La tecnologia delle lampade a scarica ad alta intensità si basa sull'arco che si genera tra due elettrodi posti all'interno di un tubo riempito di gas. A differenza che nelle fluorescenti, gli elettrodi distano solo pochi centimetri e il gas contenuto nel tubo è ad alta pressione per cui l'arco fa generare temperature estremamente elevate; in conseguenza di ciò, vaporizzano gli elementi metallici contenuti nel gas e si liberano grandi quantità di energia radiante nello spettro del visibile. Le lampade a scarica ad alta intensità hanno bisogno di un alimentatore progettato in funzione del tipo di lampada e della potenza e richiedono un tempo di riscaldamento per produrre il flusso luminoso nominale. Ciò significa che, in caso di perdita momentanea di potenza, si richiede un certo tempo per il riavviamento e il riscaldamento del sistema, rendendo necessario, in quei casi in cui l'illuminazione è importante ai fini della sicurezza, l'installazione di sistemi di emergenza.
Esistono tre tipi principali di lampade del tipo in questione: ad alogenuri metallici, a vapori di mercurio e al sodio.
Agli alogenuri metallici
Adesso ci occupiamo, in particolare, delle lampade ad alogenuri metallici che sono le sorgenti di luce bianca caratterizzate da un'elevata efficienza, da una eccellente resa cromatica, da una lunga durata utile e da un basso decadimento luminoso.
Gli alogenuri contenuti nel gas in cui si sviluppa l'arco sono capaci di produrre luce in vaste aree dello spettro. Per chiarire meglio questo concetto, occorre riferirsi ai grafici della distribuzione spettrale che mostrano la composizione cromatica di una determinata sorgente luminosa, indicando il livello di energia presente in ciascuna lunghezza d'onda sull'intero spettro visibile.
Il diagramma della distribuzione spettrale della luce solare a mezzogiorno (figura 1) si presenta eccezionalmente bilanciato, con tutte le lunghezze d'onda della luce visibile presenti in quantità praticamente uguali e la resa cromatica è - ovviamente - eccezionale; la luce solare presenta grandi quantità di energia nelle aree blu e verdi dello spettro e quindi può considerarsi una sorgente a luce fredda con temperatura di colore molto elevata, intorno a 5500 K.
Nelle lampade a scarica ad alta intensità, l'arco elettrico tende a produrre bande di energia molto strette a frequenza specifica; la distribuzione spettrale mostra quindi dei picchi energetici a queste determinate frequenze. Aggiungendo alogenuri nel gas di scarica si ottiene una emissione spettrale meglio bilanciata, anche se ci sono ancora delle discontinuità; discontinuità che, però, per la maggior parte delle applicazioni, non sono significative e non impediscono a tali lampade di rendere molto bene i colori; infatti la loro resa cromatica è migliore di quella indicata dal loro indice Ra. Alcune lampade ad alogenuri metallici utilizzano poi rivestimenti di fosforo per migliorare ulteriormente la loro resa cromatica.
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Per i vantaggi che abbiamo detto, queste lampade sono molto usate per l'illuminazione d'interni di ambienti commerciali, specie laddove per ampie volumetrie sono richieste potenze luminose elevate. Esse sono però prodotte anche con valori di potenze piccole, che ne consentono l'impiego per l'illuminazione d'accento.
Una interessante variante in tecnologia Hci è poi rappresentata da Powerball Hci della Osram, nella quale la scarica avviene in una sfera ceramica. Tale tipo di lampada, anche verso la fine della sua vita utile, si presenta con una migliore stabilità del colore e migliore resa cromatica, in particolare nell'area del rosso (figura 2) rispetto alle lampade della stessa famiglia. Ciò è dovuto alla forma sferica della camera di scarica, brevetto Osram, poiché nella sfera gli alogenuri metallici si mantengono costantemente attivi nella scarica, non trovando angoli o altri punti morti nei quali impigrirsi o depositarsi.
La forma sferica determina anche una maggiore durata per la mancanza di angoli e quindi assenza di linee di frattura; si ha poi una maggiore stabilità meccanica e termica. A parità di potenza, Powerball produce una maggiore quantità di luce e quindi ha valori di efficienza luminosa ancora più elevati (circa 100 lm/W).
Le pareti della sfera di scarica hanno uno spessore uniforme; la luce non viene assorbita in zone di spessore maggiore, come avviene nei tubi di scarica cilindrici. Nella sfera l'effetto dell'arco sugli alogenuri metallici del riempimento è meno pronunciato e quindi Powerball può essere usata in qualunque posizione di funzionamento. Recentemente questa lampada ha subito una significativa innovazione, infatti oggi possono essere messe in funzione in apparecchi privi di schermo di protezione per potenze da 35 a 150 W e in versione sia ellissoidale sia tubolare. Esse rispondono alla definizione di lampade ad alogenuri autoprotette introdotta dalla norma Iec 62035, ossia di lampade ad alogenuri che non necessitano di corpi illuminanti dotati di schermi di protezione perché è progettata in modo da contenere tutti i frammenti all'interno del bulbo esterno in caso di rottura del bruciatore; l'involucro della lampada deve essere marchiato con il simbolo delle lampade autoprotette H.4 (figura 3). Con questa diversa installazione si hanno costi più bassi, minore perdita di flusso luminoso, maggiore facilità di sostituzione delle lampade ed una più semplice gestione della temperatura nello sviluppo dell'apparecchio di illuminazione; la parete esterna della lampada, dotata di uno spessore maggiore, garantisce una ulteriore protezione.
Le tecnologie per le fluorescenti
Altra significativa innovazione è rappresentata dallo sviluppo delle fluorescenti Lumilux della stessa azienda che ha lanciato da poco sul mercato le Constant, progettate per installazioni a temperature particolarmente basse o alte grazie ad una tecnologia ad amalgama. Infatti le lampade fluorescenti standard non sono adatte per essere utilizzate in ambienti molto freddi o molto caldi.
In particolare si verifica un significativo decadimento del flusso luminoso sia se le temperature negli apparecchi scendono sotto i 25 °C, sia se il grado di calore sale oltre i 70 °C. La nuova tecnologia ad amalgama consente al flusso luminoso di mantenersi praticamente costante in un range di temperature abbastanza ampio (figura 4) e quindi di avere buoni risultati nelle applicazioni esterne, quali tunnel e parcheggi o per le temperature elevate che si verificano all'interno degli apparecchi, come in quelli stagni o ad incasso.
Lo smaltimento
Un aspetto molto importante delle sorgenti luminose riguarda il problema del loro smaltimento affrontato dal d.l. 151 del 25/07/05 con il quale si recepiscono due direttive comunitarie: una relativa alle restrizioni sull'uso di sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche (Rohs) e l'altra sullo smaltimento dei rifiuti delle apparecchiature anzidette (Raee); in base a queste direttive, dal momento dell'entrata in vigore del decreto fissato, il costruttore non potrà più consegnare al distributore prodotti che non siano a norma Rohs; inoltre dal momento di entrata in vigore il produttore dovrà garantire lo smaltimento dei prodotti che rientrano nella normativa. I termini precedentemente fissati dal decreto sono stati prorogati con d.l. n. 300 del 28/12/06 al 30/06/07. La direttiva Raee (Rifiuti apparecchiature elettriche ed elettroniche) dà il via libera alla raccolta differenziata dei rifiuti tecnologici derivanti dal disuso delle apparecchiature elettriche malfunzionanti o rotte e non più aggiustabili. Tale direttiva introduce il principio del "vuoto a rendere" per la spazzatura dei rifiuti elettrici ed elettronici, ossia del ritiro delle vecchie apparecchiature elettriche al momento dell'acquisto delle nuove. Ai produttori di apparecchiature elettriche, impone l'obbligo di finanziare sistemi di trasporto, trattamento, recupero e smaltimento finale dei rifiuti elettrici ed elettronici pena l'attribuzione di pesanti sanzioni amministrative fino a 100.000 euro.
Per quanto riguarda le lampade tutte quelle a scarica ad alta pressione contengono quantità minime di mercurio; le lampade a vapori di alogenuri possono contenere anche tallio, quindi la loro rottura può provocare il rilascio di tracce tossiche di mercurio e alogenuri di tallio; perciò vanno trattate da imprese di smaltimento specializzate se provenienti da impieghi commerciali e industriali; i privati possono depositarle presso appositi punti di raccolta che dovrebbero essere allestiti nei comuni. Lo stesso dicasi per le lampade fluorescenti che contengono quantità minime di mercurio, inferiori a 5 mg. Perciò questi rifiuti necessitano di particolari controlli e, in particolare per quelle ad alogenuri metallici, a causa dell'elevata pressione di riempimento, occorre seguire le indicazioni riportate sulla confezione.
Osram ha sviluppato un sistema di riciclaggio delle lampade fluorescenti destinate all'industria dello smaltimento dei rifiuti che consente di recuperarne il 97% nella fabbricazione di nuove lampade e il 7% in materiali per l'edilizia. Prima del trattamento le lampade esaurite vengono separate in base alla lunghezza e al diametro, quindi un nastro le porta alla macchina che separa gli attacchi e gli elettrodi; un potente getto di aria compressa espelle dai tubi privi di attacchi le sostanze fluorescenti e il mercurio che vengono recuperati mediante speciali filtri; successivamente, le diverse componenti delle polveri fluorescenti vengono separate, per essere avviate a processi diversi a seconda del loro stato di usura. I tubi di vetro, ormai vuoti, vengono frantumati e ridotti in piccoli pezzi (<15 mm) che possono essere riutilizzati come materiale riciclato per produrre nuovi tubi per lampade fluorescenti.