Eficiencia Energética en instalaciones de Alumbrado Público. Valencia, 19 de Octubre de 2010

Transcripción

1 Eficiencia Energética en instalaciones de Alumbrado Público Valencia, 19 de Octubre de 2010

2 Introducción La energía es barata Quién paga la factura del alumbrado? No hay conciencia social

3 Introducción OBJETIVOS DE LA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA Mayor eficiencia energética Reducción de emisiones de CO2 Reducción del resplandor luminoso nocturno (contaminación lumínica)

4 Introducción OBJETIVOS DEL ALUMBRADO PÚBLICO Crear un ambiente visual nocturno agradable y uniforme Reducción del riesgo de accidentes Mejorar la fluidez de la circulación Mejorar la visibilidad de los peatones Mejorar la seguridad ciudadana (bienes y personas)

5 Introducción FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CONSUMO ENERGÉTICO Niveles de iluminación deseados Régimen de funcionamiento Rendimiento de las lámparas Eficiencia de las luminarias Pérdida de los equipos auxiliares Dispositivos de regulación y control Otros,... Plan de mantenimiento de las instalaciones

6 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS Luminarias Lámparas y equipos auxiliares Soportes Elementos de instalación y protección Cuadro de mando y protecciones Sistemas de reducción de flujo Otros,...

7 LUMINARIAS Definición: La luminaria es aquel aparato de alumbrado que reparte, filtra o transforma la luz emitida por una o varias lámparas. Ópticamente la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. La clasificación de las luminarias puede establecerse en función de diferentes aspectos, de los cuales los más comunes atienden a criterios estéticos, ópticos, mecánicos, eléctricos y en función del tipo de lámpara.

8 CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CRITERIOS ÓPTICOS Directas: Emiten entre el 90% y el 100% del flujo luminoso hacia el plano de trabajo. Semi-directas: Emiten entre el 60% y el 90% del flujo luminoso hacia el plano de trabajo. Directas-Indirectas: Emiten del 40% al 60% del flujo luminoso hacia el plano de trabajo. También emiten hacia el techo y paredes. Semi-indirectas: Emiten entre el 60% y el 90% del flujo luminoso hacia el techo, por encima del plano horizontal. Indirectas: Dirigen entre un 90% y el 100% del flujo luminoso por encima del plano horizontal.

9 CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CRITERIOS ÓPTICOS

10 CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS POR EL MODO DE DISTRIBUIR EL FLUJO LUMINOSO Difusoras: Distribuyen el flujo luminoso de un modo casi uniforme en todas direcciones. Para crear un nivel luminoso uniforme. Reflectoras: Tienen capacidad para reflejar el flujo luminoso en determinadas direcciones. Para destacar con el alumbrado una determinada zona ó un punto concreto. Refractoras: Para modificar de un modo sustancioso la distribución del flujo luminoso.

11 CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS SEGÚN CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS Según el grado de protección eléctrica que ofrezcan se dividen en cuatro clases: Clase Protección eléctrica 0 Aislamiento normal sin toma de tierra I II III Aislamiento normal y toma de tierra Doble aislamiento sin toma de tierra. Luminarias para conectar a circuitos de muy baja tensión, sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada.

12 OTRAS CLASIFICACIONES POSIBLES Según el grado de protección: contra el polvo, los líquidos y los golpes. Según la normativa actual esta clasificación se designa por las letras IP seguidas de tres dígitos: Según la aplicación: Alumbrado viario, alumbrado peatonal, proyección, industrial, comercial, oficinas, doméstico, etc. Según el tipo de lámparas: Para lámparas incandescentes, fluorescentes, de descarga, etc.

13 ELECCIÓN DEL TIPO DE LUMINARIA NECESARIA Para la elección del tipo de luminaria necesaria se deben considerar los siguientes aspectos y guardar un equilibrio entre todos ellos: Estética. Distribución fotométrica de la luminaria. Rendimiento de la misma. Deslumbramiento que pueda provocar a los usuarios. Sistema de montaje. Grado de protección. Clase eléctrica. Pero principalmente la elección está condicionada por la lámpara utilizada y el entorno.

14 Lámparas incandescentes Eficiencia Energética en instalaciones Incandescentes Estándar LÁMPARAS Principalmente se dividen en los siguientes tipos Incandescentes Halógenas Lámparas de descarga Fluorescentes (Vapor de Mercurio a Baja Presión) Vapor de Mercurio a Alta Presión (Color Corregido) Luz mezcla Halogenuros Metálicos Vapor de Sodio a Baja Presión Vapor de Sodio a Alta Presión Inducción Leds

15 LÁMPARAS Principales características de los distintos tipos de lámparas INDICE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA (Ra) RENDIMIENTO (lm/w) VIDA UTIL (h) INCANDESCENTE ESTANDAR INCANDESCENTE HALÓGENA FLUORESCENTE VAPOR DE MERCURIO ALTA PRESIÓN LUZ MEZCLA HALOGENUROS METÁLICOS VAPOR DE SODIO BAJA PRESIÓN VAPOR DE SODIO ALTA PRESIÓN INDUCCIÓN LED

16 ELECCIÓN DEL TIPO DE LÁMPARA Para la elección del tipo de lámpara se deben considerar los siguientes aspectos: Índice de reproducción cromática (IRC) Rendimiento de la misma. Vida útil. Grado de emisión de calor. Tiempo de estabilización de flujo luminoso. Tiempo de reencendido. Posibilidad de uso con equipos de reducción de flujo luminoso (Ahorro Energético). Dimensiones, variedad de potencias, costo de adquisición y facilidad de instalación..

17 LÁMPARAS Aplicaciones más comunes de los distintos tipos de lámparas APLICACIONES MÁS COMUNES INCANDESCENTE ESTANDAR INCANDESCENTE HALÓGENA FLUORESCENTE VAPOR DE MERCURIO ALTA PRESIÓN LUZ MEZCLA HALOGENUROS METÁLICOS VAPOR DE SODIO BAJA PRESIÓN VAPOR DE SODIO ALTA PRESIÓN INDUCCIÓN Alumbrados de interior (hogar, hoteles, tiendas, iglesias,...), Alumbrado de acentuación, casos de muy buena reproducción cromática. Alumbrado decorativo (viviendas, tiendas, oficinas, hoteles, restaurantes,...), Alumbrado intensivo para tareas especificas, Alumbrado de zonas públicas, factorías y pabellones deportivos (alta potencia). Alumbrado interior (Oficinas, tiendas, colegios, hoteles, industria,...). Sustituyen a incandescentes en aplicaciones que no necesitan gran rendimiento de color. Exteriores e interiores. Alumbrado deportivo u ornamental. Alumbrado deportivo u ornamental. Alumbrado de seguridad y alumbrado de túneles. Alumbrado exterior, interior, industrial, túneles,... Alumbrado público exterior, industrial y en lugares de dificil acceso.

18 LÁMPARAS Alumbrado Vial. Se debe iluminar suficientemente la calzada, alta eficacia luminosa, aceptable rendimiento de color, no deslumbrar y posibilidad de sistema de regulación. Los tipos de lámparas más adecuados son Sodio Baja Presión para zonas no peatonales, Sodio Alta Presión, Mercurio Alta Presión y empiezan a aparecer los leds. Alumbrado Ornamental. Se debe crear una imagen atractiva del objeto a iluminar (edificio, fuente, etc.), buen rendimiento de color y alta eficacia lumínica. Los tipos de lámparas más adecuados son Incandescentes Halógenas, Halogenuros Metálicos, y siempre que sea posible se recomienda Sodio Alta, Baja Presión y empiezan a aparecer los leds.

19 EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL Cuadros eléctricos adaptados a la nueva normativa Interruptor Fotoeléctrico Encendido/Apagado automático por valores prefijados de nivel de iluminación. Su funcionamiento no es totalmente exacto, ya que poseen una determinada inercia y sus características varían a lo largo del tiempo. Deben sustituirse regularmente.

20 Reloj Astronómico Eficiencia Energética en instalaciones EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL Es el sistema más utilizado. Crea un programa de encendidos y apagados a partir de los datos de longitud y latitud geográficas del lugar. Su precio es más elevado que el Interruptor Fotoeléctrico, pero a cambio no necesita mantenimiento y su funcionamiento es más exacto. Su periodo de amortización es corto, de 1 a 4 años. Opcionalmente se puede combinar el uso de reloj astronómico y Célula Fotoeléctrica.

21 EQUIPOS DE REGULACIÓN Y CONTROL Sistema centralizado o inteligente Equipos de telecontrol informático, adaptados a las peculiaridades de funcionamiento de las redes. Ventajas Ahorro energético mediante la desconexión o regulación de la instalación de alumbrado. Posibilidad de agrupar las luminarias, susceptibles de controlarse fácilmente. Amortización rápida, debido al registro y almacenamiento de datos. Ahorro en mantenimiento. Las lámparas se pueden sustituir al momento de detectarse la avería. El aviso es inmediato. Posibilidad de reprogramar ante condiciones climatológicas anormales.

22 SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO CIRCUITO PERMANENTE / A EXTINGUIR Sistemas de apagado alternado de luminarias (circuito permanente/a extinguir). A partir de una determinada hora, se realiza el apagado de luminarias alternativamente. Este sistema se tiende a dejar de utilizar por presentar los siguientes inconvenientes: Se necesita doble cableado, al precisarse dos líneas independientes por calle, la de luminarias que quedan encendidas toda la noche y la de luminarias que se apagarán. Baja homogeneidad de iluminación. Se producen zonas de sombra. En el caso de fundirse la lámpara que debe quedar encendida toda la noche, que es lo más fácil, al llevar más horas de funcionamiento, queda una zona muy amplia de puntos apagados.

23 SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO EQUIPOS AUXILIARES DE DOBLE NIVEL Existen dos tipos, con línea de mando y sin línea de mando (temporizadas). En una instalación con equipos auxiliares de doble nivel con línea de mando, el control del número de horas que las lámparas funcionan a nivel máximo o a nivel reducido se realiza desde el reloj del cuadro de maniobra. Con este tipo de equipos se necesita una línea de mandos desde el cuadro hasta cada punto de luz. Los equipos auxiliares de doble nivel sin línea de mando disponen de un temporizador interno, por defecto programado a 4 horas, tiempo durante el cual las lámparas funcionan a nivel máximo. El resto del tiempo funcionan a nivel reducido. Son equipos más caros, pero no necesitan línea de mando. Empiezan a aparecer los balastos electrónicos

24 SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO REDUCTOR DE FLUJO CENTRALIZADO Se instala junto al cuadro de mandos. Toda la alimentación de los puntos de luz pasa a través del equipo, que actúa a su vez de estabilizador de tensión. El control de funcionamiento a nivel máximo y a nivel reducido lo realiza internamente, a partir de una señal que le dará el reloj de cuadro de mandos. Aumento de la duración y rendimiento de las lámparas. La potencia del equipo debe estar sobredimensionada para prever posibles ampliaciones en las instalaciones. En el caso que la potencia de la instalación sobrepase la potencia máxima del equipo, éste deja de ser útil, debiéndose proceder a su sustitución.

25 SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE FLUJO LUMINOSO Equipo auxiliar doble nivel Reductor de flujo centralizado

26 RESTO DE COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN Cableado. Debe adaptarse a la normativa vigente y estar parcialmente sobredimensionado para poder admitir equipos de reducción de flujo, y para que las caídas de tensión no sean superiores a las marcadas por la normativa. Equipos de protección de los equipos y las personas en el cuadro de mando general. Adaptado a normativa. Caja fusible por punto de luz y tomas de tierra según normativa. Soportes a pared (brazos murales). Cableado aéreo (por fachadas). Columnas ó báculos. Altura y tipo de acuerdo con la zona a iluminar y el entorno. Cableado subterráneo. Obra civil.

27 PLAN DE MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES Periódicamente se deben realizar los siguientes trabajos: Limpieza y revisión de luminarias Cambio masivo de lámparas al final de su vida útil Revisión de cuadros de mando y comprobación del correcto funcionamiento de las protecciones. Instalación de analizadores de redes para control del factor de potencia y revisión del régimen de funcionamiento del alumbrado (encendido, apagado, puesta en marcha de los equipos de reducción de flujo).

28 Luminarias de LED PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS Buen rendimiento cromático. Buena uniformidad. Larga vida útil. Admite sistemas de ahorro. Reencendido instantáneo.

29 Luminarias de LED COMPARACIÓN DE MANTENIMIENTOS Tradicional (Lámpara) Tecnología Diodos LED Limpieza externa/interna Sí / Sí Sí / No (Sellado) Reemplazo de lámparas/unidad 6 Meses > 10 Años Sensibilidad vibraciones y choque Alta Baja Mantenimiento preventivo Semestral Ninguno

30 Luminarias de LED ALGUNOS MODELOS DE LUMINARIAS CON TECNOLOGÍA LED

31 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA La optimización energética debe perseguir los siguientes objetivos: Mayor eficiencia energética Reducción de emisiones de CO2 Reducción del resplandor luminoso nocturno (contaminación lumínica) Crear un ambiente visual nocturno agradable y uniforme Reducción del riesgo de accidentes Mejorar la fluidez de la circulación Mejorar la visibilidad de los peatones Mejorar la seguridad ciudadana (bienes y personas)

32 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio CONSUMO ENERGÉTICO DE UN ALUMBRADO PÚBLICO Para conseguir esta optimización energética, debemos tener presentes los factores que influyen en el consumo energético de un A.P.: Niveles de iluminación adecuados para cada uso Régimen de funcionamiento Rendimiento de las lámparas Eficiencia de las luminarias Pérdidas de los equipos auxiliares Dispositivos de regulación y control Otros,...

33 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio SUBSECTOR DEL ALUMBRADO PÚBLICO El 26% de luminarias empleadas en España tienen un rendimiento inferior al 60% Tipos de lámparas más utilizadas Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) 71 % Vapor de Mercurio Color Corregido (VMCC) 23 % Otras 6 % Potencia más usuales Vapor de Sodio Alta Presión (VSAP) 150 W Vapor de Mercurio Color Corregido (VMCC) 125 W y 250 W

34 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio SUBSECTOR DEL ALUMBRADO PÚBLICO Sistemas de control Mediante Célula Fotoeléctrica 52 % Mediante Reloj Astronómico 43 % Mediante Sistemas de Control Centralizado 5 % Sistemas de Ahorro Energético Disponen de Regulación de Flujo Luminoso 27 % No disponen 73 %

35 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA AUDITORÍA ENERGÉTICA Toma de datos de las instalaciones existentes, datos generales, inventario, planos, facturas eléctricas, reportaje fotográfico,... Instalación de analizadores de redes durante mínimo 24 horas Fecha Hora Intensidad fase (A) L C kw A1 A2 A3 kvar kvar PFIII 24/01/01 12:03:00 52,21 46,46 56,30 33,798 11,842 0,000 0,94 24/01/01 12:06:00 52,10 46,66 56,23 33,780 11,751 0,000 0,94 24/01/01 12:09:00 52,10 46,23 56,26 33,724 11,724 0,000 0,94 24/01/01 12:12:00 52,06 46,69 56,19 33,716 11,896 0,000 0,94 24/01/01 12:15:00 52,14 46,46 56,26 33,743 11,906 0,000 0,94 24/01/01 12:18:00 52,17 46,62 56,26 33,825 11,887 0,000 0,94 A1 52,13 Potencia Activa 33,764 A2 46,52 Potencia Reactiva 11,834 A3 56,25 Factor de potencia 0,94

36 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 kw Eficiencia Energética en instalaciones Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio ANALIZADOR 24 HORAS Analizador 24h 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Hora

37 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio REALIZACIÓN DE PLANOS

38 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA AUDITORÍA ENERGÉTICA Estudio de posibles actuaciones encaminadas a obtener un ahorro energético y/o un ahorro económico para el municipio: Sustitución de lámparas y equipos auxiliares de Vapor de Mercurio existentes por lámparas y equipos de Vapor de Sodio Alta Presión, con una eficacia mayor. Instalación de condensadores para corrección del factor de potencia y reloj astronómico para ajuste del régimen de funcionamiento. Instalación de sistema de reducción de flujo (equipos auxiliares de doble nivel ó reductor de flujo centralizado) si no dispone. Estudio de la mejor tarifa eléctrica. Aunque con esta actuación no se produce ahorro energético, si se puede obtener un sustancioso ahorro económico.

39 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio INVERSIÓN Y PERIODO DE RETORNO Los equipos de reducción de flujo luminoso, si bien suponen una importante inversión en el momento de su instalación (tanto los centralizados como los de doble nivel punto a punto), producen un importante ahorro energético, en torno a un 40% del total del consumo, por lo que su amortización es relativamente rápida, en torno a 2-3 años. La diferencia de instalación de un nuevo alumbrado con Vapor de Sodio en lugar de Vapor de Mercurio es prácticamente inapreciable. En cambio, para los mismos niveles luminosos, supone un ahorro energético en torno a un 25%. La inversión de sustituir una instalación actual de Mercurio por Sodio es importante. El periodo de retorno de actuaciones de este tipo se sitúa en torno a 5-6 años.

40 Asesoría Energética del Alumbrado Público de un municipio INVERSIÓN Y PERIODO DE RETORNO Mediante la sustitución de luminarias obtenemos una mejora en la calidad del alumbrado, pero si no cambiamos a su vez el tipo de lámpara no se obtiene ahorro energético. Mediante la instalación de reloj astronómico en instalaciones controladas anteriormente con célula fotoeléctrica se reduce el número de horas de encendido del alumbrado, produciéndose un consumo más racional. Mediante la instalación de condensadores se regula el factor de potencia de la instalación, eliminando el consumo de energía reactiva y obteniéndose un abono por parte de la compañía eléctrica.

41 Eficiencia Energética en instalaciones de Alumbrado Público