illuminare con il LED

Fino a qualche anno fa, il LED lo si conosceva solo negli ambienti tecnici più stretti, oppure chi ha sempre lavorato con l'elettronica, in quanto di LED erano - e sono e saranno - fatti tutti i diodi luminosi delle apparecchiature elettroniche. Di recente però questo diodo luminoso ha cominciato ad invadere il settore dell'illuminazione anche di livello consumer, tanto che dovunque ormai è possibile comprare lampadine LED retrofit (ovvero lampade con attacco elettrico "tradizionale" tipo a vite E27 o a baionetta GU10). Ritengo utile scrivere una guida per orientarsi, visto che il mercato è attualmente composto da prodotti molto diversi in quanto ad "età" e qualità.

Prima di tutto: cos'è il LED? Mentre le lampadine ad incandescenza producono luce perché scaldano un pezzetto di metallo fino a temperature elevatissime (2500°C) il LED sfrutta il principio dell'emissione spontanea di luce di alcuni semiconduttori: se rivestiamo questi semiconduttori con il giusto mix di "impurità" possiamo anche determinare il colore della luce, che può essere anche bianca (oggi ci sembra normale che un LED emetta luce bianca, ma il bianco per il LED è il colore più difficile da ottenere).

Vediamo subito qual'è tuttora la limitazione più importante che secondo me bloccherà ancora per un po l'invasione totale del mercato da parte del LED: la resa cromatica. Mentre le lampade ad incandescenza rispettano i colori "reali", ovvero i colori che gli oggetti hanno quando sono illuminati dalla luce naturale del Sole, tutte le lampade non ad incandescenza hanno un "indice di resa cromatica" più basso. Fatto 100 il valore della resa cromatica di una incandescenza (ovvero del Sole, che è il riferimento assoluto - quantomeno sulla Terra :-P - della resa cromatica), abbiamo che le migliori lampade a scarica (le fluorescenti per esempio, ma anche gli ioduri metallici) raggiungono anche 98-99, mentre il LED attualmente, nelle versioni più consumer, non arriva a 70, mentre per arrivare a livelli appena decenti (90 o superiore) bisogna andare su LED professionali di costo ancora elevato.

Dunque il LED di tipo "consumer" secondo me per ora è ancora precluso a quelle applicazioni, in

esempio di LED in gola luminosa

particolare commerciali, dove la resa cromatica è molto importante: per esempio i locali commerciali, soprattutto quelli di vestiario (una volta comprai in un negozio un bel completino verdino: quando sono uscito al Sole, era color senape -.-).

Al di là di questo importante svantaggio (un altro svantaggio del LED, diciamo secondario, è che è molto sensibile al calore che egli stesso produce: se il calore dell'apparecchio non viene correttamente smaltito - cosa che avviene nelle lampadine più economiche -, la durata si riduce drasticamente), il LED ha queste incomparabili qualità:

• una durata di molto superiore alle altre lampade commerciali: una lampada ad incandescenza dura in media 1.000 ore, una alogena arriva a 2.000, una a scarica va da 5.000 a 15.000 ore a seconda del tipo, mentre i LED di media qualità non sono mai inferiori alle 30.000 ore, ed alcuni arrivano a garantire un livello di illuminamento sufficiente anche dopo 100.000 ore di esercizio. Ciò si traduce in minori sostituzioni di lampadine, che signifca meno rifiuti da smaltire, ma anche minori costi per le aziende (cambiare una lampadina costa più di manodopera che non la lampadina in sè) e anche per le infrastrutture (cambiare le lampade in una galleria di un autostrada non è facile: se può essere fatto ogni 7-8 anni invece che ogni anno è una svolta). Ciò influisce anche sul design delle lampade: fino ad oggi tutte le lampade dovevano essere progettate per poter ospitare delle lampadine che potessero essere sostiuite, mentre oggi, con il LED, si possono progettare lampade che NON prevederanno mai la sostituzione della lampadina, perché la vita media attesa dell'oggetto di design è inferiore alla vita media del LED stesso.
• una efficienza energetica elevata, certamente superiore alle lampade ad incandescenza, ma comunque alla pari con le lampade a scarica (le "vecchie" lampade a risparmio energetico). L'efficienza luminosa si misura in lm/W, ovvero lumen (unità di misura della quantità di luce emessa da una lampadina, indipendentemente dal fascio di emissione) diviso Watt elettrici assorbiti. In commercio già oggi è possibile trovare LED con efficienze superiori anche del 50% delle lampade a scarica equivalenti. Ovviamente non c'è confronto con le lampade ad incandescenza.
• una dimensione minima che può essere davvero ridicola se considerata alla dimensione minima che altre lampade devono avere. Ciò ha influenza sul design delle lampade, principalmente.

Progettare la luce con il LED

Le applicazioni del LED nelle ristrutturazioni edili sono potenzialmente sconfinate, ma tipicamente si traducono nei faretti e nelle strisce luminose, utilizzate spesso per l'illuminazione delle gole luminose.

I faretti LED hanno spesso potenze diverse ed efficienze diverse (dipende da chi produce il diodo, ma anche dalla fascia di prezzo), pertanto conviene fare riferimento alla luce che questi emettono raffrontata  con quella dei "vecchi" faretti alogeni. Per fare ciò occorre valutare i lumen emessi dal LED: un faretto alogeno da 35W può produrre circa 220lm. In genere i LED consumer assorbono circa 4-5W per emettere 250lm. I faretti alogeni tipicamente non hanno una grande efficienza luminosa, perché parte della radiazione emessa dalla lampadina viene assorbita e dispersa dal riflettore sotto forma di calore.

Facciamo un paragone con prodotti di una marca sinonimo di qualità:

questa è la scheda tecnica di un faretto Osram alogeno da 40W con fascio 40°: l'emissione nominale in lumen è 310, quindi l'efficienza luminosa è pari a  7,75 lm/W

quest'altra è la scheda tecnica di un faretto Osram LED da 7W con fascio 36°: l'emissione nominale in lumen è 390, quindi l'efficienza luminosa è pari a 55,7 lm/W

Ne consegue, nel caso di esempio, che il faretto da 7W LED emette grosso modo la luce che emetterebbe un faretto alogeno da 50W di pari qualità.

Molto spannometricamente, potremmo dire che i faretti che emettono una quantità di lumen compresa tra 350 e 400 sostituiscono i faretti da 50W, mentre quelli nella fascia 220-270 possono sostituire quelli da 35W. I faretti da 20W possono quindi essere sostituiti da altri che producono 130-180lm. Scegliete LED che hanno una efficienza non inferiore ai 50lm/W: oltre ad essere economicamente più vantaggioso, è anche garanzia che la tecnologia usata per il LED è recente.

Una simpatica alternativa ai faretti da incasso possono essere le barre LED ad incasso: hanno uno spessore davvero minimale ed in alcuni casi possono essere installate anche senza tenere conto della struttura portante del controsoffitto, perché talmente piatti da poter essere incassati nello spessore della stessa lastra di cartongesso. Questa barra è un esempio: ha uno spessore di incasso di soli 5,5mm e può ospitare una strip led di qualunque tipo.

L'altro argomento di cui occorre parlare in tema di LED sono appunto le strip LED, che ho citato nel paragrafo precedente. Questi oggetti di illuminazione sono una innovazione notevole rispetto al passato, perché rappresentano un sistema illuminante che in precedenza veniva fatto con sistemi molto elaborati e costosi (i tubi al neon piegati e lavorati a mano: ci si facevano le insegne luminose fino a qualche decennio fa) oppure assai poco efficaci (esistevano dei tubi di silicone con dentro delle lampadine ad incandescenza annegate: servivano solo a fare delle decorazioni, ma il livello di illuminamento era bassissimo).

Le strip led tipicamente hanno una sezione assai ridotta, in genere intorno ai 10mm di larghezza per 3-4mm al massimo di altezza. Il formato internazionale standard in cui vengono vendute è in bobine da 5 metri di lunghezza (ma in commercio si trovano anche "spezzoni" di dimensioni inferiori), ed è quasi sempre possibile tagliare le strisce ogni 5/10cm di lunghezza. Una cosa a cui fare attenzione nella scelta della strip led è il codice del chip led che vi è installato sopra, ovvero il codice SMD che prevalentemente si trova in commercio, che sostanzialmente indica il livello di luminosità del singolo diodo:

• codice 5630: corrisponde a LED di grande intensità luminosa, dai 20 ai 55 lumen per chip. Ovviamente corrisponde alle strip led più costose, ma sono quelle più indicate quando si tratta di illuminare e non solo di decorare. Generalmente, le strip dotate di questi chip raggiungono una emissione luminosa da 1.500 a 3.000 lm per metro lineare. Difficilmente queste strip si trovano in versione da esterni (grado di protezione IP65).
• codice 5050: corrisponde a LED di media intensità luminosa, dai 12 ai 25 lumen per chip. Una striscia con 300 led su cinque metri è in grado di emettere circa 1.000 lm per ogni metro lineare. I chip di questo tipo sono generalmente noti anche come "triple chip LED" semplicemente perché ogni singolo diodo è composto da tre unità di codice 3528, facendo una estrema, rozza semplificazione.
• codice 3528: corrisponde a LED di bassa intensità luminosa, dai 3 agli 8 lumen per chip. Sono strisce poco adatte all'illuminazione vera e propria perché non emettono una quantità di luce sufficiente ad "illuminare", ma vanno benissimo per creare effetti luminosi laddove non serve grande quantità di lumen, tipo illuminazione dei sottogradini delle scale o illuminazione delle zoccolature delle falegnamerie. è facile trovare le strip con questi chip in versione per esterni o anche da immersione. Esistono in commercio strip led con una doppia fila di diodi 3528: direi sinceramente di evitare, orientandosi su strip con una sola striscia di LED di codice superiore.

A questo link trovate una pagina che spiega le differenze tecniche tra 3528 e 5050. è importante valutare che i codici sopra riportati si riferiscono a led della medesima efficienza luminosa, che difficilmente è inferiore a 80lm/W ma più tipicamente in commercio si trovano quelli da 100lm/W o più. Anche nella scelta delle strip led fate riferimento più ai lumen totali (o per metro) che non alla sola potenza assorbita, perché potrebbe non essere esaustiva delle caratteristiche del prodotto.

Ok, ma che temperatura di colore scegliere? le lampade ad incandescenza non davano possibilità di scelta: si potevano avere solo a luce calda (2.700°K) mentre invece il led, così come le lampade a scarica, possono essere scelte anche in tonalità più fredde. Per rispondere a questa domanda, la cui risposta è anche soggettiva, vi rimando a quest'altro mio post più generale sull'illuminazione. All'interno degli appartamenti ritengo che la tonalità corrispondente ai 3.200°K dia i migliori risultati possibili, in ogni caso suggerisco di non salire mai al di sopra dei 4.000°K per applicazioni residenziali. Nelle applicazioni commerciali la tonalità di colore deve essere frutto di una saggia scelta progettuale, e non vi è un valore universalmente valido.

una applicazione tipica delle strip led è per l'illuminazione delle gole luminose. Fino a qualche anno fa le gole si illuminavano bene solo con le fluorescenti lineari monotubo (scelta che rimane tuttora valida, ed anche ancora economicamente concorrenziale): questo è un esempio di un ottimo tubo osram. La lampada di riferimento generalmente è la 36W 930, che ha un assorbimento di 36W, è lunga un metro e venti, ed emette 2700lm (dunque 2200 lm/metro). Realizzare la stessa illuminazione con il LED non necessariamente significa dover eguagliare questa emissione luminosa, perché le lampade fluorescenti emettono a 360° attorno a loro (e, quindi, buona parte di questa quantità di luce viene dispersa), mentre invece le strip LED hanno sempre una emissione solo da un lato, con un fascio di emissione che potremmo considerare di 180° anche se poi è sempre leggermente inferiore. Dunque già la direzionalità aiuta molto, e potremmo quasi dire che con il LED abbiamo bisogno della metà dei lumen che ci servono con le fluorescenti (e quindi con metà della potenza, considerando poi che il LED ha una efficienza anche leggermente superiore a questo tubo fluorescente in particolare), anche se non è proprio così. Per esperienza personale, posso dirvi che le gole luminose possono essere fatte con una sola striscia di LED con codice 5630, ma i risultati migliori si ottengono con due strisce con LED codice 5050, una incollata sulla porzione verticale interna della veletta, posta a circa 2cm dal filo del balconcino antistante, e l'altra invece incollata nella porzione orizzontale, che guarda verso l'alto, posizionata abbastanza vicino al bordo del balconcino. Ovviamente devono essere identiche, e devono essere alimentate in modo opportuno: la posizione o l'errata dimensione dell'alimentatore infatti può influire su un eventuale decadimento dell'intensità luminosa sulla linea.

Il corretto posizionamento della striscia led è molto importante e deve essere fatto con attenzione e perizia: la striscia deve avere sempre la stessa altezza ed essere bene ancorata al supporto, perché non si distacchi col tempo. Una piccola porzione di led distaccato corrisponde subito ad un inestetismo visivo abbastanza evidente.

Nelle gole luminose sarebbe opportuno montare il LED o in verticale, oppure chiuderlo all'interno di un profilo di alluminio a sua volta protetto con un vetro: questo per evitare che nel tempo si depositi la polvere sul diodo che, date le elevate temperature che si raggiungono, può essere "cotta" e quindi sporcare in modo indelebile la superficie del LED che emette luce, compromettendone l'efficienza luminosa già ben prima della fine della vita attesa per il sistema illuminante. Una semplice alternativa dunque è impiegare le strisce "siliconate", ovvero le strisce led che sono montate su una strip e poi incluse all'interno di un "tubo" di silicone (generalmente sono così le strisce impermeabili, o waterproof, o IP65): sono anche estremamente semplici e pratiche da pulire.

Attualmente sto realizzando alcuni controsoffitti a gola luminosa con i sistemi che ho descritto: presto aggiungerò delle fotografie con anche dei dati illuminotecnici concreti.