candele, lumen, lux, watt, efficacia ed efficienza nell’ illuminazione

Per capire bene i concetti partiamo dall’origine di tutto che è la “candela”.
La candela è una delle sette unità definite nel sistema internazionale delle unità di misura, il suo simbolo è “cd” ed è definita come l’intensità luminosa di una sorgente emettente una radiazione monocromatica della lunghezza d’onda pari a 555 nm e di intensità radiante di 1/683 di watt per steradiante.
La candela e il lumen sono in relazione diretta: 1 candela = 4π lumen.

Che significa in pratica ?
Provo a spiegarlo con questa illustrazione:

La frazione della luce che esce dal cono (steradiante) è il lumen, tutta la luce è una candela.
Per cui dato che nella sfera ci sono 4π steradianti, 1 candela equivale a 4π lumen, approssimativamente quindi 1 candela equivale a circa 12 lumen.

( Lo steradiante misura gli angoli solidi ed è un cono che intercetta, sulla superficie della sfera con centro nel vertice, una calotta sferica la cui superficie ha l’area pari al quadrato del raggio della sfera ).

La candela e il lumen sono quindi unità di misura del flusso luminoso.

Da ciò si evince che è possibile misurare il flusso luminoso di qualsiasi sorgente in lumen o candele.
Tanto per fare qualche esempio pratico, vediamo approssimativamente i lumen di varie sorgenti luminose.

  • Lampadine ad incandescenza (INC)

    15 W
    120 lumen
    25 W
    210 lumen
    40 W
    490 lumen
    60 W
    855 lumen
    75 W
    1180 lumen
    100 W
    1380 lumen
  • Tubi al neon (T8)

    17 W
    1300 lumen
    25 W
    2000 lumen
    30 W
    2700 lumen
    40 W
    3500 lumen
    65 W
    5800 lumen
    86 W
    7500 lumen
  • Lampade alogene (TH)

    75 W
    1350 lumen
    100 W
    1700 lumen
    200 W
    3400 lumen
    300 W
    5500 lumen
    500 W
    10000 lumen

Per quanto riguarda le lampade, questi valori sono approssimativi, occorre sempre consultare le caratteristiche che fornisce il costruttore.

Come si relazione la potenza espressa in watt con i lumen ?

Dipende dall’ efficacia della lampada, per cui non è possibile relazionare direttamente (anche perchè sono due unità di misura differenti) le due grandezze.
Per fare un esempio, le lampade ad incandenza “trasformano” un watt in circa 12 lumen ( circa 1 candela, da qui l’approssimazione 1 W= 1 candela per le classiche lampadine ) , nel caso invece di un tubo fluorescente un watt viene “trasformato” in 100 lumen.

Per curiosità, la massima efficacia teorica è di 683 lumen per Watt.
L’efficienza luminosa è il rapporto tra la l’efficacia di una sorgente luminosa e la massima efficacia teorica espresso in percentuale.

Le lampade ad incandescenza hanno un’ efficienza di circa il 2%, le alogene il 2.9%, i tubi al neon arrivano al 15%, ad oggi la tecnologia con un efficienza maggiore per l’illuminazione è raggiunta dalle lampade ai vapori di sodio, usate esempio per l’illuminazione stradale, che però hanno un basso indice di resa del colore.
Rimando a questa tabella per approfondire.

Da ciò se ne deduce che quando si punta al risparmio energetico la prima cosa da tener presente è l’ efficienza.

Per quanto riguarda l’illuminazione a led c’è da dire che questa è una tecnologia in rapida evoluzione, l’efficienza massima raggiunta per ora è superiore a quella delle lampade al neon, per approfondire rimando a questo ottimo articolo su Wikipedia.

Il top dei faretti a led che si trovano attualmente in commercio hanno un’ efficacia massima di 120 lumen per watt, per cui un’efficienza di circa il 17%.

Chiarito dunque cosa sono le candele e i lumen, vediamo di capire cos’è il lux.
Il lux misura semplicemente l’ illuminamento, ovvero la “densità” di luce, ed è definito come l’illuminamento prodotto da un flusso luminoso di un lumen su un metro quadrato.

Da qui ne conviene che l’illuminamento dipende dalla distanza dalla quale ci troviamo dalla sorgente luminosa e da come il flusso luminoso viene “concentrato”.

A un metro di distanza, un faretto da 1000 lumen con apertura di 10 gradi produrrà un illuminamento maggiore di uno con apertura di 50 gradi, ma l’area coperta sarà minore.
Questo applet aiuta a capire bene i parametri in gioco.

L’illuminamento si può misurare con il luxmetro.

Luna Piena
1 lux
Ufficio luminoso
400 lux
Sole
32000-100000 lux

Riferimenti

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Pubblicato il
26 Marzo 2009
Categorie:
misure