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Illuminazione a LED ed esigenze di conservazione – il fattore di danneggiamento

Un uomo verifica l’illuminamento su un dipinto.

La luce, soprattutto nella porzione UV dello spettro luminoso, sbiadisce e altera i colori delle opere d’arte. Il fattore di danneggiamento indica la misura in cui lo spettro di una sorgente luminosa, per esempio di un LED, danneggia un’opera d’arte. Dato che i LED di alta qualità non emettono né raggi UV, né raggi infrarossi, sono particolarmente adatti all’illuminazione di opere delicate.

Panoramica sul fattore di danneggiamento

Il know-how sull'illuminazione ERCO anche in forma di whitepaper:

Cos’è il fattore di danneggiamento?

In linea di principio, ogni esposizione alla luce ha un effetto dannoso: i colori sbiadiscono, diventano più scuri, le tonalità cromatiche si alterano; i materiali diventano più fragili, si disgregano, si incrinano.

Il fattore di danneggiamento (Fdm, rel), detto anche indice di danneggiamento (DI in inglese: Damage Index), misura l’entità del danneggiamento provocato dai raggi di una sorgente luminosa sui colori e sulle proprietà dei materiali. Per esempio, la luce solare comprende sia i raggi UV invisibili, sia la luce visibile a onde corte. Quindi, per molti materiali la luce del sole è decisamente più dannosa rispetto alla luce artificiale emessa dai LED.

Il fattore di danneggiamento dipende dallo spettro luminoso di una sorgente luminosa e dalla percentuale di raggi dannosi contenuta nello spettro, è il quoziente di irradianza (W/m²) e illuminamento (lx o lm / m²) che hanno un effetto dannoso e solitamente si misura in Milliwatt per lumen (mW/lm). Valori < 0,2 sono accettabili per l’illuminazione delle opere d’arte. Mentre gli apparecchi di illuminazione più datati spesso superano di molto questa soglia, i LED moderni di alta qualità restano sempre al di sotto del valore indicato. Gli apparecchi di illuminazione con tonalità di luce bianco caldo hanno un vantaggio in questo ambito, dato che lo spettro luminoso non contiene raggi UV e contiene solo una bassa percentuale di luce blu a onde corte. Il fattore di danneggiamento di questi LED è decisamente al di sotto di 0,2.

Come si applica il fattore di danneggiamento?

Il fattore di danneggiamento da solo ci dà soltanto un’indicazione sul potenziale di danneggiamento di uno spettro luminoso. Ci sono altri fattori che determinano il quanto una luce è davvero dannosa per un pezzo d’esposizione:

  1. sensibilità relativa all’illuminazione dei materiali illuminati (Hs,dm in Wh/m²)

  2. irradianza (W/m²)

  3. durata di irradiazione (ts in h)

  4. quota di raggi infrarossi nello spettro luminoso (trascurabile negli apparecchi a LED)

La sensibilità relativa all’illuminazione (Hs,dm) indica la quantità minima di energia radiante che provoca danni a un pezzo d’esposizione, dipende dal materiale dell’opera o del reperto e deve essere stabilita singolarmente e in ultima analisi da esperti in materia.

Alcuni materiali comuni con un’indicazione della loro sensibilità all’illuminazione:
carta da giornale Hs,dm = 5 Wh/m²
colore ad acquerello su carta Hs,dm = 175 Wh/m²
tessuti Hs,dm = 290 Wh/m²
colori a olio su tela di lino Hs,dm = 850 Wh/m²

L’irradianza (Edm) calcola l’irradiazione dannosa che colpisce l’oggetto (W/m²). Il valore che ne risulta è fondamentale nel calcolo del fattore di danneggiamento di uno spettro luminoso.

Infine, anche il tempo di esposizione (ts) è molto importante. Oltre all’illuminamento (E), questo fattore definisce il periodo di tempo necessario per provocare un danno. In questo calcolo bisogna tenere conto che il fotodanneggiamento è cumulativo, quindi 1 ora a 1000lx ha lo stesso effetto di 1000 ore a 1lx. La sfida per i lighting designer e i curatori nei musei è quindi riuscire a illuminare sufficientemente e con chiarezza un pezzo d’esposizione, in modo che i dettagli siano riconoscibili, senza però correre il rischio di danneggiarlo con una esposizione troppo lunga (quindi troppo velocemente).

Esempio:

con questa formula potete calcolare per quanto tempo un oggetto può essere illuminato prima di subire dei danni:

ts = Hs,m / (Fdm,rel x E)

Un dipinto a olio su tela di lino dovrebbe essere illuminato con un apparecchio di illuminazione a LED 3000K CRI 97, con un fattore di danneggiamento di 0,155mW/lm a 200lx. Secondo la tabella proposta la sensibilità all’illuminazione dell’opera è di 850Wh/m².

ts = 850Wh/m² / (0,000155W/lm x 200lx)
ts = 27.419h

Nell’illuminazione con luce diurna attraverso una finestra il fattore di danneggiamento dello spettro luminoso ammonta invece a 0,333mW/lm. Se i valori fossero uguali il calcolo sarebbe il seguente:

ts = 850Wh/m² / (0,000333W/lm x 200lx)
ts = 12.763h

A causa delle lunghezze d’onda ricche di energia nell’intervallo spettrale UV e bluastro della luce del sole, il pezzo d’esposizione può essere esposto alla luce del sole soltanto per la metà del tempo.

Qual è il livello di sensibilità alla luce delle diverse opere?

Per una prima classificazione dei materiali, la norma CIE 157 individua 4 classi che permettono di ottenere una regola generale sui livelli massimi di illuminamento e dei tempi di esposizione.
Sensibilità
Pezzo d’esposizione, oggetto
Descrizione Illuminamento massimo Valore limite del tempo di esposizione annuale
1. Nessuna sensibilità L’oggetto è composto totalmente da materiali durevoli, che non reagiscono alla luce.
Esempi: la maggior parte dei metalli, pietra, la maggior parte dei vetri, ceramica pura, smalti, la maggior parte dei minerali.
nessun limite nessun limite
2. Bassa sensibilità alla luce L’oggetto è composto da materiali durevoli che hanno una lieve reazione alla luce.
Esempi: dipinti a olio e a tempere, affreschi, pelle e legno non tinti, corno, ossa, avorio, vernici, alcuni materiali plastici.
200lx 600.000lxh/a
3. Media sensibilità alla luce L’oggetto contiene materiali instabili, moderatamente sensibili alla luce.
Esempi: indumenti, acquerelli, pastelli, arazzi, stampe e disegni, manoscritti, miniature, dipinti con tinte a colla, carta da parati, pitture a guazzo, pelle tinta e la maggior parte degli oggetti in materiali naturali, compresi gli esemplari botanici, le pellicce e le piume.
50lx 150.000lxh/a
4. Alta sensibilità alla luce L’oggetto contiene materiali altamente sensibili alla luce.
Esempi: seta, giornali e coloranti molto volatili.
50lx 15.000lxh/a

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