La costante di tempo del flusso luminoso nei corpi …...e4) Codice di mantenimento del flusso. È...
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Ottobre 2017 La costante di tempo del flusso luminoso nei corpi illuminanti con tecnologia a “LED”: la percentuale significativa rispetto all’emissione iniziale di flusso luminoso 1. Premessa La continua crescita dell’illuminazione a LED sta significativamente trasformando l’industria dell’illuminazione, grazie alla capacità di fornire una gamma di milioni di colori ed effetti dinamici che l’illuminazione convenzionale non può eguagliare in termini di progetto, oltre alla miniaturizzazione delle dimensioni e alla bassa radiazione termica, che permette di poterli incorporare quasi ovunque. Inoltre, garantendo una lunga durata unitamente a risparmi energetici e gestionali, offrono soluzioni di illuminazione potenzialmente efficienti. Esiste tuttavia un problema: negli ultimi anni il mercato è stato invaso da un alto numero di nuovi operatori sconosciuti, con affermazioni dubbie sulle prestazioni dei loro prodotti, troppo ottimistiche per essere vere e non supportate dal punto di vista tecnico. I progettisti e gli utilizzatori finali necessitano di informazioni chiare e corrette sulle caratteristiche di questi nuovi sistemi di illuminazione, al fine di poter valutare in modo adeguato per quanto tempo un apparecchio a LED mantiene una percentuale significativa dell’emissione iniziale di luce nel corso degli anni di funzionamento e in funzione della cosiddetta “mortalità infantile” o del guasto improvviso. 2. I criteri dimensionali Nel processo di standardizzazione, esistono tre elementi che possono essere normalizzati, quali: 1. Definizioni tecniche 2. Metodi di misura 3. Valori limite Le prescrizioni prestazionali descritte nelle normative IEC forniscono una definizione dei criteri qualitativi e il modo in cui misurarli. La vita degli apparecchi a LED è nella maggior parte dei casi più lunga dei tempi pratici di prova. Di conseguenza, la verifica delle affermazioni del produttore sulla durata della vita deve essere considerata come indicativa, in quanto basata su estrapolazioni non ancora corroborate da prove di durata, in quanto concorrono altri componenti nel circuito di alimentazione.
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Ottobre2017
La costante di tempo del flusso luminoso nei corpi illuminanti con tecnologia a“LED”:lapercentualesignificativarispettoall’emissioneinizialediflussoluminoso
1.PremessaLa continua crescita dell’illuminazione a LED sta significativamente trasformando l’industriadell’illuminazione, grazie alla capacità di fornire una gamma di milioni di colori ed effettidinamicichel’illuminazioneconvenzionalenonpuòeguagliareinterminidiprogetto,oltreallaminiaturizzazione delle dimensioni e alla bassa radiazione termica, che permette di poterliincorporare quasi ovunque. Inoltre, garantendo una lunga durata unitamente a risparmienergeticiegestionali,offronosoluzionidiilluminazionepotenzialmenteefficienti.Esiste tuttaviaunproblema:negliultimianni ilmercatoèstato invasodaunaltonumerodinuovioperatorisconosciuti,conaffermazionidubbiesulleprestazionideiloroprodotti,troppoottimisticheperesserevereenonsupportatedalpuntodivistatecnico.I progettisti e gli utilizzatori finali necessitano di informazioni chiare e corrette sullecaratteristiche di questi nuovi sistemi di illuminazione, al fine di poter valutare in modoadeguato per quanto tempo un apparecchio a LED mantiene una percentuale significativadell’emissione iniziale di luce nel corso degli anni di funzionamento e in funzione dellacosiddetta“mortalitàinfantile”odelguastoimprovviso.2.IcriteridimensionaliNelprocessodistandardizzazione,esistonotreelementichepossonoesserenormalizzati,quali:1. Definizionitecniche2. Metodidimisura3. ValorilimiteLeprescrizioniprestazionalidescrittenellenormativeIECfornisconounadefinizionedeicriteriqualitativieilmodoincuimisurarli.LavitadegliapparecchiaLEDènellamaggiorpartedeicasipiùlungadeitempipraticidiprova.Diconseguenza,laverificadelleaffermazionidelproduttoresulladuratadellavitadeveessereconsiderata come indicativa, in quanto basata su estrapolazioni non ancora corroborate daprovedidurata,inquantoconcorronoaltricomponentinelcircuitodialimentazione.
Peravvalorareun’affermazionerelativaalladuratadellavita,ènecessariaunaestrapolazionedeidatidiprova.Atalriguardoèallostudiounmetodogeneraleperconsentireunaproiezionedeidatimisuratioltreiltempolimitatodellaprova.
LenormativeIECpropongonoilseguenteelencodicriteriqualitatividaconsiderarenellavalutazionedelledichiarazionidelproduttore:
a) Potenza nominale assorbita. La potenza nominale assorbita è indice della quantità dienergiaconsumatadaunapparecchiodiIlluminazione,inclusalasuaalimentazione.TalepotenzanominaleèespressainWatt.
b) Flusso luminosonominale. Corrispondealla quantitàdi luce emessadall’apparecchiodiilluminazione, edè espresso in lumen “lm” (unitàdi flusso luminosoemesso). Poiché lavitanormalediunapparecchiodiIlluminazioneaLEDèmoltolunga,ènecessarioavereadisposizione molto tempo per misurare la riduzione di flusso nel corso della vita (peresempio L₇₀ significa il periodo durante il quale ilmodulo LED fornisce più del 70% delflussoiniziale).Inoltre,l’effettivocomportamentodelLED,relativamentealmantenimentodiflusso,puòdifferireconsiderevolmenteasecondadeltipoedelproduttore.
Pervalidareunadichiarazionedivita,ènecessariaunaestrapolazionedeidatidiprova.Èattualmente allo studio in IEC unmetodo generale per la proiezione dei dati dimisuraoltre i tempi limitati delleprove.NegliUSA,unaestrapolazionebasata sui dati di provadellaLM-80èinclusanellaIESTM-21.
Al posto della validazione della durata di vita, le IEC hanno optato per i codici dimantenimento del flusso ad un preciso tempo di prova definito. Pertanto, il numero dicodicenonimplicaunapredizionedellapossibileduratadellavita,quindilecategoriesonoidentificate da un carattere che esprime il deprezzamento del flusso in accordo con leinformazionichesonofornitedalcostruttoreprimadell’iniziodellaprova.
c) Efficienzadell’apparecchioaLED.Èilflussoluminosoinizialemisurato,divisolapotenzaassorbitainizialemisurata,lumen/Watt“lm/W”
d) Distribuzione dell’intensità luminosa. È la distribuzione spaziale del flusso luminosorappresentato graficamente in una curva di distribuzione dell’intensità luminosa, che èabitualmenteespresso inundiagrammadi coordinatepolari che rappresenta l’intensitàluminosacomefunzionedell’angolodallasorgenteluminosaedèespressaincd(candele).Lacandelaalivellodell'unitàèdefinitacomelaquantitàdiilluminazionechelasuperficieinternadiunasferaaraggiodiunpiededovrebbericeveresenelpuntoesattodellasferaesistevaunasorgentedipuntouniformediunacandela.Inalternativa,puòesseredefinito
come l'illuminazione suuna superficiediunmetroquadratodi cui èpresenteun flussouniformementedistribuitodiunlumen.
e) Codicefotometrico.È ilcodicediseicaratteri,che indica iparametri fondamentalidellequalitàdellaluce:CRI,CCT,coordinatecromaticheeflussoluminoso,dove:
e1) Temperatura di colore (CCT), è la temperatura di colore di un modulo LED a lucebiancaedèdeterminataconfrontandolaluceemessadaunmoduloLEDconlalucediun corpo nero (radiatore ideale ad una data temperatura) ed è espressa in gradiKelvin.
e2) Indicediresacromatica(CRI),èlaresacromaticadiunmoduloLEDalucebianca.Sitratta dell’effetto dell’apparenza dei colori degli oggetti derivante dal confrontoconsciooinconscioconillorocoloresottounafonteluminosadiriferimento.
e3) Valorinominalidellecoordinatecromatiche inizialiemantenuteneltempo.Sitrattadella variazione delle coordinate cromatiche di un modulo LED espresse in duerisultatidimisurasiainiziali,siamantenute.
e4) Codice di mantenimento del flusso. È il flusso luminoso iniziale misurato (valoreiniziale), normalizzato al 100% e utilizzato come il punto di partenza per ladeterminazionedellavitadelmoduloLED.Ilflussoluminosomantenutoèmisuratoal25% della vita nominale fino ad un massimo di 6.000 ore ed è espresso comepercentuale del valore iniziale. Il valore mantenuto determina il codice dimantenimentodelflusso.
f) Vita nominale (in h) del modulo LED è il valore associato di mantenimento del flussoluminosonominale (Lₓ).È la lunghezzadelperiododurante ilqualeungruppodimoduliLED fornisce più della percentuale dichiarata (x) del flusso luminoso iniziale sempremostratoincombinazioneconiltassodiguastoedèespressoinore.
g) Frazionediguasto(By),cheesprimesoloildegradogradualedellaproduzionedilucecomepercentuale “y”diuncertonumerodimoduli LEDdello stesso tipochealla loroduratanominale indica la percentuale (frazione) del guasto. Il valore B50 indica che il valore Ldichiaratosaràraggiuntodalminimo50%deimoduliLEDecheilrestante50%puòavereunvaloredi lumen inferiore.Oppure ilvaloreB10significache ilminimo90%deimoduliLEDsoddisferàilvaloreLdichiaratoesoloil10%avràunlivellodiflussoinferiore.QuindisipuòchiaramentededurrechepiùilvalorediBèbasso,piùsaràconservativoaifinidellagaranziafunzionale.
h) Frazione di guasto per (Cz) esprime solo il brusco degrado dell'uscita della luce comepercentuale y di un certo numero dimoduli LED dello stesso tipo che, alla loro duratanominale, indica la percentuale (frazioni) dei guasti. Un guasto catastrofico è quando ilmoduloLEDnonemettealcunaluce.
i) Tasso di guasto (Fy), rappresenta la frazione di guasto combinata. Questa è lacombinazionesiagraduale(By)chetotaledeiguasti(Cz)allavitanominaledelmoduloLEDnell’apparecchio.
l) Temperaturaambiente(ta)dell’apparecchio.Èlatemperaturadell’ambientechecircondal’apparecchio di illuminazione legato ad una specifica prestazione. Per una dataprestazione la temperatura ambiente (ta) è un valore fisso. È possibile dichiararespecificheprestazionaliadifferentitemperature.
3.Dichiarazionisulmantenimentodelflussoluminoso
Attualmente diversi produttori di apparecchi di Illuminazione LED utilizzano risultati delleprovesecondolaLM-80comebaseperledichiarazioniLx,ByeCzqualisogliedimantenimentodelflussodegliapparecchidiilluminazioneLED.
LaLM-80richiedediprovareiLEDper6.000oreeraccomandaproveper10.000ore.Richiedeprove a tre temperature di superficie (55°C, 85°C e una terza temperatura determinata dalproduttore), questo per poter vedere gli effetti della temperatura sull’emissione di luce especificalecondizionidiprovaaggiuntivepergarantirerisultaticoerentieconfrontabili.
Inpratica,iprincipaliproduttoridiLEDprovanoiloroprodottiaiminimidi6.000o10.000oreprevistidallaLM-80,epoiapplicanometodologiediestrapolazionecomedescrittenellaTM-21(veditabellapernormativediriferimentosotto)perarrivareaivaloriL₉₀,L₇₀eL₅₀Iproduttoridiapparecchitraduconoquestecurveincurvespecifichedell’apparecchiodiilluminazioneLED.
Perunamaggiorcomprensione,vediamosottoundiagrammadiestrapolazione,(fonteCREE)enormativediriferimento.
IES LM-79-08: Approved Method: Electrical and Photometric Measurements of Solid-StateLightingProducts–IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica,2008
LM-79: Prescriveimetodidiprovauniformi incondizionicontrollateper leprestazioni
fotometriche e colorimetriche, nonché le misure di potenza elettrica degliapparecchi di illuminazione a LED. Questa può essere usata per misurare lespecificheinizialielettricheefotometrichediunapparecchioLED.
IES LM-80-08: Approved Method: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources –
IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica,2008LM-80: Relativa allamisurazionedelmantenimentodel flusso luminosodelle sorgenti
luminose a LED (LED singoli omulti chip). Consiste in unamisura reale per leprime 6.000 ore, combinata con un’estrapolazione fino a fine vita. Molticostruttoridi apparecchidi illuminazione traducono la curvadimantenimento
della sorgente luminosa LED nella curva dimantenimento dell’apparecchio diIlluminazioneLEDutilizzandoleraccomandazionidelTM-21.
Cisonoduevincoli:
Ø Primo: il guasto repentinodei singoli LEDe altremodalitàdi guasto che
concorronoaldecadimentodelflussoluminosodell’insiemedeiLEDinunapparecchiodiilluminazionenonsonopresiinconsiderazione.
Ø Secondo: non esiste un metodo valido per tradurre la curva dimantenimento del flusso dei singoli LED nella curva dell’apparecchio diilluminazione.
IES TM-21-11: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Packages – Illuminating
EngineeringSocietyofNorthAmerica,2011TM-21: Fornisce le raccomandazioni per la proiezione a lungo termine del
mantenimento del flusso luminoso dei componenti LED utilizzando i datiottenutiduranteleprovesecondolaIESLM-80-08.
4.PerconcludereIl tempo di vita del modulo LED e dell'alimentatore dovrebbero essere dichiaratiseparatamente.Seiltempodivitaperl’alimentatoreèpiùcortodiquellodelLED,sirenderànecessaria la sostituzione dell’alimentatore, prima che il ciclo di vita dell'apparecchio siacompletato. Ciò significa che non esiste una univocità nella dichiarazione della durata delcorpo illuminante. Una metrica utile per "vita utile mediana" è stata introdotto nella IEC62717.Questoè il tempo trascorso finoaquando il 50%degli apparecchidi illuminazioneaLEDinusoraggiungeilflussodilucedichiarato,adesempioL80.La maggior parte dei costruttori dichiara a catalogo i parametri, riferiti al 100% del flussoluminosoiniziale:L70B10C10,dove:L70staadindicareilvalorepercentualedimantenimentoincondizionidioperativitàrispettoalflussoluminosoinizialeedallatemperaturadiesercizio.Es.1: Se a 25°C un LED dichiara 10.0000h di vita, L70 indica che sarà in grado di garantirne
70.000h(70%delvalorenominale).Es.2: Se a 45°C un led dichiara 90.0000h di vita, L70 indica che sarà in grado di garantirne
63.000h(70%delvalorenominale).Es.3: Sea60°Cunleddichiara50000hdivita,L70indicachesaràingradodigarantirne35000h
(70%delvalorenominale).
B10staadindicareilvalorepercentualedeicorpiilluminantichesipresumepossanospegnersiincondizionidioperativitàrispettoalflussoluminosoinizialeedallatemperaturadiesercizio.Es.: In caso di malfunzionamento, B10 indica che il flusso luminoso, nella sua globalità
circuitale, potrà decrescere in funzionedel restante numerodi corpi illuminanti accesi(possibilediminuzionedel10%rispettoallaquantitàiniziale).
C10staadindicareilvalorepercentualedeicorpiilluminantichesipresumepossanoguastarsienonriaccendersiincondizionidioperativitàrispettoallaquantitàiniziale.Es.: Incasodiguastodefinitivo,C10indicacheilflussoluminoso,nellasuaglobalitàcircuitale,
potrà decrescere in funzione del restante numero di corpi illuminanti accesi (possibilediminuzionedel10%rispettoallaquantitàiniziale).
CortemGroup,infunzionedellatipologiadicorpiilluminantiedelmodellocostruttivodiLEDin essi installato, ha progettato e realizzato specifici involucri adatti alle esigenze didissipazione richieste nelle specifiche del costruttore dei LED, al fine di poter dissipare almeglio il calore generato dal funzionamento dei LED e, quindi, ottimizzando al meglionell’ingegneria costruttiva la capacitàdiduratanel tempocon laminorperditadipotenzaeflussoluminoso.Inoltre,sempreconestremaattenzioneallagaranziafunzionaleeall’aspettodelfinevita,haanalizzato tutte le variabili costruttive e di qualità del prodotto, al fine di ridurre alminimopossibile difetti derivanti dalla cosiddetta “mortalità infantile” e alle possibili implicazionirelativeaduncorrettodimensionamentodell’alimentatore,nellevariepossibilitàdiimpiegoinambienticontemperaturepositiveonegative.Ovviamente tutte le considerazioni sopra esposte sono a carattere esemplificativo e nonmirate ad un prodotto specifico di CortemGroup, rimandando alle schede tecniche di ognispecificoprodotto.
