ETSE - Escola Tècnica Superior d Enginyeria Av. Països Catalans, Tarragona

Transcripción

1 Título del trabajo/ Title of paper Descontaminación lumínica y máxima eficiencia energética en las instalaciones de alumbrado exterior Autor/ es/ Author/s Josep Mª Ollé Martorell Afiliación/ es del autor/ es/ Affiliation/s of the author/s Universitat Rovira i Virgili Dirección principal/ Mail address ETSE - Escola Tècnica Superior d Enginyeria Av. Països Catalans, Tarragona Teléfono, fax. de la persona de contacto/ Phone, Fax number and adress of the contact person josepmariaolle@gmail.com Página 1

2 1.- INTRODUCCIÓN La iluminación artificial exterior se ha convertido en nuestro país en uno de los mejores ejemplos de despilfarro de energía, por la forma de iluminar con unos niveles de iluminación desmesurados, innecesarios y que en nada benefician a la correcta visión nocturna. La consecuencia inmediata es un incremento considerable de la contaminación lumínica y de la demanda energética, con las conocidas consecuencias sobre el medio ambiente. El reglamento de eficiencia energética en las instalaciones de alumbrado exterior (R.D. 1890/2008) pretende acotar este consumo de energía, pero no tiene como objetivo prioritario eliminar la contaminación lumínica, sino tan solo reducirla. La máxima eficiencia energética en iluminación exterior solo es posible con una utilancia igual a la unidad y sin embargo la ITC-EA-03 permite un FHS = 25% para cualquier centro urbano y consiente una luz intrusa de 25 lux en las fachadas de las viviendas a cualquier altura y sin limitación horaria. La mejora de la eficiencia energética no implica la eliminación de la contaminación lumínica, en cambio la descontaminación lumínica completa, si consigue obtener la máxima eficiencia energética. Muchas de las adecuaciones de las instalaciones de alumbrado exterior que realizamos los técnicos tienen como objetivo reducir el consumo de energía eléctrica, en ocasiones también reducir la contaminación lumínica, sobre todo la luz intrusa que causa molestias a los ciudadanos que tienen luminarias cerca de sus ventanas. Pero no nos planteamos una descontaminación lumínica completa. Quizás por miedo a una posible respuesta negativa, quizás por falta de convencimiento propio de que es posible. 2.- PRUEBAS PILOTO DE DESCONTAMINACIÓN LUMÍNICA Presentamos una prueba piloto de descontaminación lumínica completa, realizada en la ciudad de Reus, en la que se ha conseguido una disminución de la potencia eléctrica consumida de hasta un 92% (contrastado con las lecturas de los contadores de energía eléctrica) sin que por ello se haya puesto en riesgo la visión, ya que se superan los requisitos de iluminación para tráfico urbano detallados en la tabla 3.2 de la publicación de la CIE Guía para la iluminación de áreas urbanas nº para las vías clasificadas como P2 ó P3. En esta prueba piloto de adecuación del alumbrado público a la normativa Catalana sobre prevención de la contaminación lumínica solo se cambió la luminaria, sin modificar ningún otro elemento de la instalación existente. Para conseguir estos resultados se ha desarrollado, en colaboración con varios fabricantes, un nuevo reflector asimétrico transversal para uso de una o simultáneamente, dos lámparas de halogenuros cerámicos de 20w, 35w, 70w y/o 100w. Son lámparas estándar con Página 2

3 equipos estándar y casquillo G-12 pero con una eficacia luminosa mantenida que llega a los 92 lm/w, de momento superior a muchos leds y más económicas. La tipología de las calles en las que se ha realizado esta prueba piloto corresponde a calles de zonas residenciales, de viviendas unifamiliares (adosadas o aisladas), tipología típica de muchas urbanizaciones que podemos encontrar por toda España. Las luminarias que se ven en las fotos, se habían instalado 20 años atrás, en lugar de luminarias esféricas. Tienen un FHS = 25%. Página 3

4 La luz intrusa alcanza los 200 lux a 4 m de altura Estas luminarias se substituyeron por otras nuevas con un reflector asimétrico transversal, (FHS = 0) y con dos lámparas de 20 w de halogenuros metálicos con casquillo G-12 y de 3.000ºK. de temperatura de color. El cálculo teórico preveía una iluminancia media en servicio de 16 lux, que quedó confirmada con las lecturas del luxómetro: Página 4

5 Después del cambio la luz intrusa es inexistente a partir de 4 m de altura Se han instalado en el mismo reflector dos lámparas de este tipo dispuestas adecuadamente para minimizar posibles interferencias en la tensión de arco. Con esta disposición las posibilidades de adecuación del alumbrado público en calles de mayores dimensiones se multiplican ya que se pueden colocar juntas en el mismo Página 5

6 reflector dos lámparas de 20w, de 35w, de 70w ó de 100w y también las posibles combinaciones: 1x20w+1x35w, 1x35w+1x70w, 1x70w+1x100w. La versatilidad de estas combinaciones permite aplicar esta propuesta de adecuación a casi cualquier tipo de calle y apagando una de las dos lámparas ahorrar energía en horas de poco uso de las calles sin alterar la uniformidad. El FHS instalado se acerca a cero, la luz intrusa es inexistente por encima de los 4 metros y la utilancia de la instalación se acerca a la unidad. El ahorro económico que se ha obtenido por la disminución del consumo de electricidad permite amortizar el cambio de las luminarias en menos de tres años Otra prueba piloto que estamos realizando consiste en la adecuación de una luz singular conocida como PEP, altamente contaminante y generadora de luz intrusa directa: Página 6

7 Sin comentarios. Página 7

8 Al ser un punto de luz singular se ha querido respetar al máximo su estética, por lo que se ha mantenido su cabezal de vidrio prismático refractor, aunque se han eliminado todos sus elementos internos (5 lámparas de 80 w VMCC = 400w) y se ha acoplado una luminaria en la base del cabezal con reflector asimétrico y con una lámpara de 35 w de halogenuros metálicos con casquillo G-12 de 3.000ºK. de temperatura de color. Para que el cabezal sea visible se ha instalado un pequeño proyector LED de 3,5 w RGB en su base. Este proyector LED RGB con cambio de color secuencial, se puede sincronizar con todos los de una zona de modo que todos los cabezales de las luces PEP estén iluminados en cada momento con el mismo color. Es una función meramente decorativa pero que mantiene el carácter de este punto de luz singular, en horario de tarde, apagándose en horario de noche. Página 8

9 Se pueden acoplar dos luminarias en oposición a 180º ó tres luminarias cada 120º con reflector asimétrico trasversal con una o dos lámparas o con reflector vial para cubrir todas las necesidades de iluminación. La reducción de potencia es considerable: de 400w a 1x35w, ó hasta 3x2x35w + 1x3,5w del LED opcional. En horario de noche, con el proyector LED apagado, la descontaminación lumínica es total (FHS = 0% y la luz intrusa = 0 lux) Página 9

10 A la izquierda 2.000ºK del Na.A.P. en el centro 3.000ºK de los HM.y a la derecha 4.000ºK del VMCC en las PEP sin modificar. Página 10

11 3.- PLAN DE ADECUACIÓN DEL ALUMBRADO PÚBLICO DE VILA-SECA El municipio de Vila-seca se encuentra en la costa dorada y consta de tres núcleos urbanos de población. El núcleo urbano principal esta constituido por la propia población de Vila-seca situada a 4 km de la costa, otro núcleo es La Plana situado más al interior y finalmente el núcleo de La Pineda que está a pie de playa y su principal actividad es el turismo. A escasos 500m de la playa de la Pineda, se encuentra una zona de especial protección: La sèquia major, es un humedal considerado como zona E-1, que ha quedado entre los apartamentos turísticos y un campo de golf de Port Aventura. Por otro lado, el Paseo Pau Casals, junto a la playa esta considerado zona E-4, en un difícil equilibrio entre turismo - industria y espacio natural protegido. El Ayuntamiento de Vila-seca consciente de la necesidad de adecuar sus instalaciones de alumbrado público a las exigencias del Decret 82/2005 de 3 de mayo por el que se aprobó el Reglamento de desarrollo de la Llei 6/2001 de ordenación ambiental del alumbrado para la protección del medio nocturno contrató la confección del plan de adecuación a la Universidad Rovira i Virgili a través de la Fundación Rovira i Virgili Página 11

12 La tipología del alumbrado de sus calles es mayoritariamente a base de columnas tipo Nikolson de 3,6 m con luminarias esféricas de vidrio prismático y lámparas de 250 w VMCC: La ITC-EA-01 considera este tipo de alumbrado como alumbrado ambiental El consumo energético es muy elevado para el nivel de iluminación obtenido ( ,6 kw/h/año para una iluminación media inferior a 15 lux en la calzada de la mayoría de las calles) Estas luminarias conocidas como S-500 tienen un FHS = 45,5% por lo que la contaminación lumínica y la luz intrusa son realmente considerables: Q-119 Rambla de Catalunya Página 12

13 Avenida de Ramón de Olzina El consistorio nos pidió que la luz fuese de la máxima calidad, evitando la luz amarilla del S.A.P. ya que es un municipio con vocación comercial y turística. Al mismo tiempo era necesario respetar las zonas E-1, afortunadamente en estas no hay iluminación, por lo que nos centramos en eliminar la luz intrusa sobre ellas. La propuesta de adecuación persigue la descontaminación lumínica completa y se basa en las pruebas piloto descritas anteriormente, principalmente en el reflector asimétrico transversal que nos permite controlar hacia donde se dirige la luz (no solo por tener un FHS=0 sino también por dirigirla hacia adelante), en combinación con lámparas Ra=80, de muy poca potencia 20, 35 w (ya que están situadas a poca altura 3,6 m.) y de 3.000º K, con la mínima emisión por debajo de los 440 nm. El plan de adecuación consta de una memoria valorada en la que se detallan las actuaciones a realizar y un conjunto de carpetas, una para cada cuadro eléctrico de control del alumbrado, en las que se incluyen: - el plano de situación de los puntos de luz - las lecturas de campo. - los estudios luminotécnicos con la solución escogida para cada tipo de calle y - una tabla en la que para cada calle se detallan tanto para el estado actual como para la propuesta de adecuación: - el tipo de luz y la cantidad - la zona de protección E1, E2, E3 ó E4, en la que se encuentra la calle - el tipo de lámpara, su potencia y la potencia total de lámparas para la calle. - el flujo luminoso de la lámpara y el total para la calle - el porcentaje de flujo luminoso que cada luz emite hacia el hemisferio Página 13

14 superior y el FHS total por cada calle - el consumo en kw/h/año de cada luz y el total por cada calle Las lecturas de campo son un testimonio de los niveles de iluminación en calzada y aceras actuales. Se detalla la zona donde se han efectuado las lecturas con el método de los 12 puntos con luxómetro identificando los puntos de luz. Se han efectuado un total de 132 fichas como la siguiente: A partir de los datos geométricos obtenidos en el trabajo de campo se han realizado los estudios luminotécnicos con las fotometrías de las luces propuestas. Se ha procurado obtener la mayor uniformidad media posible, respetando al máximo los soportes existentes de las luces a fin de reducir el coste de la adecuación. En algunos casos debido a que las interdistancias son considerables será necesario sustituirlos, modificarlos o instalar mas luces intercaladas con las existentes Aun cuando el tipo de luminaria es el mismo para la mayoría de situaciones, la gran diversidad en las dimensiones geométricas y el querer cambiar solo las luminarias aprovechando el resto de la instalación obligó a realizar diversos cálculos luminotécnicos, combinando distintas lámparas: 1x20w, 1x35w, 2x20w, 2x35w 1x20w+1x35... hasta conseguir una iluminación homogénea para cada núcleo urbano de Vila-seca. Página 14

15 A modo de ejemplo se muestran a continuación los resultados del estudio luminotécnico para la calle de Sant Pere con luminarias asimétricas con una lámpara de 20 w HM 3.000ºK G-12 Página 15

16 En calzada: Lm = 0,57 cd/m2 con una uniformidad media de 0,61 y un TI= 2 % El cálculo de la luz intrusa prevista sobre las fachadas es el siguiente: Página 16

17 Por encima de los 4,5 m la luz intrusa es = 0 lux. El render de la simulación muestra como las ventanas de las viviendas dejaran de recibir luz a través de sus ventanas La eficiencia energética para esta calle según el RD 1890/2008 será: m2 x lux (0,6+3,5+0,6)x24x11 Є = = = 26,97 w 2x20x1,15 Según la tabla 2 de la ITC-EA-01 el valor mínimo de eficiencia energética para un alumbrado ambiental con una ilumináncia media de 10 lux es de 6. Aun cuando se considerase el alumbrado de esta calle como alumbrado funcional la tabla 1 exige un valor mínimo de 12, muy lejos del valor 26,97 obtenido Para calificar energéticamente esta instalación debemos calcular el índice de eficiencia energética y el índice de consumo energético: Є 26,97 IЄ = = = 2,99 ЄR 9 1 ICE = = 0,33 2,99 La calificación energética A exige un índice de consumo energético ICE< 0,91. Por similitud a la calificación energética de los electrodomésticos, a esta calle le debería corresponder una etiqueta tipo AAA Página 17

18 Para cada cuadro se ha confeccionado una tabla como la mostrada a continuación: Al pie de cada tabla se suman los totales para cada cuadro de: número de luces, potencia nominal de lámparas, el flujo luminoso que se genera, el flujo luminoso que se emite hacia el hemisferio superior y el consumo eléctrico anual. La tabla anterior corresponde a uno de los 86 cuadros de control que se han estudiado. Destacamos la descontaminación lumínica completa que se conseguirá (FHS=0) y la reducción asociada del consumo: de kw/h/año en el cuadro Q-129, que pasará a consumir kw/h/año. Todo ello manteniendo los actuales niveles de iluminación. (17 a 20 lux) La calle de Sant Pere es un caso extremo al ser una calle estrecha que quedará perfectamente iluminada con lámparas de 20 w. En el otro extremo se encuentra la avenida de Ramon de Olzina de la que mostramos una fotografía nocturna en la página 13. Es una de las calles con más contaminación lumínica por la cantidad de globos y luces PEP. Esta considerada como zona E-4, en sus anchas aceras hay numerosas terrazas de bares. Página 18

19 Lecturas tomadas en calzada y acera de la avenida Ramón de Olzina: La propuesta de adecuación consiste en sustituir los globos de vidrio prismático de 250 w VMCC del siguiente modo: Las filas de luces mas cercanas a las viviendas con luminarias con reflector asimétrico trasversal con 2x20w HM, las dos filas del centro iluminando la calzada con 1x20w+1x35w y las PEP con 1x35 reflector vial En horario de noche se apaga una lámpara de 20 w de cada luminaria. Página 19

20 Los resultados del estudio luminotécnico de la propuesta de adecuación son los siguientes: Sección transversal A destacar en calzada: Luminància media Lm = 1,0 d/m2 Uniformidad media = 0,4 Incremento de umbral = 2,27% Página 20

21 Página 21

22 Es una zona E-4 de elevado tránsito rodado al ser el eje principal de la población y al mismo tiempo de elevado uso peatonal por concentrar numerosos locales comerciales y bares. Con solo cambiar los globos y adaptar las PEP, manteniendo el resto de la instalación, se obtendrán los siguientes valores: - Iluminación media en calzada 23 lux en horario de tarde y 12 lux en horario de noche - Se eliminará el actual deslumbramiento que puede apreciarse en la fotografía de la página 13 al conseguir un incremento de umbral de 2,27 % en calzada En esta avenida la reducción del consumo eléctrico anual será de solo un 66% en contra del 88,74% que se obtendrá en el cuadro 129 mostrado anteriormente Finalmente se totalizan en una tabla resumen todos los valores anteriores, obteniendo el balance energético para cada núcleo urbano y para el total del municipio. Página 22

23 BALACE ENERGÉTICO ESTADO ACTUAL - PROPUESTA ADECUACIÓN W Lámparas La Plana Estado actual Propuesta de adecuación Ahorros , , ,0 Lúmenes FHS , , , , , ,0 kw/h/año , , ,6 /año , , ,5 Vila-seca Estado actual Propuesta de adecuación Ahorros , , , , , , , , , , , , , , ,1 La Pineda Estado actual Propuesta de adecuación Ahorros , , , , , , , , , , , , , , ,8 Totales Estado actual , ,0 Propuesta de adecuación , ,0 Ahorros , , , , , , , , , , ,4 kw/h/año = 0,13 CONCLUSIONES La eliminación en todo el municipio de de lúmenes de FHS nos permite hablar de descontaminación lumínica completa y la consecuencia inmediata serà el ahorro de un 67,85% en el consumo = a kw/h/año.= a ,4 /año El presupuesto de ejecución por contrata del plan de adecuación es de ,8 Creemos que con la tecnología de iluminación disponible hoy en día se ha conseguido obtener la máxima eficiencia energética posible manteniendo el nivel de iluminación existente ó mejorándolo incluso en bastantes calles (con niveles medios de iluminación en calzada de 15 a 20 lux en horario de tarde) La aplicación del R.D. 1890/2008 Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior debería realizarse procurando conseguir la máxima eficiencia energética posible, y este objetivo solo se podrá cumplir si a la vez se consigue la descontaminación lumínica completa. A día de hoy, la ITC-EA-03 no persigue este objetivo. Página 23