Doppia regolazione negli impianti a tecnologia LED

(articolo pubblicato in “Elettrificazione”, editoriale Delfino – marzo-aprile 2018)

Tra i requisiti degli impianti di illuminazione più apprezzati da progettisti, installatori e certamente dagli utenti finali, figura la regolazione del flusso luminoso. Sono innumerevoli i casi in cui emergono i grandi vantaggi offerti dalla possibilità di cambiare liberamente, con un semplice comando manuale o remoto, la potenza della luce emessa dagli apparecchi. Si pensi soltanto all’integrazione tra la luce artificiale e luce diurna (dinamica per sua natura), oltre alla personalizzazione degli scenari luminosi, zona per zona secondo le esigenze degli occupanti, e all’adeguamento dei livelli di illuminamento ai diversi utilizzi degli ambienti.

 

Light dimmer per le lampade a incandescenza, alogene e a scarica

Negli impianti tradizionali è molto comune l’uso dei light dimmer a taglio di fase, piccoli dispositivi elettronici spesso abbinati al comando on-off. Nel caso delle classiche lampade a filamento incandescente, però, la regolazione del flusso influenza la tonalità bianca della luce. La temperatura di colore, la grandezza colorimetrica che misura la tonalità, subisce delle alterazioni rilevanti, ben visibili anche da parte di osservatori distratti. Riducendo il flusso – vale a dire la potenza delle radiazioni elettromagnetiche nello spettro compreso tra 380 e 780 nanometri – la luce bianca vira verso il bianco-giallo (bassi valori della temperatura di colore). Si consideri inoltre che, nei modelli a ciclo di alogeni, ancora oggi parzialmente sul mercato dopo le deliberazioni dell’Unione Europea, si altera il ciclo rigenerativo del filamento che è la principale caratteristica di questa sorgente. Per questa ragione la lampada alogena sottoposta a frequenti regolazioni ha una durata di funzionamento inferiore a quella prevista.

Ma anche nel caso lampade a scarica ad alta pressione (a vapori di alogenuri metallici e a vapori di sodio) ci sono vincoli significativi: non è infatti possibile variare la potenza della luce fino ad arrivare al suo azzeramento. Generalmente si riesce a ridurla fino a circa il 30%. Al di sotto di questa soglia la lampada si disattiva ed occorre attendere il suo raffreddamento per riavere flusso ad un livello superiore. Fanno eccezione solo le lampade a fluorescenza il cui flusso è regolabile dall’1% al 100%.

 

 

 

La regolazione nelle sorgenti a tecnologia LED

L’avvento dei LED ha riformulato in termini nuovi la funzione regolativa negli impianti di illuminazione. Si può dire che la regolazione della luce abbia trovato nuovo spazio per riqualificarsi e anche, come vedremo, per articolarsi in una duplice prestazione, ossia la modulazione sia del flusso che della tonalità nella stessa sorgente luminosa.

Come è noto agli operatori del settore, il flusso del diodo luminoso è una grandezza che varia in proporzione alla quantità di corrente che transita al suo interno. Se riduciamo la corrente elettrica rispetto al valore massimo prescritto dal costruttore otteniamo un flusso minore rispetto a quello nominale con la corrente al 100%. La regolazione così effettuata, tuttavia, presenta dei limiti: non è possibile azzerare il flusso portando a zero il valore della corrente e la tonalità bianca della luce può subire delle alterazioni a causa dell’anomala reazione dei fosfori all’interno dei LED. Per superare questi problemi oggi si preferisce adottare l’alimentazione a impulsi di corrente che in pratica significa attivare e disattivare il diodo ad intervalli regolari secondo una frequenza variabile. Quando i singoli impulsi sono separati da un piccolo intervallo di tempo la riduzione del flusso è minima, ma quando l’intervallo temporale tra due impulsi successivi viene incrementato il flusso diminuisce fino a raggiungere il valore praticamente nullo. Il flusso è talmente basso da non essere percepibile.

Ai fini di garantire il comfort visivo è importante che la frequenza degli impulsi, cioè il loro verificarsi ogni secondo, non sia così bassa da rendere percepibile la sia pur rapida sequenza delle accensioni e degli spegnimenti. Nel gergo tecnico viene chiamato “flickering” l’effetto fastidioso del lampeggiamento della luce. Un secondo fattore che è causa di flickering è l’ampiezza dell’impulso, ossia la quantità di corrente che determina l’emissione ai vari intervalli.

I modelli più avanzati di alimentatori dimmerabili per LED oggi disponibili (Figure 1 e 2) basano il loro funzionamento sulla combinazione tra la modulazione della corrente costante e la generazione impulsi ad una frequenza che non scende mai sotto la soglia che causa l’effetto flicker. Si ottiene in tal modo la regolazione continua e regolare del flusso luminoso, da zero al 100%, con la totale assenza del flickering.

 

I diodi luminosi multichip per modulare la tonalità del bianco

Questi alimentatori/regolatori di ultima generazione permettono di intervenire anche sulla tonalità della luce bianca negli apparecchi equipaggiati con i LED multichip (Figura 3). Si tratta di diodi che emettono, grazie alla presenza di tre o quattro chip emettitori (spesso ai tre colori primari viene aggiunto il bianco per incrementare il flusso), radiazioni luminose di differenti colori – rosso, blu e verde, RGB, red, green, blue – che fondendosi insieme, in sintesi additiva, generano lo spettro di radiazioni elettromagnetiche che i nostri occhi vedono secondo un data tonalità del bianco. La luce che stimola i nostri occhi è, nella sua realtà fisica, una miscela di radiazioni che, viste singolarmente, appaiono di differenti colori. Tale miscela prende il nome di “spettro”. Il nostro apparato visivo distingue i colori all’interno di questo insieme di radiazioni, ma percepisce anche la loro sintesi, ossia la loro fusione in un nuovo colore (generato per sintesi additiva): il bianco. La visione del colore di sintesi avviene quando nello spettro sono presenti radiazioni di varia potenza con lunghezze d’onda comprese tra 380 e 780 nanometri. Lo spettro completo del bianco spiega perché si utilizza questo colore che risulta da una sintesi per illuminare gli ambienti. La migliore restituzione dei colori per riflessione della luce dalle superfici illuminate avviene solo se il suo spettro è completo.

Regolando finemente le singole radiazioni cromatiche, cioè quelle con frequenze contenute in un piccolo intervallo dello spettro, il driver equipaggiato col dimmer genera la variazione modulata della temperatura di colore (Figure 4 e 5). E’ possibile così passare dalla luce calda a quella intermedia o a quella fredda. Si ricava così la duplice variazione della luce: in quantità (flusso luminoso) e in qualità cromatica (temperatura di colore).

 

I comandi per la regolazione

Concludiamo con le ultime annotazioni utili per chi realizza l’impianto luci a doppia regolazione. L’elettronica mette a disposizione un’ampia gamma di modalità per la sua gestione. Iniziamo con i comandi a potenziometro su linea analogica (Figura 6): con un solo potenziometro si opera la regolazione di una serie di alimentatori/dimmer. Il potenziometro regola la sua tensione da 1 volt a 10 volt a cui corrisponde rispettivamente il minimo e il massimo flusso luminoso. Possono essere connessi più alimentatori in parallelo. L’impianto è regolato da un solo punto di comando. La linea del comando è isolata e a bassa tensione. Al valore di 1V corrisponde il flusso minimo, a 10V quello massimo. L’interfaccia di regolazione è costituita dal potenziometro 1-10V acquistabile separatamente rispetto al driver. Oltre ai due fili di collegamento per la linea di controllo a bassissima tensione questo dispositivo può essere fornito di un interruttore incorporato per l’operazione di on/off. La rotazione della manopola regola il flusso, la sua pressione attiva l’interruttore e accende o spegne l’impianto. La distanza tra il potenziometro e l’ultimo alimentatore/dimmer può arrivare a 50 metri.

Una seconda modalità impiantistica è offerta dai comandi a pulsante (push) per effettuare un’operazione analoga alla precedente (la pressione singola accende e spegne, la pressione continua regola) per comandare di regola un solo driver (Figura 7).

Con la terza modalità si compie un salto qualitativo: le regolazioni e i cicli on-ff sono gestiti tramite sistemi DALI o DMX: la linea digitale dei segnali trasmette dei dati numeri con cui è possibile identificare e regolare i singoli alimentatori/dimmer collegati (Figura 8).

Infine citiamo i dispositivi che oggi si presentano come le frontiera dell’innovazione tecnologica in materia di gestione automatizzata degli impianti. Ci riferiamo all’ampia compagine dei comandi remoti privi di cavi: dai semplici telecomandi per l’invio di segnali sotto forma di radiazioni infrarosse, ai telecomandi che trasmettono segnali sotto forma di radiazioni elettromagnetiche in radio-frequenza, fino ai recenti sistemi wireless di gestione da Smathphone o IPhone (Figure 9, 10 e 11). Non mancano, dunque, importanti novità nelle tecnologie impiantistiche per la duplice regolazione delle luce

 

 

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Didascalie delle figure

 

Figura 1 Alimentatore dimmerabile per LED. Nei diagrammi sono indicate le modalità della regolazione: a impulsi, a corrente costante, ibrida (documentazione e produzione ELDOLED).
Figura 2 Alimentatori dimmerabili per moduli LED di varie potenze. La regolazione è effettuata sul flusso luminoso e sulla tonalità della luce (documentazione e produzione ELDOLED).
Figura 3 LED multichip a tecnologia RGB. La sintesi additiva permette di ottenere varie tonalità del bianco regolando i tre colori primari (documentazione e produzione CITIZEN).
Figura 4 Sui quattro moduli lineari sono in funzione LED con emissioni nei tre colori primari (Red, Green, Blue). L’alimentazione è fornita dal driver A, dal dimmer D, e dai tre comandi C per controllare i tre colori primari (modello Colorimix Rigid OTGRB DIM Controller, produzione e documentazione OSRAM Opto Semiconductors).
Figura 5 Alimentatore e tre dimmer per la regolazione separata dei chip presenti nel modulo LED.
Figura 6 Schema di installazione per tre alimentatori dimmerabili con regolazione effettuata tramite potenziometro (rettangolo a destra nel disegno) a tensione compresa tra 1 e 10 volt.
Figura 7 Schema di installazione per un alimentatore dimmerabile con regolazione effettuata tramite pulsante (push).
Figura 8 Alimentatore a corrente costante per moduli LED con selettore delle correnti di pilotaggio. Dimmer incorporato funzionante con potenziometro (1 – 10 V), pulsante (push) e sistemi DALI (documentazione e produzione TCI).
Figure 9 e 10 Bancone bar a luce colorata dinamica nell’Apple Bar a Mosca (progetto: A+I Studio).
Figura 11 Sala casse nella sede della Mitsubishi Bank a Tokyo (progetto: Neil M. Denari Architects).