LUZ NATURAL Y EFICIENCIA ENERGÉTICA aprenda a usar la luz natural para ahorrar dinero

Transcripción

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2 0 Por que podemos ahorrar dinero con la luz natural Que dice la normativa vigente Que podemos hacer 90% Porque pasamos el 90% de nuestras vidas dentro de un edificio 40% Tal vez por eso los edificios representan el 40% del total del consumo energético en Europa AHORRO y la iluminación representa más del El CTE establece que la iluminación artificial cerca de las fuentes de luz natural deben disponer de regulación para aprovechar la luz del sol. Sin embargo no establece ningún requisito sobre los valores mínimos de iluminación natural que debe tener un edificio, por que? 30% del consumo 30% Es evidente que si queremos conseguir ahorros energéticos Podemos diseñar edificios que aprovechen correctamente energético de un importantes gracias a los sistemas de iluminación artificial la luz natural para ahorrar hasta más de un 50% de la energía edificio regulados, debemos diseñar edificios que aprovechen al electrica consumida en iluminación. Así, un edificio con un máximo la luz natural. buen diseño de iluminación natural, no sólo aumenta el confort de sus usuarios y mejora su productividad, sino que también reduce sus emisiones de CO2 y alegra al Departamento Financiero. 20

3 Por que podemos ahorrar dinero con la luz natural? Según estadísticas de la Unión Europea, los europeos pasamos una media del 90% de nuestra vida dentro de los edificios. Tal vez por eso la energía consumida en los edificios representa el 40% del total de la energía consumida por los europeos. El transporte representa el 32% y la industria el 28% restante. Pero lo que es más importante, el 19% del total de la energía eléctrica consumida en el mundo se debe al alumbrado. Vemos así, que tanto los edificios en general, como el alumbrado en particular, representan uno de los sectores de mayor consumo energético dentro de la Unión Europea, por lo que se convierten en una enorme oportunidad para ahorrar energía, ahorrar dinero y para reducir nuestras emisiones de CO2. 90% 40% 30% pasamos el 90% de nuestras vidas dentro de un edificio los edificios representan el 40% del total del consumo energético en Europa la iluminación representa más del 30% del consumo energético de un edificio Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

4 En los edificios de servicios tales como edificios de oficinas, centros de enseñanza y edificios sanitarios, el consumo energético en iluminación artificial representa más del 30% de su consumo total de energía. Los otros grandes consumos corresponden a refrigeración (30%) y calefacción (20%). El resto corresponde a ofimática, agua caliente sanitaria y otros consumos menores. Tengamos en cuenta que estos tres grandes consumos, iluminación, refrigeración y calefacción, que en total representan el 80% del consumo energético de un edificio, también están relacionados entre sí. Por ejemplo, si el diseño de un edificio obliga a tener toda la iluminación artificial encendida durante el día, se genera una enorme aportación de calor, lo que aumenta el consumo del sistema de refrigeración. Lo mismo ocurre cuando las aberturas de captación de luz natural, como ventanas y lucernarios, están mal dimensionadas o mal diseñadas, en ese caso el exceso de radiación solar puede producir sobrecostes importantes debidos al exceso de carga térmica en el edificio. Por lo tanto es importante comprender que un correcto diseño, que pondere de forma global todos los parámetros energéticos y de confort interior, puede representar una oportunidad de ahorro muy importante durante la explotación de un inmueble AHORRO Aprovechando correctamente la luz natural podemos ahorrar hasta más de un 50% de la energía electrica consumida en iluminación. Así, un edificio con un buen diseño de iluminación natural, no sólo beneficia al confort de los usuarios, si no también al Departamento Financiero. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

5 Los requisitos del CTE en iluminación La sección HE-3 del Código Técnico de la Edificación establece como exigencia básica, que los edificios, tanto los nuevos como los que se reformen, dispongan de instalaciones de iluminación artificial adecuadas a las necesidades de sus usuarios y a la vez eficientes energéticamente. Para ello, la eficiencia energética del sistema de iluminación artificial no deberá superar un valor límite y deberá contar también con un sistema de control que permita ajustar el encendido a la ocupación real de la zona, así como disponer de un sistema de regulación que optimice el aprovechamiento de la luz natural. El CTE exige instalaciones de iluminación artificial eficientes pero no establece criterios mínimos para la luz natural en los edificios, por que? Curiosamente el CTE no establece ningún criterio sobre los niveles mínimos de iluminación natural en los edificios, pero es evidente que si queremos obtener un máximo confort para los usuarios y un máximo ahorro energético es importante que optimicemos la iluminación natural de todos los espacios posibles de nuestros edificios. De hecho son escasísimas las normativas a nivel mundial que exijan niveles mínimos de iluminación natural en espacios interiores. Sólo existen recomendaciones técnicas o exigencias sobre las superficies de abertura de ventanas o lucernarios. Esta falta de regulación probablemente se deba a la complejidad que representaba hasta ahora calcular correctamente la luz natural que tendría un espacio durante la fase de diseño, ya que se trata de un amplio conjunto de valores, que además son variables a lo largo del día y de las estaciones. Sin embargo en la actualidad hay cada vez más herramientas para calcular y predecir la luz natural que existirá en el interior de un edificio, por lo que se abre una importante oportunidad de diseño que permite optimizar el edificio de acuerdo a ese factor. Recordemos que la disponibilidad de luz natural es uno de los criterios más valorados por los usuarios a la hora de considerar las condiciones de confort de un espacio interior. El documento editado por el IDAE; Guia Técnica para el Aprovechamiento de la luz Natural en la iluminación de edificios es un buen punto de partida para establecer los criterios de un correcto diseño. Si necesita asesoría técnica para optimizar de forma global la iluminación natural de un proyecto, consulte con el Departamento de Ingeniería y Consulting de ESPACIO SOLAR. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

6 Factores que afectan al consumo de iluminación de un edificio El consumo energético en iluminación dentro de un edificio de servicios depende de muchos factores, pero principalmente de los siguientes: De la superficie iluminada: S [m2] Del nivel de iluminancia medio: E [lux] De las horas anuales de utilización: h [horas/año] Del Valor de Eficiencia Energética de la instalación: VEEI [W/m2 lux] De la tarifa eléctrica: [Euros/kW h] De los elementos arquitectónicos y de interiorismo De los sistemas de regulación y control De su capacidad para aprovechar la iluminación natural Como ya hemos comentado anteriormente, los costes energéticos en iluminación eléctrica pueden representar un porcentaje muy importante de los costes energéticos de un edificio, por lo que un análisis detallado de sus factores resulta una herramienta fundamental para conseguir edificios energéticamente eficientes. En términos muy generales podemos decir que lo importante es diseñar edificios que dispongan de sistmas de iluminación artificial de alta eficiencia, que sean capaces de aprovechar al máximo la iluminación natural disponible durante el día y que exista un sistema de regulación y control que permita traducir en ahorros esa luz natural disponible. Para analizar la problemática en más profundidad, desarrollaremos a continuación algunos de estos factores. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

7 El nivel medio de iluminancia La iluminancia (E) es la cantidad de flujo luminoso (Φ) que incide sobre una superficie por unidad de area. Se mide en Lux, de manera que [1 Lux = 1 Lúmen/m2]. Tanto en oficinas como en centros educativos, las iluminancias de los espacios de trabajo suelen ser bastante uniformes, por lo general con niveles medios de entre 300 y 750 Lux a la altura del plano de trabajo. Otras tareas de mayor atención pueden requerir niveles de iluminancia mayores de entre 500 y 1000 Lux, mientras que las zonas de descanso o de paso suelen disponer de niveles de entre 50 y 200 Lux. Como es evidente, cuanto mayor sea la iluminancia (E) requerida, tanto mayor será el consumo en iluminación del edificio. En ese sentido podemos decir que existe una relación directa entre la iluminancia media de un local y su consumo energético en iluminación artificial, siempre y cuando todos los demás parámetros se mantengan constantes. Así, un buen consejo para ahorrar energía es el de ajustar las iluminancias de cada espacio hasta los niveles requeridos para las tareas a realizar. Con demasiada frecuencia se diseñan sistemas de iluminación artificial con niveles de iluminancia muy superiores a los requeridos, lo que representa un gasto inutil de energía. Luxómetro También es importante comprender que la iluminancia es sólo uno más de los parámetros de medición luminotécnica necesarios para evaluar las cualidades de confort lumínico de un espacio. Es un parámetro muy utilizado por su facilidad de comprensión, de simulación y de medición utilizando un luxómetro. Sin embargo hay que tener en cuenta que el ojo humano no ve la iluminancia, lo que el ojo ve es el efecto de ésta sobre las superficies. Por ello la iluminancia y su unidad de medida, el lux, debe analizarse siempre junto con un parámetro mucho más importante, la LUMINANCIA [cd/m2] que es la que el ojo sí ve y es con la que se puede evaluar uno de los problemas más importantes asociados al confort lumínico: los grados de contraste y el deslumbramiento. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

8 En el siguiente cuadro mostramos algunas referencias de iluminancias mínimas, recomendadas y óptimas en función de las tareas realizadas en un local. Estudio de iluminancias para una sala de exposiciones (arriba) y para una nave industrial (abajo) realizados por el departamento de Ingeniería & Consulting de ESPACIO SOLAR CLASES DE LOCAL Y TAREAS ILUMINANCIA MEDIA (lux) mínimo recomendado óptimo ZONAS GENERALES DE EDIFICIOS Zonas de circulación, pasillos Escaleras, escaleras móviles, roperos, lavabos, almacenes archivos CENTROS DOCENTES Aulas, laboratorios Bibliotecas, salas de estudio OFICINAS Oficinas normales, mecanografiado, salas de procesos de datos, salas de conferencias Grandes oficinas, salas de delineación, CAD/CAM/CAE COMERCIOS Comercio tradicional Grandes superficies, supermercados, salas de muestras INDUSTRIA ( en general) Trabajos con requerimientos visuales limitados Trabajos con requerimientos visuales normales Trabajos con requerimientos visuales especiales VIVIENDAS Dormitorios Cuartos de aseo Cuartos de estar Cocinas Cuartos de trabajo o estudio Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

9 El horario de utilización del edificio Horas anuales de utilización media El horario de utilización de un edificio no sólo será un factor importante frente al consumo de energía en alumbrado, sino que también nos dará una idea sobre el potencial de ahorro energético en este concepto. Por ejemplo, un edificio que esté en funcionamiento desde las 9:00 de la mañana hasta las 17:00 h de la tarde tendrá un gran potencial de ahorro energético en iluminación si optimizamos la iluminación natural disponible, ya que sus horas de funcionamiento coinciden con horas de luz solar. Por el contrario, un edificio que opere durante la noche, no tendrá esta posibilidad de ahorro energético Por otro lado, la cantidad de horas de utilización de un edificio a lo largo del año es también un factor importante. Cuantas más horas esté un edificio en funcionamiento, tanto mayor será su potencial de ahorro energético en iluminación gracias a un buen diseño EDIFICIO TIPO HOTARIO DE USO DIAS DE USO A LA SEMANA DIAS FESTIVOS AL AÑO DIAS CERRADOS POR VACACIONES AL AÑO HORAS DE USO ANUALES 2000 Escuela 9:00-17:00 Lun-Vie h Oficina 8:00-19:00 Lun-Vie h Supf. Comercial 9:00-21:00 Lun-Sab h Aeropuerto 0:00-24:00 Lun-Dom h 0 Escuela Oficina Supf. Comercial Aeropuerto Por poner un ejemplo, una gran superficie comercial que está en funcionamiento de 8:00 a 21:00 h de Lunes a Sábado y que sólo cierra los festivos, tiene un potencial de ahorro superior al de, por ejemplo, un parvulario que tienen un horario de 9:00 h a 15:00 de Lunes a Viernes y que permanece cerrado durante los periodos de vacaciones escolares. En la tabla y en la gráfica mostramos como referencia algunos edificios tipo y sus horas totales de utilización al año. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

10 El Valor de Eficiencia Energética de la Instalación (VEEI) El Código Técnico de la Edificación (CTE) define el Valor de Eficiencia Energética de una Instalación de Iluminación artificial como el valor obtenido de aplicar la siguiente fórmula: VEEI [W/m2 lux] = P 100/S Em Donde: P = Potencia total instalada (lámparas más equipos aux) [W] S = Sperficie iluminada [m2] Em = Iluminancia media horizontal mantenida [Lux] Partiendo de los requisitos del CTE respecto al VEEI, si consideramos un edificio de oficinas estandard en el que su nivel de iluminancia medio sea de 400 Lux, que esté operativo de 8:00 a 20:00 h durante 5 días a la semana, que disponga de una instalación de iluminación convencional de fluorescencia sin regulación y que cumpla con los requisitos del CTE, podemos estimar que su consumo anual de iluminación será aproximadamente de 12 euros/m2 año Imaginemos que se trata de un edificio de PB+6 y 800 m2 por planta, entonces el consumo en iluminación de ese edificio tipo será de cerca de Euros/año, sin contar la iluminación de plantas subterráneas, zonas exteriores o fachadas. Si consideramos que la vida útil de las instalaciones de ese edificio es de 20 años, el consumo eléctrico asociado a la iluminación de ese edificio será del orden de Euros. Si con un correcto diseño del edificio podemos reducir ese importe en una fracción significativa gracias al aprovechamiento de la luz natural, rápidamente veremos como se trata de una inversión rentable. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

11 Los elementos arquitectónicos, el interiorismo y los colores Particiones modulares para oficina de la casa CLESTRA Simulación de un edificio de oficinas Cualquier elemento o superficie del interior de un espacio es susceptible de afectar a la cantidad y calidad de la iluminación en de ese espacio. La altura y color de los techos, el color de las paredes y suelos, las divisiones interiores etc. son elementos muy importantes a tener en cuenta dentro del espacio interior para asegurar un aprovechamiento óptimo de la luz. En cualquier caso, el tratamiento de los colores sobre superficies y elementos interiores es especialmente crítico para generar un correcto ambiente luminoso mediante una adecuada distribución de las luminancias que percibe el observador desde cualquier punto. Es decir, a la hora de diseñar la iluminación de un espacio, lo importante es que el usuario perciba un nivel equilibrado de contrastes entre las diferentes superficies y objetos que están en su campo de visión. El confort visual y el estudio de luminancias y el control del deslumbramiento es una disciplina compleja que no desarrollaremos en este documento, pero apuntamos algunas recomendaciones que hace el IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro Energéticos) a modo de referencia. Si lo que deseamos es optimizar la eficiencia energética utilizando los elementos arquitectónicos como ayuda, es conveniente que nos situemos en la franja alta de estas recomendaciones, utilizando los colores más claros posibles para cada una de las superficies. Con esto conseguiremos que los elementos arquitectónicos reflejen la máxima luz, evitando tener que sobredimensionar la instalación eléctrica o evitando la necesidad de disponer de ventanas y lucernarios demasiado grandes. A estos efectos se recomienda especialmente los techos lisos y muy blancos y paredes y mobiliario de colores claros. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

12 RECOMENDACIONES PARA ESTABLECER UN CORRECTO CONFORT VISUAL EN EL INTERIOR DE UN ESPACIO DE TRABAJO RELACIÓN ENTRE LUMINANCIAS (contraste) REFLECTANCIA DE LAS SUPERFICIES Entre tarea y entorno más oscuro: 3:1 Techo: Entre tarea y superficies alejadas más oscuras: 10:1 Paredes: Entre fuente luminosa y entorno: 20:1 Planos de trabajo: Máximo contraste: 40:1 Suelo: Objetos muy iluminados para enfatizarlos: 50:1 Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

13 Los sistemas de regulación y control Una correcta sectorización de los circuitos de encendido permite grandes ahorros sin costes adicionales significativos en la instalación Regulador por fotosensor DIM-Pico de la casa OSRAM con clip para tubos T5 Los sitemas de regulación y control que actúan sobre la instalación de iluminación artificial de un local, suponen un equipamiento clave en su potencial para ahorrar energía. Por poner un ejemplo muy simple, diremos que como punto de partida basta con dividir la instalación eléctrica en subgrupos de encendido coherentemente diferenciados. Tiene sentido que todas las luminarias cercanas a las zonas de ventana puedan controlarse con interruptores independientes a las luminarias alejadas de ellas. Con esto, los propios usuarios podrán mantener apagadas las luminarias cercanas a las ventanas mientras haya suficiente luz natural en esas zonas. En edificios de oficinas, edificios públicos o edificios docentes, es recomendable que este proceso de control se realice mediante un fotosensor. El fotosensor mide la luz disponible en cada momento y regula la potencia de las luminarias, entregando sólo la cantidad de luz artificial necesaria. Existen muy diversos sistemas de regulación y control, desde equipos muy simples hasta sistemas programables muy sofisticados. Tengamos en cuenta que el hecho de disponer de un edificio bien diseñado y que proporcione niveles adecuados de iluminación natural a gran parte de su superficie no es suficiente para asegurar un ahorro. Los sistemas de regulación y control son los que aseguran que toda esa luz natural pueda ser aprovechada y se convierta en un importante ahorro energético y económico. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

14 La capacidad del edificio para aprovechar la luz natural La energía más eficiente es la que no se usa. Esa es la clave para conseguir la máxima eficiencia energética en un edificio. Así que si disponemos durante muchas horas del día de una fuente de luz totalmente sostenible y gratuita como la luz natural, por que no aprovecharla al máximo? Los seres humanos tenemos una tendencia innata a preferir lo natural a lo artificial. Todos preferimos ver un paisaje y no un poster de ese paisaje, preferimos respirar aire puro y no oxígeno a través de una escafandra, preferimos una planta real que una de plástico,... y también preferimos la luz del sol a la luz de un tubo fluorescente. Pero además de esa preferencia innata hacia la luz del natural por motivos obvios, tenemos la ventaja de que es grátuita. Diseñar correctamente un edificio para que aproveche de forma optima la luz natural, no sólo implicará que sus usuarios se sientan mejor y trabajen más a gusto, además comportará un importante ahorro energético y por consiguiente un importante ahorro económico. Estudios de soleamiento y simulaciones de iluminación natural realizadas por ESPACIO SOLAR La optimización de la luz natural dentro de un edificio debe ser uno de los requisitos prioritarios en su diseño. Es una necesidad funcional que se debe tener en cuenta desde la etapa inicial del proceso de diseño y debe realizarse con el apoyo de especialistas en iluminación natural. De la misma manera que el cálculo de las estructuras, el dimensionado de los equipos de refrigeración o las instalaciones eléctricas se realizan con el apoyo de especialistas en cada uno de los campos, la iluminación natural de un edificio se debe considerar como una instalación más, que el arquitecto y el especialista debe integrar junto con el resto de funciones, equipos, instalaciones, etc. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

15 Sin duda las fachadas representan por lo general las fuentes de iluminación natural más importantes para un edificio, pero no podemos olvidar otros elementos importantes en la iluminación del edificio como los lucernarios, átrios o patios interiores, así como la posibilidad de utilizar elementos menos convencionales tales como conductos de sol, heliostatos, fibra óptica solar, etc. Fachada con protección solar Conductos de sol Patio interior Lucernario transitable Heliostato Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

16 Cuanto podemos ahorrar mejorando la iluminación natural Conseguir ahorros importantes en el consumo eléctrico de iluminación en un edificio de servicios es relativamente sencillo, siempre y cuando tomemos las decisiones adecuadas desde el momento inicial del proyecto. Para ello debemos diseñar el edificio de forma que se aproveche de forma óptima la captación de luz natural por fachadas, lucernarios, patios interiores o conductos de luz. Dicho aprovechamiento de luz solar debe ser sólo el necesario, evitando un exceso de insolación en el interior. Por otro lado, se debe disponer de un sistema de iluminación artificial de alta eficiencia, con sistemas de regulación para aprovechar al máximo la luz natural disponible. Este concepto es clave, ya que por buena que sea la luz natural de un edificio, no conseguiremos ningún ahorro si no hay un sistema que apague o regule la luz artificial cuando ésta no sea necesaria. El sistema debe disponer también de detectores de presencia en sitios de paso o de poca frecuencia de uso. Según diversos estudios y simulaciones realizados en edificios de oficina estándar en climas mediterráneos, los ahorros en iluminación artificial en edificios correctamente diseñados para aprovechar la luz natural, pueden llegar a ser de entre el 38% y el 53% con respecto a edificios estándar que cumplen incluso los nuevos requistos de eficiencia energética del CTE. Las variaciones dependerán principalmente de la cantidad de días al año que se utilice el edificio y de la franja horaria en la que se produzca su ocupación. Por ejemplo, en un edificio que se utilice 5 días a la semana en un horario de las 8:00 hasta las 20:00 h, el ahorro medio anual puede ser del 43% en el consumo eléctrico de iluminación. Esto, en un edificio de servicios medio representa un ahorro de más de 5 Euros/m2 año. Pero el 70% de los edificios existentes disponen de instalaciones de iluminación obsoletos y muy poco eficientes, en esos casos los ahorros en iluminación pueden representar hasta un 80% de su consumo actual tras una rehabilitación que optimice la iluminación desde todos los puntos de vista. Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

17 AHORRO Volvamos al ejemplo anterior, en el que considerábamos un edificio de PB+6 con un total de m2 que cumpla los requisitos del CTE en cuanto al VEEI máximo admisible. Con un consumo eléctrico en iluminación de Euros al año, este ahorro del 43% que representaría un óptimo diseño representaría un ahorro económico de hasta Euros al año. Si consideramos que la vida útil de las instalaciones de un edificio de servicios está en el orden de los 20 años, podemos estimar que en nuestro edificio tipo, el ahorro de explotación con un correcto sistema de iluminación natural+artificial estará en el orden de los Euros, o lo que es lo mismo, 240 Euros/m2 considerando el precio de la energía eléctrica al de hoy en día. Sin duda, el sobrecoste necesario para conseguir los ahorros arriba descritos representarán sólo una fracción de ese ahorro, por lo que la inversión en diseño e instalaciones de iluminación eficientes resultan siempre rentables en el medio y largo plazo. 100% 90% 80% 70% 60% AHORRO AHORRO 50% 40% 30% 20% 10% 0% El ahorro potencial en iluminación de un edificio gracias al aprovechamiento de la luz natural depende de varios factores y puede oscilar entre un 38% y un 53% respecto al consumo estandard. ESCUELA OFICINA SUPF COMERCIAL Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A

18 Copyright: Barcelona Octubre 2009 Edición A