Curso de Eficiencia Energética Duoc UC Alameda

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1 Curso de Eficiencia Energética Duoc UC Alameda de octubre de 2013 Sistemas de iluminación

2 AGENDA AGENDA Conceptos básicos de iluminación Sistemas de iluminación Luminarias Ampolletas Equipos auxiliares Tecnología LED Alumbrado interior Instalaciones Legislación Oportunidades de ahorro Medidas de Ahorro en Iluminación

3 CONCEPTOS BÁSICOS La iluminación artificial supone el 19% de la electricidad en el mundo Producir luz eléctrica es uno de los procesos menos eficientes en consumo de energía primaria Existe un potencia de ahorro energético entre el 50% y el 70%, que puede llegar a más del 80% cuando se combina con tecnologías de control 3

4 CONCEPTOS BÁSICOS Distribución espectral de una fuente de luz La radiación electromagnética de una fuente de luz puede ser continua o discontinua El color de la luz y la reproducción de los diferentes colores variará en función del espectro de cada fuente de luz. Radiación continua Radiación discontinua 4

5 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Medición de la luz Medidas cuantitativas Flujo Luminoso (Φ) Intensidad luminosa (I) Iluminancia (E) Valores de calidad de la luz Rendimiento del color ( IRC o Ra) Temperatura de correlación de color (CCT) Luminancia (L) 5

6 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Medidas cuantitativas EFICACIA (lm/w) (cd/w) FLUJO (lumen) INTENSIDAD (candela) ILUMINANCIA (lm/m 2 =lux) LUMINANCIA (cd/m 2 ) POTENCIA (Watios) 6

7 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Medición de la luz Medidas cuantitativas Flujo Luminoso (Φ) Intensidad luminosa (I) Valores de calidad de la luz Rendimiento del color (IRC o Ra) Temperatura de correlación de color (CCT) Luminancia (L) Iluminancia (E) 7

8 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Índice de reproducción cromática (IRC ó Ra) Capacidad para reproducir los colores correctamente (0-100) Deficiente Moderada Buena Excelente

9 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS CRI 80 CRI 92 9

10 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Temperatura de color correlacionada (CCT) No es una temperatura real Dependiendo de la proporción de los colores constituyentes parecerá más cálida o fría Qué es? Cuanto más elevada sea la temperatura de color, más fría será la impresión de la luz blanca 10

11 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Temperatura de color correlacionada (CCT) Qué es? Rango Efecto Aplicaciones Luz día (>5000 K) - Fortalece el azul y debilita el rojo - Tono azulado en blanco y verde - Artes gráficas - Tratamientos psicológicos Blanco frío ( K) - Mejora azul - Apariencia pálida - Oficinas - Hospitales - Fábricas Blanco neutro ( K) - Favorece reproducción de colores - Comercio - Supermercados - Exposiciones Blanco cálido ( K) - Mejora rojo y naranja - Oscurece el azul - Amarillento - Residencial - Restauración - Hoteles Extra cálido ( K) -Fortalece rojo y naranja - Ennegrece el azul - Anaranja el blanco - Pan / carne - Alumbrado exterior - No para iluminación general 11 11

12 CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS Sensación producida por la temperatura de color 12 12

13 AGENDA AGENDA Conceptos básicos de iluminación Sistemas de iluminación Luminarias Ampolletas Equipos auxiliares Tecnología LED Alumbrado interior Instalaciones Legislación Oportunidades de ahorro Medidas de Ahorro en Iluminación

14 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Luminaria: Aparato que reparte, filtra o transforma la luz emitida por una o varias ampolletas Protege las ampolletas y evita el deslumbramiento Ampolleta: Principal fuente de luz artificial, cuya función básica es generar energía luminosa mediante la transformación de energía eléctrica Equipo auxiliar : Equipo eléctrico necesario en algunas ampolletas para el encendido o el mantenimiento de la intensidad luminosa Sistema de control: Conjunto de mecanismos por medio de los cuales se produce el encendido, apagado y regulación del flujo luminosos producido por las ampolletas 14

15 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Luminarias SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Elección de una luminaria 2.- Fotometría Eficiencia ó LOR (%) Contaminación (FHS y FHI) 1.- Necesidades de iluminación Cantidad Calidad Luminaria Óptima 3.- Protección Grado IP Grado IK 4.- Coste Material Instalación Mantenimiento 15

16 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Ampolletas SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Tipos de fuentes de luz (ampolletas) Ampolletas incandescentes No halógenas Halógenas a red / a baja tensión Ampolletas de descarga Luz mezcla Fluorescentes (mercurio a baja presión) Inducción Mercurio alta presión Halogenuros metálicos Sodio a alta / baja presión Iluminación de estado sólido LED (Light emitting diode) OLED Otras tecnologías LEP (Light emitting plasma) ESL (Electron stimulated luminescence) 16

17 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Ampolletas SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Elección de una fuente de luz 2.- Eficiencia Lumen / W 1.- Necesidades de iluminación Cantidad Calidad Ampolleta Óptima 3.- Vida útil Años 4.- Coste Material Instalación Mantenimiento 17

18 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Equipos auxiliares ALUMBRADO INTERIOR Tipos de equipos auxiliares Balasto electromagnético + Cebador Balasto 1. Limitar corriente de la ampolleta 2. Crear el pico de arranque 3. Corregir el factor de potencia Balasto electrónico Transformador 1. Transformar a baja tensión 2. Proteger frente a sobrecargas y cortocircuitos Transformador electrónico Driver 1. Transformar a baja tensión 2. Proteger frente a sobrecargas y cortocircuitos 18

19 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Equipos auxiliares ALUMBRADO INTERIOR Consideraciones sobre los equipos auxiliares El equipo auxiliar también produce un consumo eléctrico que debe ser tenido en cuenta. El consumo se puede obtener por medición o a partir de las especificaciones técnicas del fabricante. Es habitual estimar el consumo de equipos auxiliares: Balasto electromagnético: 20%-25% de la potencia nominal de la ampolleta Balasto electrónico: 3%-8% Transformador electromagnético: 8%-12% Transformador electrónico: 3%-5% Driver LED: 5%-15% La vida del equipo auxiliar puede ser menor que la de la ampolleta, por lo que debe ser fácilmente accesible La estabilidad del equipo auxiliar (tensión, intensidad y factor de potencia) es fundamental para optimizar los valores de flujo, potencia, color y vida útil de las ampolletas Si el equipo auxiliar permite la regulación de la ampolleta (dimming) se pueden aprovechar al máximo las prestaciones 19 19

20 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN LED: diodo emisor de luz SIGNIFICADO LED: light emitting diode Producción de luz por electroluminiscencia QUÉ ES? APLICACIONES Diodo compuesto por varias capas de material semiconductor que emite luz cuando es polarizado correctamente al ser atravesado por una corriente eléctrica El diodo y su circuito eléctrico se encapsulan en una carcasa plástica Semáforos Iluminación ornamental Carteles Iluminación Interior Alumbrado exterior 20

21 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Luz producida por los LED La luz producida es de color diferente en función de los materiales utilizados LED azul (frío) es el más eficiente (lm/w), blanco-cálido es el menos eficiente Generación de luz blanca: - LED Azul + Convertidor amarillo - Combinación de LED rojo, verde y azul Binning: selección de los LED de iguales características (color, flujo, voltaje) del mismo lote de producción Emiten de forma localizada (ángulo de emisión máximo en torno a 120º) 21

22 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Partes de una luminaria LED La luz producida por un LED no emite en el UV ni en el IR Disipación de calor Fuente: Simon Lighting 22

23 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Eficacia (lm/w) Hay que distinguir la eficacia instantánea (laboratorio, 25ºC) de la real La eficacia depende mucho de la temperatura de funcionamiento Debe conocerse a qué temperatura funciona el LED en cada luminaria concreta La eficacia depende de la intensidad de funcionamiento (desde 350 ma hasta 1.5 A) La mayor eficacia se obtiene a intensidades bajas La regulación por disminución de la intensidad mejora las prestaciones del LED 23

24 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Vida útil Agentes externos que condicionan la vida de un LED Hay que distinguir entre la vida de un LED individual y la del sistema completo (LED, óptica, driver, conexiones ) La vida útil del sistema está determinada por: mantenimiento del flujo luminoso (70%) probabilidad de fallo catastrófico El principal factor de variación es la temperatura, que depende de la mayor o menor disipación térmica de la luminaria T=30º puede suponer una disminución del 75% También es importante la estabilidad de salida del dríver 24

25 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Comparación con otras fuentes de luz La eficacia es similar a la de otras fuentes de luz (halogenuros metálicos, sodio alta presión, fluorescentes ) 25

26 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Comparación con otras fuentes de luz Sin embargo, la inexistencia de reflectores y la direccionalidad hacen que las pérdidas sean menores, lo que aumenta su eficiencia en comparación con sistemas convencionales LOR(%) 26

27 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN 27

28 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Barreras a la implantación de la tecnología LED Inversión inicial superior a los sistemas convencionales, aunque menor coste de mantenimiento y operación Falta de estándares, especificaciones internacionales y laboratorios de testeo y certificación Financiación y recesión económica Escasa experiencia en su utilización y confusión Desarrollo de sistemas de control adaptativos Competencia con otras tecnologías (inducción) 28

29 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Resumen tipos ampolleta SISTEMAS DE ILUMINACIÓN Tipo fuente luz Eficacia (lm/w) Potencia (W) Gestión residuos Equipo auxiliar CRI Aplicación Vida útil (h) CCT (K) Regulación Incandescente No No 100 Interior, exterior % Halógeno Halógenos Halogenuro metálico Vapor mercurio Tubo fluorescente Fluorescente compacta Sodio baja presión Sodio alta presión Baja tensión (12V) o no Argón, mercurio Necesario Argón, mercurio Necesario Interior Proyección, exterior Exterior, almacenes Mercurio, neón Necesario Interior Mercurio Hasta Sodio, neón, argón Sodio, neón, argón, mercurio Necesario o integrado Necesario % % No % Interior % Exterior, seguridad Necesario Exterior, túneles Inducción Mercurio Necesario LED ,2-150 Nitruros y arseniuros metálicos, fósforo Exterior, túneles, difícil acceso Necesario Interior, exterior Difícil de describir No % S/modelo % % 29

30 AGENDA AGENDA Conceptos básicos de iluminación Sistemas de iluminación Luminarias Ampolletas Equipos auxiliares Tecnología LED Alumbrado interior Instalaciones Legislación Oportunidades de ahorro Medidas de Ahorro en Iluminación

31 ALUMBRADO INTERIOR ALUMBRADO INTERIOR Tipos de luminarias Las luminarias pueden clasificarse según varios criterios Según modelo Pantalla Pantalla estanca Regleta Campana Downlight Proyector Foco Aplique Plafón 31

32 INSTALACIONES ALUMBRADO INTERIOR ALUMBRADO INTERIOR Tipos de ampolletas Incandescencia Descarga LED Incandescentes Halógenas baja tensión con equipos electromagnéticos o electrónicos Fluorescentes tubular o circular con equipo Halógenas red Fluorescentes compactas con equipo externo o integradas 32

33 INSTALACIONES ALUMBRADO INTERIOR ALUMBRADO INTERIOR Tipos de control Manual Automático Interruptor / Pulsador Reloj Sistema de control Magnetotérmico / Diferencial Temporizador Sensor presencia / luz natural 33

34 MEDIDAS ALUMBRADO DE AHORRO INTERIOR: Oportunidades de ahorro ALUMBRADO INTERIOR El consumo energético de una luminaria es igual a la potencia de ésta por el tiempo de utilización Potencia sistema (W) = P lámparas + P balastos Consumo energético (Wh) = Potencia (W) Tiempo (horas) Para disminuir el consumo energético en iluminación hay dos posibilidades Reducir la potencia Reducir el tiempo 34

35 MEDIDAS ALUMBRADO DE AHORRO INTERIOR: Oportunidades de ahorro ALUMBRADO INTERIOR 1.- Reducir la potencia Adaptar el nivel de iluminación si éste es excesivo Sustituir las ampolletas por otras de menor potencia Reducir el número de ampolletas en la estancia Reducir la potencia de las luminarias Sustituir las ampolletas por otras más eficientes Balastos electrónicos (tubos fluorescentes) 35

36 MEDIDAS ALUMBRADO DE AHORRO INTERIOR: Oportunidades de ahorro ALUMBRADO INTERIOR 2.- Reducir el tiempo Detectores de presencia Automatizar el encendido y apagado de las luces en las zonas de paso Interruptores temporizados Balastos regulables Sistemas de aprovechamiento de la luz natural Dimmers* Célula fotoeléctrica Nota: *Los dimmers son dispositivos usados para regular el voltaje de una o varias ampolletas 36

37 MEDIDAS ALUMBRADO DE AHORRO INTERIOR: Oportunidades de ahorro ALUMBRADO INTERIOR Ahorro económico ( /año) = Ahorro energético + Ahorro reposición Ahorro energético ( /año) = Consumo evitado (kwh/año) * Coste energía evitada ( /kwh) Consumo evitado (kwh/año) = [Potencia (kw) * Uso (h/año) * (1 %Regulación)] inicial [Potencia * Tiempo * (1 %Reg)] final Ahorro reposición ( /año) = [Coste reposición] inicial - [Coste reposición] final Coste reposición ( /año) = [Nº reposiciones (ud/periodo) * Coste unitario reposición ( /ud)] / Periodo (años/periodo) Coste unitario reposición ( /ud) = Coste material ( /ud) + Coste instalación ( /ud) Nº reposiciones (ud/periodo) = REDONDEAR.MAS [Periodo (año/periodo) / Duración (año/ud)] - 1 Se redondea hacia arriba el número de reposiciones Duración (año/ud) = Vida útil (h/ud) / Uso (h/año) Inversión ( ) = Coste material + Coste instalación Se resta la primera ampolleta ya que el coste se atribuye a la inversión Periodo de retorno simple (año) = Inversión ( ) / Ahorro económico ( /año) 37

38 ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro CASO PRÁCTICO Ampolleta actual Flujo luminoso = 604 lm Intensidad = º IRC 3000K Potencia = 50 12V Vida útil = h/ud Coste material = 3 /ud Datos comunes Uso = h/año Regulación = 35% (promedio) Coste energía = 0,16 /kwh Periodo = 5 años Coste instalación = 10 /ud Ampolleta actual Flujo luminoso = 490 lm Intensidad = º IRC 3000K Potencia = 10 12V Vida útil = h/ud Coste material= 20 /ud 38

39 AGENDA AGENDA Conceptos básicos de iluminación Sistemas de iluminación Luminarias Ampolletas Equipos auxiliares Tecnología LED Alumbrado interior Instalaciones Legislación Oportunidades de ahorro Medidas de Ahorro en Iluminación

40 Medidas de Ahorro en Iluminación Sustituir ampolletas incandescentes por bajo consumo / LED Sustituir tubos fluorescentes por fluorescentes de última generación / LED Sustituir halógenos por halógenos eficientes / LED Sustituir vapor de mercurio por vapor de sodio Sustituir balastos electromagnéticos por balastos electrónicos Instalar detectores de presencia/interruptores temporales Instalar células fotoeléctricas Instalar balastos de doble nivel 40

41 ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro Ejemplo en Duoc UC Alameda: Sustitución de ampolletas ineficientes SITUACIÓN ACTUAL En la sede Alameda de DUOC UC existen multitud de ampolletas que no son eficientes. PROPUESTA DE AHORRO Sustituir equipos existentes por ampolletas eficientes que produzcan ahorro energético. Descripción de la mejora Ahorro anual (kwh) ($ CLP) Inversión ($ CLP) PRS (años) Ahorro ambiental (kg CO 2 /año) Sustitución de ampolletas fluorescentes por LED Sustitución de ampolletas de bajo consumo por LED , ,3 577 Sustitución de halógenos por LED ,

42 ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro Ejemplo en Duoc UC Alameda: Instalación de detectores de presencia SITUACIÓN ACTUAL Se observa que varias estancias de la sede Alameda de DUOC UC tienen la iluminación encendida cuando no hay ningún ocupante en su interior. PROPUESTA DE AHORRO Instalación de detectores de presencia en aseos, tanto en lavabos como en cabinas. Ahorro energético (kwh/año) Ahorro económico ($ CLP/año) Inversión ($ CLP) PRS (años) Ahorro ambiental (kg CO 2 /año) ,

43 Rafael Fernández Creara especialistas en eficiencia y ahorro de energía /

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