Mi illumino di LED, guida agli apparecchi di illuminazione con tecnologia LED

IMQ, Istituto Italiano del Marchio di Qualità ha reso disponibile una breve guida agli apparecchi di illuminazione realizzati con tecnologia LED molto interessante sia per gli utilizzatori di questi nuovi sistemi di illuminazione, sia per i professionisti del settore.

UN PO’ DI STORIA
La tecnologia LED (Light Emitting Diode – Diodo a emissione luminosa) nasce nel 1962 grazie al genio di Nick Holonyak, consulente della multinazionale General Electric, che non immaginava di certo il successo che avrebbe incontrato la sua invenzione. I primi LED erano disponibili solo nel colore rosso e venivano utilizzati come indicatori nei circuiti elettronici, nei display a sette segmenti e negli optoisolatori. Successivamente vennero sviluppati LED che emettevano luce gialla e verde e vennero realizzati dispositivi che integravano due LED, generalmente uno rosso e uno verde, nello stesso contenitore, permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso, verde+rosso = giallo) con lo stesso dispositivo. Negli anni Novanta vennero realizzati LED con efficienza sempre più alta e in una gamma di colori sempre maggiore fino a quando con la realizzazione di LED a luce blu fu possibile realizzare dispositivi che, integrando tre LED (uno rosso, uno verde e uno blu), potevano generare qualsiasi colore. Da quel momento in poi, le possibilità di impiego dei LED si ampliarono notevolmente arrivando oggi a illuminare anche le città e le nostre case.

COME FUNZIONANO
La tecnologia LED sfrutta la proprietà di elettroluminescenza di alcuni elementi semiconduttori che emettono la luce sotto l’effetto di un campo elettrico. Il meccanismo si basa sulla ricombinazione di elettroni e lacune (uno dei due portatori di carica che  contribuiscono al passaggio di corrente elettrica nei semiconduttori) in un materiale semiconduttore opportunamente “drogato” e sottoposto all’azione di un campo elettrico. Gli elettroni eccitati dalla corrente rilasciano così energia sotto forma di fotoni e quindi luce. Il grande vantaggio dell’elettroluminescenza sta nella conversione diretta di energia elettrica in luce, senza ricorrere a stadi intermedi come avveniva, ad esempio nell’incandescenza (lampade ora fuori commercio) dove la luce rappresentava il terzo stadio del processo, uno “scarto di produzione” nella generazione del calore all’interno di una resistenza. Maggiore efficienza, quindi, rispetto ai sistemi di illuminazione classica, ma anche assenza di calore e facilità di miniaturizzazione che permettono la semplice e sicura integrazione in qualsiasi apparecchio o ambiente.

I VANTAGGI
Risparmio energetico, efficienza luminosa, basse esigenze di manutenzione, durata, resistenza a basse temperature, umidità e vibrazioni, un elevato livello di resa del colore e la possibilità di ottenere effetti dinamici tramite la variazione del colore: ecco i principali motivi per i quali gli apparecchi di illuminazione a LED rappresentano una buona scelta e, con molto probabilità, la rappresenteranno sempre più. In pochi anni, infatti, anche quelle criticità che caratterizzavano i primi apparecchi di illuminazione a LED, quali la quantità di luce emessa (espressa in lumen) e i costi elevati, sono andati riducendosi.
Solo nel 2000 le lampade a LED non andavano oltre i 20 lumen. Oggi superano i 120 lumen. Lo stesso valga per i prezzi, ancora alti rispetto a una lampada classica, ma in progressiva riduzione, se si considera che oggi i costi di una lampadina a LED possono variare dagli 8 ai 40 euro. Ciò a fronte di numerosi vantaggi, anzitutto in termini di impatto ambientale.
Le lampade a LED infatti, non contengono sostanze inquinanti come il piombo, l’azoto, il mercurio o altri gas nocivi e, per quanto riguarda quelli utilizzati negli apparecchi di illuminazione, non emanano raggi UV e IR, dannosi per gli occhi. Inoltre, consumano un terzo dell’energia richiesta da una lampada a incandescenza pur possedendo una forte efficienza luminosa (un apparecchio LED da 3W illumina quanto una lampadina da 50W). Hanno una lunga durata (60.000 ore di media a fronte delle 8.000 ore di una lampada a fluorescenza) e vantano un’alta resistenza agli urti e alle vibrazioni. Non per niente spesso vengono installati come soluzioni di illuminazioni nei vialetti di ingresso alle abitazioni perché resistenti anche al passaggio delle auto.

LE APPLICAZIONI
I LED in questi anni si sono diffusi in tutte le applicazioni in cui serviva elevata affidabilità, durata, elevata efficienza e bassi consumi. Tra gli utilizzi principali ricordiamo i telecomandi a infrarossi, gli indicatori di stato (lampadine spia), la retroilluminazione di display LCD, l’utilizzo nei semafori e negli “stop” delle automobili, nei cartelloni a messaggio variabile e nell’ illuminazione, urbana e domestica. Una scelta che non dovrebbe stupire dati i vantaggi già visti in termini di durata, risparmio energetico e costi di manutenzione, ma indotta anche dal tipo di illuminazione offerta dagli apparecchi a LED in grado di valorizzare particolarmente piazze e monumenti, grazie anche alla possibilità di cambiare colore per modellare gli oggetti da illuminare, per farne risaltare i pregi, per non abbagliare e lasciare agli occhi e alla mente la possibilità di interpretare. Nell’illuminazione domestica gli apparecchi a LED si utilizzano sia all’interno. affiancandosi alle lampade alogene e alle fluorescenti, sia all’esterno. Qui i LED possono essere utilizzati per decorare fontane, piscine, gradini. Oppure, possono essere posizionati vicino alle aiuole e alle panchine: il loro ristretto fascio luminoso permette di rischiarare gli oggetti in modo puntuale e preciso.

LEGGERE L’ETICHETTA
A seconda degli utilizzi e degli effetti desiderati i requisiti da tenere in considerazione nell’acquisto di apparecchi di illuminazione a LED sono i seguenti. Indice di resa cromatica CRI (Color Rendering Index) La resa cromatica di una sorgente luminosa indicala capacità della sorgente di rendere i veri colori di un oggetto. Per rendere al meglio tutti i colori, una sorgente luminosa deve avere uno spettro di emissione il più completo possibile. Inizialmente i LED avevano un indice cromatico molto inferiore a quello delle lampade classiche. Le nuove tecnologie hanno migliorato molto i prodotti portandoli a un indice di resa del colore di 90+, posizionandoli oltre al livello delle migliori fluorescenti, con un rendering colorimetrico eccellente.
Grado IP
E’ il dato che indica la resistenza alle polveri e all’umidità. In caso di apparecchi LED da esterno l’IP consigliato deve essere superiore a 44.
Efficienza luminosa
Espressa in lumen/watt è il rapporto tra il flusso luminoso (lumen) e la potenza in ingresso. In pratica è la capacità di convertire l’energia fornita in luce. Attualmente i LED sono molto energetico-efficienti e hanno una media di efficienza luminosa di 80 lumenper watt rispetto ai 16 lm/W delle lampade alogene o ai 50 lm/W delle lampade fluorescenti.
Luminosità
Espressa in lux esprime la misura dell’illuminamento di una superficie, la quantità di luce percepita. Nei progetti di illuminazione di spazi abitativi esprime l’illuminamento, ovvero l’energia per metro quadrato che è considerata necessaria all’applicazione. Partendo da questa specifica, si determina il tipo e il numero complessivo di lampade più rispondenti ai diversi bisogni.
Angolo luce
L’angolo di emissione che si riferisce a come è diffusa l’emissione luminosa. La scelta dell’angolo di emissione influisce sul risultato dell’intensità luminosa finale. Maggiore è l’angolo di emissione e meglio si distribuisce la luce emessa, ma per contro peggiora l’intensità luminosa.
Temperatura colore (CCT)
È il termine usato per quantificare la tonalità della luce generata da una sorgente luminosa e si misura in gradi kelvin, K. Temperatura bassa, corrisponde a un colore giallo-arancio. Scendendo si passa al rosso, salendo la luce si fa prima bianca, quindi azzurra, violetta e ultravioletta Se il colore dominante della luce tende al rosso si dice che la luce emessa ha una tonalità calda. Se il colore dominante tende al blu si dice che la luce emessa ha una tonalità fredda. Dal momento che la luce crea l’ambiente in cui viviamo, la temperatura di colore della luce provoca delle reazioni psicofisiche di cui è fondamentale tenere conto.
In generale:
(2700K-3000K) – una luce con temperatura di colore “calda” crea un ambiente rilassante ed accogliente: casa – ristorante;
(4000K) – la temperatura di colore “naturale” genera effetti di maggior dinamicità ed è più favorevole alle attività lavorative: ufficio, negozio, shopping mall;
(6000K-6500K) – una temperatura di colore “fredda” è preferibile per ambienti in cui il livello di attenzione e di efficienza debba essere molto alto: laboratori, ospedali.
Altre indicazioni riportare su apparecchi a LED riguardano: Tensione, Efficienza sistema illuminante, Potenza, Numero di LED, Vita operativa espressa in ore, Temperatura operativa espressa in °C.

LA GARANZIA DELMARCHIO IMQ
Nonostante la tecnologia a LED stia conoscendo uno sviluppo rapido e positivo da tutti i punti di vista, ancora presenta qualche punto debole. Ad esempio, l’emissione di radiazioni ottiche e, in particolare, i rischi da luce blu (la radiazione luminosa compresa tra i 380 ed i 520 nm-nanometro) che possono danneggiare la retina se sottoposta a una prolungata esposizione.
Per questo motivo è sempre fondamentale acquistare prodotti di qualità, come quelli certificati con il marchio IMQ e/o ENEC 03 che danno la certezza di essere stati costruiti in conformità con le norme europee in termini di sicurezza elettrica e di radiazioni ottiche e di essere stati verificati, prima di venire immessi sul mercato, da un ente terzo al di sopra delle parti.
La norma che definisce le modalità di verifica dei rischi derivanti dall’esposizione alle radiazioni ottiche è la IEC 62471 del 2006 (ratificata poi dalla norma europea EN 62471:2008) per la “Sicurezza fotobiologica delle lampade e dei sistemi di lampada”.
Per verificare che le emissioni di una sorgente luminosa non superino i limiti consentiti dalla norma, IMQ ha realizzato un laboratorio di prova specifico per la valutazione dei rischi causati dalla radiazione ottica – la radiazione compresa tra 200 nm e 3000 nm – ossia UV, visibile e IR.

I CONSIGLI IMQ PER L’ACQUISTO
• Preferite prodotti certificati che riportino un marchio di sicurezza come IMQ e/o ENEC 03.
• Scegliete il tipo e il numero di lampade in base al grado di luminosità (espressa in lux) considerando soprattutto quale ambiente andranno a illuminare e a quale uso saranno adibite.
• Per far si che il vostro impianto di illuminazione renda al meglio i colori, scegliete prodotti a LED con una resa cromatica di almeno 90+, in modo che possiedano uno spettro di emissione il più completo possibile.
• Per l’esterno acquistate prodotti a LED con un grado IP superiore a 44 per esser certi che l’apparecchio resista agli attacchi di polvere e umidità.
• Per un’efficienza luminosa ottimale, scegliete apparecchi da 80 lumen per watt.
• Dalla scelta dell’angolo di emissione dipende l’intensità luminosa finale. Maggiore è l’angolo di emissione e meglio si distribuisce la luce emessa, ma per contro peggiora l’intensità luminosa.

QUALCHE CURIOSITÀ
• Nel 2007 sono stati festeggiati i 100 anni della scoperta dell’elettroluminescenza, scoperta legata al nome dell’americano H. J. Round, collaboratore del nostro Guglielmo Marconi presso le Officine Radiofoniche Marconi. Purtroppo, Round accantonò la scoperta dell’elettroluminescenza per studiare la direzione dei segnali radio navali; ecco come l’elettroluminescenza, principio alla base della tecnologia LED, è stata dimenticata per circa mezzo secolo.
• I termini “LED” e “zapping” sono intimamente legati. Infatti, dopo la Seconda Guerra Mondiale, in America viene introdotto il primo televisore che consente di cambiare canale senza doversi alzare perché collegato a un comando esterno tramite un cavo. La vera novità si registra nel momento in cui si realizza il primo telecomando a infrarossi che, proprio grazie a una lucina a LED, permette di cambiare i canali della tv anche da una certa distanza.

VANTAGGI IN PILLOLE
Rispetto per l’ambiente. Le lampade a LED contengono polvere di silicio, non contengono sostanze dannose per l’ambiente come il piombo, l’azoto o il mercurio o altri gas nocivi per la salute. Non comportano inquinamento luminoso: il LED brilla ma non satura l’ambiente, ed è privo di emissioni di raggi UV e IR, dannose per gli occhi.
Risparmio energetico. Le lampade a LED consumano un terzo dell’energia richiesta da una lampada a incandescenza.
Efficienza luminosa. Altissima. Attualmente, un faretto a 3 LED da 3W è paragonabile a quello di una lampadina da 50W.
Durata nel tempo. 60.000 ore di media a fronte di 8.000 ore di una lampada fluorescente.
Robustezza: resistenza agli urti e alle vibrazioni. Non avendo un delicato filamento da rompere, i LED sono estremamente resistenti alle vibrazioni trasmesse dal motore e agli urti.
Accensione a freddo: (fino a -40 °C) e insensibilità a umidità.
Sicurezza: non irradiano calore (IR) e ultravioletti (UV), possono essere alimentati a bassissima tensione.
Dimensioni minime: la compattezza dei LED permette di realizzare corpi lampada contenuti che non impattano l’estetica architetturale.
Cromaticità: disponibilità di LED di diversi colori, quali il rosso, verde, blu, ambra oltre al bianco consente di combinare i diodi per generare sequenze dinamiche o per miscelare i colori in maniera continua o selettiva.
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