Sistemas de iluminación y ahorro energético

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1 E.T.S. de Ingeniería Industrial Universidad Politécnica de Cartagena Curso de formación en Mercados Eléctricos Sistemas de iluminación y ahorro energético Elche, febrero de 2010

2 Ejemplo de aplicación Eficiencia en la iluminación en un edificio universitario: el proyecto GreenLight (EU)

3 APLICACIONES: eficiencia energética en la iluminación Potencia instalada: 2MW (50%-60%) Demanda pico: 1100 kw Probar el potencial de medidas de eficiencia energética para reducir el consumo de energía a medio-largo plazo Mejora de la eficiencia en: HVAC: Alumbrado: 40-50% demanda 25-30% demanda. Consumo, oportunidades y mejoras del sistema en un edificio del s. XVIII rehabilitado para usos docentes.

4 APLICACIONES: eficiencia energética en la iluminación Antiguo Hospital de Marina de Carlos III: Superficie: alrededor de m2 Estudiantes: Profesorado: 250 Características del antiguo sistema de alumbrado Aulas Planta Baja: 3*T-8, 58W Pasillos: halógenas de 75W (a 5,5m de altura) Aulas de sótano: 20*150W High Intensity (HID) lámparas con balasto magnético El sistema presenta deficiencias graves de diseño: Pobre eficiencia energética debido a los balastos y al tipo de lámparas Ejes de alumbrado erróneos Circuitos de conmutación deficientes No se aprovecha la luz natural Por la altura de los techos, el mantenimiento es muy costoso (cambios a 5,5-6m de altura) Vida útil HID (< 6000h, < 2 años de uso) Ruido balasto.

5 Deficiencias en el diseño (2002) Deficiencias de eje de alumbrado Deficiencias de circuitos de conmutación

6 Áreas de prueba Greenlight Definición de espacios Planta Sótano - aulas docentes, pasillos

7 Planta Baja - aulas docentes, aulas informática, ALA, pasillos y recibidores

8 Planta Primera - aulas docentes, pasillos y recibidores

9 Planta Segunda - pasillos y recibidores

10 Color/ Reproducción cromática Aulas: IRC > 80 (o cualquier otra dependencia docente) Apariencia de luz fría (aulas) Eficiencia energética No tenida en cuenta en una primera fase (1999) Luz natural no aprovechada Otras consideraciones Reflejos de la luz natural Ruidos Producción de calor Mantenimiento

11 Antes (2002) Selección del tipo de lámparas y equipos. Solución impuesta Planta Sótano - aulas docentes Lámparas: Descarga de vapor de mercurio con halogenuros metálicos de ampolla cerámica (HID) Potencia: 150 W HQI-E de OSRAM o similar, con casquillo E27 Equipos auxiliares: Balasto magnético (zumbido audible en el aula) Arrancador electrónico Condensador de 20 μf en paralelo (compensación de reactiva) Largos tiempo de encendido (inadecuados) Luminaria: Abierta, tipo downlight pendular modelo de ERCO o similar Reflector tipo Darklight de aluminio anonizado plateado Fijada a la superficie del techo Disposición: 5 luminarias x 4 filas (20 luminarias) Sistema de control: 3 interruptores, 3 circuitos independientes (tresbolillo) Mala adecuación al nivel de ocupación Luz natural: lucernario, no aprovechado

12 Antes (2002): mala conmutación, sin aprovechamiento luz natural

13 Lo que había. (2002) Planta Baja y Planta Primera - aulas docentes, de informática y ALA Lámparas: Fluorescentes estándar T-8 Potencia lámpara: 58 W Equipos auxiliares: Reactancia magnética Cebadores convencionales Condensador de 7 μf en paralelo (compensación de reactiva) Largos tiempo de encendido (inadecuados) Luminaria: Tubulares Reflector de aluminio en la parte posterior del tubo y difusores en forma de lama Asociadas; bandas luminosas de 3 luminarias cada una Suspendidas del techo; 3 m de altura respecto del suelo Disposición: paralela a las mesas de trabajo ( deslumbramiento) Sistema de control: 2 interruptores, (circuito de red, grupo de reserva) Mala adecuación al nivel de ocupación Luz natural: ventanas en aulas exteriores, no aprovechado

14 Pasillos y recibidores Lámparas: Incandescentes halógenas de ampolla cerámica clara con casquillo B15d Potencia: 70 W Modelo1 Halolux Ceram de OSRAM o similar Luminaria: Cerradas del tipo downlight de superficie modelo de RCO o similar Reflector Darklight de aluminio anonizado plateado. Disposición: Pasillos» 3 equipos en pasillos cortos y 6 en pasillos largos.» Distancia no adecuada (niveles de iluminación no uniformes). Recibidores; en recibidores pequeños se emplean 18 equipos Sistema de control: interruptor temporizado situado en los puntos de acceso de las zonas Luz natural: en algunos recibidores existen ventanas

15

16 Datos simulados Vs. Datos Empíricos Datos medidos mediante luxómetro (caso real: 150W por punto de luz) Mañana Tarde

17 Datos simulados Vs. Datos Empíricos Salida del software (65 W por punto de luz). Superficie de trabajo real y altura de los ojos (UGR) Em = 720 lx Emin = 525 lx Emax = 968 lx >> Isolíneas >>UGR

18 Datos simulados Vs. Datos Empíricos Datos medidos mediante luxómetro (caso real) Mañana Tarde

19 Proyecto piloto Greenlight (2003) Antonio Gabaldón y Fernando Sequera (UPCT)

20 Estábamos bien en eficiencia? Verificación del CTE-DBHE 3: Eficiencia energética en las instalaciones de iluminación Niveles de iluminancia Software: Iluminancia media mantenida en el plano de trabajo: 720 lx > 500 lx recomendados. Medido: AULA Equipos P NOMINAL (kw) P MEDIDA (kw) Media σ P ,044 0,992 (18x55W) 3% Valor de Eficiencia Energética de la Instalación (VEEI) VEEI = 13 W/m 2 = 1.8 W/m 2 /100 lx < Límite = 4 Sistema de control y regulación: Sistema de control adecuado (sistema manual de On/Off) Sistema de aprovechamiento de luz natural: inexistente

21 Planta sótano Proceso de iluminación eficiente Proyecto Greenlight (UE) Modificación del tipo de lámparas y equipos (I) Planta Sótano - Aulas docentes Caso base: HID» Corta vida (reemplazo anual)» Coste elevado» Tiempo de encendido (proyección en aula)» Balastos magnéticos (vida, consumo, ruido, temperatura) Actualización: lámparas de inducción» Elevada vida (ausencia filamentos)» Reencendido inmediato» Aprovechamiento de las luminarias» Balastos electrónicos específicos (reducción de consumo)

22 Planta sótano Especificaciones Lámparas: Tecnología: Inducción Potencia: 165 W Fabricante: Philips (QL) Equipos auxiliares: Generador electrónico de alta frecuencia, Philips QL 165W S/01 Luminaria: Sin cambios (minimización de costes) Disposición: lámparas Vs. 20 caso anterior Sistema de control: Sin cambios (manual On/Off) Luz natural: aprovechamiento casero del turno diurno (3 ó 31/2 filas de luminarias en vez de 4)

23 Planta sótano

24 Planta sótano antes (2002) Datos simulados Vs. Datos Empíricos Salida del software (170W por punto de luz). Superficie de trabajo real (inclinada) Em = 827 lx Emin = 289 lx Emax = 1196 lx >> Isolíneas >>UGR

25 Planta sótano. Datos simulados Vs. Datos Empíricos Datos medidos mediante luxómetro (150W por punto de luz)

26 Planta sótano Verificación del CTE-DBHE 3: Eficiencia energética en las instalaciones de iluminación Niveles de iluminancia Software: Iluminancia media mantenida en el plano de trabajo: 827 lx > 500 lx recomendados. Medido: AULA PS 15 Equipos 16 P NOMINAL (kw) 2,640 P MEDIDA (kw) Media 1,674 Desv. Valor de Eficiencia Energética de la Instalación (VEEI) VEEI = W/m 2 = 2.73 W/m 2 /100 lx < Límite = 4 Sistema de control y regulación: Sistema de control adecuado Sistema de aprovechamiento de luz natural: inexistente obligatorio según CTE 3%

27 Planta sótano posibilidades de empleo de la luz natural (tarde)

28 Planta sótano: posibilidades de empleo de la luz natural (mañana)

29 Cambios en las aulas planta baja (1ª planta)

30 Planta baja/primera planta Modificación del tipo de lámparas y equipos (II) Planta Primera - Aulas docentes Caso base: Fluorescentes» Balastos magnéticos: incremento del consumo, armónicos, reduce la vida Actualización (I): balastos electrónicos» Eleva la vida media (20000 horas)» Reducción del consumo» Reducción de la depreciación del flujo luminoso Actualización (II): control» Circuitos de mando en 3 zonas diferenciadas (pizarra, medio y fondo)» Sensores de presencia en dos zonas (pizarra, medio) Actualización (III): luz natural» Foto-sensores en la línea cercana a las ventanas» Balastos electrónicos regulables en la línea de luminarias anexa a la ventana

31 Planta baja/primera planta Especificaciones Lámparas: Sin modificación (tubo trifósforo en algún caso) Equipos auxiliares: Balasto electrónico, Sylvania QuickTronic QTP Balastos electrónicos regulables Luminaria: Sin cambios (ahorro coste actualización) Disposición: Sin cambios (ahorro coste actualización) Sistema de control: 3 circuitos de mando 2 sensores de presencia + Relé para el control de los circuitos Luz natural: aprovechamiento turno diurno (3 filas de luminarias) Foto sensores de iluminancia + Balastos regulables en la fila más próxima a la ventana

32 Planta baja/primera planta

33 Datos simulados Vs. Datos Empíricos Datos medidos mediante luxómetro (caso real, con balastos electrónicos)

34 Es posible utilizar la luz natural? SI Posibilidades de la luz natural Mañana Tarde

35 PFC de la ETSII de Cartagena (2003). Autor: Fernando Sequera Alternativas eficientes (PB-5) Detectores presencia (pizarra, media aula) Desconexión de línea de tubos de pizarra

36 PFC de la ETSII de Cartagena (2003). Autor: Fernando Sequera Alternativas eficientes (PB-5) Balasto regulable en f(luz natural)

37 PFC de la ETSII de Cartagena (2003). Autor: Fernando Sequera Comparativa de resultados (PB-5) Balasto electromagnético (BEM) Balasto electrónico (BEN) Balasto electrónico + fotosensor 1,70E+03 1,60E+03 1,50E+03 1,40E+03 1,30E+03 1,20E+03 1,10E+03 1,00E+03 9,00E+02 8,00E PB 5 BEM PB 5 BEN PB 5 BEN + Foto

38 Planta baja/primera planta Modificación del tipo de lámparas y equipos (III) Recibidores Caso base: Incandescentes halógenas» Vida corta (< 2000 horas)» Elevada temperatura lámpara + luminaria Actualización (I): Fluorescentes compactas» Vida media (15000 horas)» Mismo precio» Sin límite del número de encendidos» Sin equipo auxiliar» Inserción en la luminaria? Problema

39 Planta baja/primera planta Especificaciones Lámparas: Fluorescentes compactas, Osram DULUX????? Equipos auxiliares: No necesita Luminaria: Sin cambios Disposición: Sin cambios Sistema de control: Sin cambios Luz natural: Sin cambios (no aprovechamiento)

40 Planta baja/primera planta

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