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Sicurezza e ambiente

9659A Sicurezza e ambiente

© Politecnico di Torino Pagina 1 di 31Data ultima revisione 06/06/02 Autore: Gecchele Giulio

Politecnico di TorinoCeTeM

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AMBIENTE LUMINOSOØ Sistema visivo e caratt. della visione

Ø Grandezze illuminotecniche

Ø Sorgenti di luce artificiale ed apparecchi di illuminazione

Ø Dimensionamento degli impianti di illuminazione artificiale

Ø Illuminazione naturale

Ø Indici di qualità ed illuminazione di ambienti con VDT

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L’OCCHIO UMANO

• Cornea

• Cristallino

• Iride

• Retina

Principali elementicostitutivi:





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IL MECCANISMO DELLA VISIONE

nervoottico

cellule gangliari

cellule amacrine

cellule bipolaricellule orizzontali

conibastoncelli

processo fotochimico:segnale luminoso →→ segnale nervoso

segnaleluminoso

segnalenervoso

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SENSITIVITÀ SPETTRALEDELL’OCCHIO UMANO

Soglia: punto in corrispondenza del qualescompaiono alcuni dettagli critici

sensitività =

λλsoglia1





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INTENSITA’ LUMINOSA

GRANDEZZE ILLUMINOTECNICHE

1 candela (cd) =intensità luminosaemessa in una datadirezione da unaradiazionemonocromatica diλλ = 555 nm e conintensità pari a di1/683 W/sr

ωωΦΦ

dd = I

r

y

z

x

S

ω

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FLUSSO LUMINOSO

= potenza emessa per lunghezza d’onda

(( ))λλλλ

ddP

1 lumen (lm) = flusso emesso in un angolosolido pari ad 1 steradiante da una sorgenteluminosa puntiforme con intensità luminosacostante pari a 1 cd

(( )) (( ))λλλλΦΦλλ P V=

(( )) (( ))∫∫ λλλλλλλλ⋅⋅ΦΦ

nm 780

nm 380

d d

dP V K =





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TIPOLOGIE DI SUPERFICIRiflessione Trasmissione

Superficie lucidaRiflessione speculare

Superficie lamb.Riflessione diffusa

Superficie rugosaRiflessione “estesa”

Riflessioneestesa e diffusa

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SUPERFICIE LAMBERTIANA

Legge di Lambert(“legge del coseno” )

Iϑϑ = In cos ϑϑ

In = intensità luminosa nella direzione normalealla superficie

Iϑϑ = intensità luminosa nella direzione definitada ϑϑ

ϑϑ Iϑ

In





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ILLUMINAMENTO

1 lux (lx) = illuminamento di unasuperficie piana di 1 m2 chericeve il flusso luminoso di 1 lm

ααωω cos

d r = dS

2

Sαα

PdS

r

dSd = E

ΦΦ

22 r

cos I =

r

cos

dd = E

αααα⋅⋅ωωΦΦ

10

LUMINANZA

dS

αα

αα cos dSdI

= L

1 nit (nt) = luminanza di 1 cdper m2 di area apparente1 stilb (sb) = 104 nit

Sorgenti Luminanza[nt]

Cielo sereno 8000Cielo nuvoloso 2000Lamp. tub. fluor. 18 W 4000





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Strumento Grandezza misurata

Fotometro Intensità luminosa

Luxmetro Illuminamento

Luminanzometro Luminanza

PRINCIPALISTRUMENTI DI MISURA

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PRINCIPALI PARAMETRI CHE INFLUENZANOLA PRESTAZIONE LAVORATIVA

Capacità visive del sogg.• visus• motilità oculare• senso cromatico

Caratteristiche del compito visivo• tempo esposiz. compito visivo• angolo sotteso• nitidezza dell’immagine (mira)• tempo di persistenza• contrasto (della mira)

Caratteristiche dell’ambiente• del microclima• degli inquinanti aerodispersi• della visione a distanza• del sistema di illuminazione

Benesserevisivo

Prestazione visivaaffidabile





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TEMPO DI PERSISTENZA Continuazione della sensazione visiva dopo la cessazione dello stimolo. E’ proporzionale alla luminanza dell’oggetto il quale appare con il colore complementare a quello originale

TEMPO DI ESPOSIZIONE L’occhio umano è in grado di discernere un impulso di luce della durata di solo 1/1000 di secondo ed è in grado di discernere un secondo impulso dal primo se l’intervallo di tempo è di almeno 1/10 di secondo

ACUTEZZA VISIVA Capacità dell’occhio di distinguere i dettagli ed è influenzata da :• dimensione dell’ogg.• luminanza• contrasto• tempo

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ACUITÀ VISIVA

dh 3438 =

160'

180

dh =

°°⋅⋅

ππ°°⋅⋅ [primi di grado]

h e d [m]

Il valore dell’angolo visivo di soglia checonsente a soggetti con visione normale didiscernere un oggetto nero su fondo biancoè di 1’

αα = angolo visivo sotto cui l’oggetto è visto dall’occhio

ααd

h NB

A





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CONTRASTO

Rappresenta la capacità di un osservatore didistinguere una differenza minima nellaluminanza tra due aree

1) Formula di Weston:g

lg

L

L - L = C

Lg = luminanza elemento a luminanza maggioreLl = luminanza elemento a luminanza minore

C ∈∈ [0,1]

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2) Formula di Blackwell:

L

L - L = C

b

bo -

= Cb

boρρ

ρρρρSe lasuperficie èdiffondente

Lo = luminanza dell’oggetto consideratoLb = luminanza del fondoρρo = fattore di riflessione dell’oggetto consideratoρρb = fattore di riflessione del fondo

C ∈∈ [0,1] se Lb > Lo fondo chiaro, oggetto scuroC ∈∈ [0,∞∞] se Lo > Lb oggetto chiaro, fondo scuro





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ABBAGLIAMENTO

Modificazione della condizione di equilibrio tral’azione fotochimica della luce e larigenerazione del pigmento retinico

L’abbagliamento può presentarsi qualora laluminanza degli apparecchi di illuminazione odelle finestre risulti eccessiva in rapporto allaluminanza del fondo

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TIPOLOGIE DI ABBAGLIAMENTO

ASSOLUTO Sottratto dal campo di visionel’oggetto abbagliante occorre un certo tempoperché nell’occhio si ripristinino le proprietàvisive normali

RELATIVO Il rapporto di contrasto risulta 3 ÷÷ 4volte maggiore del valore che si avrebbe inassenza dell’oggetto abbagliante





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TIPOLOGIE DI ABBAGLIAMENTO

FASTIDIOSO Introduce un disturbo senzanecessariamente alterare la visione deidettagli e degli oggetti e costituisce unfattore di affaticamento

DEBILITANTE Altera la visione del dettagliodegli oggetti senza necessariamenteprovocare un senso di disagio

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IL COLORE

Il colore è la reazione dell’apparato visivo aonde riflesse di luce aventi differente lunghezzad’onda λλ: esiste soggettivamente attraverso lavista e non ha un significato fisico specifico

Sorgentedi luce

Radiazioneincidente

Radiazione riflessa

Occhio





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LA PERCEZIONE DEL COLORE

I coni sono i responsabili nella distinzione deicolori ⇒⇒ nell’oscurità (bastoncelli) tutti glioggetti appaiono grigi

Colori primari:1. BLU2. VERDE3. ROSSO

Un essere umano può riconoscere un’immaginein tre modi:a. tinta (es. verde o blu)b. luminosità (es.opaca o brillante)c. contrasto (es.chiaro o scuro)

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1. RENDIMENTO LUMINOSO SPETTRALE

rapporto tra l’energia irradiata, entro i limitidell’intervallo visibile, e quella totale dell’interospettro di emissione

∫∫

∫∫∞∞

λλεε

λλεε

ηη

0

0.7

0.4s

d

d

=

PRINCIPALI CARATTERISTICHEDELLE LAMPADE

SORGENTI DI LUCE ARTIFICIALE

εε

λλ0.4 0.7





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2. EFFICIENZA LUMINOSA

rapporto tra le unità di flusso emesso dallasorgente e le unità di potenza assorbite[Lumen/Watt]

3. FLUSSO EMESSO

4. COLORE DELLA LUCE

5. VITA UTILE

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DETERMINAZIONE DELFLUSSO LUMINOSO

SUPERFICIE FOTOMETRICA

Luogo degli estremi della stella di vettori uscentidal “baricentro luminoso” della sorgente, aventilunghezza proporzionale all’intensità luminosanella direzione rappresentata da ciascuno di essi

Flusso totale emesso

(( ))∫∫ ∫∫∫∫ππ ππ

ππ

ππ

ϑϑϑϑϑϑϕϕϕϕΩΩΦΦ2

0

/2

/2-

4

0t d sen , I d = d I =

I = intensità luminosa

ϕϕ

ϑϑ





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superficieinternaperfettamentediffondentee non selettiva

LAMIERAMETALLICA

LA SFERA DI ULBRICHTLA SFERA DI ULBRICHT

D

L

F

L’illuminamento E sullafinestrella F, dovuto alla luceriflessa dalle pareti, èdirettamente prop. al flussototale φφ emesso dalla lampada:E = k φφ

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COLORE DELLA LUCE EMESSA

Temperatura di colore

Temperatura, espressa in Kelvin, a cui dovrebbeessere portato il corpo nero affinché la luceemessa produca una sensazione cromaticaequivalente a quella della sorgente in esame.

Gr. Colore apparente Temperatura di colore (K) W Caldo < 3300 I Intermedio 3300 ÷÷ 5300 C Freddo > 5300





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Nel caso di lampade a scarica (spettro diemissione discontinuo nelle λλ), si parla di

Temperatura correlata

Temperatura del corpo nero che produce unrisultato cromatico quanto più vicino a quellodella sorgente a scarica

Indice di resa dei colori

Deriva dal confronto tra un set di 8 coloricampione illuminati dapprima mediante unasorgente normalizzata di riferimento e poi con lasorgente di cui si intende stimare la resacromatica

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Gr. Ra Col. apparente Es. d’uso

1A ≥≥ 90 W, I, C Cucina colori,Ambulatori med.

1B [80,90] W, I, C Uffici, ospedali

2 [60,80] W, I, C Lav. industriali

3 [40,60] Lav. grossolane

4 [ <40 ]





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FATTORI DETERMINANTI DELLADURATA MEDIA

Variazione in aumento rispetto ai valorinominali della tensione

Lampade ad incandescenza:

ττ1 = durata media della lampada alimentata a tensione V1 ττ2 = durata media della lampada alimentata a tensione V2 m = coefficiente sperimentale [12.5 ÷÷ 13.5]

m

1

2VV

=

ττττ

2

1

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Numero di accensioni

Lampade a scarica:10 h in meno sulla vita media per ogni ciclodi accensione/spegnimento

Tipi di lampade Durata media (h)

A incandescenza 1.000 - 2.000A fluorescenza (tubolari) 7.500 - 10.000A vapori di sodioad alta pressione 12.000 - 14.000A vapori di sodioa bassa pressione 10.000 - 12.000





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CLASSIFICAZIONE DELLE SORGENTI LUMINOSE

Sorgenti ad incandescenza

filamento in gas inerti

a ciclo di alogeni

filamento nel vuoto

a bassa V

a bassissima V

Sorgenti a scarica

a vapori di mercurio ad alta P

a vapori di sodio a bassa P

a vapori di sodio ad alta P

ad alogenuri metallici

a vapori di mercurio a bassa P

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DATI TECNICI

Lamp. V W lm lm/W h K Ra

ad incan. 220 150 1520 15 1000 2850 100

alogena 220 100 1400 14 2000 3000 100

fluor. 220 18 1300 80 7500 6300 85

fluor. comp. 220 26 1800 69 5000 4000 85

ad alogenuri 220 39 2400 62 6000 3000 90

vap. Na b. P 220 18 1800 100 10000 - -

vap. Na a. P 220 50 3500 70 12000 2000 -





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APPARECCHI D’ILLUMINAZIONECARATTERISTICHEØProvvedono all’alimentazione della lampada, accogliendo i cavi elettrici e il portalampadaØRiparano la lampada da colpi, urti, sporco e vibrazioniØProteggono gli operatori da contatti accidentali con parti dell’impianto sotto tensione o ad alta temperaturaØModificano la curva fotometrica della lampada intercettandone e rinviandone i fasci luminosiØSchermano completamente, o entro certi angoli, la sorgente luminosa riducendo l’abbagliamento

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CLASSIFICAZIONEDiffusori

Apparecchi di forma geometrica semplice esimmetrica rispetto ad un asse, costruiti dimateriale traslucido che racchiude totalmente oparzialmente la sorgente

Riflettori

Apparecchi costituiti da un involucro dimateriale opaco la cui faccia interna,caratterizzata da un elevato coefficiente dirinvio, può avere, a seconda del trattamento, uncomportamento speculare, diffuso o semidiffuso





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RifrattoriApparecchi costituiti da involucri che avvolgonoparzialmente o totalmente la sorgente e chepresentano profonde scanalature aventi profiloed orientamento tali da costituire un sistema diprismi in grado di controllare, per rifrazione, ladirezione dei raggi luminosi uscentiProiettoriDispositivo ottico costituito da• Lenti →→ proiettori diottrici• Specchi o prismi a riflessione totale →→ proiettori catottrici• Lenti e specchi →→ proiettori catadiottriciavente una sorgente di piccole dimensioniposizionata nel fuoco del sistema

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PROPRIETÀ DEGLI APPARECCHI

Ø Campo di impiego (luoghi aperti, chiusi, speciali, ecc.)

e

uΦΦΦΦ

Ø Rendimento =

ΦΦe = flusso emesso dalla sorgenteΦΦu = flusso uscente

Ø Modalità di distribuzione del flusso luminoso nello spazio (→→ curva fotometrica)

Ø Massima potenza della sorgente luminosa





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CURVA FOTOMETRICA

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DIMENSIONAMENTO DEGLIIMPIANTI DI ILLUMINAZIONE

METODO “PUNTO PER PUNTO”Consiste nella determinazione del livello diilluminamento nell’intorno di un punto P notal’intensità luminosa (o la luminanza) dellasorgenteSorgenti puntiformi(lamp. ad incandescenza)

2pr

cos I = E

θθθθ

2

3

oh

cos I = E

θθθθ

2

2

vh

sen cos I = E

θθθθθθP

θθ Iθθh EO

Pθθ

Iθθ

EV





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Sorgenti estese(lamp. fluorescenti,vap. Hg bP, varchi diluce naturale, pareti)

221

1P,Sr

cos cos S L = E

2

θθθθ∆∆∆∆ ∆∆ 1

1221

SP,S Sd

r

cos cos L = E

1

2

θθθθ∫∫1

θθ1θθ2r

∆∆S1S1

S2P2

In

Illuminamento prodotto dal genericoelemento ∆∆S1 in P2 :

Illuminamento prodotto dall’intera superficieS1 intorno a P2 :

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Indice del locale

hu = distanza degli apparecchi dal piano utile

Fattore diutilizzazione Cu

coeff. di riflessionedell’amb. e indice K

(( ))b+ahba

= Ku ⋅⋅

⋅⋅ hu

a b

METODO DEL FLUSSO TOTALE





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Fattore diutilizzazione

Cucoeff. di

riflessionedell’amb. e

indice K

Coeff. dimanutenzione

mfrequenza delle

operaz. dipulizia

Coeff. didecadimento

ddelle

prestazionidella lampada

Numero degli apparecchi necessari

Em = ill. medio desiderato sul piano di lavoroΦΦ = flusso luminoso di un apparecchio

METODO DEL FLUSSO TOTALE

φφ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅dmCbaE

= nu

m

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SORGENTI DI LUCE NATURALE

Principali tipologie di varchi di luce naturale

Finestre verticali semplici

Lucernari e cupole

Copertura a shed

Abbaini





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FATTORIESTERNI

• posizione geografica• giorno dell’anno• condizione del cielo• ora di riferimento

ILL. MENTOSULLE

FINESTRATURE

TIPOLOGIADI VARCO

ILL.MENTOALL’INTERNO

FATTORIINTERNI

• numero di varchi• dimensioni dei varchi e dell’amb.• posiz. dei varchi• coeff. di riflessione• coeff. di trasmissione

• orientamento• inclinazione

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Sole

Cielo

Finestre

Lucernari

Shed Lumen Method

Daylight FactorMethod

Flux TransferMethod

ILL. MENTOSULLE

FINESTRATURE

TIPOLOGIADI VARCO

ILL.MENTOALL’INTERNO





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ILLUMINAMENTO SULLE FINESTRATURE

Luce diretta dal Sole

[[ ]]Klxh sena

-e

365n360

cos0.033+1 127.5 EP ⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅⋅⋅==

h senEE Ph ⋅⋅== γγ⋅⋅⋅⋅== cosh cosEE pv

Ep = illuminamento su un piano normale ai raggi del SoleEh = illuminamento su un piano orizzontaleEv = illuminamento su un piano verticalen = numero di giorno dell’anno

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γγ

φφ N

O

Enormale allafinestra

S

Z

h

ζζ

Sole

h = altezza del Sole sull’orizzontea = coefficiente atmosferico di assorbimentoγγ = ζζ -φφ =angolo compreso tra la normale alla superficie vert. e la retta di posizione del Soleζζ = angolo compreso tra la normale alla superficie verticale e il Sudφφ = angolo di azimut





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Luce diffusa dal cieloØ cielo sereno (0-30% di cielo coperto)Ø cielo parz. nuvoloso (40-70% di cielo coperto)Ø cielo nuvoloso (80-100% di cielo coperto)

(( )) ααθθγγαα⋅⋅θθ⋅⋅==

ααθθθθ⋅⋅θθ==

∫∫ ∫∫

∫∫ ∫∫

ππ++γγ

ππ−−γγ

ππ

ααθθ

ππ ππ

ααθθ

d d - cossenL E

d d cossenL E

2/2

/2

/2

0,v

2

0

/2

0,h

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normale allafinestra

retta del Sole

Pθθ

EO

Z

ααγγ

hN

S

Sole

Lθθ,αα = luminanza del cielo nel punto P del cielo dicoordinate sferiche θθ e αα [Kcd / m2]





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ILLUMINAMENTO ALL’INTERNO

DAYLIGHT FACTOR METHOD

Fattore di luce diurna

Rapporto tra l’illuminamento naturale in undeterminato punto del locale (Ei ) el’illuminamento naturale nello stesso punto, inassenza dell’edificio (Eo ). [[ ]]%100

E E

=DFo

i ⋅⋅

Ø Considera unicamente la luce diffusa proveniente dal cieloØ Esprime l’attitudine di un locale ad essere illuminato con luce naturaleØ E’ costituito da tre componenti fondamentali

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DF = SC + ERC + IRC

SC = comp. cielo (dovuta al flusso luminosoproveniente dalla porzione di cielo direttamentevisibile dal punto)IRC = comp. riflessa interna (dovuta allemolteplici riflessioni sulle superfici internedell’ambiente)ERC = comp. riflessa esterna (dovuta alleriflessioni sulle superfici di eventuali ostruzioniesterne)





51

DF = SC + ERC + IRC

IRC

SC

ERC

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Glare Index

MISURA DELL’ABBAGLIAMENTO

∑∑n

g 0.478 log 10 = GI

g = costante di abbagliamento di ogni potenziale sorgente nel campo visivo dell’osservatoreL1 = luminanza della sorgenteL2 = luminanza del fondop = indice di posizione della sorgenten = numero delle sorgenti di luceωω = angolo solido (sr)

p L

L = g

2

0.81.61 ωω

1.62

0.81.61

p L

L = g

ωω

ill. nat.

ill. art.





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Indice di abbagliamento unificato UGR

∑∑ωω⋅⋅

== ii

ii

b p

L

L.

logUGR 2

2

10250

8

Lb = luminanza del fondo [cd/m2]L = luminanza di ciascun apparecchio nella direzione dell’osservatore [cd/m2]ωω = angolo solido sotteso dalla parte illuminata di ogni apparecchio nella direzione dell’osservatorep = indice di posizione di GuthPuo’ essere ottenuto:

• per via di calcolo• mediante tabelle• con metodo semplificato

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FATTORE DI RESA DEL CONTRASTO(CRF):

Il contrasto dipende da:• caratteristiche di riflessione della superficie• direzione della luce che la illumina

0CC

CRF ==b

tb

LLL

C−−==

Lb = luminanza del fondoLt = luminanza del compito visivoC0 = costante definita per diversi compiti visivi in condizioni di riferimento





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VIDEOTERMINALI (VDT)

L’introduzione dei VDT negli ambiti dilavoro richiede sistemi di illuminazioneadeguati perché:

1) il compito visivo viene svolto su una superficie verticale, con caratteristiche speculari e convesse

2) il compito visivo e’ intrinsecamente molto diverso da quello tradizionale

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COMPITO VDT

pixel attivo

pixel non attivoscansione

scansione

luminanza





57

COMPITO TRADIZIONALE

scansione E

scansione

luminanza

58

3) gli operatori devono svolgere contemporaneamente compiti visivi molto diversi in relazione a:

ØØ visione dello schermo

ØØ visione del documento cartaceo

ØØ visione della tastiera

ØØ dialogo con il pubblico





59

4) le condizioni di illuminazione per i diversi compiti sono differenti e talvolta contrastanti (schermo-pubblico)

5) necessità di contenere l’abbagliamento, le riflessioni di velo e bilanciare le luminanze del campo visivo

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CARATTERISTICHE DELSISTEMA DI ILLUMINAZIONE PER VDT

Ø illuminamento generale tale da evitare l’effetto di locale buio

Ø illuminamento localizzato del compito visivo tradizionale

Ø luminanza media sul soffitto tra 200÷÷400 cd/m2

Ø flusso luminoso diretto verso il basso limitato da un angolo zenitale ≈≈ 50°





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Ø campo visivo professionale: valori di luminanza < 200 cd/m2 con rapporto ben bilanciato:

LC : LPL : Lpar = 10 : 4 : 3

LC = luminanza compito visivo LPL = luminanza piano di lavoro Lpar = luminanza pareti verticali

Ø assenza di abbagliamento

62

Ø elevato CRF

Ø controllo della luminanza dei varchi di luce naturale

Ø disposizione del video in modo da evitare riflessi di apparecchi di illuminazione e/o di finestrature

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