Illuminazione indiretta con le strip LED

(articolo pubblicato in “Elettrificazione”, editoriale Delfino – settembre 2018)

L’illuminazione per via indiretta di soffitti e pareti, con le fonti di luce accuratamente nascoste alla vista, sta tornando in auge dopo essere stata trascurata per molto tempo (Figure 4 – 8). Spesso è prevalsa l’idea – sicuramente fondata –  che fosse un modo di illuminare poco efficiente dal punto di vista energetico ma anche impegnativo e complesso, soprattutto per quanto attiene alle periodiche operazioni di manutenzione degli impianti.  L’avvento dei LED ha contribuito a rilanciare l’illuminazione indiretta riducendone gli effetti più negativi in ragguardevole misura. Oggi assistiamo ad un ritorno di interesse che tuttavia deve essere sostenuto da un corretto approccio tecnico nelle fasi di progetto e di installazione. Proponiamo di seguito alcune riflessioni che reputiamo siano utili per tutti gli operatori professionali.

Minimi ingombri delle fonti luminose

Iniziamo a ragionare sui minimi ingombri dei prodotti a tecnologia optoelettronica: LED, moduli LED, alimentatori. L’illuminazione indiretta, infatti, richiede spesso l’installazione di fonti luminose sviluppate in lunghezza in spazi di ridotte dimensioni. Con i moduli lineari, comunemente chiamati “strip LED”, abbiamo a che fare con prodotti industriali che presentano larghezze di pochi millimetri e lunghezze potenzialmente infinite (Figure 1 e 2). La tipica strip consiste in una o più file parallele di piccoli LED disposti alla stessa distanza (Figura 1). I minuscoli emettitori sono ancorati ad un elemento a forma di nastro (la “strip” o striscia), sottile e flessibile, fornito di film autoadesivo per la rapida applicazione su superfici sufficientemente lisce, che svolge una triplice funzione: ancoraggio, alimentazione elettrica e prima dissipazione del calore che si genera alla base dei LED in funzione della potenza elettrica assorbita. La strip viene fornita nella lunghezza standard di 5 metri e ha un larghezza variabile da un minimo di 5 millimetri ad un massimo di qualche centimetro, nei casi di moduli contenenti più file di LED. Il suo spessore è di alcuni millimetri. Le distanze dei LED variano da un massimo di 20-30 mm iniziando da un minimo di 2-3 mm. La potenza del singolo diodo è di solito inferiore al mezzo watt.

Particolare importanza acquista il supposto del modulo lineare. Funge in pratica da circuito stampato perché provvede al rifornimento di corrente elettrica per tutti i LED del modulo. Al suo interno, debitamente isolati, corrono i minuscoli conduttori elettrici che distribuiscono l’energia tra i LED in modo che a ciascuno di essi giunga la stessa quantità di corrente elettrica. In questo modo si assicura che ogni diodo emetta la stesso flusso luminoso. Questo nastro può essere tagliato con un semplice strumento (un cutter o una forbice) nei punti indicati dalla grafica. I punti sono distribuiti a intervalli regolari, generalmente alle distanze di qualche decina di millimetri. Questo facile sezionamento consente di adattare la strip alla lunghezza del vano di alloggiamento così da ottenere la massima continuità nell’illuminamento della superficie colpita dalla luce emessa lungo lo sviluppo lineare del modulo, quella superficie che deve riflettere omogeneamente il flusso ricevuto. Non è difficile in questo modo evitare le zone d’ombra. Si risolve così una problematica che rendeva difficoltosi questi interventi con le tradizionali lampade tubolari fluorescenti.

Flusso luminoso, efficienza e durata di vita

La quantità di luce che il singolo LED di bassa potenza (inferiore all’unità di watt) è in grado di fornire non basta per illuminare un ambiente per via indiretta. Il flusso erogato non è sufficiente. Si riesce a dare un minimo rischiaramento solo se lo spazio confinato ha volumi ridotti, indicativamente inferiori al mezzo metro cubo. Ma quello che potrebbe sembrare un limite delle nuove sorgenti luminose nei fatti si rivela un vantaggio. Infatti, operando l’aggregazione di più LED in elementi modulari lineari disponiamo di un insieme di piccole fonti di luce che può assumere varie forme e, soprattutto, può emettere il flusso necessario in funzione delle dimensioni e del tipo di ambiente da illuminare. Tra i tanti moduli in commercio quelli lineari trovano oggi molteplici impieghi. In effetti hanno un’ottima versatilità d’uso e la loro diffusione spiega l’ampia gamma dei prodotti in commercio.

Si prestano, in altre parole, a realizzare differenti soluzioni impiantistiche, anche se, come si è avvertito all’inizio, l’illuminazione indiretta non permette di avere livelli elevati di efficienza energetica. Facendo il confronto con la classica illuminazione per via diretta, come quella data da apparecchi downlighter o a sospensione, è facile dimostrare la differenza. Per questa ragione è importante che i LED abbiano valori elevati di efficienza luminosa, in funzione – per così dire – compensativa. Come è noto oggi i valori di efficienza, per questa tipologia di LED, si attestano intorno ai 120 lm/W.

Un’ulteriore caratteristica che si rivela di grande vantaggio è la durata media di vita. Quando l’impianto di illuminazione è realizzato in cavità, nicchie, gole o profili, gli interventi di manutenzione spesso non sono agevoli, a maggior ragione nei casi in cui sia grande la distanza tra pavimento e soffitto. Durate dell’ordine di varie decina di migliaia di ore consentono di limitare questi interventi alla sola pulizia dei vani, evitando frequenti e dispendiosi ricambi lampade.

L’alimentazione elettrica

L’apporto di energia elettrica può essere realizzato con due tipi diversi di collegamenti: in parallelo e in serie. Nel primo caso i due conduttori elettrici che collegano l’alimentatore (o driver) al modulo lineare sono connessi entrambi ad un capo dello stesso, nel secondo invece un conduttore è collegato ad un capo e il secondo al capo opposto. Il secondo conduttore, dovendo ritornare al morsetto dell’alimentatore, sarà più lungo del primo. Con i collegamenti in serie si realizza l’alimentazione a corrente costante, con quelli in parallelo a bassissima tensione costante (12 o 24 V). In quest’ultimo caso il modulo deve avere a bordo le componenti elettroniche in grado di fornire a ciascun LED la stessa corrente. La soluzione a tensione costante si rivela più pratica per l’installatore specialmente quando la strip si sviluppa in lunghezza poiché si evita il ritorno di un cavo di alimentazione. Per i due casi cambiano sia le strip che i driver. Per agevolare il lavoro degli installatori sono in commercio alimentatori che si adattano automaticamente ad entrambi i tipi di collegamenti. Si ricorda che gli alimentatori devono essere alloggiati in vani aerati (facilmente ispezionabili) al fine di evitarne il surriscaldamento.

Caratteristiche tecniche e prestazioni

Si producono strip LED che emettono luce di tonalità bianca a differente temperatura di colore (2700 – 3000 – 4000 K) con indici di resa dei colori (CRI) superiori a 90. Alcuni modelli montano LED multichip (composti da tre o quattro minuscoli emettitori) che sono in grado di variare a comando la temperatura di colore (luce bianco calda, intermedia o fredda) oppure i colori primari (rosso, verde e blu) e le loro miscelazioni. Altro fattore rilevante riguarda l’uniformità delle luminanze e della tonalità della luce bianca o colorata. La luminanza delle superfici riflettenti deve essere il più possibile regolare, omogenea, uniforme, vale a dire senza zone ombreggiate, e deve mantenersi costante la tonalità della luce bianca. Le variazioni di temperatura di colore tra le sorgenti installate deve essere impercettibile. Sono da evitare le macchie luminose dovute alla concentrazione del flusso o, all’opposto, le cadute di illuminamento attribuibili ad emissioni disomogenee.

La luce radente che caratterizza le soluzioni impiantistiche a luce indiretta mette in evidenza ogni imperfezione della finitura superficiale del soffitto. Anche le variazioni minime di planarità sono evidenziate. E’ importante dunque che il trattamento delle superfici sia effettuato con la massima accuratezza seguendo le regole dell’arte.

Profili e canali

Parallelamente all’ampia e articolata produzione di strip LED si è sviluppato negli ultimi anni il settore industriale dei profili estrusi in alluminio progettati per il loro alloggiamento (Figure 2 e 3). Sono molto frequenti, infatti, le situazioni in cui è necessario proteggere il modulo LED e, allo stesso tempo, creare le migliori condizioni per il suo funzionamento. Il profilo che le accoglie provvede alla dissipazione del calore, contribuisce alla diffusione della luce, può orientare il fascio luminoso agendo come un sistema di controllo ottico e modificare in tal modo il solido fotometrico. Oltre a garantire la protezione meccanica il profilo agevola le normali operazioni di pulizia, quanto mai necessarie in nicchie e gole delle soffittature dove si raccolgono le polveri presenti nei flussi d’aria calda ascendenti.

La funzione di dissipazione termica svolta dal profilo è indispensabile quando la potenza assorbita da ogni metro di strip supera i 10 W al metro lineare (ml). Per valori inferiori a 10 W/ml è sufficiente applicare un semplice lamina di alluminio alla base del modulo lineare. In questi casi, comunque, conviene adottare i modelli di strip protetti con rivestimenti trasparenti in resina. E’ bene ricordare questa semplice regola: man mano che cresce il valore della potenza elettrica assorbita aumenta anche la quantità di calore che deve essere smaltita. Quando occorre molto flusso luminoso per rischiarare superfici di grande estensione, si raccomanda di mettere in opera profili in alluminio ad alto potere di dissipazione termica in vani di alloggiamento abbastanza ampi da garantire una buona circolazione dell’aria.

 

Didascalie delle figure

Figura 1 Modulo LED lineare, o strip LED flessibile, fornita di 240 LED al metro lineare, potenza 12.5 W/ml, tensioni continue 12 – 24 V, temperature di colore 2700 – 3000 – 4000 – 5000 K (modello Linea Luce LL 12 flex, produzione LED ITALY).
Figura 2 Strip LED inserita in profilo di alluminio con schermatura trasparente inclinata a 45° (modello LI 250, produzione LED ITALY).
Figura 3 Strip LED inserita in profilo di alluminio con schermatura diffondente inclinata a 45° (modello LI 250, produzione LED ITALY).
Figure 4 e 5 Illuminazione indiretta del soffitto realizzata con profilo LED inserito nella nicchia allo spigolo parete-soffitto (documentazione e produzione LED ITALY, progetto arch. Nicola Barbazza).
Figura 6 Illuminazione indiretta dei soffitti realizzata con profili LED installati in cornici di varia dimensione (documentazione e produzione LED ITALY).
Figura 7 Illuminazione indiretta di una sala espositiva realizzata con profili LED installati all’interno del controsoffitto (documentazione e produzione LED ITALY).
Figura 8 Illuminazione indiretta radente della parte alta delle pareti realizzata con profili LED (documentazione e produzione LED ITALY).