Efficienza luminosa

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L'efficienza luminosa di una sorgente di luce è il rapporto tra il flusso luminoso (potenza luminosa) e il flusso radiante (potenza radiante). Dimensionalmente è espressa in lumen/watt.

Il flusso luminoso è definito in base alla percezione soggettiva dell'occhio umano medio e corrisponde ad una particolare curva all'interno dello spettro della luce visibile. Una lampadina emette radiazione anche al di fuori della banda visibile, in genere nell'infrarosso per l'effetto Joule e nell'ultravioletto, che non contribuiscono alla sensazione di luminosità. Una lampada ha una maggiore efficienza luminosa quanto più è in grado di emettere uno spettro di radiazioni adatte alla percezione umana, ovvero abbia una distribuzione spettrale di potenza concentrata nello spettro visibile intorno a lunghezze d'onda di 555 nm.

Esempi[modifica | modifica wikitesto]

L'efficienza delle lampadine ad incandescenza per uso domestico (bulbo trasparente, potenze tra 40 W e 100 W, alimentate a tensione di rete 230 V) si situano nell'intervallo tra 10,4 e 13,5 lm/W (lumen/watt)[1]. Le lampadine alogene possono arrivare a 20 lm/W per modelli lineari di potenza 220-500W a tensione di rete, e sino a 24-25 lm/W per potenze superiori. Le alogene a bassa tensione (12 V) arrivano a 26-27 lm/W. Le lampadine fluorescenti, dette anche "a risparmio energetico" rispetto a quelle a filamento, possono superare i 90 lm/W. Le lampadine a LED hanno efficienze ancora più alte e che continuano a incrementarsi col progressivo miglioramento delle tecnologie. Le LED di miglior efficienza per applicazioni domestiche si attestano sui 125 lm/W e oltre; quelle per illuminazione stradale dai 165 lm/W in su. Studi sull'evoluzione tecnologica del settore condotti dal Department of Energy statunitense e dal Joint Research Center dell'Unione europea prevedono che nel segmento consumer si possa arrivare a LED a luce bianca con efficienza di almeno 200 lm/W con buona resa dei colori (CRI > 90) e a costi di produzione contenuti.

La tabella seguente elenca l'efficacia e l'efficienza luminosa per varie sorgenti di luce:

Categoria Tipo Efficacia luminosa
complessiva (lm/W)
Efficienza luminosa
complessiva[2]
Combustione candela 0,3[3] 0,04%
lampada a gas 2[4] 0,3%
Incandescente 100 W tungsteno, incandescente (230 V) 13,5[1] 2,0%
200 W tungsteno, incandescente (230 V) 15,2[1] 2,2%
105 W tungsteno, alogena E27 (230 V) 18,1[5] 2,7%
240 W tungsteno, alogena R7s (230 V) 20,4[6] 3,0%
400 W tungsteno, alogena R7s (230 V) 22,0[5] 3,2%
1000 W tungsteno, alogena E40 (230 V) 24,0[6] 3,5%
5 W tungsteno, incandescente (120 V) 5 0,7%
40 W tungsteno, incandescente (120 V) 12,6[7] 1,9%
100 W tungsteno, incandescente (120 V) 17,5[7] 2,6%
2,6 W tungsteno, alogena 19,2[8] 2,8%
60 W tungsteno, alogena, quarzo GY6.35 (12 V) 28,3[6] 4,1%
lampade per fotografia e riflettori 35[9] 5,1%
LED LED bianco 10–300[10][11] 1,5–44%
LED attacco E27 4 W equiv. a 40 W 135[12] 19,9%
LED attacco E27 6 W equiv. a 60 W 134[13] 19,6%
LED attacco E27 10 W equiv. a 100 W 152[14] 22,3%
Lampada ad arco Lampada allo xeno 30–50[15][16] 4,4–7,3%
Lampade a mercurio-xeno 50–55[15] 7,3–8,0%
Fluorescente 9–26 W fluorescente compatta 57–72[17][18] 8–11%
T12 tubo fluorescente con ballast magnetico 60[19] 9%
T5 tubo fluorescente 70–100[20] 10–15%
T8 tubo fluorescente 80–100[19] 12–15%
Lampada a scarica 1400 W Lampada allo zolfo 100 15%
Lampada ai vapori di alogenuri metallici 65–115[21] 9,5–17%
Lampada a vapori di sodio (alta pressione) 85–150[22] 12–22%
Lampada a vapori di sodio (bassa pressione) 100–200[22][23] 15–29%
Massimo teorico Luce monocromatica verde 540x1012 Hz,
555 nm circa
683,000 100%

Va rimarcato come l'efficienza luminosa complessiva riferita a quella massima teorica ha poca utilità concreta, poiché è in relazione alla luce verde che corrisponde alla massima sensibilità dell'occhio umano. Per luce percepibile come bianca è stato dimostrato che la massima efficienza luminosa è assai più bassa ed è in relazione alla qualità del bianco che si intende ottenere[24], quantificata attraverso il cosiddetto Colour Rendering Index (CRI). Un CRI del 100% corrisponde ad uno spettro di emissione continuo su tutti i colori visibili e con una loro distribuzione pari a quella di corpo nero (o comunque indistinguibile da esso per l'occhio umano). Un CRI molto basso è indizio di un falso bianco, ottenuto da una miscela di poche lunghezze d'onda, che non appare come luce colorata, tuttavia falsa la resa cromatica. Le massime efficienze luminose per sorgenti bianche a 4000 kelvin risultano di 418 lm/W, 389 lm/W e 253 lm/W nei tre casi esemplificativi di CRI=70%, CRI=90% e CRI=99%. Le attuali sorgenti luminose fluorescenti e a LED commerciali con buona qualità cromatica del bianco hanno un CRI del 90%. Pertanto le efficienze luminosa complessive in tabella, se si include l'ulteriore vincolo di luce bianca con CRI ≥ 90%, andrebbero incrementate di un 75% rispetto a quanto indicato.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b c (EN) Standard A-shape clear - Product family leaflet (PDF), Philips, 5 dicembre 2016.
  2. ^ L'efficienza luminosa complessiva è qui data come rapporto rispetto alla ipotetica completa trasformazione di potenza (elettrica) in luce. Nel Sistema Internazionale il lumen è stato ridefinito (anno 2020) dalla relazione 683,000 lm = 1 W di potenza di radiazione luminosa monocromatica con frequenza 540 × 1012 Hz. Vedere Système international d'unités - The International System of Units. In passato la costante risultava 680,002.
  3. ^ 1 cd*4π steradianti/40 W
  4. ^ John F. Waymouth, Optical light source device, 7 gennaio 1992, col. 2, line 34, brevetto n. 5079473.
  5. ^ a b (EN) Lighting for residential and consumer (PDF), Sylvania, giugno 2015.
  6. ^ a b c (EN) Comsumer lamps catalog - The complete portfolio (PDF), Royal Philips NV, gennaio 2015.
  7. ^ a b T.J. Keefe, The Nature of Light, su ccri.edu, 2007. URL consultato il 5 novembre 2007 (archiviato dall'url originale il 23 aprile 2012).
  8. ^ Osram Miniwatt-Halogen, su www.ts-audio.biz. URL consultato il 28 gennaio 2008 (archiviato dall'url originale l'8 giugno 2008).
  9. ^ Klipstein, Donald L., The Great Internet Light Bulb Book, Part I, su freespace.virgin.net, 1996. URL consultato il 16 aprile 2006 (archiviato dall'url originale il 9 settembre 2001).
  10. ^ Klipstein, Donald L., The Brightest and Most Efficient LEDs and where to get them, su Don Klipstein's Web Site. URL consultato il 15 gennaio 2008.
  11. ^ (EN) Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier, su cree.com, 26 marzo 2014. URL consultato il 3 aprile 2014 (archiviato dall'url originale il 26 gennaio 2015).
  12. ^ (EN) CLA LEDBulb ND 4-40W A60 E27 840 CL (PDF), Philips, 31 luglio 2020.
  13. ^ (EN) Philips Lighting - LED Professional Solutions (PDF), Philips, 30 gennaio 2018.
  14. ^ (EN) CLA LEDBulb ND 10-100W A67 E27 865 CL (PDF), Philips, 13 novembre 2019.
  15. ^ a b Technical Information on Lamps (PDF), su Optical Building Blocks. URL consultato il 14 ottobre 2007. Si noti che il valore di 150 lm/W fornito per le lampade allo xeno sembra essere un refuso. La pagina contiene altre informazioni utili.
  16. ^ OSRAM Sylvania Lamp and Ballast Catalog, 2007.
  17. ^ Low Mercury CFLs, Energy Federation Incorporated. URL consultato il 23 dicembre 2008.
  18. ^ Conventional CFLs, Energy Federation Incorporated. URL consultato il 23 dicembre 2008.
  19. ^ a b Federal Energy Management Program, How to buy an energy-efficient fluorescent tube lamp, U.S. Department of Energy, dicembre 2000 (archiviato dall'url originale il 2 luglio 2007).
  20. ^ Department of the Environment, Water, Heritage and the Arts, Australia, Energy Labelling—Lamps, su energyrating.gov.au. URL consultato il 14 agosto 2008 (archiviato dall'url originale il 23 luglio 2008).
  21. ^ The Metal Halide Advantage, su Venture Lighting, 2007. URL consultato il 10 agosto 2008 (archiviato dall'url originale il 17 febbraio 2012).
  22. ^ a b LED or Neon? A scientific comparison, su signweb.com (archiviato dall'url originale il 9 aprile 2008).
  23. ^ Why is lightning coloured? (gas excitations), su webexhibits.org.
  24. ^ Po-Chieh Hung e Jeff Y Tsao, Maximum White Luminous Efficacy of Radiation Versus Color Rendering Index and Color Temperature: Exact Results and a Useful Analytic Expression (PDF), in Journal of Display Technology, ottobre 2013, DOI:10.1109/JDT.2012.2224638.

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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