura della lampada.

Lampade CFL o la salute? Decidete voi!

Però non dimenticate:

"Una lampada spenta è la lampada che risparmia di più!"

Autore: Dragoljub Winiger - Brissago 2013

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Nuova tecnologia di illuminazione

ESL-Electron Stimulated Luminescence

ESL

"Electron Stimulated Luminescence"

È una tecnologia completamente nuova nell’industria dell’illuminazione e funziona secondo il principio dei vecchi televisori a tubo catodico. La ESL (ingl. Electron Stimulated Luminescence - luminescenza stimolata da elettroni) è la stimolazione del fosforo attraverso l'utilizzo di elettroni accelerati per la produzione di luce.
In pratica gli elettroni emessi dai catodi fanno che la patina di fosforo inizia ad illuminarsi dall’interno del bulbo ed espande la luce attorno ad esso. ESL produce la stessa quantità di luce, paragonandola ad una lampada incandescente, sebbene consumi 70% in meno di elettricità, e dura cinque volte di più. Il vantaggio di questa tecnologia è che non utilizza mercurio (Hg) nel processo di generazione di radiazione elettromagnetica. La creazione della tecnologia ESL utilizza materiali commerciali, non tossici, non inquinanti, ed il principio è molto semplice, non richiedendo forme complesse come le lampadine CFL. ESL non trova nessuna difficoltà col surriscaldamento, come succede nella tecnologia LED, dove i diodi si devono raffreddare nello scopo di assicurare una corretta funzione e la vita media promessa dai produttori. ESL è patentata sotto il nome di tecnologia VU1. L'azienda ha recentemente iniziato la produzione che verrà confermata al termine delle prove di laboratorio per lacertificazione. Per ora è stato prodotto il modello R-30 con un prezzo di 14,98 dollari.

La R30 ESL sostituisce la comune 65-watt lampadina a incandescenza diluvio. Brilla a 600 lumen, utilizza 19,5 watt, ha un colore di 2800 K, ed ha un CRI superiore a 85. La ESL si accende istantaneamente, secondo VU1, e dura circa 11.000 ore.
FIPEL-Field Induced Polymer Electroluminescent

FIPEL

"Field Induced Polymer Electroluminescent"

Le nuove lampadine, infatti, sono basate sulla tecnologia dei polimeri a induzione di campo elettroluminescenti (FIPEL), che produce una luce perfettamente bianca.

Il FIPEL è stato creato nel centro di nanotecnologia e materiali molecolari presso la Wake Forest University nel North Carolina, e alcune lampadine sono costituite da tre strati di plastica bianca trattate con la polimero nanotecnologia e con un materiale che emette luce quando riceve corrente elettrica.

OLED

WOLED

WOLED (White Organic Light-emitting Diode) emette luce bianca, è un potenziale sostituto della CFL e delle altre tecnologie correnti.

PLED

PLED (Polymer light-emitting diodes) il pannello che consiste di sottilli e flessibili strati organici capaci di emettere tutto lo spettro visibile dei colori.

PHOLED

PHOLED (Phosphorescent organic light-emitting diode) impiega il principio di fosforescenza elettrica, il che significa che il 100 % dell'energia elettrica viene convertita in luce. Grande potenziale nell'uso dell'illuminazione perchè può coprire le pareti con pannelli di grandi dimensioni.

PMOLED

PMOLED (Passive Matrix Organic Light Emitting Diode) La matrice passiva che consiste di strati organici posti fra le file di catodi e le colonne di anodi che insieme creano la matrice stessa. Ogni singola componente con una intensità diversa può illuminare un determinato pixel. Il modo più antico nella produzione di panelli OLED.

AMOLED

AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) OLED con la matrice attiva, nella produzione basilare gli strati organici sono applicati su un campo TFT (Thin Film Transistor) con un minimo consumo di elettricità.

ILED

ILED (In-organic Light Emitting Diode) Al posto di materiale organico si usa la plastica per formare un pannello ultrasottile e flessibile.

SMOLED

SMOLED (Smaill Molecule Organic Light Emitting Diode) utilizzano molecole di piccole dimensioni e necessitano di sedimentazione di molecole organiche sottovuoto. E' un processo estremamente costoso.

FOLED

FOLED (Flexible Organic Light Emittig Diode) Lo strato organico è ben protetto da umidità e da altre condizioni climatiche. Molto elastico e facilmente applicabile ad altri usi.

TOLED

TOLED (Transparent Organic Light Emitting Diode) E' basato sull'idea che tutti gli elementi possono essere trasparenti. Quando il pannello è spento diventa trasparente (fino all'80% trasparente), in caso contrario il pannello emette una luce perché impiega dei catodi ottici trasparenti.