Alumbrado Exterior. Bloque nº 9 Curso de Gestor para la Eficiencia Organizado por INEGA

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1 Bloque nº 9 Curso de Gestor para la Eficiencia Organizado por INEGA Salón de Actos de la Confederación de Empresarios de Ourense Praza das Damas, Ourense 11 de octubre de :00-10:30 y 10:50-12:20 Camilo José Carrillo González Universidade de Vigo 1

2 1. Introducción - Conceptos básicos 2. La visión nocturna 3. Equipos para alumbrado exterior 4. Sistemas de regulación y control 5. Eficiencia energética 6. Cálculo de parámetros lumínicos 7. Niveles de iluminación 8. Alumbrado de señales y anuncios luminosos 2

3 1. Introducción Objetivos fundamentales del alumbrado exterior: Seguridad del tráfico y de las personas Otros objetivos: Reducción de accidentes Ayuda a la protección policial Mejora del tráfico Mejora de la actividad de ocio Promoción de negocios e industria en horario nocturno Realce de elementos singulares, como edificios históricos Alumbrado exterior y demanda energética Algunos datos de referencia para evaluar el alumbrado público en España son: Consumo en alumbrado público: GWh (1,25% ~ 450 M ) Consumo en alumbrado en general: GWh (15%) Consumo eléctrico español: GWh Número de puntos de luz: ~ 4,4 millones Puede suponer el 60% del consumo eléctrico de un ayuntamiento 3

4 1. Introducción Luminarias de alumbrado exterior per cápita (fuente: ) Rep. Checa Lituania Letonia Slovenia Estonia Eslovaquia Hungría Finlandia Grecia Irlanda España Portugal Polonia Alemania Malta Chipre Total UE25 Austria Reino Unido Luxemburgo Francia Dinamarca Paises Bajos Italia Bélgica Suecia

5 1. Introducción Comportamiento relativo de un conductor con luz de cruce e iluminación pública Situación Luminancia Sensibilidad Diferencial al Contraste Agudeza Visual Eficacia Visión Binocular Luz de Cruce 0,2-0,3 cd/m Luz de Cruce con Alumbrado Público 2 cd/m 2 3 2,5 3 5

6 1. Introducción CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS BÁSICOS El flujo luminoso ( ) en lumen (lm) Es la cantidad de luz que emite una fuente luminosa. Medida: Esfera Integradora Esfera integradora 6

7 1. Introducción CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS BÁSICOS La intensidad luminosa (I) en candelas (cd) Es la densidad de luz que se encuentra dentro de un estereoradian. Se representa en forma de diagrama polar o diagrama fotométrico. Ángulos fotométricos o de elevación γ Medida: Gonio-fotómetro Ángulos de azimut C Diagrama polar 7

8 1. Introducción CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS BÁSICOS La iluminancia (E) en luxes (lx) Es la densidad de flujo luminoso que recibe una superficie. Medida: Luxómetro Luxómetro La luminancia (L) en candelas por m 2 (cd/m 2 ) Es la intensidad luminosa directa desde una fuente de luz o reflejada por una superficie en una determinada dirección para una determinada unidad de área. Es equivalente al brillo. Medida: Medidor de luminancia o luminancímetro Medidor de luminancia 8

9 1. Introducción Normativa de referencia Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior y sus Instrucciones técnicas complementarias EA-01 a EA-07 Real Decreto 1890/2008 (en adelante REEIAE) Norma UNE-EN Iluminación de carreteras. Requisitos de prestaciones. Norma UNE-EN Iluminación de carreteras. Cálculo de prestaciones. Norma UNE-EN Iluminación de carreteras. Métodos de medida de las prestaciones de iluminación. La mencionada normativa recoge múltiples aspectos de recomendaciones elaboradas por organismos internacionales las elaboradas por la Comisión Internacional de Iluminación, usualmente abreviado como CIE por su denominación francesa, Commission Internationale de l'éclairage, el IESNA (Illuminating Engineering Society of North America), o el Comité Español de Iluminación (CEI). 9

10 2. La visión nocturna En condiciones de iluminación elevada (p.e. un día soleado) y en condiciones de baja iluminación (p.e. luz de luna) el comportamiento espectral del ojo es distinto. Tipos de fotorreceptores CONOS: 7 millones, percepción del color BASTONES: 120 millones, únicos activos con iluminación baja bastón cono long. onda corta cono long. onda media cono long. onda larga longitud de onda en nm longitud de onda en nm Respuesta espectral de los fotorreceptores en el ojo humano 10

11 2. La visión nocturna Las condiciones de iluminación fijan los tipos de visión: Escotópica (visión nocturna) Mesópica Fotópica (visión diurna) NOCHE SIN LUNA (NUBLADO) LUZ DE LUNEA (LUNA LLENA) AMANECER (PRIMERAS HORAS) TIENDA O OFICINA LUZ DIURNA (DÍA SOLEADO) Mesópica Escotópica Fotópica Conos Bastones 1E-06 1E-04 1E E+02 1E+04 1E+06 cd/m 2 Rangos aproximados de la visión 11

12 Calculo del flujo luminoso depende de la respuesta espectral del ojo. La potencia radiante se pondera con la respuesta espectral del ojo La visión nocturna P 683 L V S 1699 L V P: Lúmenes fotópicos S: Lúmenes escotópicos L: Potencia espectral V: Respuesta espectral fotópica V : Respuesta espectral escotópica Respuesta espectral de la visión fotópica y escotópica P: Lúmenes fotópicos ó lúmenes S: Lúmenes escotópicos Variables fotópicas (lux, cd/m 2...) Variables escotópicas (lux, cd/m 2...) Luxómetro dual (fotópico y escotópico) 12

13 2. La visión nocturna Valoración del comportamiento escotópico de la una fuente de luz SP lúmenes escotópicos lúmenes fotópicos Halogenuros metálicos 2996K 1 S P 1,34 Respuesta Fotópica Respuesta Escotópica Potencia Radiante Relativa Pond. Fotópico Pond. Escotópico longitud de onda en nm 13

14 2. La visión nocturna Valoración del comportamiento escotópico de la una fuente de luz SP lúmenes escotópicos lúmenes fotópicos LED blanco frio 4569K 1 S P 1,85 Respuesta Fotópica Respuesta Escotópica Potencia Radiante Relativa Pond. Fotópico Pond. Escotópico longitud de onda en nm 14

15 2. La visión nocturna Valoración del comportamiento escotópico de la una fuente de luz SP lúmenes escotópicos lúmenes fotópicos En general, la luz fría (>5.000K) produce mayores ratios S/P, que una fuente de luz cálida (<3.300K), de forma aproximada: Luz de blanco frío 5000K, S/P = 2,1 Luz de blanco neutro 4000K, S/P = 1,65 Luz de blanco cálido 3000K, S/P = 1,4 Lámpara de vapor de sodio de alta presión, S/P = 0,64 15

16 2. La visión nocturna Valoración del comportamiento escotópico de la una fuente de luz Situaciones habituales de iluminación visión mesópica (conos+bastones). Lúmenes visualmente efectivos o VEL, en inglés visually effective lumens o pupil lumens. VEL P S P n n depende del tipo de actividad: n=0 para situaciones de visión fotópica pura (diurna) n=1 para situaciones de visión escotópica pura (nocturna) o trabajo con ordenadores n=0,78 lectura (valor habitual) 16

17 2. La visión nocturna Lámparas de iluminación espectral mejorada Las lámparas con un ratio S/P elevado (>1) reciben la denominación de lámparas de iluminación espectral mejorada (en inglés spectrally enhanced lighting ) Fabricantes > +Efectivas en iluminación nocturna Tareas en viales nocturnos y tipos de visión involucrados - Visibilidad directa con detección de objetos, donde la visión central es predominante (visión fotópica). Cuando el objeto está fuera de la línea de visión directa a niveles mesópicos de iluminación (visión fotópica + escotópica). - Percepción de la luminosidad espacial, esta tarea describe como la luz es percibida en una determinada área, por ejemplo, por la noche está relacionada con cuanto de segura se encuentra una persona por la noche ante una determinada iluminación ambiental (visión fotópica + escotópica). - Visión de guiado y detección de objetos fuera de la línea de visión directa (visión fotópica + escotópica). - Detección de movimiento, la habilidad para detectar objetos en movimiento tanto en la línea de visión directa como fuera de ella son fundamentales durante actividades como la conducción. (visión fotópica + escotópica). 17

18 2. La visión nocturna Lámparas de iluminación espectral mejorada Las lámparas con un ratio S/P elevado (>1) reciben la denominación de lámparas de iluminación espectral mejorada (en inglés spectrally enhanced lighting ) Fabricantes > +Efectivas en iluminación nocturna En conclusión, si bien es cierto que ciertas actividades puede verse favorecidas por la utilización de fuentes de iluminación que contribuyan a la visión escotópica, a la hora de establecer criterios de seguridad se han de respetar los límites fotópicos establecidas en la normativa de aplicación. También se puede concluir que en igualdad de lúmenes fotópicos, las tareas a realizar, en especial en alumbrado nocturno, pueden verse mejorados si el valor de VEL es elevado. 18

19 2. La visión nocturna Lámparas de iluminación espectral mejorada y eficiencia energética Resultados del DOE (EEUU) de sustitución por fluorescentes de iluminación espectral mejorada. Edificio de oficinas 4 plantas m luminarias Resultados: evaluación de satisfacción de los usuarios La disminución de lúmenes se compensa con el mantenimiento de los VEL. Pre Post Fabricante GE GE Tipo F32T8/SP30/ECO F32T8/XL/SPX50/HLEC Potencia nominal Tipo Balasto Electrónico Electrónico Color Temperatura Color 3500K 5000K IRC Lúmenes fotópicos nominales Factor Balasto (FB) Lúmens fotópicos (P x FB) Ratio S/P Lúmenes visualmente efectivos Reducción de potencia Reduccción de lúmenes Incremento S/P Reduccción de lúmenes VEL 21.9% 26.9% 53.8% 2.2% Spectrally Enhanced Lighting Program Implementation for Energy Savings: Field Evaluation Pacific Northwest National Laboratory (2006) 19

20 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias CARACTERÍSTICAS LÁMPARA/LUMINARIA Eficacia (lm/w) Vida útil (horas) Mantenimiento del Flujo Luminoso Distribución lumínica luminaria Temp. Color (CCT) Reproducción Cromática (IRC) Potencia unitaria Regulación de flujo Tiempo reencendido Tiempo arranque Afecta a la potencia a instalar Diseño Gestión y control 20

21 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Tecnologías habituales en alumbrado exterior incandescencia descarga estado sólido LED Vapor de sodio del alta presión Halogenuros metálicos cerámicos Lámparas fluorescentes Vapor de mercurio Vapor de sodio de baja presión sin electrodos Inducción Plasma En desarrollo / pre-comercial En desarrollo Madura En desuso Lámpara Vapor de Sodio Lámpara LED Lámpara Inducción 21

22 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias 22

23 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Incandescente Halógena Fluorescente Fluorescente compacta Halogenuros metálicos Vapor de sodio de alta presión LED Inducción Plasma 2.500K 3.000K 3.500K 4.000K 4.500K 5.000K 5.500K 6.000K 6.500K... 23

24 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Tecnología clásica: Lámparas de descarga de alta intensidad En las lámparas de descarga la luz se consigue al excitar un gas con una descarga eléctrica entre dos electrodos. Tipos de gas: vapor de mercurio, vapor de sodio, vapor de mercurio más halogenuros metálicos,... Eficacia luminaria: lm/w Duración: h h (depreciación flujo) IRC: 0-90 Temp. color: 2.700K-6000K Arranque: 3 a 60 s Regulable: 20%-40% a 100% 24

25 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Tecnología en desarrollo: el LED Un LED es un diodo emisor de luz (Light-Emitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz (electroluminiscencia) cuando circula por él una corriente. Semiconductores (diodo) Eficacia luminaria: lm/w ( lm/w) Duración: <50.000h (70% flujo; resistente al fallo) IRC: Temp. color: 2.700K-5000K Arranque: instantáneo Regulable: 0%-100% Lente incorporada en la lámpara Fuente: I. Lima, M. Granger and F. Morgan "The Transition to Solid-State Lighting" Proceedings of the IEEE (2009); UVIGO 25

26 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Tecnología en desarrollo: el LED VENTAJAS: Rápido desarrollo (previsión: >100 lm/w) Encendido y reencendido instantáneo (control de presencia,...) Regulación %0 al 100% Diseño luminarias (distribución lumínica uniforme) Temperatura de color alta (blanco frío) Visión escotópica Alto IRC Sin emisión de UV (no degradación de colores) Sin emisión de IR (no radian calor) Bajo impacto ambiental (sin contenido en mercurio) VSAP LED 26

27 corriente en A tension en V 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Tecnología en desarrollo: el LED INCONVENIENTES: Precio por lumen Vida útil fuertemente dependiente de la temperatura: Altas temperaturas ambiente (climas tropicales) Sobrealimentación del diodo Disipación (ventilación) Falta de lámparas de sustitución Electrónica potencia (inmunidad, f.d.p.) Coherencia de color entre unidades Variedad de tensiones de alimentación Fabricantes con poca implantación en Europa Falta de normativa específica tiempo en s cos fi = 0,88 FP = 0, tiempo en s r 27

28 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias La más duradera: INDUCCIÓN Las lámparas de inducción son similares a lámparas fluorescentes con excitación mediante fuertes campos magnéticos de los átomos de mercurio del gas interior a la lámpara. Mercurio Excitación por campo magnético Eficacia: lm/w Duración: hasta h IRC: Temp. color: 3.000K-4000K Arranque: 0,5 s Regulable: 30% -100% Fuente: PHILIPS Fuente: OSRAM 28

29 3. Equipos para alumbrado exterior Lámparas y Luminarias Tecnologías emergentes: PLASMA Las lámparas de plasma están formadas por una ampolla de halogenuros metálicos excitada por RF de alta frecuencia. Alta potencia lumínica (hasta lumen, equivalente a 250W). Halogenuros metálicos Excitación por RF Eficacia: lm/w Duración: h h IRC: Temp. color: 4.000K-6000K Arranque: 45 s Regulable: 20%-100% Fuente: LUXIM 29

30 3. Equipos para alumbrado exterior Equipos auxiliares Balastos y fuentes de alimentación Las ventajas principales de la utilización de los balastos electrónicos: Mayor eficiencia de la lámpara por alimentarla a frecuencia elevadas Prevención del efecto estroboscópico Mayor eficiencia del balasto, al desparecer las pérdidas en el cobre y en el hierro (rendimiento superior al 95%) Arranque instantáneo Factor de potencia del conjunto puede ser unitario Inmunidad a variaciones de la tensión de entrada Posibilidad de incorporar control de flujo luminoso 30

31 lumen 3. Equipos para alumbrado exterior Equipos auxiliares Balastos y fuentes de alimentación 112 Flujo luminoso versus frecuencia de alimentación frecuencia en khz 31

32 3. Equipos para alumbrado exterior Equipos auxiliares Consideraciones sobre el factor de potencia cos φ: coseno del ángulo de desfase entre la componente fundamental de la tensión y de la corriente. Relacionado con: Facturación: penalizaciones por consumo excesivo de reactiva Valor mínimo indicado por normativa (p.e. 0,9 para lámparas de descarga) factor de potencia λ: relación entre la potencia activa y aparente consumida por una carga. λ = P UI En ausencia de armónicos: λ = cosφ En presencia de armónicos: cos THD I 2 THD I es la tasa total de distorsión armónica de la corriente (0 para corrientes sinusoidales) 32

33 corriente en A Tensión en V Factor de potencia λ 3. Equipos para alumbrado exterior Equipos auxiliares Consideraciones sobre el factor de potencia 1,00 cos fi =1 cos fi =0,95 0,90 0,80 cos fi =0,9 cos fi =0,85 cos THD I 2 0, ,60 0% 20% 40% 60% 80% 100% Tasa de distorsión armónica de la corriente (THD I ) Corriente demanda por una lámpara tiempo en s 33

34 3. Equipos para alumbrado exterior Eficiencia en equipos de iluminación Eficacia mínima es (con excepción de las iluminaciones navideñas y festivas): 40 lm/w, para alumbrados de vigilancia y seguridad nocturna y de señales y anuncios luminosos. 65 lm/w, para alumbrados vial, específico y ornamental. Requisitos mínimo de las luminarias Parámetros Alumbrado vial Resto alumbrados Funcional Ambiental Proyectores Luminarias Rendimiento de la luminaria 65% 55% 55% 60% Factor de utilización 0,25 0,30 34

35 3. Equipos para alumbrado exterior Eficiencia en equipos de iluminación Potencia máxima del conjunto lámpara y equipo auxiliar SAP: Sodio de Alta Presión, HM: Halogenuros Metálicos, SBP: Vapor de Sodio de Baja Presión; VM: Vapor de Mercurio Potencia nominal de lámpara Potencia total del conjunto (W) SAP HM SBP VM (2,15A) 277 (3A) (3,5A) 435 (4,6A)

36 3. Equipos para alumbrado exterior Eficiencia en equipos de iluminación ESTIMACIÓN DE COSTES: Sustitución de fluorescente T8 por T5 Horas Uso 4500 horas/año Precio Energía 0,1728 /kwh Lámpara Convencional Potencia 36 W Consumo 44,1 W Coste Lámpara 2 Coste Balasto Electromagnético 8 Coste 10 Lámpara Eficiente Potencia 28 W Consumo 33 W Coste Lámpara 4 Coste Balasto Electrónico 28 Coste 32 11,1 W Ahorros 49,95 kwh/año 8,63 /año Diferencia Coste 22 Amortización simple 2,5 años 36

37 hora local 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de encendido Interruptor fotoeléctrico o crepuscular: incorporan un sensor fotovoltaico y tienen capacidad para encender o apagar un circuito en función de la luminosidad ambiente. Han de incorporar cierta histéresis o retardo en la actuación para evitar repetidos ciclos de encendido/apagado. Inconvenientes: mantenimiento (limpieza periódica), ajuste de umbrales Interruptor horario astronómico: cálculo del orto y ocaso a partir de coordenadas orto ocaso Interruptor crepuscular y fotocélula día año Horario de orto y ocaso para Vigo 37

38 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de encendido El interruptor crepuscular y astronómico se pueden combinar en una misma instalación para conseguir cierta redundancia en la gestión de encendidos y apagados y conseguir una mejor adaptación a la condiciones de iluminación ambiental. Los umbrales de encendido se puede ajustar en el caso de que las lámpara instaladas sean de encendido rápido, esto podría permitir una reducción de los umbrales de encendido y apagado (umbral 70lx a 55lx) con el consiguiente ahorro anual (aproximadamente del 4% anual). 38

39 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de flujo luminoso Apagado parcial, apagado parcial de puntos de luz. Requiere alimentación a través de varios circuitos. Reactancia o balasto de doble nivel, la impedancia de la reactancia se aumenta mediante un relé con la consiguiente reducción de tensión y flujo luminoso en la lámpara. Se pueden conseguir una reducción de flujo de hasta el 40%. Estabilizadores de tensión y reductores de flujo, son equipos que cumplen con una doble tarea: la regulación del flujo luminoso y su mantenimiento en un valor constante ante variaciones en la tensión de alimentación. Estos equipos se instalan en cabecera de una instalación, lo que permite su implantación tanto en instalaciones nuevas como en instalaciones en servicio. Regulación de tensión en los balastos electrónicos o en fuentes de alimentación, en este caso la regulación se hace de forma local en cada luminaria actuando sobre su equipo auxiliar. En este caso suele ser necesario un canal de datos sobre el que poder enviar las consignas a los distintos equipos. 39

40 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de flujo luminoso Estabilizadores de tensión y reductores de flujo Tensión salida regulador (V) min Cambio a flujo reducido Inicio ciclo de encendido Tensión nominal Tensión reducida Fallo alimentación 12 min Inicio ciclo de reencendido 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 Autotransformadores motorizados Los valores de la tensión de flujo reducido son de 175 V para lámparas de VSAP y VM equipadas con equipos auxiliares de regulación, en caso contrario el nivel reducido se fija en 195 V para las lámparas de vapor de mercurio. Tiempos de encendido y reencendido son largos para asegurar la correcta puesta en servicio de la instalación de alumbrado 40

41 tensión en V 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de control de flujo luminoso Estabilizadores de tensión y reductores de flujo hora 50 x SAP 100W (116W) Consumo a 230V: 11,6 kw. Tensión +1,5% entre 12:00 y 8:00 > +3% potencia Consumo SIN regulador: 65,73 kwh/día (2% a tensión elevada). Consumo CON regulador: 46,11kWh/día Ahorro energía: 30%. 41

42 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de gestión de alumbrado público DISPOSITIVOS DE CONTROL: Apagado parcial (doble circuito) Reactancias de doble nivel Reductores de flujo en cabecera SISTEMAS DE TELEGESTIÓN Tipo de comunicación Cableada (líneas de datos dedicadas) PLC (a través de la red eléctrica) Enlaces de radio Telefonía móvil (3G, GSM, GPRS) Lámpara Detector presencia Estado interruptores... Alimentación Emisión alarmas Autómata Alarmas locales 230 V Interfaz señales gestión Interfaz señales control Fuente de alimentación con entrada de control de flujo Detección de funcionamiento lámpara Control encendido Interfaz señales control 42

43 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de gestión de alumbrado público CAPACIDADES Control Encender y apagar lámparas, elevar o reducir su nivel de luz Según parámetros internos (por ejemplo, un programador) Según parámetros externos (por ejemplo, densidad del tráfico, luz diurna) Supervisión Estado de lámpara: encendida, apagada, atenuada, fundida Estado de la red Horas de funcionamiento (p. ej., según el emplazamiento) Consumo de energía (p. ej., por calles) Compensación de la reducción de flujo luminoso 43

44 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de gestión de alumbrado público Caso de éxito Oslo El proyecto: Sustitución de 10,000 luminarias por lámparas de vapor de sodio de alta presión con sistema de telegestión. La lámparas VSAP son un 30% más eficientes que las sustituidas. Coste: 12 M Ahorro: 520,000 /año 70% reducción en consumo energético Fuente: 44

45 4. Sistemas de regulación y control Sistemas de gestión de alumbrado público REEIAE - ITC EA 02 - Apartado 9 Con la finalidad de ahorrar energía, disminuir el resplandor luminoso nocturno y limitar la luz molesta, a ciertas horas de la noche, deberá reducirse el nivel de iluminación en las instalaciones de alumbrado vial, alumbrado específico, alumbrado ornamental y alumbrado de señales y anuncios luminosos, con potencia instalada superior a 5 kw salvo que, por razones de seguridad, a justificar en el proyecto, no resultara recomendable efectuar variaciones temporales o reducción de los niveles de iluminación. Cuando se reduzca el nivel de iluminación, es decir, se varíe la clase de alumbrado a una hora determinada, deberán mantenerse los criterios de uniformidad de luminancia/iluminancia y deslumbramiento establecidos en esta Instrucción ITC-EA-02. REEIAE - ITC EA 04 - Apartado 6 Con la finalidad de ahorrar energía, las instalaciones de alumbrado recogidas en el capítulo 9 de la ITC- EA-02, se proyectarán con dispositivos o sistemas para regular el nivel luminoso mediante alguno de los sistemas siguientes: a) Balastos serie de tipo inductivo para doble nivel de potencia; b) reguladores-estabilizadores en cabecera de línea; c) balastos electrónicos de potencia regulable. Los sistemas de regulación del nivel luminoso deberán permitir la disminución del flujo emitido hasta un 50% del valor en servicio normal, manteniendo la uniformidad de los niveles de iluminación, durante las horas con funcionamiento reducido. 45

46 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Eficiencia instalaciones alumbrado m 2 lx/w f f L m u Eficiencia lámparas y equipos aux. SE m L m 2 lx/w P es la potencia consumida por el conjunto lámpara más equipo auxiliar (en W) S es la superficie iluminada (en m 2 ) E m es la iluminancia media de la zona considerada (en lx) P Factor de utilización Factor de mantenimiento Relación entre el flujo útil procedente de las luminarias que llega a la calzada o superficie a iluminar y el flujo emitido por las lámparas instaladas en las luminarias Relación entre los valores de iluminancia que se pretenden mantener a lo largo de la vida de la instalación de alumbrado y los valores iniciales. La disminución de flujo luminoso asociado al envejecimiento de la lámpara La estanqueidad del sistema óptico y la calidad de cierre de la luminaria La calidad del mantenimiento La contaminación ambiental de la zona 46

47 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento f f L m u Factor de mantenimiento fm FDFL FSL FDLU FDFL, factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara FSL factor de supervivencia de la lámpara, el cual se puede suponer igual a la unidad si se considera el reemplazo inmediato de la lámpara averiada. FDLU, factor de depreciación de la luminaria 47

48 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento FDFL, factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara Tipo de lámpara Sodio alta presión Sodio baja presión Halogenuros metálicos Vapor de mercurio Fluorescente tubular Trifósforo Fluorescente tubular Halofosfato Fluorescente compacta Período de funcionamiento en horas h h h h h 0,98 0,97 0,94 0,91 0,90 0,98 0,96 0,93 0,90 0,87 0,82 0,78 0,76 0,76 0,73 0,87 0,83 0,80 0,78 0,76 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,82 0,78 0,74 0,72 0,71 0,91 0,88 0,86 0,85 0,84 48

49 Factor depreciación del flujo 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento FDFL, factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara 1 0,95 Sodio alta presión 0,9 0,85 0,8 0,75 0, Horas previstas de funcionamiento Sodio baja presión Halogenuros metálicos Vapor de mercurio Fluorescente tubular Trifósforo Fluorescente tubular Halofosfato 49

50 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Tipo de lámpara Sodio alta presión Sodio baja presión Halogenuros metálicos Vapor de mercurio Fluorescente tubular Trifósforo Fluorescente tubular Halofosfato Fluorescente compacta FSL factor de supervivencia de la lámpara Período de funcionamiento en horas h h h h h 0,98 0,96 0,94 0,92 0,89 0,92 0,86 0,80 0,74 0,62 0,98 0,97 0,94 0,92 0,88 0,93 0,91 0,87 0,82 0,76 0,99 0,99 0,99 0,98 0,96 0,99 0,98 0,93 0,86 0,70 0,98 0,94 0,90 0,78 0,50 50

51 Factor de superviviencia 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento 1 0,9 0,8 FSL factor de supervivencia de la lámpara Sodio alta presión Sodio baja presión Halogenuros metálicos 0,7 0,6 0, Horas previstas de funcionamiento Vapor de mercurio Fluorescente tubular Trifósforo Fluorescente tubular Halofosfato 51

52 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Grado protección sistema óptico IP 2X IP 5X IP 6X FDLU, factor de depreciación de la luminaria Grado de contaminación Intervalo de limpieza en años 1 año 1,5 años 2 años 2,5 años 3 años Alto 0,53 0,48 0,45 0,43 0,42 Medio 0,62 0,58 0,56 0,54 0,53 Bajo 0,82 0,80 0,79 0,78 0,78 Alto 0,89 0,87 0,84 0,80 0,76 Medio 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 Bajo 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 Alto 0,91 0,90 0,88 0,85 0,83 Medio 0,92 0,91 0,89 0,88 0,87 Bajo 0,93 0,92 0,91 0,90 0,90 52

53 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Valores máximos admitidos del factor de mantenimiento fm considerando luminaria IP6X y grado de contaminación bajo 53

54 factor de mantenimiento de flujo 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Factor de mantenimiento de flujo para lámparas de halogenuros metálicos (HM), valores máximos y valores de varios fabricantes, frente a los valores de una lámpara de inducción 1 0,95 0,9 HM Valores máximos HM Lámpara Inducción 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0, horas LEDs y lámparas de inducción actualmente NO contemplados en la normativa 54

55 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Horas funcionamiento: h/año Coste de la energía: 0,1728 /kwh Coste de reemplazo de luminaria de 50. Lámpara inmediatamente después de que haya dejado de funcionar (FSL = 1) Luminarias con un grado elevado de estanqueidad con contaminación baja (FDLU = 0,93). COSTE Valor VIDA COSTE EFICACIA Duración COSTE TOTAL TIPO típico ÚTIL MANTENIMIENTO (lm/w) (años) /(10klm año) 10klm FDFL (khoras) /año /año Fluorescente 83 0, ,3 11,26 9,44 20,70 Halogenuros 87 0, ,5 15,20 11,19 26,39 Vapor mercurio Sodio Alta presión 47 0, ,5 29,53 11,16 40, , ,4 10,64 9,22 19,87 LED 84 0, ,1 14,23 4,50 18,73 Inducción 60 0, ,2 19,99 2,25 22,24 Plasma 96 0, ,9 10,20 5,63 15,82 55

56 5. Eficiencia energética Eficiencia energética y factor de mantenimiento Horas funcionamiento: h/año Coste de la energía: 0,1728 /kwh Coste de reemplazo de luminaria de 50. Lámpara inmediatamente después de que haya dejado de funcionar (FSL = 1) Luminarias con un grado elevado de estanqueidad con contaminación baja (FDLU = 0,93). Plasma COSTE /(10klm año) COSTE MANTENIMIENTO /año Inducción LED Sodio Alta presión Vapor mercurio Halogenuros Fluorescente

57 5. Eficiencia energética Clasificación energética de instalaciones Índice eficiencia energética I 1 ICE Eficiencia energética de referencia R Índice de consumo energético I Alumbrado vial funcional Iluminancia media en servicio proyectada E m (lux) Eficiencia energética de referencia ε R (m 2 lux/w) Alumbrado vial ambiental y otras instalaciones de alumbrado Iluminancia Eficiencia media en energética de servicio referencia ε proyectada E R m (m (lux) 2 lux/w) ,5 14 7,

58 5. Eficiencia energética Clasificación energética de instalaciones 58

59 6. Cálculo de parámetros lumínicos Relación entre los valores de iluminancia y luminancia de una superficie Intensidad luminosa I en cd para distintos ángulos fotométricos y de azimut. Coeficiente de luminancia Diagrama polar Posición observador Posición luminaria Punto de observación Posición observador Punto de observación Posición observador Posición luminaria Cálculo de luminancia Cálculo de iluminancia Cálculo deslumbramiento 59

60 6. Cálculo de parámetros lumínicos Posiciones relativas β es el ángulo entre los planos de observación y de incidencia γ ángulo fotométrico C es el ángulo de azimut del diagrama fotométrico α ( 1º) es el ángulo de observación con respecto a la horizontal. Altura del observador entre 1 m (automóviles) y 3 m (camiones) y a una distancia del objeto a visualizar de 60 m, lo que implica que los valores de α varían entre 0,35º y 2,86º. h es la altura de la luminaria con respecto al suelo I(C,γ): Diagrama polar o fotométrico Eh(C,γ): Iluminancia horizontal en un punto 60

61 d/2 d d=ac/n d/2 6. Cálculo de parámetros lumínicos Cálculo de iluminancia E n i 1 E I C, cos h 3 2 i i i i Retícula de puntos para el cálculo de la iluminancia S D/2 D=S/N D D D D/2 ac Punto de medida Luminaria D < 3 m d < 1 m 61

62 6. Cálculo de parámetros lumínicos Cálculo de iluminancia E Parámetros a calcular Iluminancia media (E m ) en la superficie de la calzada Uniformidad media (U m ), relación entre la iluminancia mínima y la media en la superficie de la calzada Uniformidad global (U 0 ), relación entre la iluminancia mínima y máxima de la superficie de la calzada Método de los nueve puntos S/2 S P1 P4 P7 E B m E 2E E 2E 4E 2E E 2E E ac ac/2 P2 P5 P8 C P3 P6 P D Punto de medida Luminaria Límite zona asociada a cada punto de medida 62

63 6. Cálculo de parámetros lumínicos Coeficiente de luminancia L C,, Luminancia I C, r, h Coeficiente reducido de luminancia 2 3h Área de aplicación del cálculo Luminaria Límite del vial Valores tabulados de la relación entre luminancia e iluminancia para distintos tipos de asfalto. 3 r, q, cos punto de cálculo observador Coeficiente de luminancia del pavimento 12h 8h 4h 0 4h Luminaria NO considerada en el cálculo de luminancia Luminaria considerada en el cálculo de luminancia 63

64 6. Cálculo de parámetros lumínicos Coeficiente de luminancia Coeficiente de luminancia media 1 Q0 q, d Tipo de pavimento 0 0 Q0 R1 0,10 Descripción breve Pavimento de hormigón R2 0,07 Asfalto difusor R3 0,07 Asfalto clásico R4 0,08 Asfalto especular típ: Q 0 = 1/15 0,07 Clasificación de pavimentos Descripción detallada Superficie de hormigón brillante, superficie de asfalto difuso con un mínimo de 15% de agregados brillantes artificiales Pavimento asfáltico con mínimo de 60% de grava de tamaño máximo menor de 10 mm. Pavimento asfáltico con superficie de rodadura con 10 15% de agregado artificialmente aclarado con mezcla (usado en EEUU). Pavimento asfáltico con textura típica después de meses de uso (típica autopista) Pavimento asfáltico con textura muy suave Tipo de reflectancia Casi difuso Difuso especular Ligeramente especular Muy especular reflexión difusa reflexión especular retrorreflexión reflexión mixta 64

65 coeficiente de luminancia q ( 10 4 ) 6. Cálculo de parámetros lumínicos Coeficiente de luminancia Coeficiente reducido de luminancia r Valores tabulados de r para distintos tipos de asfalto según Q 0 La luminancia media L m será mayor tanto mayor cuanto mayor sea el valor de Q 0 para una iluminancia media dada E m L m <> Q 0 E m 50 Q 0 = 0, º 15º 30º 45º 60º 75º 90º ángulo γ 0º 2º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º 45º 60º 75º 90º 105º 120º 135º 150º 165º 180º 65

66 6. Cálculo de parámetros lumínicos Coeficiente de luminancia Parámetro de r 0, 2 S1 especularidad S 1 Clasificación de pavimentos r 0, 0 Sistema Clase Límites S1 Q 0 R R1 S1<0,42 0,10 R2 0,42<S1 <0,85 0,07 R3 0,85 S1 <0,35 0,07 R4 0,35<S1 0,08 N N1 S1<0,28 0,10 N2 0,28 S1 <0,60 0,07 N3 0,60 S 1 < 1,30 0,07 N4 1,30 S1 0,08 C C1 S1 0,40 0,10 C2 S 1 >0,40 0,07 66

67 6. Cálculo de parámetros lumínicos Cálculo de luminancia L n L I C, r, h i 1 2 i i i i i Parámetros a calcular: Luminancia en punto de una superficie (L) Luminancia media en una superficie (L m en cd/m 2 ) Uniformidad global de luminancias (U 0 ), relación entre la luminancia mínima y la media de la superficie de la calzada. Uniformidad longitudinal de luminancias (U l ): Relación entre la luminancia mínima y la máxima en el mismo eje longitudinal de los carriles de circulación de la calzada, adoptando el valor menor de todos ellos. 67

68 6. Cálculo de parámetros lumínicos Cálculo de luminancia L n i 1 L I C, r, h 2 i i i i i Retícula de puntos para el cálculo de la luminancia S D/2 D=S/N D D D D/2 Dirección de observación ac d d=ac/n d/2 Punto de medida Luminaria D < 5 m d < 1,5 m d/2 68

69 6. Cálculo de parámetros lumínicos Cálculo de luminancia L n L I C, r, h i 1 2 i i i i i Posición del observador (1,5 m altura): (1) para medida o cálculo de iluminancia media o uniformidad global (2) para uniformidad longitudinal 60 m < 180 m ac ac/2 ac/4 (1) (2) 69

70 6. Cálculo de parámetros lumínicos Deslumbramiento El deslumbramiento es una molestia en la visión o una reducción en la capacidad de distinguir objetos originada por una inadecuada distribución de las luminancias o contrastes excesivos de iluminación, ya sea en el espacio (p.e. fuertes variaciones de iluminación entre zonas adyacentes) o el tiempo (p.e. deslumbramiento por los faros de un vehículo) Deslumbramiento perturbador (o fisiológico), reduce el contraste sobre los objetos observados Deslumbramiento molesto (o sicológico), molesto a la vista, pero no dificulta la percepción de los objetos En conducción una de los causas de deslumbramiento es el cruce con un vehículo con la luces de carretera o largas > Cambio a cruce 500 m antes del cruce Luz de cruce En alumbrado exterior el deslumbramiento considerado es el perturbador. Luz de carretera 70

71 6. Cálculo de parámetros lumínicos Deslumbramiento Luminancia de velo n 2 v vi i i 1 L K E n es el número de luminarias consideradas E vi es la iluminancia vertical producida sobre la pupila por la luminaria i-ésima E 2 I C, sen cos i i i i vi 2 θ i en grados es el ángulo entre el centro de la luminaria deslumbrante y la línea de visión K (típ. 10) depende de la edad del conductor (A en años) h deslumbramiento ángulo θ θ 4 K 9,86 1 A 66, 4 71

72 6. Cálculo de parámetros lumínicos Luminancia de velo n 2 v vi i i 1 L K E Deslumbramiento Observador situado a 1,5 m sobre el suelo. Primera luminaria a considerar es la situada en el plano de visión limitado por el techo del automóvil, lo cual supone una elevación de unos 20º. Última luminaria considerada es aquella que esté a 500 m del observador o cuya contribución a la luminancia de velo total sea inferior al 2%. Transversalmente, el observador se sitúa separado del límite de la calza a ¼ del ancho de la misma hacia el centro. h calzada 20º D = (h-1,5)/tan 20º 1,5m a c /4 a c 72

73 6. Cálculo de parámetros lumínicos Luminancia de velo n 2 v vi i i 1 L K E Deslumbramiento La medición de la perdida de visibilidad producida por el deslumbramiento perturbador, ocasionado por las luminarias de la instalación de alumbrado, se efectúa mediante el incremento de umbral (TI). Lv TI 65 0, 05 L 0,8 m 5 L m Se realizan varias mediciones, con el observador posicionado en la línea central de cada carril. El valor de TI que se utilización es el valor máximo de los obtenidos con el procedimiento descrito. 73

74 6. Cálculo de parámetros lumínicos E E SR E E m,1 m,4 m,2 m,3 Relación de entorno z. exterior calzada z. interior calzada 1 2 Luminaria ASR calzada S

75 6. Cálculo de parámetros lumínicos Flicker o parpadeo La sensación de parpadeo o efecto Flicker es la impresión molesta e incómoda producida por variaciones periódicas de la luminancia en el campo de visión. Número de cambios de la luminancia por segundo (frecuencia de parpadeo o Flicker). Duración total del efecto Flicker. Velocidad de cambio de claro a oscuro, en un solo ciclo. Relación de pico-luz a valle-oscuridad, dentro de cada periodo (profundidad de modulación de luminancia). Velocidad de circulación de 60 km/h (16,6 m/s) Separación de luminarias de 4 m Frecuencia de flicker que resulta es de 4,15 Hz. Deben evitarse frecuencias entre 2,5 Hz y 15 Hz a la velocidad de circulación durante más de 20 segundos. Flicker de especial relevancia en el diseñó de túneles Flicker por propia luminaria (fluorescente con balasto electromagnético) > Efecto estroboscópico 75

76 7. Niveles de iluminación El tipo de vía (autopista, autovía, vía rápida o carretera convencional), su situación y trazado. Los puntos singulares, tales como intersecciones, enlaces y tramos especiales. La intensidad y composición del tráfico (automóviles, bicicletas, ). Clasificación de Vías A: Alta velocidad B: Moderada velocidad C: Carril bici D: Baja velocidad E: Peatonal Situaciones de proyecto A1,A2,A3: Autopistas, carreteras interurbanas y urbanas B1,B2: Carreteras secundarias o rurales C1: Carril bici D1-D2: Aparcamientos D3-D4: Zonas residenciales E1, E2: Peatonales IMD: Intensidad media diaria (veh/día) Clase de alumbrado ME1 ME2 ME3 (a,b,c) ME4 (a,b) ME5, ME6 S1, S2, S3, S4 CE0, CE1, CE1A, CE2, CE3, CE4, CE5 MEW1,MEW2, MEW3, MEW4, MEW5 Nivel de exigencia Pavimentos húmedos Tipo: A, B 76

77 7. Niveles de iluminación Las clases ME están destinadas a conductores de vehículos motorizados de uso en carreteras, y en algunos países también en vías residenciales, que permiten velocidades de circulación elevadas. Las clases CE están destinadas también a conductores de vehículos motorizados, pero de uso en áreas conflictivas tales como calles comerciales, intersecciones de vías públicas de alguna complejidad, glorietas y áreas de espera. Estas clases tienen aplicaciones también para peatones y ciclistas. Las clases S están destinadas a peatones y ciclistas de uso en aceras y pistas de bicicletas, carriles de emergencia y otras áreas de vías públicas que se encuentran separadamente o a lo largo de la calzada de un vía de tráfico, calles residenciales, calles peatonales, áreas de aparcamiento, zonas escolares, etc. Las clases ME están basadas en la luminancia de la superficie de la calzada, mientras que las clases CE y S están basadas en la iluminación del área. 77

78 7. Niveles de iluminación Tipos de vías Clasificación Tipo de vía Velocidad del tráfico rodado (km/h) A De alta velocidad v > 60 B De moderada velocidad 30 < v 60 C Carriles bici - D De baja velocidad 5 < v 30 E Vías peatonales v 5 Autovía Rande: Puente internacional Tuy: IMD: Intensidad media diaria (veh/día) Tipo de vía IMD mínima para iluminar (Vel/hora) Carreteras convencionales Autovías y autopistas Intersecciones Enlaces

79 Situaciones de proyecto A1 A2 A3 7. Niveles de iluminación Clases de alumbrado Tipos de vías Carreteras de calzadas separadas con cruces a distinto nivel y accesos controlados (autopistas y autovías). Intensidad de tráfico: Alta (IMD) Media (IMD) y < Baja (IMD) < Carreteras de calzada única con doble sentido de circulación y accesos limitados (vías rápidas). Intensidad de tráfico Alta (IMD) > Media y baja (IMD) < Carreteras interurbanas sin separación de aceras o carriles bici. Carreteras locales en zonas rurales sin vía de servicio. Intensidad de tráfico IMD IMD < Vías colectoras y rondas de circunvalación. Carreteras interurbanas con accesos no restringidos. Vías urbanas de tráfico importante, rápidas radiales y de distribución urbana a distritos. Vías principales de la ciudad y travesía de poblaciones. Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera. IMD IMD y < IMD y < IMD < Clase de Alumbrado ME1 ME2 ME3a ME1 ME2 ME1/ME2 ME3a/ME4a ME1 ME2 ME3b ME4a/ME4b 79

80 Situaciones de proyecto B1 B2 7. Niveles de iluminación Clases de alumbrado Tipos de vías Vías urbanas secundarias de conexión a urbanas de tráfico importante. Vías distribuidoras locales y accesos a zonas residenciales y fincas. Intensidad de tráfico IMD IMD < Carreteras locales en áreas rurales. Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera. IMD IMD < Clase de Alumbrado ME2/ME3c ME4b/ME5/ME6 ME2/ME3b ME4b/ME5 80

81 7. Niveles de iluminación Clases de alumbrado Situaciones de proyecto C1 D1-D2 D3-D4 Tipos de vías Carriles bici independientes a lo largo de la calzada, entre ciudades en área abierta y de unión en zonas urbanas. Flujo de tráfico de ciclistas Alto Normal Áreas de aparcamiento en autopistas y autovías. Aparcamientos en general. Estaciones de autobuses. Flujo de tráfico de peatones Alto Normal Calles residenciales suburbanas con aceras para peatones a lo largo de la calzada. Zonas de velocidad muy limitada. Flujo de tráfico de peatones y ciclistas Alto Normal Clase de Alumbrado S1/S2 S3/S4 CE1A/CE2 CE3/CE4 CE2/S1/S2 S3/S4 81

82 7. Niveles de iluminación Clases de alumbrado Situaciones de proyecto E1 E2 Tipos de vías Espacios peatonales de conexión, calles peatonales, y aceras a lo largo de la calzada. Paradas de autobús con zonas de espera. Áreas comerciales peatonales. Flujo de tráfico de peatones Alto Normal Zonas comerciales con acceso restringido y uso prioritario de peatones. Flujo de tráfico de peatones Alto Normal Clase de Alumbrado CE1A/CE2/S1 S2/S3/S4 CE1A/CE2/S1 S2/S3/S4 82

83 7. Niveles de iluminación Clasificación de Vías Niveles de referencia L m, E m No debe superarse en un 20% Valores mínimos U 0, U l, U m Valores recomendados E min, TI, SR TI: Valor máximo inicial Factor depreciación < 0,8 Con fluorescentes y VSBP se admite TI+5% Situaciones de proyecto Luminancia media L m Uniformidad Global U 0 Uniformidad Longitudinal U l Incremento de umbral TI Relación de entorno SR Iluminancia media E m Iluminancia mínima E min Iluminancia media E m Uniformidad media U m Luminancia media L m Uniformidad Global U 0 (seca, húmeda) Uniformidad Longitudinal U l Incremento de umbral TI Relación de entorno SR Clase de alumbrado ME1 ME2 ME3 (a,b,c) ME4 (a,b) ME5, ME6 S1, S2, S3, S4 CE0, CE1, CE1A, CE2, CE3, CE4, CE5 MEW1,MEW2, MEW3, MEW4, MEW5 Superficie mojada más de 120 días/año La exigencia de uniformidad se relaja con respecto a las ME 83

84 7. Niveles de iluminación Niveles de iluminación en viales Luminancia de la superficie de la calzada en Deslumbramiento Iluminación de condiciones secas Perturbador alrededores Clase de Luminancia Uniformidad Uniformidad Incremento Relación Alumbrado Media Lm Global Uo Longitudinal U Umbral TI (%) Entorno SR (cd/m2) [mínima] [mínima] [máximo] [mínima] ME1 2,00 0,40 0,70 10 ME2 1,50 0,40 0,70 10 ME3a 1,00 0,40 0,70 15 ME3b 1,00 0,40 0,60 15 ME3c 1,00 0,40 0, ,50 ME4a 0,75 0,40 0,60 15 ME4b 0,75 0,40 0,50 15 ME5 0,50 0,35 0,40 15 ME6 0,30 0,35 0,40 15 Sin requisitos Clase de alumbrado Luminancia de la superficie de la calzada en condiciones secas y húmedas Calzada seca Calzada húmeda Luminancia Uniformidad Uniformidad Uniformidad Media Lm Global Uo Longitudinal Global Uo (cd/m2) [mínima] U [mínima] [mínima] Deslumbramiento perturbador Incremento Umbral TI (%) [máximo] 10 MEW1 MEW2 2,00 1,50 0,40 0,40 0,60 0,60 10 MEW3 1,00 0,40 0,60 0,15 15 MEW4 0,75 0,40 Sin requisitos 15 MEW5 0,50 0,35 Sin requisitos 15 Iluminación de alrededores Relación Entorno SR [mínima] 0,50 84

85 7. Niveles de iluminación Niveles de iluminación en viales En vías de tráfico rodado de alta y moderada velocidad correspondientes a situaciones de proyecto A y B, se definen para calzadas secas las siguientes clases de alumbrado o niveles de iluminación de la serie ME: ME1, ME2, ME3 (a, b, c), ME4 (a, b), ME5 y ME6, establecidas en orden de mayor a menor exigencia en los niveles luminosos. 85

86 7. Niveles de iluminación Niveles de iluminación en viales Clase de Iluminancia horizontal en el área de la calzada Alumbrado Iluminancia Media Em (lux) Iluminancia mínima Emin (lux) S S S3 7,5 1,5 S4 5 1 Iluminancia horizontal Clase de Iluminancia Media Em (lux) Uniformidad media Um Alumbrado [mínima mantenida] [mínima] CE0 50 CE1 30 CE1A 25 CE2 20 0,40 CE3 15 CE4 10 CE5 7,5 86

87 7. Niveles de iluminación Niveles de iluminación en viales 87

88 7. Niveles de iluminación Marca Philips Modelo AluRoad Referencia SRP221 CDO-TT70W K ST 34/42 Familia luminaria SRP221 Grado de protección IP65 Lámpara MASTER City White CDO-TT 70W/828 Tecnología Halogenuros metálicos cerámicos IRC 83 Temp. color 2800 K Flujo luminoso 6300 lm Potencia 70W EJEMPLO DE CÁLCULO Datos luminaria Datos montaje Altura báculo 8,5 m Luminarias por mástil 1 Distancia entre mástiles 15 m Longitud brazo 0,5 m Inclinación brazo 0º Distancia mástil-calzada 0,5 m 88

89 Ancho vial Carriles por vial 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO 7 m 2 m Pavimento R3 (Q 0 = 0,07) Clase Iluminación ME4a Deslumbramiento Iluminación de Luminancia de la superficie de la calzada en condiciones secas Perturbador alrededores Clase de Uniformidad Uniformidad Incremento Relación Alumbrado Luminancia Media Global Uo Longitudinal U Umbral TI (%) Entorno SR Lm (cd/m2) [mínima] [mínima] [máximo] [mínima] ME4a 0,75 0,40 0, ,50 89

90 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO 90

91 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO Factor de mantenimiento Revisión anual o cada 4000 h Grado de contaminación: media fm = FDFL FSL FDLU = 0,82 0,98 0,92 = 0,74 HM 4000 h HM 4000 h IP 6X Cont. Media 1 año 91

92 Elevación γ 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO Datos fotométricos (cd/1000 lm) Azimut C 90º 105º 120º 135º 150º 165º 180º 195º 210º 225º 240º 255º 270º 0º º º º º º º º º º º º º º º º º ,01 7,01 2,8 85º 8, ,01 5,81 3, º 4,31 6,31 6,01 6,51 8, ,01 5,51 4,41 3,8 2,6 1,7 0,7 92

93 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO Retícula de puntos de cálculo

94 7. Niveles de iluminación Cálculo de la iluminancia de un punto EJEMPLO DE CÁLCULO E I C, cos h Posición punto cálculo: 5,25 m long. 4,08 m transv. Azimut C = 142º Elevación γ = 38º Del diagrama polar: I(C,γ) = 1313 cd Iluminancia E = 8,89 lux 94

95 ancho de la carretera a c en m E min = 6.42 lux E max = lux E m = lux U m = 0.35 U g = Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO Cálculo de la iluminancia suponiendo una línea de luminarias separadas cada 15 m n E I C, cos h i i i i i distancia entre luminarias S en m

96 7. Niveles de iluminación Cálculo de la luminancia de un punto EJEMPLO DE CÁLCULO L C,, I C, r, h 2 Posición punto cálculo: 5,25 m long. 4,08 m transv. Azimut C = 142º Elevación γ = 38º Del diagrama polar: I(C,γ) = 1313 cd Ángulo β = 143º Ángulo α = 1,3º Coeficiente reducido de luminancia r(β, γ)=0,0198 Luminancia del punto L = 0,3593 cd/m 2 96

97 Coeficiente reducido de luminancia 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO tan γ γ ,0 0, ,3 14, ,5 26, ,8 36, ,0 45, ,2 51, ,5 56, ,8 60, ,0 63, ,5 68, ,0 71, ,5 74, ,0 76, ,4 8,7 8,2 7,9 7,6 7,9 8,7 9, ,5 77, ,9 7,4 6,6 6,3 6,1 5,7 5,6 5,8 6,3 7,1 8, ,0 78, ,2 6,3 5,4 5 4,8 4,7 4,5 4,4 4,8 5,2 6,2 7,4 8,5 9, ,5 79, ,3 5,1 4,4 4,1 3,9 3,8 6,0 80, ,9 3,5 3,4 3,2 6,5 81, ,1 3,8 3,1 2,8 2,7 7,0 81, ,9 3,1 2,5 2,3 2,2 7,5 82, ,1 2,6 2,1 1,9 8,0 82, ,4 2,2 1,8 1,7 8,5 83, ,7 2,9 1,9 1,6 1,5 9,0 83, ,4 2,5 1,7 1,4 9,5 84, ,5 2,2 1,5 1,3 10,0 84, ,6 1,9 1,4 1,2 10,5 84, ,7 1,3 1,2 11,0 84, ,4 1,6 1,2 1,1 11,5 85, ,5 1,1 12,0 85, ,6 1,4 1,1 97 β

98 ancho de la carretera a c en m Cálculo de la luminancia n 7. Niveles de iluminación L I C, r, h i 1 2 i i i i i EJEMPLO DE CÁLCULO Luminancia en cd/m 2 x L min = 0.43 cd/m 2 L max = 1.92 cd/m 2 L m = 1.15 cd/m 2 (Cumple) U 0 = 0.37 (NO CUMPLE; > 0,4) distancia entre luminarias S en m

99 separación entre luminarias en m separación entre luminarias en m Optimización Niveles de iluminación Luminancia media en lux EJEMPLO DE CÁLCULO altura de luminarias en m uniformidad global altura de luminarias en m 99

100 Cálculo deslumbramiento 7. Niveles de iluminación Posición observador: Longitudinal: Al lado de una luminaria Transversal: a 1,75 m del borde de la carretera donde están las luminarias. Altura: 1,5m Primera luminaria considerada: a 30m (> D = (h-15)/tan 20º = 19,13 m) Para la luminaria a 30m: Iluminancia vertical: E v = 0,45 lux Ángulo de elevación: θ = 13,13º Luminancia de velo L v = 0,0263 EJEMPLO DE CÁLCULO h calzada 2 v v n 2 Luminancia de velo total: L v = 0,1 Lv K Evi i i 1 Umbral de contraste TI = 6,07% (CUMPLE) L TI 65 L m v 0,8 L K E 20º D = (h-1,5)/tan 20º 1,5m a c /4 a c 100

101 Cálculo deslumbramiento 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO 0.03 Luminancia de velo provocada por cada luminaria luminancia de velo por luminaria cd/m nº de luminaria 101

102 separación entre luminarias en m Optimización 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO 20 5 factor deslumbramiento altura de luminarias en m 3 102

103 Eficiencia energética 7. Niveles de iluminación EJEMPLO DE CÁLCULO Potencia por punto de luz Nominal lámpara: 70W Máxima: 84 W Superficie: 7x15 m 2 Iluminancia media E m = 18,20 lux Eficiencia energética mínima ε min = 16.6 m2 lx/w Eficiencia energética de referencia ε ref = 24,92 m2 lx/w Eficiencia energética ε = S*E m /P = 22,75 m 2 lx/w CUMPLE ε > ε min Índice de eficiencia energética: I ε = ε/ ε ref = 0,91 Índice de consumo energético ICE = 1,09 CALIFICACIÓN ENERGÉTICA: C 103

104 8. Señales y anuncios luminosos Señales de tráfico Ventajas de la introducción de los LEDs Importante reducción en consumo (suministro mediante baterías) Los LEDs son más brillantes que las lámparas convencionales Elevada duración, con valores habituales de más de h o más de 10 años. Capacidad de reencendido instantáneo sin afectar a su vida útil. Redundancia, un disco LED de un semáforo está compuesto por múltiples LEDs Resistencia a las vibraciones Eliminación de efectos fantasma Inconvenientes: Coste Dificultad para trabajar en climas muy cálidos. En climas muy fríos, no puedan derretir la nieve posada sobre ellos 104

105 8. Señales y anuncios luminosos Señales de tráfico TIPO Potencia INCANDESCENTE Potencia LED Uso típico P LED /P INC Disco 12" ROJO 135 W 6 W 55% 4% Disco 12" AMARILLO 135 W 12 W 5% 9% Disco 12" VERDE 135 W 7 W 40% 5% Señal Peatón 70 W 6 W - 9% 105

106 8. Señales y anuncios luminosos Iluminación de señales TIPOS DE LÁMPARAS Lámpara de gas de baja presión: resultan especialmente apropiadas para alumbrado de señales por su bajo consumo, capacidad de reencendido y la baja temperatura alcanzada en su bulbo Fibras ópticas plásticas: emiten luz a lo largo de su recorrido dando una apariencia de uniformidad similar a la de las lámparas de neón. Fuente de luz: lámpara halógena Lámparas de LED se están empezando a utilizar de forma masiva en señalización, para señalización hay que incluir la versatilidad en el diseño. TIPOS DE SEÑALES Señales con letras luminosas y fondo no luminosos, como puede las formadas por tubos de neón, letras plástica con iluminación lateral o LEDs. Señales luminosas con paneles de plástico translúcido iluminadas interiormente por lámparas de descarga de alta intensidad (HID) y fluorescentes. Señales con proyectores, donde la iluminación es por reflexión. 106

107 Porcentaje transeúntes% 8. Señales y anuncios luminosos CONTRASTE Uno de los parámetros fundamentales en la iluminación de señales es el contraste con el entorno, ya que lo que se pretende es captar la atención de viandante o conductor. Iluminación de señales Potencias lámparas incandescentes en función de su color nivel iluminación (lux) COLOR Clara Amarillo Naranja Rojo Verde Azul POTENCIA W W 15 W 25 W 25 W 40 W Utilización de lámparas sin recubrimiento para obtención de color 107

108 8. Señales y anuncios luminosos Iluminación de señales Niveles de luminancia típicos de señales y anuncios luminosos Luminancia Desde Hasta Áreas de aplicación típicas Iluminación de fachadas o cartelería de identificación Cartelería de identificación en centros comerciales Señales con poco brillo en lugares aislados o con alrededores poco iluminados Valor típico de señales comerciales Señales a gran altura Control de tráfico de emergencia donde la comunicación es crítica Niveles de luminancia máxima de señales y anuncios luminosos Superficie (m2) Luminancia Máxima (cd/m2) S 0, ,5 < S < S S >

109 8. Señales y anuncios luminosos Iluminación de señales Limitaciones de luz molesta procedente de señales y anuncios luminosos Luminancia máxima de señales y anuncios luminosos (Lmáx) Observatorios astronómicos y parques naturales (*) Valores máximos Zonas periurbanas y áreas rurales Zonas urbanas residenciales Centros urbanos y áreas comerciales 50 cd/m2 400 cd/m2 800 cd/m cd/m2 (*) En esta zona deberán permanecer apagados señales y anuncios luminosos en el horario de reducción (media noche). Estos valores no aplican a señales de tráfico. 109

110 8. Señales y anuncios luminosos Alumbrado navideño y festivo En España, el alumbrado de tipo navideño: aprox. un 20% del total de la potencia instalada en alumbrado público un 4% de las horas de funcionamiento. El consumo navideño representa unos 30 GWh/año, lo que aproximadamente representa un 1% del consumo nacional en alumbrado exterior (IDAE de 2007) 110

111 8. Señales y anuncios luminosos Alumbrado navideño y festivo Potencia asignada de las lámparas incandescentes 15 W Valores máximos de la potencia instalada en alumbrado festivo y navideño Anchura de la calle entre las fachadas Potencia máxima instalada por unidad de superficie W/m 2 Núm. de horas al año de Núm. de horas al año de funcionamiento mayor de 200 funcionamiento entre horas 100 y 200 Hasta 10 m Entre 10 m y 20 m 8 12 Más de 20 m

112 8. Señales y anuncios luminosos Alumbrado navideño y festivo Lámparas incandescentes convencionales, obtención de distintos colores mediante la coloración de la cubierta de vidrio. 5-10W / 230V (paralelo) Mini lámparas, típicamente con diámetros inferiores a los 5,5 mm y potencias inferiores a 1W. Fueron introducidas en los años 70. Tensiones reducidas (típicamente hasta 12V), conexión en serie. Para 100 unidades de mini lámparas de 2,5 V 175 ma ( 1/3 W) para su utilización a 230 V. Lámparas LED, es la iluminación de estado sólido. Sus principales ventajas son su bajo consumo, su duración (>4000 h), robustez, bajo calentamiento y su reducido tamaño que permite diseños complejos. Reducción período de funcionamiento del alumbrado navideño del 15/dic al 6/ene de 19:00 a 0:00, excepto los días 24 y 31 de diciembre y 5 de enero, el ahorro potencial de energía estaría en torno al 30% (fuente: IDAE) 112