Flusso emesso direttamente nel cielo

Come abbiamo visto, sono diversi i motivi per cui ci può essere emissione diretta di luce ad angoli maggiori di zero rispetto l'orizzonte: proiettori montati senza schermi o orientati male, apparecchi non totalmente schermati, montati su bracci troppo inclinati, vetri e coppe di protezione curvi, rifrattori o meno, globi  o lampioni, fasci pubblicitari, vetrine. Nella tabella 2.1 sono elencati i valori massimi, medi e minimi del rapporto tra il flusso emesso sopra l'orizzonte e il flusso  totale emesso da un apparecchio di illuminazione (UFR) misurato su un campione di apparecchi di vario tipo (Diaz Castro 1994). Occorre tenere presente che il campione non raccoglie tutte le armature presenti sul mercato, né necessariamente le più diffuse, per cui i valori della tabella non si possono considerare tipici per la classe di apparecchi cui si riferiscono ma sono solo indicativi. Essi si riferiscono alla posizione standard dell'apparecchio (inclinazione dell'ottica  minima). Nella tabella si vede che mentre le apparecchi cut-off con vetro di protezione piano avevano un UFR attorno allo 0.1% con minimi del 0.04%, gli apparecchi con vetro di protezione prismatico esaminati avevano in media un UFR del 3.16%. I pochi apparecchi del campione classificabili semi-cut-off secondo la classificazione CIE avevano un UFR compreso tra 1.3% e 2.95%. Meglio si comportano quelli senza vetro di protezione che nel campione avevano un UFR medio del 0.14%. Si tenga conto che al crescere dell'inclinazione la frazione di flusso emessa verso l'alto cresce notevolmente (anche al 10-20%). Nel caso delle lanterne l'UFR medio è il 34.7% contro il ben più piccolo 1.31% delle lanterne con riflettore cut-off. Dalle figure 2.17 e 2.18 si può stimare che i globi  classici abbiano un UFR maggiore del 50% e quelli con alette paraluce un UFR del 10-15%. I Globi  accuratamente schermati hanno un UFR minore del 1.5% circa.

   

Descrizione UFR max UFR med UFR min 4|c|Armature con lampada entro un riflettore

aperte, senza vetro di protezione 0.17% 0.14% 0.08%

chiuse da vetro trasparente piano 0.15% 0.11% 0.04%

chiuse da vetro trasparente curvo 0.27% 0.20% 0.14%

chiuse da plastica trasparente 2.37% 1.47% 0.91%

chiuse da vetro prismatico 3.37% 3.16% 2.95% 4|c|Altre armature

Lanterne cut-off a pareti trasparenti 1.74% 1.31% 0.80%

Lanterne cut-off a pareti traslucide 5.22% 4.51% 3.80%

Lanterne classiche 38.6% 34.7% 30.6%

Nota: Nella posizione standard (inclinazione minima).

In una città o in un territorio, il flusso disperso verso l'alto prodotto dall'illuminazione stradale (spesso composta da apparecchi di illuminazione con vetro prismatico, lampioni, lanterne, globi  e altre armature molto disperdenti) si somma a quello prodotto dall'illuminazione di edifici, insegne, e altro, e quindi il rapporto tra il flusso totale disperso direttamente verso l'alto e il flusso  totale emesso dagli apparecchi (chiamato Total Upper Wasted Light Ratio, total UWLR) è in genere molto elevato. Fanno naturalmente eccezione le zone ove sono in vigore norme contro la dispersione di luce e l'inquinamento luminoso. Le stime ottenute in USA (es. Garstang 1986) e in Italia (Di Sora 1990) indicano un UWLR totale almeno del 15%. Recentemente è allo studio della Commissione 50 (The protection of existing and potential observatory sites) dell'International Astronomical Union suddivisione del territorio in zone, a seconda del tipo di osservazioni astronomiche svolte in esse. In relazione ad esse è stato proposto in seno al Comitato Tecnico 4.21 della Commission Internationale de l'Eclairage fissare per ogni zona un livello massimo consentito del rapporto tra il flusso totale disperso direttamente verso l'alto da un apparecchio di illuminazione dopo l'installazione e il flusso totale da esso emesso  (Upper Wasted Light Ratio, UWLR). I valori dell'UWLR massimo attualmente proposti dalla Oficina tecnica para la proteccion de la calidad del cielo dell'Instituto de Astrofisica de CanariasOTPC-IAC) per ogni tipo di zona sono illustrati nella seconda colonna della tabella 2.2. Nella terza colonna sono elencati i valori massimi dell'UWLR che sono stati proposti per l'orario dopo la mezzanotte (la metà). Sono state proposte anche delle regole sulle distanze minime tra due zone diverse. Come si vedrà più avanti, se una pavimentazione stradale riemette verso l'alto il 10% del flusso emesso dall'apparecchio (è un valore abbastanza usuale), il rapporto (in percentuale) tra il flusso disperso direttamente verso l'alto dall'apparecchio e quello emesso dalla pavimentazione è dell'ordine di dieci volte l'UWLR.

   

Attività astronomica nella zona UWLR % max UWLR % max dopo le ore 24

osservatori di interesse mondiale 0.1 (0)

osservatori di livello (inter)nazionale 0.2 0.1

telescopi da 1m (livello accademico) 0.5 0.2

telescopi da 1m (livello post-laurea) 1.0 0.5

telescopi da 50 cm (studenti, astrofili) 1.5 0.8

telescopi da 30 cm (astrofili) 5.3 2.5

osservazione del cielo saltuaria 14.8 7.5

nessuna osservazione astronomica 38.8 19

Nota: Valori provvisori proposti dalla OTPC-IAC.

Il Comitato Europeo per la Normalizzazione (CEN) nella bozza della norma CEN/TC 169/226 JWG "Lighting applications and road equipment - Road lighting - Part 2: Performance requirements" (cap.8 "Appearance and environmental aspects") ha suddiviso in classi di intensità alcune geometrie dell'emissione luminosa fissandone le intensità massime a vari angoli rispetto la verticale. Non si è ancora giunti ad una versione definitiva per cui ci limitiamo a presentare nella tabella 2.3 una versione preliminare, invitando il lettore a fare riferimento, quando completata, a quella definitiva. Questa classificazione è stata preparata proprio per utilizzarla quando si debba limitare l'abbagliamento  o la dispersione di luce. In questo modo si potrà richiedere che in una certa area le intensità luminose emesse a vari angoli appartengano alla classe G-esima, evitando di porre specifiche richieste sul tipo di apparecchi di illuminazione da utilizzare. Si faccia attenzione che nella classificazione definitiva le sigle delle classi possono cambiare. La classe (preliminare) G6 (0 cd/klm sopra 90truept $\circ$) è l'ideale dal punto di vista della dispersione di luce poiché produce un ULOR eguale a zero ed è quella da richiedere per evitare l'inquinamento luminoso. Talvolta può essere sufficiente richiedere le classi di intensità (preliminari) G4 (0 cd/klm sopra 95truept $\circ$e 10 cd/klm sopra 90truept $\circ$) e G5 (0 cd/klm sopra 95truept $\circ$e 10 cd/klm sopra 90truept $\circ$) che producono un ULOR minore dello 0.5% e lasciano agli installatori una più ampia scelta di armature. Grossomodo gli apparecchi di classe G5 e G6 producono un UFR $\le 0.8$%, cioè sono apparecchi fortemente schermati. Quando possibile, comunque, va richiesta la classe (preliminare) G6 (0 cd/klm a 90truept $\circ$e oltre). Nella classificazione non è presente una classe di intensità la cui emissione sia equivalente a quella degli apparecchi cut-off, secondo la definizione CIE. Tuttavia, l'imposizione che gli impianti soddisfino le classi di intensità G5 o G4 equivale, per quanto riguarda l'emissione oltre i 90$^{\circ}$ (quella che ci interessa), ad imporre l'uso di apparecchi cut off CIE.

   

Classe 4|c|Intensità massima ULOR max

$$\circ \circ \circ \circ$$ prelimin.

$$\sim$$ G1 200 cd/klm 50 cd/klm

$$\sim$$ G2 150 cd/klm 30 cd/klm

$$\sim$$ G3 100 cd/klm 20 cd/klm

$$\sim$$ G4 500 cd/klm 100 cd/klm 10 cd/klm 0 cd/klm

$$\sim$$ G5 350 cd/klm 100 cd/klm 10 cd/klm 0 cd/klm

G6 350 cd/klm 100 cd/klm 0 cd/klm 0 cd/klm 0.0%

Note:
1. L'angolo si intende misurato a partire dalla verticale verso il basso della lampada già installata.

Ci sono impianti, ad esempio in alcuni tipi di stadi sportivi, che disperdono necessariamente luce al di fuori dell'area da illuminare a causa del tipo di illuminazione richiesta (v. sez 2.1.2). La Institution of Lighting Engineers (ILE) ha fissato alcuni limiti massimi anche alla intensità totale della luce emessa da ogni sorgente in direzioni diverse da quella dell'area da illuminare. I valori limite dipendono dall'area ove l'impianto si trova. Per zone considerate "buie" (ILE E1), quali i parchi nazionali, l'intensità massima è zero, per zone di bassa luminosità (ILE E2), quali le zone rurali, l'intensità massima è di 50 kcd, per zone di media e alta luminosità (ILE E3, E4), quali rispettivamente zone urbane e centri urbani, l'intensità massima è di 100 kcd. Questi limiti sono elevatissimi ma, per fortuna, dopo le ore 23.00 l'ILE raccomanda che l'intensità massima non superi, rispettivamente, le 0, 0.5, 1.0 e 2.5 kcd. Anche questi limiti sono tuttavia molto elevati.

Non è facile calcolare come varia nelle varie direzioni dello spazio l'intensità luminosa dovuta all'emissione diretta nel cielo prodotta globalmente dall'illuminazione di una città. Per esprimere, in prima approssimazione, questa distribuzione Garstang (1986) ha usato nei suoi modelli con ottimi risultati una legge del seguente tipo: $$I_{dir}=0.554\frac{\Phi_{T}}{2\pi}\theta^{4}$$

(4)

ove $\theta$ è l'angolo della direzione considerata con la verticale in radianti, I_dir è l'intensità per unità di angolo solido in lumen/sterad ed $\Phi_{T}=\overline{\epsilon}\overline{\Phi}$ è il flusso totale emesso direttamente in cielo in lumen. Tale funzione vale zero allo zenith e cresce rapidamente avvicinandosi all'orizzonte.